Fractal characteristics and stability of soil aggregates in karst rocky desertification areas

Karst rocky desertification is one of the major ecological and environmental problems that threaten the sustainable development of southwestern China. This study focuses on a case study of the small watershed in Chenqi where karst rocky desertification is particularly severe. This paper considers samples of soils from six different land use patterns in Chenqi village. Various correlations are observed by using fractal theory, including an emerging model for studying soil aggregates. This study demonstrates how the fractal characteristics of soil structure and the stability of soil aggregates are crucial to better understanding karst rocky desertification. The fractal dimension of different land use patterns can be used to indicate the magnitude of soil destruction. Soil fractal dimension can be applied using different methods to characterize the changes in factors influencing the stability of soil structure. The results indicate a significant negative relationship between fractal dimension of soil aggregates and large aggregate content (of diameters 5?C10?mm) and a significant positive relationship between fractal dimension and micro-aggregate content (<0.25?mm). The fractal dimension of soil aggregates is also significantly negatively correlated with both clay content and organic matter content. These results suggest that fractal dimension can be used as a reliable indicator of soil quality and presents advantages compared to using mean weight diameter.     

典型石漠化区不同种植年限桃树下土壤微量元素变化特征

为明确石漠化地区不同种植年限果树根系表层土壤微量元素的变化特征,选择桂林市恭城县大岭山村同一农户的不同种植年限桃树（2 a、10 a、20 a）各5棵,以撂荒地（0 a）作为对照,对土壤微量元素铁、铜、锰、锌、硼的全量及有效态变化规律进行研究,并探讨理化性质与微量元素有效态的相关性。结果表明:（1）研究区除全铁的变异系数小于10%,铜、锰、锌、硼的全量及有效态均为中等变异;（2）土壤铁、铜、锌、硼全量种植0~2 a间均增加（P<0.05）,种植2~10 a则下降（P<0.05）,种植10~20 a间铁元素随年限增加而下降（P<0.05）,其余研究元素全量均表现为增加趋势;（3）有效铁、锌、硼在种植0~10 a先增加（P<0.05）,种植10~20 a均有明显下降趋势,有效锰在0~20 a间趋势则与其他元素相反,并且与全量锰保持一致性,因此种植10 a是果树土壤微量元素变化的转折点;（4）不同种植年限果树根系土壤性质的改变（pH值、有机质、全磷的变化）是微量元素有效态含量随时间变化的主要内在原因,而人为活动如施加有机肥是外在原因。在种植10 a后,应重视微肥的施加。      

贵州喀斯特峰丛洼地石漠化区土壤物理特征时空分异

喀斯特峰丛洼地在全国8个石漠化治理区中面积（310万hm2）居第二位,贵州是全国石漠化最严重的地区。喀斯特生境的高度异质性、土被不连续性,导致土壤物理特性的差异,使持水保水能力有较大差异。为了弄清喀斯特峰丛地石漠化区土壤物理特征时空分异,利用环刀法对贵州喀斯特峰丛洼地石漠化实验区不同季节、不同地貌部位的土壤取样,用SPSS19.0数学统计方法对样品进行统计分析,结果表明:①土壤物理特征存在较大的时空分异,除了少部分为弱变异外,其它均表现为中等变异程度,这与生境类型复杂多样、生境高度异质性有关。②不同坡度土壤物理特征变化不显著,但土壤物理特征在不同地貌部位（上、中、下坡）随季节（春、夏、秋、冬）变化而变化。③不同植被类型下,除了非毛管孔隙度外,土壤自然含水量等物理特征变化极显著。以灌木林、人工林（经果林）分布区域土壤较为疏松、透气性好,而以针叶林或荒草地分布区,土壤粘重,透气性相对较差。      

