土壤环境因子对土下岩溶溶蚀速率的影响——以重庆金佛山国家自然保护区为例

通过野外溶蚀试片和测量土壤CO2浓度、水分、孔隙度、pH值和有机质含量的方法,探讨不同土地利用方式下土壤环境因子及其相互耦合对岩溶溶蚀速率的影响。研究结果表明,金佛山国家自然保护区不同土地利用方式下的平均溶蚀速率差异显著,总体表现为:竹林地>林地>草地>灌丛地>灌草丛地。不同土地利用方式下的土壤pH值与溶蚀速率呈很好的负相关,土壤水分含量、孔隙度与溶蚀速率呈正相关。山顶岩溶作用明显强于山下,这与重庆市百年一遇的大旱不无关系。土壤环境中CO2浓度、水分、孔隙度、pH值和有机质含量影响着岩溶溶蚀速率,同时这些土壤环境相互耦合也影响着岩溶溶蚀速率。     

山区岩溶作用对土地利用方式的响应——以金佛山碧潭泉和水房泉两区岩溶系统为例

不同的土地利用方式可使土地理化性质产生一系列的变化和差异,从而影响到岩溶作用的方向和强度。通过野外溶蚀试片实验法,对金佛山典型岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域岩溶生态系统的5种典型土地利用方式下的土壤溶蚀速率进行雨季短时间尺度变化的野外观测。2006年7月中旬开始,重庆地区罕遇43天高温无雨的特殊天气,测试结果表明不同土地利用方式甚至同一土地利用方式下不同海拔的岩溶区石灰岩试片溶蚀速率都存在较大差异,碧潭泉域雨季绝对溶蚀量仅为水房泉域的13.3%,6个测试点土下溶蚀量由大到小依次为水房泉竹林地、水房泉林地、水房泉草地、碧潭泉林地、碧潭泉灌草丛、碧潭泉耕地。在研究时间内降雨量、温度和土壤CaCO3含量差异的基础上,金佛山两泉域岩溶作用主要有两个控制因素:土壤CO2浓度、土壤有机质。     

重庆金佛山表层岩溶生态系统土壤的CO2释放规律

采用碱溶液吸收法通过对重庆金佛山林地、裸地表层岩溶生态系统土壤CO2释放量进行野外监测,研究了影响土壤CO2释放量变化的主要因素,揭示土壤CO2释放变化规律。土壤CO2释放量的变化主要随着温度而变化,即气温降低,土壤CO2释放量减少,在昼夜时段,土壤CO2也随温度而变化,但相比温度变化有明显滞后性;降雨对土壤CO2释放有比较复杂的影响,但非简单的线性相关;同时植被也会影响到土壤CO2的释放,总体上,相比裸地而言,林地的土壤CO2的释放量大,但在不同时间段内土壤CO2释放强度与气温的关系有较大差异。一天时间段内林地土壤CO2释放强度与温度的关系较裸地灵敏,这是因为林地本身生物量大,对温度反应敏感,温度很小的变化就能引发土壤CO2释放量的大幅度地改变。而在以月为单位观测时间段时,裸地土壤CO2释放强度与气温的关系较林地灵敏,这可能是因为植被覆盖减缓气温对土温的影响,对土温有较强的调节作用。这种不同植被系统下,在不同时段土壤的CO2释放量动态差异在讨论岩溶作用与碳循环时应充分注意。     

夏季不同土地利用方式下的溶蚀作用研究——以重庆青木关岩溶槽谷区为例

土壤理化性质会随土地利用方式的不同而产生一系列的变化,从而影响到岩溶作用的方向和强度。通过野外溶蚀试片法,测得重庆青木关典型岩溶槽谷区6种典型土地利用方式下6个测试点夏季绝对溶蚀量和单位面积溶蚀量。结果表明,不同土地利用方式土下溶蚀速率存在显著差异,旱地>退耕林>水田>杉竹混交林>荒草地>竹林。对不同土地利用方式的不同层位溶蚀量进行统计发现:溶蚀速率基本上随深度增加而增大,但差别不大。但同一土地利用方式不同层位之间溶蚀量存在明显差别,差别最大点出现在荒草地,其壤中-20cm处溶蚀量是其表层的4.23倍。另外,各点壤中CO2含量随深度增加而增大,与溶蚀速率的变化总趋势有较好的对应关系。而土壤有机质则均随深度的增加而减少,与溶蚀速率变化总趋势相反,但与地表溶蚀速率基本成正相关。故认为有机质含量对溶蚀速率的作用机制较为复杂。      

