岩溶地区石生蓝藻与岩溶发育关系研究展望

探讨了国内外石生蓝藻研究的进展,以及石生蓝藻与生物岩溶的可能联系。引入水- 岩- 气- 生物相互作用的整体概念,运用“ CO2 - 水- 碳酸盐”三相耦联开放岩溶动力系统观点,分析了光合原核生物的生命过程及其代谢产物对岩溶系统的可能驱动作用,指出以蓝藻对H2O和CO2 的利用为中心环节,通过研究其在不同小生境、不同类群、不同生态因子下的HCO3- 水平差异,可以为了解藻类的生理机能与生物岩溶强度之间关系提供重要信息。建议在地球生物学的研究尺度下,针对碳酸盐岩表面殖居藻类如何影响其周遍微环境CO2、水文动态进而影响岩溶的效应、蓝藻分泌的胞外有机酸的种类和强度、石生蓝藻碳酸酐酶( CA)活性与生物岩溶关系等问题展开探索。     

不同水动力下陆相碳酸钙沉积的蓝藻钙化试验的初步研究

 地表钙华,是喀斯特地区普遍存在的一种沉积体,是陆相碳酸钙沉积的重要类型。长期以来陆相碳酸钙沉积的水动力成因观点为大多数人所熟悉(1)（2）,生物成因观点则研究较少,在实际中生物作用过程也是不可忽略的,特别是藻类的沉积作用。论文以几种典型的蓝藻为例,通过对自然界水动力条件的模拟,对蓝藻藻类进行了几种水动力条件下的碳酸钙生物沉积试验研究,对比研究了在不同水动力条件下,蓝藻钙化沉积过程。试验得出了钙藻生长与钙化沉积的最适宜水动力为0~60 rpm,在过强的水动力条件下,蓝藻的生长将受到抑制,从而降低蓝藻的钙化沉积速率。文章讨论了在瀑布条件下的陆相碳酸钙沉积是以水动力成因为主导,而在水动力条件较弱的河流中以生物成因为主导,从而提出了,陆相碳酸钙沉积的水动力-生物双成因观点。文章还探讨了在静止状态下,藻类沉积对碳酸钙沉积的贡献大小,叠层石所指示的安静的沉积环境。      

青藏高原湖泊沉积物色素与湖泊环境的响应

本文通过对青藏高原湖泊表层沉积物色素、有机碳含量和环境因子的测定和分析,初步探讨了青藏高原湖泊中色素的来源特征和该地区湖泊浮游植物群落组成结构等信息。结果表明,青藏高原湖泊沉积物TOC含量多在4%~6%之间,藻类植物是沉积物色素的重要来源。颤藻科和蓝藻科在青藏高原湖泊浮游植物中生长优势明显,颤藻科在数量上相对蓝藻科有明显优势。青藏高原湖泊溶解氧(DO)、电导率(SC)对湖泊中藻类生长状况影响明显,其中SC的升高对该地区湖泊中藻类生长有抑制作用。     

环境因子对Synechocystis sp.钙化动力学的影响

蓝藻钙化普遍发生于淡水和盐水环境,对叠层石的形成和碳循环有重要意义。本文模拟研究了pH值、光照强度、水动力、温度等环境因子对Synechocystis sp．藻类钙化动力学的影响。实验表明,pH值为7．5的弱碱环境和一定强度的水动力条件有利于Synechocystis sp．的钙化,过低或过高的水动力都不利于钙化;在5、15和25℃三个梯度范围内,温度为25℃时有利于钙化,且钙化速率与生物量密切相关;3000 lux的光照强度下,Synechocystis sp．钙化速率最大,更高的强度下钙化速率反而急剧下降,低浓度钙离子发生的钙化作用以生物钙化为主,高浓度下以生物引发的物理化学钙化为主。     

蓝藻聚铁作用的模拟实验

实验模拟前寒武纪大气的高二氧化碳分压(P_CO2),低氧浓度条件下,加入较低浓度(6μg/g)铁的Zarronk培养液培养蓝藻Spirulina platensis,观察铁的沉淀与凝聚。藻在生长过程中不断改变环境的离子平衡系统以及pH,Eh等,造成铁的氧化、还原、络合和Fe³⁺沉淀。实验组与未加蓝藻的对照组有显著差别。实验证实藻在聚铁和铁矿形成中起重要作用。     