西南石漠化区林下土壤养分特征及差异性

文章采用文献检索法收集20世纪90年代以来石漠化区植被修复和土壤研究相关论文,以全国二次土壤普查养分分级标准为基础,探讨林下土壤养分改良情况及土壤化学计量特征。结果表明：（1）中国西南石漠化区林下土壤总有机碳、全氮均值均高于全国二次土壤普查养分一等级,全磷处于二级范围,土壤养分改善效果明显,而全钾含量属于五级低钾区;（2）广西壮族自治区总有机碳和全氮均值为五省（区、市）第一,全磷和全钾位于二等级和四等级,土壤养分含量增加最明显;贵州省总有机碳、全氮高于一等级34%和37%,全磷值在二等级范围,全钾值位于第五等级,贵州省石漠化林下土壤养分改良明显;云南省总有机碳、全磷指标分别高于一等级9%、21%,全氮属于二等级,全钾属于五等级,土壤养分指标有不同程度提高;重庆市总有机碳高于一等级1.75%,全氮和全磷属于二等级,全钾为五省中最高且属于四级,土壤养分指标改良较其他三省慢;湖南省总有机碳指标为二等级,全氮、全磷、全钾值分别属于二等级、五等级、五等级,湖南省需加强石漠化治理的力度;（3）西南石漠化区土壤总有机碳和全氮指标呈正相关,植被生长亦受钾元素限制。其中,广西壮族自治区总有机碳、全氮和全磷存储快,土壤改良效益极其显著;贵州省土壤固碳能力高于全国平均值;云南省石漠化地区土壤钾元素偏低,影响植被生长;重庆市土壤中全钾含量高与总有机碳、全氮、全磷关系不大,氮元素成为限制植物生长的元素;湖南省植被生长需补充磷、钾元素。西南石漠化区植被生长应充分补充钾元素,除此之外,湖南、重庆需加强磷、氮元素的补充;云南、湖南、重庆应借鉴广西壮族自治区生态修复经验,加强石漠化生态治理并发挥效益。     

石漠化地区土地利用方式对土壤团聚体稳定性及有机碳的影响

以典型高原山地喀斯特石漠化6种土地利用方式土壤为研究对象,探讨不同生态恢复条件下,坡耕地转变为林地、草地及林草套种地后对表层土壤结构稳定性及其有机碳含量的影响。结果表明：在坡耕地实施石漠化治理措施,造林种草后,>0.25 mm团聚体含量显著增加,以人工林、次生林居多,坡耕地较少。在干湿筛处理下,采用平均质量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、分形维数（D）、>0.25 mm团聚体含量等指标来表征的团聚体稳定性显示,人工林和次生林土壤团聚体稳定性较强,坡耕地和林草套种地土壤团聚体稳定性较弱。总体上不同土地利用方式均以小粒级团聚体有机碳含量最高,>5 mm和2~5 mm水稳性团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率最大（除农耕地）;土壤大团聚体对土壤有机碳的固定起主要作用。石漠化坡耕地退耕还林种草有利于促进土壤表层土壤结构的稳定及有机碳的积累。     

云南蒙自断陷盆地石漠化区土壤钙形态特征

以云南蒙自断陷盆地区为研究区,沿盆地、坡地到高原面分别采集不同石漠化程度下的土壤,采用连续浸提（BCR）提取方法测定不同形态钙含量,以探讨断陷盆地不同地貌部位不同石漠化程度石灰性土壤钙形态特征及其影响因素。结果表明:研究区土壤中钙以交换态钙含量最多,表明断陷盆地石灰土中钙的生物有效性高,各形态钙的大小顺序为交换态（61.04%）>残渣态（18.53%）>酸溶态（17.44%）>水溶态（1.63%）>有机结合态（1.36%）。地貌部位和石漠化程度对钙形态分布均具有重要影响,地貌部位的影响主要是通过影响温度、降雨等气候条件而影响土壤钙形态含量,而石漠化程度越强的土壤中钙含量尤其是交换态钙含量相对较高,这主要是由于裸露岩石的“聚集效应”造成的。      

重度石漠化区不同土地利用方式下土壤养分特征

本文以云南省蒙自市西北勒乡碧色寨村石漠化土地为研究对象,基于主成分分析法（PCA）研究岩溶石漠化区不同土地利用方式下的土壤养分特征。结果表明:（1）研究区土壤各养分指标变异系数介于0.14~1.76,不同土地利用方式下,土壤养分状况有较大差异;（2）研究区土壤12项养分指标可归结为3个主成分,所提供的信息占全部信息的90.69%,其中PC1主要包含了全磷、有效磷、速效钾和有效锰,PC2主要综合了有机碳、全氮、全钙和有效锌,有效铁对PC3具有较大的贡献。（3）对不同用地类型土壤养分的主成分得分进行排序,由大到小依次为火龙果地>林地>封育草地>玉米地,表明植树造林及火龙果种植等方式能有效改善石漠化区的土壤养分状况。建议对样区的石漠化治理应以封山育土为前提,以生态恢复为目的,通过种植火龙果与修复林地改善样区土壤状况,逐步形成生态环境与社会经济协调发展的石漠化综合治理体系。      

西南岩溶石漠化综合治理水—土—植被关键技术进展与建议

石漠化综合治理关键技术研发是石漠化综合治理工程的关键步骤.本文根据第一期石漠化治理工程的进展,分析了岩溶水资源特征与开发利用技术、土壤资源维持与质量提升技术、植被恢复与功能提升技术和水—土—植被耦合模式的研发进展和不足,对第二期石漠化综合治理提出了一些建议,认为第二期石漠化综合治理关键技术研发应以“结构一过程—服务”为指导框架,加强岩土组构等地质环境背景、水土过程和石漠化过程以及关键服务功能维持和提升机理的基础研究,加强功能型植被、关键共性和个性技术研发以及关键技术的配套和优化,加大石漠化综合治理关键技术的适用性评价和推广应用,完善流域内生态系统服务主体功能区评估和生态补偿,有效准确的治理石漠化,以促进西南岩溶石漠化地区生态、经济和社会的可持续发展.     