亚高山表层岩溶泉域土壤溶蚀速率季节变化及碳汇量估算——以重庆金佛山水房泉流域为例

利用标准溶蚀试片法测定了重庆金佛山水房泉流域林地、草地和灌丛三种土地利用类型不同深度年溶蚀速率。结果表明,不同土地利用类型、不同季节、不同土壤深度的溶蚀速率具有很大的差异。通过对各土地利用类型下不同季节不同深度土壤有机质、土壤CO2浓度和土壤pH分析发现:土壤有机质和pH相互耦合共同对溶蚀速率产生影响,有机质含量越高,则pH值越低,溶蚀速率就越大;三种土地利用方式下土壤CO2浓度与溶蚀速率具有一定的相关性,夏秋季土壤CO2浓度较冬春季高,相对应地,其土下溶蚀速率也比冬春季大。最后利用试片溶蚀数据对泉域内年碳汇量进行了估算,结果约为:25.595t/a。      

湖南大龙洞流域不同岩性不同土地利用类型条件下碳酸盐岩试片的溶蚀速率

选择湖南大龙洞流域寒武系中统熬溪组上段(∈2a3)白云岩、寒武系上统比条组下段(∈3b1)和奥陶系中统牯牛潭组(O2g)灰岩进行野外溶蚀试验,并测试林地和草地类型土壤剖面20cm、50cm深度土壤CO2浓度和有机质含量,以探讨林地、草地土地利用类型条件下试片溶蚀速率的差异特征。结果表明:(1)O2g、∈3b1和∈2a33种试片溶蚀速率在林地和草地土下20cm、50cm深度差异明显,∈3b1g灰岩林地土下20cm试片的溶蚀速率最大,达357.93mg/(m2?d);(2)试片溶蚀速率受岩性影响明显,CaO含量高,溶蚀速率大,O2g、∈3b1灰岩中CaO含量分别为35.38%、47.45%,较∈2a3白云岩的含量32.64%高,因而其溶蚀速率也较∈2a3的大;(3)埋放于林地土壤的试片其溶蚀速率大于草地,表明土地类型对溶蚀速率有较大的影响,植被从草地向林地的正向演替有利于岩溶作用的进行。      

垂直气候带岩溶动力系统特征研究——以重庆金佛山国家级自然保护区为例

利用CTDP300多参数自动记录仪对重庆金佛山国家级自然保护区碧潭泉和水房泉的降雨量、水位、水温、pH值、电导率进行了监测。结果表明,不同海拔高度的表层岩溶泉水化学对环境变化十分敏感,且具不同的表现形式,气温和土壤CO2浓度是引起水化学动态变化的两个重要因子。位于海拔较低的碧潭泉气温,土壤CO2浓度相对较高,岩溶作用也相对强,位于海拔较高的水房泉则相对较弱。受气温控制,前者的水温、pH表现出明显的白天高,夜间低的昼夜变化规律。降雨过程中,至少有两种效应在影响水化学性质:雨水的稀释效应和CO2效应,前者对碧潭泉水化学变化影响较大,降雨可引起泉水电导率、水温及pH的显著下降,降雨强度越大,下降速度与幅度越大,而从泉水电导率下降、pH值略有上升看,两者均对水房泉的水化学变化产生了影响。     