3种石生苔藓植物碳酸酐酶对石灰岩的溶蚀作用

以普定严重石漠化区域石生细叶小羽藓Haplocladium microphyllum Hedw.、银叶真藓Bryum argenteum Hedw. 和美灰藓Eurohypnum leptothollum(C. Muell. ) Ando.为研究材料,运用模拟土柱实验装置收集植物淋出液并测定其电导率、pH值、CA活性、钙镁元素含量并对石灰岩试片溶蚀进行估算。结果表明：岩溶生态系统中不同植物的碳酸酐酶活性差异较大,其中细叶小羽藓的溶蚀效果最为显著,产生的碳汇量最大;CA活性最高为美灰藓,为272.99 U·g-1·FW;最小的为细叶小羽藓的CA活性较低,为38.31 U·g-1·FW。淋出液均检测到CA的存在,银叶真藓淋溶6 d的CA活性最高,随着时间的推移,3种植物CA总体表现出先略降,然后升高,最后趋于平稳的趋势;pH值呈上升趋势;电导率呈下降趋势;淋出液中Ca2+和Mg2+浓度随淋溶时间的延长浓度逐渐降低,一定时间后趋于动态的平衡;说明石生植物对石灰岩有明显的酶促溶蚀驱动作用,且溶蚀率与CA活性成正相关。     

松辽盆地徐家围子断陷边界断裂生长过程的定量 分析

徐家围子断陷位于松辽盆地中部,受徐西和宋西两条边界断裂控制。基于地震反射剖面地质解译成果,应用断层沿走向位移 长度曲线形态分析方法和沿倾向生长速率分析方法,对两条断裂的生长演化过程进行了初步的研究。结果表明,沙河子期(136~144 Ma)为最主要的生长期,徐西断层的平均生长速率为35 m/Ma, 宋西断层的平均生长速率为71 m/Ma,断陷边界断裂总体平均生长速率大于60 m/Ma,两条断层主要呈现独立生长状态,只在重叠的部位发生微弱的软连接;营城期(126~136 Ma)也是主要的生长期,徐西断层的平均生长速率为18 m/Ma,宋西断层的平均生长速率为85 m/Ma,二者发生硬连接,并基本结束了硬连接过程,以重叠处宋西断层的强烈活动为特征,断陷盆地的规模逐渐扩大,沉积厚度随之增加;营城期后断层只在局部连接地点发生微弱活动。断层生长过程中伴生构造的位置基本与油气田的分布相吻合,对它的深入研究将有助于油气勘探。     

石灰华的生物成因研究——以四川九寨沟和贵州黄果树等地石灰华为例

通过考察与实验室显微观察研究,发现四川九寨沟和贵州黄果树等岩溶区的石地表面及表层以及尚水完全固结的部位,都附生有生长中的微生物（蓝藻等）种类及尚处在活动期的微生物（蓝藻等）藻席;以以下完全固结的部位,则发育了成层加积的微生物（蓝藻等）层纹结构。由此认为这种石灰华是生物成因的,其发生和形成过程受微生物（蓝藻等）作用控制,即微生物（蓝藻等）的“裂点”附生及沉积。文中还初步提出研究区微生物（蓝藻等）起控     

考虑倾角与开度的薄基岩裂隙溃沙特性研究

顶板溃沙是我国西部矿区浅埋煤层开采过程中面临的安全威胁之一。利用自行研制的裂隙溃沙试验系统,开展无水条件下风积沙溃沙过程的模拟试验,研究沙层厚度、裂隙倾角和裂隙开度对溃沙速率的影响,获得不同影响因素与裂隙中风积沙流动速率之间的定量关系。研究发现,沙层厚度的变化对溃沙速率几乎没有影响;裂隙倾角的变化对溃沙速率有明显的影响,在裂隙开度一定的情况下溃沙速率随着裂隙倾角的增大而增大,两者之间呈对数关系;裂隙开度对溃沙速率的影响较为显著,裂隙倾角一定时溃沙速率随着裂隙开度的增大而快速递增,两者之间符合指数关系;裂隙开度对溃沙速率的影响权重最大,而沙层厚度的影响权重可以忽略。该研究成果可为西部煤矿溃沙灾害的防治提供理论依据和科学指导。     