Analysis of soil biogeochemical characteristics in the process of karst rocky desertification

The sampling method of karst soil is always the one used for non-karst area. However, if the samples can represent the plot, it still needs further investigation due to high degree of spatial variability of karst soil. The study results of soil from the Maolan karst virgin forest in Guizhou Province elucidated that only the surface area-weighted samples could represent plot soils in the karst ecosystem. The remediation of karst rocky desertification has currently become a national issue, but soil degradation research on rocky desertification genesis types and processes is still insufficient. Soil physical, chemical, biological characteristics and enzymes activities from plots of different rocky desertification genesis types and grades in the Cha＇eryan catchment in the Huajiang Gorge area, Guizhou, were studied. The results showed that woodcutting and land reclamation influenced soil biogeochemical characteristics, and the influence of different disturbing ways was huge. The author suggested a soil degradation index system which could illustrate the rocky desertification genesis type and extent. The degraded modes of woodcutting and reclamation sequence were different, both had no synchronism with rocky desertification grades divided by current landscape index. Only soil of serious grade degraded evidently in wood cutting sequence. On the contrary, soils of slight, medium and serious grades degraded evidently in the reclamation sequence.     

中国岩溶地区石漠化贫困问题研究进展

岩溶地区是实施乡村振兴战略的坚中之坚,是极易出现返贫的地区之一,有必要梳理总结岩溶地区消除石漠化贫困的历程、成果和存在的问题,巩固脱贫攻坚成果,夯实乡村振兴的理论基础。本研究以岩溶地区实施重大生态工程的时间节点为主线,参考各阶段前人取得的阶段性和标志性成果,系统梳理了石漠化贫困的相关概念和研究历程;然后对各阶段的研究热点进行整理,归纳总结了石漠化与农村贫困的关系、石漠化致贫机制、消除石漠化贫困的策略、防治工程减贫效益评价等4个方面的前人研究成果。研究表明:石漠化贫困与石漠化区贫困的界限不清,是造成石漠化防治工程和精准扶贫衔接脱节的原因之一,应突出石漠化区生态脆弱的特性,将生态建设有机融入巩固脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接之中,实现生态、资源、人口和经济各要素的耦合协调发展;工作超前,理论基础研究落后的现实依然存在,应加强石漠化区乡村人地关系及相对贫困的研究,探究石漠化阻碍乡村振兴的制约机制;此外,在岩溶地区生态质量不断提升的背景下,应优化石漠化防治工程后评价体系,凸显社会效益和经济效益评价的重要性,总结经验、汲取教训,巩固岩溶地区脱贫攻坚成果,实现脱贫攻坚与乡村振兴有效衔接。     

喀斯特石漠化小生境对大型土壤动物群落结构的影响

对花江流域喀斯特地区小生境(土面、石槽、石沟)的土壤动物进行了研究。结果表明:喀斯特石漠化地区小生境共捕获大型土壤动物平均为276.7只,分别隶属3门7纲24类。其中,优势类群蚂蚁占总数的56.75%。 土面生境土壤动物的多样性指数为1.199,石沟的为1.592,石槽的为1.962; 均匀性指数为0.616,石沟的为0.989,石槽的为1.095; 土面生境土壤动物的优势度为0.545,石沟的为0.353,石槽的为0.245。利用统计软件SPSS13.0进行相关分析,结果说明不同小生境和土层对土壤动物个体数量和类群数影响均不显著,组间的均方差（F值）分别为0.834和1.226,但小生境对土壤动物的生物量有显著的影响,F值为3.844。三种小生境中,石沟生境比较有利于土壤动物生存。      