云南石林地质公园土岩、土根界面过程和土下溶蚀速率

综合考虑土下界面过程对溶蚀速率的影响,不仅有助于客观评价不同土地利用下土壤溶蚀速率的差异及其控制因素,也有助于判别特定气候条件下区域或流域尺度的现代岩溶作用与碳循环强度。在云南石林世界地质公园,选择近原生滇青冈林(密枝林地)、云南松林地(人工辅助恢复林)、荒草地、石漠地等4种土地利用类型及不同界面开展为期2年的标准溶蚀试片(试片为圆形,直径40 mm,厚约3 mm)试验研究,同步测定土壤理化性质、水分、土壤CO_2。结果表明石林不同土地利用土下(土壤界面)平均溶蚀量为82.3 mg/a,最大年溶蚀量位于密枝林土下50 cm,达285.7 mg/a,最小年溶蚀量位于石漠地土下10 cm,为17.4 mg/a。总体上,土下年平均溶蚀量从大到小依次为密枝林地(182.6 mg),荒草地(76.4 mg),云南松林地(46.5 mg)与石漠地(23.8 mg)。土岩界面附近土下年溶蚀量为17.7～68.8 mg/a,均值为44.7 mg/a,从小到大依次为灌丛稀疏林(17.7 mg),石漠地(47.6 mg)与荒草地(68.8 mg)。土根界面附近土下溶蚀量为43 mg/a。土下溶蚀量要大于岩面溶蚀量,密枝林土下溶蚀量远远大于其它三种土地利用类型,荒草地和密枝林土下溶蚀量随土壤深度均呈现增加的趋势,尤其是后者的增幅相当显著,说明随着植被的正向演替可极大地促进岩溶作用的进行,提高碳酸盐岩溶蚀速率。石漠地岩土界面溶蚀速率约为岩面或正常土下溶蚀速率的2倍,为石柱水平土蚀凹槽的形成提供了岩溶作用动力学证据。利用密枝林地(原生性植被样本)土下溶蚀速率推断,石林形成鼎盛期的土下溶蚀速率为35.1～46.8 mm/ka。     

北方不同植被下土壤岩石试片的溶蚀速率及碳汇分析——以山西汾阳地区为例

通过山西汾阳不同植被条件下的对比溶蚀实验,并结合土壤有机碳和无机碳含量测试分析及土壤水分含量和CO2浓度野外现场测试,揭示出北方半干旱条件下的溶蚀速率特征及其影响因素,结果表明:（1）不同植被条件下的土下试片溶蚀速率差异明显,林地的地面以下溶蚀速率最大,为0.551 1 mg/(cm2?a),分别是灌丛[0.258 5 mg/(cm2?a)]和草地[0.254 7 mg/(cm2?a)]的 2.13倍和2.16倍;表明随着植被的正向演替,碳酸盐岩溶蚀速率有增加的趋势。（2）试片溶蚀速率主要受土壤有机碳、无机碳、水分控制,受土壤CO2浓度影响小;其中土壤有机碳含量、土壤水分与试片溶蚀速率呈正相关,土壤无机碳含量与试片溶蚀速率呈负相关;高浓度的无机碳使部分试片经过溶蚀后重量不减反增,造成试片溶蚀速率偏低。（3）以林地、灌丛、草地条件下试片土下平均溶蚀速率计算出研究区岩溶碳汇强度为1.815 tCO2/(km2?a),与前人根据水化学径流法计算的结果[8.69 tCO2/(km2?a) ]相比偏小。这意味着由溶蚀试片法来计算我国岩溶碳汇量可能会比实际偏小。      

重庆金佛山泉水地球化学特征及其空间分布意义

2006年7月和9月在重庆金佛山地区选取22个地下水出露的泉点.对泉水的地球化学性质进行详细调查。利用野外和实验室测量手段得到了主要阴离子和阳离子浓度与物理化学参数。分析得知:研究区泉水的水化学类型为Ca-HCO_3和Ca、Mg-HCO_3;结合地质和地貌背景把它们分为6个泉群,分别讨论各泉群的空间分布意义;估算泉水方解石(SI_C)、白云石(SI_D)和石膏(SI_G)的饱和指数,即可反映地层岩性、地形和地下水的运移时间对水质的影响,该区地下水基本上是来自大气降水的下渗.没有深部含水层的上升混合.这些泉水的地球化学特征以及它们的空间分布规律能够很好地反映区内地质状况.该研究可以为金佛山地区地下水资源的调查和环境保护提供基础数据。     

垂直地带性岩溶生态环境特征初探——以金佛山国家自然保护区为例

由于特殊的地理环境,金佛山自然保护区的垂直地带性岩溶生态特征明显.通过研究发现,金佛山在不同海拔地质背景基础上,土壤、物种多样性和山上山下两种不同特征的岩溶动力系统.土壤分带性主要表现为：从山下向山顶依次为黄壤、暗黄壤、黄棕壤和棕壤.物种多样性主要表现为：植被种类繁多,动物类型复杂多样,是同类地区所罕见的,大大丰富了我国野生生物基因库.岩溶动力系统主要表现为：土壤CO2和水化学特征的差异显著,从而形成了山上山下两个不同特征的岩溶动力系统,山下岩溶作用明显强于山顶.     