针铁矿促进蓝藻厌氧消化产甲烷

随着工业和人类社会的发展造成化石燃料的日益枯竭,可再生能源尤其是生物能源日益受到重视。蓝藻富含蛋白质和碳水化合物,厌氧消化是利用蓝藻生物质资源的一种简单、有效的方法。然而反应启动时间长、甲烷产量低已经成为蓝藻厌氧消化研究亟需解决的问题。前人研究表明,投加适量的铁离子可以提高生物质厌氧产甲烷量和产气速率,加速生物质的降解过程。因此,本研究以蓝藻为厌氧发酵底物,投加一定浓度的合成针铁矿,采用搅拌釜式反应器连续培养的实验方法,研究了针铁矿对蓝藻厌氧发酵产甲烷过程的影响。实验接种污泥取自安徽阜阳某酒厂,蓝藻取自巢湖近合肥北岸地区。连续搅拌釜式反应器体积为3.5 L,实际反应体积2 L,连续培养实验设定水力停留时间为20 d。污泥接种浓度为2.0 g VS/L,进料中蓝藻浓度为10.0 g VS/L,同时投加2.0 g/L的Na2CO3保持反应器碱度,调节初始p H至7±0.1,鼓氩气排净反应器内空气,密封后通过外部加热控制在35±1℃条件下培养。发酵过程中通过对气体产量、组分、沼液中挥发性固体、蛋白质、多糖、有机酸的分析,同时结合克隆文结果,探讨了针铁矿作用下蓝藻厌氧发酵效果及微生物群落的变化。研究结果表明:1)在连续培养条件下针铁矿可以显著提高蓝藻厌氧产气量,同对照组相比沼气产量和甲烷产量分别提高了16.14%和24.14%。2)针铁矿促进蓝藻厌氧消化产酸、产甲烷过程,而对水解过程作用并不显著。3)微生物群落分析表明,针铁矿的添加显著影响了反应体系中微生物种群构成,脂肪酸氧化菌Clostrium和产甲烷菌Methanosatea成为针铁矿反应器中的优势种属。     

土地石漠化概念与分级问题再探讨

针对前人研究中将石漠化发生的地域限定在亚热带,将发生的时间限定在人类历史时期,将发生的原因均归结为人为不合理的经济活动,而忽视了石漠化可能发生的其它地域、其它时期和其它成因等问题,对土地石漠化概念作了修正。认为土地石漠化是在湿润、半湿润气候环境和岩溶环境中,由于人类活动和/或气候变化等因素作用,造成地表植被退化、土壤侵蚀、地表水流失、基岩裸露,形成类似石质荒漠景观的土地退化过程,并对其内涵作出释义。在此基础上依据生态基准面的理论,以坡面形态、溶蚀岩溶地貌形态、基岩出露率、土壤厚度和土被覆盖度、土壤侵蚀程度、植被覆盖率和植物种群、土地利用类型等为景观指征,将石漠化土地分为轻度、中度、重度和极重度4个等级,并以粤北岩溶山区为例,拟定了区域性石漠化土地分级及其综合景观指征。      

Rocky desertification and its causes in karst areas: a case study in Yongshun County,Hunan Province,China

Rocky desertification, a process of land degradation characterized by soil erosion and bedrock exposure, is one of the most serious land degradation problems in karst areas, and is regarded as an obstacle to local sustainable development. It is well known that human activities can accelerate rocky desertification; however, the effects of climate change on rocky desertification in karst areas are still unclear. This study focused on the effects of temperature and precipitation changes and human activities on rocky desertification in karst areas to determine the impacts of climate change and human disturbances on rocky desertification. Areas of different level of rocky desertification were obtained from Landsat TM (1987) and Landsat ETM+ (2000) images. The results show that, although the total desertification area increased by only 1.27% between 1987 and 2000, 17.73% of the slightly desertified land had degraded to a moderate or intense level, 2.01 and 15.71%, respectively. Meanwhile, between 1987 and 2000, the air temperature increased by 0.7°C, and precipitation increased by 170 mm. Statistical results indicate that the increase in precipitation was caused by heavy rainfall. In addition, under the interactive influences of heavy rainfall and temperature, the average karst dissolution rate was about 87 m³ km⁻² a⁻¹ during the 14 years in the study area. Further analysis indicated that rocky desertification was positively related with the increase in temperature and precipitation and especially with the heavy rainfall events. Climate change accelerated rocky desertification in the karst areas. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