中国西南岩溶山地石漠化转型演变解析

系统阐明岩溶石漠化的演变趋势,对正确认识岩溶石漠化发生发展过程及实施有效的石漠化综合防治措施具有重要意义。研究表明：（1）驱动石漠化发生与形成的因素有岩溶山地农户生计单一、土地压力大、土地承载力低和生态脆弱等4个主要因素;石漠化发生扩展其实质就是在低土地承载力背景下,过伐、过垦、过牧等土地利用方式触发了岩溶山地土地退化,即石漠化。（2）岩溶石漠化在发生发展到一定阶段后,随着社会经济背景的演变和石漠化驱动因素的变化、消失,石漠化面积扩张的趋势会发生根本性的转折,即石漠化转型。（3）中国西南岩溶山地土地利用方式改变引起生态系统机制改变,从而引起石漠化转型演变。石漠化转型是土地利用系统对经济社会发展与生态系统综合作用的响应,符合经济社会发展和生态系统演化的总体趋势。（4）中国西南岩溶山地石漠化演变对揭示该区域人地关系变化具有指导意义。     

喀斯特石漠化治理区不同土地利用方式的小气候效应

研究小气候变化对植被恢复的响应机制可为喀斯特地区石漠化综合防治提供理论依据。文章选取喀斯特高原山地和高原峡谷石漠化综合防治示范区4种土地利用类型为研究对象,通过常规的小气候监测方法,在雨季前(4月)、雨季(8月)、雨季后(12月)对4种土地利用类型的大气温度、光照强度、相对湿度、土壤温度日变化进行监测和对比分析。结果表明：（1）4种土地利用方式中,大气温度、光照强度和土壤温度均表现为石漠化裸地>农耕地>灌木林>林地,而相对湿度的变化规律则反之：林地>灌木林>农耕地>石漠化裸地,说明林地的小气候调节作用最优,而石漠化裸地最差,与其石漠化治理和植被恢复效果相对应;（2）高原峡谷的大气温度、光照强度和相对湿度在不同的季节和不同土地利用方式下都显著高于高原山地,不同土层的土壤温度是高原山地显著低于高原峡谷;（3）各土地利用方式的小气候季节差异明显,大气温度、土壤温度均为：雨季(8月)>雨季前(4月)>雨季后(12月),而光照强度、相对湿度为：雨季(8月)>雨季后(12月)>雨季前（4月),8月各小气候指标值最高,且不同土地利用方式和治理区间的差异亦最大,因此,选取8月进行小气候监测以比较各土地利用方式和治理区之间的差异要优于其他两个月份。     

干湿循环条件下红砂岩软弱夹层微结构与剪切强度的关联性

极旱极涝频繁交替的极端气候事件会加剧岩土风化,降低强度,影响岩土工程结构稳定。采用直剪试验和扫描电镜技术,研究了对顺层红砂岩边坡稳定性起控制作用的软弱夹层在常温状态、干湿循环条件下（60℃风干）的力学特性及微观结构变化规律,通过相关分析、逐步回归方法得到了影响强度的微结构显著变量,构建了反映二者关联性的回归方程。研究表明：红砂岩软弱夹层剪切强度及黏聚力在1～5次循环过程中急剧降低,5次后变化趋缓,循环次数对内摩擦角变化影响微小;干湿循环次数增加,平均面积、平均直径、平均周长、定向概率熵等4个微结构参数减小,并与黏聚力呈现正相关关系;颗粒个数、平均形状系数、形态分布分形维数3个微观参数与黏聚力呈现负相关关系;分析认为,干湿循环过程中宏观力学特性蜕化及微观结构参数变化之间显著相关,干湿循环造成的岩土颗粒胀缩、碎裂、结构破坏是导致红砂岩软弱夹层剪切强度蜕化的主要原因。     

典型喀斯特石漠化地区植被动态监测与土地利用变化的影响分析

基于2001至2014年MOD13Q1数据集、数字地面高程数据以及中梁山地区多期土地覆盖数据,进行植被覆盖度（FVC）估算及其变化趋势模拟、多期土地利用转移矩阵分析,探讨中梁山地区植被覆盖度动态变化特征、土地利用的时空变化特征以及土地利用和地形同植被覆盖度间的响应机制。研究结果表明：中梁山76.69%的区域为植被改善区,退化区面积占总面积的10.12%,存在明显的改善趋势,生态情况得到良好恢复;人类活动对中梁山区域影响方式主要表现为耕地向林地和建设用地转化的特点;植被生长趋势的空间异质性与坡度有关,坡陡区植被改善面积约为退化面积的14倍,缓坡区仅为7倍;植被退化现象受人览活动的影响较大,而人类晃动对植被改善影响较小,植被改善主要与植物的自然生长演替有关。     