Study on Soil and Water Loss Characteristic of the Railway Construction in Mountain Area

The factor of human project activity is often the immediate cause resulting in soil and water loss. The Baoji-Lanzhou second railway in construction is an example. The soil and water loss law caused by earth and stone mountain railway engineering construction in the northwestern China is studied systematically and that caused possibly by the road bed project, the road moat project, the field project, the tunnel project and the service road project in construction is probed. At the same time, the type, the intensity and influencing factor of soil and water loss in the northwest mountain railway construction are also studied.     

The Impact of Human Activities on CO2 Intake by Carbonate Weathering: A Case Study of Conglin Karst Ridge-trough at Fuling Town,Chongqing, China

The chemical weathering can consume atmosphere/soil CO2. Human activities such as pollution, fertilization and acid precipitation have exerted a large impact on CO2 intake by carbonate weathering. Thus, based on the analysis on chemical component change of the karst groundwater in the karst ridge watershed of Conglin Village, Fuling District of Chongqing City, the influence of human activities such as fertilization, sewage discharges from mustard tuber processing, breeding industry and acid rain precipitation on carbonate weathering and CO2 intake in 1980, 2003 and 2006 was studied. The results showed that CO2 intake by carbonate rock declined with year. Because H+ derived from acid sewage discharge, fertilization and acid precipitation reacted with carbonate rock when mustard tuber production and swine breeding were developed fleetly after 2000 as well as the burning amount of high-sulfur coal augmented persistently, which led to the increase of (Ca2++Mg2+)/HCO3-. The difference on charge between Ca2++Mg2+ and HCO3- was balanced by NO3-+SO42-. The control on pollution and acid rain, especially the pre-neutralization of acid waste water, would rejuvenate the atmospheric CO2 intake strength of carbonate weathering besides the protection of water and soil environment     

喀斯特区天然林不同演替阶段功能性状特征及其影响因素研究——以云南大黑山为例

不同演替阶段群落的环境条件有所不同,变化的环境因子驱使群落水平上功能性状和物种适应环境的生态对策改变,然而次生演替过程中群落功能性状和物种生态对策随演替时间的变化规律尚不清楚.本文以云南大黑山喀斯特地区弃耕后处于不同恢复阶段的天然次生林(3年,6年,20年,40年)和老龄林为研究对象,结合不同群落演替阶段的物种特征和群落结构,分析不同演替阶段叶、枝功能性状的变化规律,以及功能性状与环境因子的关系.结果表明:(1)随着演替的进行,土壤养分(除磷外)和水分逐渐增加,土壤容重先下降后趋于稳定,土壤pH变化不明显;比叶面积逐渐下降,叶片干物质含量和潜在最大高度逐渐增大.叶和枝的氮含量呈先下降后上升的趋势,磷含量均下降,N:P总体呈上升趋势.(2)冗余分析表明,演替早期灌木林阶段主要分布在土壤容重高,水分和养分相对匮乏的环境中,植物往往采取高养分含量、高光合速率、短寿命的开放性策略;演替后期乔木林阶段主要分布在土壤水分和养分相对肥沃的环境中,耐阴树种逐渐占据主导地位,植物通常采取低养分含量、低光合速率、长寿命的保守性策略.其中,土壤含水量、全氮含量、容重和有机质是影响喀斯特植物演替过程中功能性状变化的关键环境因子.研究喀斯特植物功能性状与环境因素随演替的变化规律,以及功能性状如何响应环境变化,旨在为今后科学指导人工植物群落构建和防止植被退化提供依据.     

沙地地区水文过程及模拟——以秃尾河流域为例

根据气候条件的不同,沙漠可分为沙质荒漠和沙地两种类型.其中沙地地区降水相对丰富,具有降水、蒸发、下渗、产流及汇流等过程的相对完整的水文过程,但已有研究较少.以黄河中游沙地地区的秃尾河为例,分析了沙层水分分布及演化特性,进而将整个水文过程进行概化,得到物理意义明确,结构简单的概念性水文模型.该模型应用方便,精度较高.研究定量地阐明,研究区域沙层孔隙特征决定了沙层水分易保存而不易蒸发,使该地区径流深相对较大,而地下水丰富,调节能力强,是该地区河流径流年内分配均匀,年际变化小的重要原因.流域的非闭合性是该类地区水文研究中需要重点考虑的问题.     