石漠化问题若干思考

本文定义了石漠化概念的三个方面：石漠化现象、石漠化作用和石漠化过程;讨论了石漠化的量化描述,提出了石漠化作用量化描述的方式方法和分级方案,建议根据土壤侵蚀强度与成土速度的差值将其分为无石漠化、弱石漠化、强烈石漠化、特强石漠化、剧烈石漠化等5个强度等级;借鉴水土流失的有关研究成果,讨论了我国南北石漠化的差异。分析指出：①我国北方地区的石漠化形势比南方地区的更为严峻。全国有超过三分之一的国土正在遭受石漠化作用,有超过五分之一的国土正在遭受强烈以上石漠化作用。遭受特强以上石漠化作用的土地中,水蚀者为9万km^2,风蚀者为62万km^2,后者远大于前者。②人类活动的地质效应——人为地质作用是导致石漠化急剧发展的主要因素。③阻断导致石漠化的人为地质作用、终止石漠化作用过程,通过自然和人为两条途径恢复土层和植被,是防治石漠化的有效途径。     

喀斯特石漠化--中国西南最严重的生态地质环境问题

作为最严重的环境地质问题,日益扩展的土地石漠化,正在吞噬着中国西南喀斯特地区民众的生存空间,已经构成灾害和贫困之源。喀斯特石漠化是土地荒漠化的主要类型之一,是人类不合理经济活动叠加于脆弱生态地质环境背景上的综合作用结果。它以脆弱的生态地质环境为基础,以强烈的人类活动为驱动力,以土地生产力退化为本质,以出现类似荒漠景观为标志。中国西南脆弱的喀斯特生态环境是经过漫长的地质历史演化而形成的,它对喀斯特石漠化具有明显的控制作用。构造运动塑造了陡峻而破碎的喀斯特地貌格局,古环境演化奠定了石漠化的物质基础。喀斯特地区的人口压力及不合理的人类活动,导致土地资源的严重退化、植被覆盖度锐减、水土流失加剧和生态环境严重恶化,超载的社会经济压力是导致喀斯特土地石漠化最重要的驱动力。尽管喀斯特石漠化综合治理非常艰巨,但仍具备恢复或重建生态环境的可能性。     

贵州关岭县喀斯特峰丛石漠区苔藓群落生态特征

为了了解喀斯特峰丛石漠化区苔藓植物的种类和群落特征,本文选取贵州省安顺市关岭县喀斯特峰丛石漠化区的三种典型生境（裸地、人工植被和自然植被）,对苔藓植物进行样地调查,并利用种间相遇几率（PIE）、生态优势度、Shaanon-Wiener信息指数(衡量生态位宽度)和Morisita-Horn指数(衡量生态位重叠)来分析该区苔藓植物群落的组成、分布规律及生态特征。结果表明:（1）该区苔藓植物共有11科17属22种,真藓科为优势科,苔藓植物群落有19个类型。（2）苔藓群落PIE值与植被覆盖度呈正比,与岩石裸露率呈反比,自然植被生境的苔藓群落PIE值高于人工植被和裸地生境,但研究区苔藓群落PIE总体偏低,反映了喀斯特峰丛地区恶劣的生境条件。（3）研究区内卷叶湿地藓群落(Hyophiletum)、直蒴卷柏藓群落(Racopietum)和皱叶牛舌藓群落(Anomodetum)有着较高的生态优势度和生态位宽度,并且与其它苔藓群落的生态位重叠值很高。表明这三种苔藓群落对不同类型的峰丛石漠化生境都有着较好的适应能力,能够很好地与其它苔藓群落互利共生。      

Erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss for the karst rocky desertification in Chenqi village,Puding county,Guizhou, China

