云南石林喀斯特露石径流输出及其影响因素探究

喀斯特露石具有重要的生态功能,但关于露石承接降水后的石面径流及其影响因子研究仍然很少.本实验选择云南石林的石漠化、人工林、原生林生态系统,布设露石径流收集装置,收集并测量不同降雨事件后的露石石面径流,测定露石承接降水面积和粗糙度.结果表明:(1)在3.92 mm到72.31 mm的降雨范围内,露石承接降雨量与露石径流量...     

西南岩溶环境中典型植物适应机制的初步研究

岩溶生态系统是受岩溶环境制约的生态系统,中国西南7省1市岩溶环境中存在石漠化趋势。植被的恢复和生态重建具有非常重要的意义。土壤微生物和植物的碳酸酐酶(carbonic anhydrase,简称CA)在生物岩溶作用中扮演重要角色,对岩溶生态系统的良性演化具有重要作用。从元素迁移的生物地球化学特性和植物、微生物的碳酸酐酶等生理生化指标出发,考察西南岩溶环境中典型植物可能的适应机制,即植物适应偏碱性逆境、高钙逆境、土壤贫瘠逆境、干旱逆境的机制。根据典型植物在西南岩溶环境中的适应机制和植被演替规律,从改善立地条件入手,先草后灌木、乔木来进行石漠化治理。与非岩溶区植物相比,西南岩溶区植物的铝含量较低,重金属(如铅、汞)的含量较低,是一种较优良的绿色植物。由于岩溶区土壤含水量较低等原因导致植物脯氨酸含量的显著增加,脯氨酸具有抗氧化活性,螯合金属离子减少其毒性等特性,可以开发富含脯氨酸的特种食品。这表明在岩溶环境中经济植物的地域性开发意义重大。     

岩溶生态系统中的植物

岩溶生态系统是受岩溶环境制约的生态系统,是脆弱的生态系统,缺水、少土、富钙是岩溶生态系统无机环境的基本特征,植物与岩溶环境长期的相互作用,演化出独特的岩溶植物。岩溶植物具有喜钙性、石生性、旱生性,其多样性表现为少属科、寡种属和特有种,更有岩溶生态系统中特有的洞穴弱光带、天坑植物群落。植物是生态系统的生产者,肩负着生态系统的生产力、生态服务功能的重任,退化岩溶生态系统的修复,需要根据中国岩溶生态系统发育特色,探索发展具有仿自然特色的生态产业,走出岩溶区“绿水青山就是金山银山”的道路,完善中国岩溶生态系统理论。      

Ecosystem-driven karst carbon cycle and carbon sink effects

It is recognized that karst processes are actively involved in the current global carbon cycle based on twenty years research, and the carbon sink occurred in karst processes is possibly an important part of “missing sink” in global carbon cycle. In this paper, an overview is given on karst carbon cycle research, and influence factors, formed carbon pools (background carbon sink) and sink increase potentials of current karst carbon cycle are analyzed. Carbonate weathering could contribute to the imbalance item (B_IM) and land use change item (E_LUC) in the global carbon cycle model, owing to its uptake of both atmospheric CO₂ (carbon sink effect) and CO₂ produced by soil respiration (carbon source reduction effect). Karst carbon sink includes inorganic carbon sink resulted from hydrogeochemical process and organic carbon sink generated by aquatic photosynthetic DIC conversion, forming relatively stable river (reservoir) water body or sediment carbon sink. The sizes of both sinks are controlled by terrestrial ecosystems and aquatic ecosystems, respectively. Desertification rehabilitation and carbon sequestration by aquatic plants are two effective ways to increase the carbon sink in karst area. It is estimated that the rate of carbon sink is at least 381 000 t CO₂/a with vegetation restoration and afforestation in southwest China karst area, while the annual organic carbon sink generated by aquatic photosynthesis is about 84 200 t C in the Pearl River Basin. The development of a soil CO₂ based model for assessment of regional dissolution intensity will help to improve the estimation accuracy of carbon sink increase and potential, thus provide a more clear and efficient karst sink increase scheme and pathway to achieve the goals of “double carbon”. With the deep investigation on karst carbon cycle, mechanism and carbon sink effect, and the improvement of watershed carbon sink measurement methods and regional sink increase evaluation approaches. Karst carbon sink is expected to be included in the list of atmospheric CO₂ sources/sinks of the global carbon budget in the near future.     

IGCP448：岩溶生态系统全球对比研究进展

综述了IGCP 448项目"全球岩溶地质及有关生态系统对比"(2000-2004)执行四年来所取得的学术成果.其中比较重要的新认识有:(1)岩溶地区的植被,常常是涵养水分,增加含水层的贮水能力,改善水文生态环境的重要因素,但在澳大利亚南部岩溶区广泛分布的桉树,则以其强烈的蒸发作用,而被用于降低地下水位,防治土壤盐碱化;(2)在北方(Boreal) 或温带湿润气候生态区,地下岩溶系统则被用于排除沼泽地区过多积水,偏碱性的碳酸盐岩也有利于中和酸性环境,凡是岩溶发育的地方,都成了主要农业基地;(3)通过洞穴探险发现一类完全不同于靠光合作用产生有机质的生物群--化学自养微生物(甲烷菌);(4)中国西南典型岩溶区的研究表明,表层土壤微生物可以加速碳酸盐岩的溶解作用,并揭示了植物根系与土壤微生物是产生碳酸酐酶(CA)的两个重要供给源.     