乌蒙山以礼河流域岩溶地下水富集特征及供水意义研究

岩溶地下水是乌蒙山集中连片贫困区内居民生产生活的主要水源,归纳区内地下水富集特征并探讨岩溶地下水的供水意义对于当地地下水资源勘察和开发利用具有重要的现实意义。文章针对乌蒙山以礼河中上游区域,基于现场水文地质调查,对水样进行采样和测试,并结合地下水天然资源量的计算方法,归纳总结了研究区内岩溶地下水的富集特征,并结合富水程度、供水条件和水质特征三个方面探讨了岩溶水的供水意义。研究得到以下结论：（1）研究区内岩溶地下水的富集特征可归纳为五种类型：断裂导水带、断裂溶蚀谷、条带溶蚀谷、褶皱溶蚀谷、阻水接触带;（2）富水块段内地下水化学类型以Na-HCO₃型和Ca·Mg-HCO₃型为主,水质整体较好,I~III类水占比为79%,超标指标主要为硝酸盐和耗氧量;（3）各富水块段地下水的天然补给量和排泄量分别为329.7~14 512.4万m³·a⁻¹和4.6~1 308.4万m³·a⁻¹,排泄量占补给量比值为0.3%~15.5%,区内地下水资源剩余开发潜力较大;（4）断裂溶蚀谷、条带溶蚀谷和阻水接触带供水意义显著,其余富水块段在不同程度上受限于水资源时空分配不均、不具备供水条件、水质较差等情况,其供水受到影响。     

异养细菌作用下岩溶水体惰性有机碳变化及其环境影响因素分析

惰性有机碳(RDOC, Recalcitrant Dissolved Organic Carbon)作为难以被生物降解的有机碳, 可以在水体中保存数千年, 构成长期碳储。岩溶区浮游植物利用岩溶水中丰富的HCO– 3进行光合作用, 为异养细菌生长提供充足的有机质底物, 促进异养细菌代谢, 形成RDOC。本文以广西柳江为例, 通过δ14C示踪法、荧光实时定量PCR法、原位微生物法对流域内细菌基因丰度、RDOC浓度等进行培养和测试, 结合环境因子对流域内RDOC的变化趋势进行分析讨论。研究区RDOC浓度介于1.46~2.66 mg·L–1之间, 平均1.85 mg·L–1, 占DOC的48.16%~92.61%, 平均占65.83%, 表现出明显的时空变化特征: 平水期水温升高、水体浊度降低, 浮游生物初级生产力增加, 产生较多内源有机碳, 为异养细菌提供充足的有机质底物, 细菌丰度和初级生产力增加, RDOC浓度明显高于丰水期, 主要受流域内异养细菌生物效应影响; RDOC浓度在水库坝后明显减小, 该采样点较缓的流速使有机质和生物聚合物更易沉降, 进而留存在水体中的DOC及RDOC减少, 主要受水动力条件控制。研究结果表明流域内RDOC受生物效应和水体理化性质共同影响, 异养细菌是流域内RDOC的主要贡献者, 同时浮游生物产生的内源有机碳对RDOC形成有促进作用。     

陇东黄土高原土壤储水量与蒸发和气候研究

利用长期土壤湿度和气候观测资料，分析了陇东黄土高原陆面蒸发和土壤储水量的年际变化及其与气候因素的关系。在近20年来，陇东黄土高陆面蒸发和土壤储水量的年际变化主要表现为逐年减少的趋势，个别季节表现为增加的趋势；年际变化的速率具有季节和空间差异性。陆面蒸发和土壤储水量随着温度的升高而减少，随着降水的增加而增加。但是陆面蒸发和土壤储水量与温度的关系不密切，与降水的关系密切。变暖不是陇东黄土高陆面蒸发和土壤储水量逐年减少的气候因素，降水的逐年减少才是陇东黄土高原陆面蒸发和土壤储水量逐年减少的气候因素。陇东黄土高原的土壤干旱化与地表蒸发关系不大，降水的逐年减少可能是土壤干旱化的根本原因。