喀斯特石漠化区不同优势树种根际土壤有机碳及氮磷的变化

通过对贵州中部喀斯特石漠化区典型植被及土壤进行调查,探讨森林退化过程中不同群落优势树种根际土壤有机碳及氮磷含量的变化。结果表明:根际土壤有机碳及氮磷含量均高于非根际土壤;在不同植被类型之间,林木根际对土壤有机碳及氮磷的累积效应存在明显的差异性,其中土壤有机碳的累积效应表现最明显,其次是土壤磷素,而土壤氮素累积效应的差异性较小。在树木根基0～30cm水平范围内,根际土壤总有机碳、易氧化有机碳、全氮、有效氮和有效磷含量都明显高于30～90cm外围根际区。不同群落优势树种之间,根际土壤碳及氮磷总量的差异性表现为总有机碳＞全氮＞全磷,而碳及氮磷的生物有效态含量则表现为有效磷＞易氧化有机碳＞有效氮。森林退化过程中,群落优势树种根际土壤总有机碳、易氧化有机碳及有效磷含量出现显著的下降,从而明显地影响土壤的肥力水平。      

Spatio-temporal evolution of rocky desertification and its driving forces in karst areas of Northwestern Guangxi, China

Rocky desertification (RD) is a process of land degradation that often results in extensive soil erosion, bedrock exposure and considerable decrease of land productivity. The spatio-temporal evolution of RD not only reflects regional ecological environmental changes but also directly impacts regional economic and social development. The study area, Hechi, is a typical karst peak cluster depression area in southwest China. Remote sensing, geographic information systems (GIS) and statistical techniques were employed to examine the evolution, including the identification of driving forces, of karst RD in the Northwestern Guangxi. The results indicate that RD became most apparent between 1990 and 2005 when areas of various types of RD increased. Within the karst RD landscape, slight RD was identified as the matrix of the landscape while potential RD had the largest patch sizes. Extremely strong RD, with the simplest shape, was the most influenced by human activities. Overall the landscape evolved from fragmented to agglomerate within the 15-year timeframe. Land condition changes were categorized as five types; desertified, recovered, unchanged, worsened, and alleviated land. The largest turnover within the RD landscape was between slight and moderate RD. With regards to the driving forces all RD had been increasingly influenced by human activities (i.e., the stronger the RD, the stronger the intensity of human disturbances). Dominant impact factors of the RD landscape had shifted from town influence and bare rock land in 1990 to bare rock and grassland in 2005. Moreover, the impacts of stony soil, mountainous proportion and river density on RD increased over time, while that of others decreased. The significant factors included human activities, land use, soil types, environmental geology, and topography. However, only anthropogenic factors (human activities and land use) were reported as leading factors whereas the others acted simply as constraining factors.     

南洞流域东部重点区石漠化现状及治理对策

为了探讨南洞流域东部重点区石漠化现状及其治理对策,通过遥感数据分析结果并结合地面实地调查验证,对云南南洞流域东部重点区石漠化分布特征、成因、危害及其区域林地生态环境质量状况进行了分析。结果表明,南洞流域东部重点区石漠化面积占岩溶区面积的17.2%,集中分布于大庄盆地西北部,以轻度石漠化为主,轻度、中度、重度石漠化的面积比例约为7∶3∶1,石漠化与水土流失问题突出,岩溶区林地生态环境质量等级以三级、四级为主,占区域总面积的53.77%,整体水平较低,且明显低于区内的非岩溶地区林地。粗放型畜牧和农耕方式是导致区内石漠化形成和加剧的最重要因素。提出休垦弃焚、恢复次生植被、合理开发利用土地资源、优化农林畜牧产业结构,实施林草建设工程、草食畜牧业工程、水利水保设施工程,建立保障制度和监督机制,开展全面的石漠化综合治理对策,以确保区域生态恢复、农林畜牧经济健康发展及南洞地下河流域生态安全和水资源开发利用。      

峰丛洼地区石漠化治理的碳汇研究进展

根据峰丛洼地区石漠化治理碳汇的现有研究文献,系统总结了峰丛洼地区石漠化治理过程中的碳储量空间格局及其动态过程、不同模式下的碳汇评价与定量化等方面的研究进展与不足,提出了峰丛洼地区二期石漠化治理应关注碳汇稳定性、受气候变化制约等问题,从而优化资源配置的思路;展望了峰丛洼地区二期石漠化治理工程中碳汇研究的趋势：一方面,将土壤分布格局、碳汇耦合机理研究和增加当地经济效益相结合,提高当地农民参与石漠化治理的积极性,推广和发展第一期石漠化治理工程的成果和经验; 另一方面,将遥感技术与石漠化治理碳汇研究相结合,构建更多碳汇估算模型,为二期石漠化治理碳汇定量化服务。     

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。