Carbonate rocks distribute widely in China. The total area of the carbonate rocks is about 3,430,000 km², and the exposed area of the carbonate is approximately 13 % of China’s territory. In 2003, soil loss in Yunnan, Guizhou, and Guangxi provinces reached 179,600 km², which is almost 40.1 % of the total area, causing rocky desertification. In this study, the erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss for the karst rocky desertification in Chenqi village, Puding county, Guizhou province is proposed. The mechanism occurs under the following geological environment: slope surface undulation, underlying bedrock surface fluctuation and thin and inhomogeneous soil overlying, overlying soil generation by bedrock weathering, underground karst development, and large groundwater depth and lying water table under the bottom of soils. The erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss in the karst slopes is explained as follows: power loss due to human cultivation activities that destroy the soil structure, hydraulic force formed by rainfall infiltration, wet–dry cycle generated by rainfall, erosion effect caused by rainfall penetration, creeping and flowing of plastic-stream soil, and collapse. The erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss has seven steps: disturbance of soils filled in underground karst cave by human activities, internal soil erosion and partial collapse caused by hydraulic power, internal free surface formation within the soil in the filled karst cave, internal soil creeping, soil pipe formation, soil pipe collapse, and ground surface collapse and filling. Soil loss develops slowly, and sudden transportation occurs by collapse. Soil loss can be explained by the proposed mechanism, and soil loss can be prevented by controlling soil collapse.     

贵州贞丰—关岭花江喀斯特石漠化地区土壤厚度的空间分布特征

土壤厚度与石漠化发展程度有着密切的关系,土壤也是石漠化地区生态恢复以及农业生产的基础。为了研究典型高原峡谷中-强度石漠化地区的土壤厚度空间分布规律,在土壤厚度野外调查的基础上,利用地统计学方法分析了贵州典型石漠化地区——贞丰—关岭花江小流域土壤厚度空间分布特征及主要影响因素。结果表明：（1）研究区土壤平均厚度仅为26 cm,土壤平均厚度表现为坡耕地>荒地>林地;（2）土壤厚度空间变异性以强度为主,荒地的土壤厚度空间分布连续程度优于林地和坡耕地,林地的土壤厚度空间分布有明显突变性,坡耕地的土壤厚度具有点状分布特征,有耕作物附近土壤厚度较大;（3）土壤厚度与海拔、基岩裸露率、坡度之间均有明显负相关关系;（4）自然和人为因素综合影响下的土壤强侵蚀是研究区土壤厚度分布极为不均的主要原因,对该区域石漠化的治理可以采用工程措施与生物措施相结合的方法。研究结果对研究区石漠化因地制宜地防治及其他地区水土流失防治、生态恢复、农业合理生产具有一定的参考价值。     

干旱和复水对喀斯特石生穗枝赤齿藓水分及光合生理的影响

研究了石生穗枝赤齿藓对喀斯特环境变迁的水分及光合生理适应,为喀斯特石漠化生态环境的恢复与治理提供依据。选择贵州普定石漠化区域交织型石生穗枝赤齿藓（Erythrodontium julaceum (Schwaegr.) Par.）为材料,测定水分和光合生理等指标。结果表明:干旱胁迫下石生穗枝赤齿藓水势（Ψs）、自由水含量（Va）、组织总含水量和相对含水量（RWC）降低,束缚水（Vs）、水分饱和亏（WSD）和Vs/Va比值增大,复水后各水分生理指标均有不同程度的恢复。RWC与qN负相关,与Fv/Fm、Yield、ETR、qP、Pn呈正相关关系;叶绿素含量总体呈出先升后降再升高的趋势。轻度干旱胁迫Pn逐渐下降,重度急剧下降,光合作用受到了严重的影响;随干旱胁迫进程蒸腾速率（Tr）的变化未见显著差异。复水后各荧光参数在轻中度胁迫下能恢复到正常水平,而重度胁迫较难恢复到对照水平。喀斯特石生穗枝赤齿藓具有适应岩溶干湿交替的水分代谢和光合生理机制,是石漠化地区植被恢复与重建过程中的先锋物种。      

西南岩溶区水土流失与石漠化的变化关系研究——以重庆南川岩溶区为例

以重庆南川区为例,利用TM遥感影像、Arcgis和Erdas软件,运用地图代数原理,采用图像数据转移矩阵计算,结果表明从1988年到2000年水土流失增强面积为9 605.89 hm2,减弱面积为79 947.85 hm2;石漠化强度增强面积为15 078.92 hm2,减弱面积为12 492.53 hm2。石漠化是水土流失长期作用的结果,水土流失是石漠化形成过程的阶段性表现,二者在成因上存在因果关系,但在生态治理恢复的过程中,水土流失减弱面积与石漠化减弱面积的变化不同步,在时间上存在滞后关系。造成这种滞后的现象,原因是石漠化土地生态的恢复过程较水土流失土地的长。