桂林会仙湿地狮子岩地下河系统水循环对降水的响应

岩溶湿地是西南岩溶生态系统的重要调节器,对该地区的可持续发展有重要意义,而水循环作为维系岩溶湿地健康运转的核心因素,已经成为当前的研究热点。2020年4月15日—5月30日野外监测了桂林会仙湿地狮子岩地下河系统参数,采用水文动态分析与水均衡等方法,开展了地下河系统水循环研究。结果表明:(1)地表径流、土壤水、表层岩溶带水和岩溶地下水均对大气降雨响应敏感,但敏感程度有差异,其中岩溶地下水的敏感性最高,地表径流和表层岩溶带水的敏感性较弱,土壤水的敏感性受深度影响较大。(2)不同等级降雨中地下河系统的各类水变化量的比例有差异。本次研究中,小雨(24 h累计降雨量范围为4.2～10 mm)时系统内土壤水变化量比例最大,约为75.87%;中雨(24 h累计降雨量为17.8 mm)时土壤水变化量和岩溶地下水变化量的比例最大,分别约为43.38%和44.12%,大雨(24 h累计降雨量为24 mm)和大暴雨(24 h累计降雨量范围为110.8～128.2 mm)时岩溶地下水变化量比例最大,约为66.48%。(3)研究区调蓄系数平均值约为0.53,明显高于其他岩溶地区,表现出较强的调蓄能力,且随着降雨...     

喀斯特生态系统服务研究进展与展望

喀斯特生态系统是全球典型的脆弱生态系统之一,它为人类提供了重要的服务功能和价值。回顾国内外喀斯特生态系统服务研究的文献可发现,当前研究多遵循“土地利用变化—生态系统服务价值响应”的研究范式,仅重视中小尺度喀斯特生态系统服务价值的空间异质性,强调土地利用变化和生态工程对生态系统服务价值的影响。而今后应加强基于“生态系统结构、过程—功能—服务”级联框架的喀斯特生态系统服务研究,构建喀斯特生态系统服务分类体系,突出大尺度喀斯特生态系统服务评估,拓展喀斯特生态系统服务之间权衡与协同及喀斯特生态系统服务对人类福祉的影响,定量分析自然和人为因素对喀斯特生态系统服务的影响。      

不同土地利用下岩溶水系统水化学日动态强度小波分析

土地利用/覆被变化会使岩溶水系统演化的化学驱动能——土壤CO2量发生变化,进而使得岩溶水系统的水化学日动态变化强度发生变化。小波分析方法可以有效识别岩溶水系统的水化学日动态变化强度,并给出定量化的指标。通过对亚热带季风气候区的贵州省陈旗、灯盏河与板寨岩溶水系统长达2年的水文水化学监测数据进行小波分析,发现有土壤覆盖但土地利用程度较高的岩溶水系统(陈旗和灯盏河),其排泄点水化学指标中CO2分压日动态强度要高于植被覆盖良好但岩石裸露的岩溶水系统(板寨)排泄点,说明岩溶水系统中土壤对水化学日动态强度的调控有着关键的作用。这一发现对于正确理解和评价不同土地利用下的岩溶作用及其碳汇强度差异有着重要的意义。     

Water source partitioning among trees growing on carbonate rock in a subtropical region of Guangxi, China

It is not clear how the water sources are used by trees in typical karst areas of Guangxi, China. Trees growing on rigid carbonate rock can primarily use spring water, precipitation-recharged soil water or a mixture of the two. In this study, the Nongla karst dynamic monitoring station in the southwest of Guangxi, China, was observed. To determine the water sources accessed by trees growing on rigid carbonate rock, seasonal change of isotope ratios (δ¹⁸O and δ D) in twig sap, soil water, rainfall and spring water were measured. Stem water samples plotted to the right of the meteoric water line indicates utilization of water sources subject to evaporative isotopic enrichment. Trees growing on rigid carbonate rock in the southwest of China used rainfall directly in the rainy season. Adult trees tended to use deeper water stored in the epikarst zone, while the young ones used soil water when precipitation decreased. In the dry season, all trees sampled depend mostly on water stored in the epikarst zone. Spring water was the major water source for all of the tree species investigated in the dry season. In conclusion, these data indicate that trees growing on rigid carbonate rock in southwest China depend mostly on water stored in the epikarst zone. Therefore, water storage in the epikarst zone is the essential water source for trees growing on carbonate rock in southwest China.     

微型生物在岩溶碳循环中的作用研究回顾与展望

全球气候变化问题使岩溶系统碳循环的研究倍受关注,有关微型生物及其碳酸酐酶在岩溶系统碳循环中的作用的认识也在不断深入。文章回顾了微型生物及其碳酸酐酶在碳酸盐岩风化以及碳酸盐岩沉积过程中的作用过程及作用机制,指出未来的研究需结合不同岩溶生态环境,量化微型生物及其碳酸酐酶对岩溶生态系统碳增汇的影响,为深入研究微型生物及其碳酸酐酶对岩溶碳汇的贡献、增加岩溶生态系统碳汇的能力、助力实现碳中和提供参考。      

Characteristics of Karst Ecosystems of Vietnam and Their Vulnerability to Human Impact

Karst in Vietnam covers an area of about 60,000 km2, i.e. 18 % of the surface of the country. The country has an annual average temperature of 24@, an annual average rainfall of 2300 mm and a relative humidity of about 90%. Karst in Vietnam is typified by peak cluster-depression landscapes ranging in elevation from 200 to over 2000 m. Tower and coastal karst landscapes also exit. Because of naturally favourable conditions, karst ecosystems are diverse and very rich. Higher plants (cormophytes) are abundant. They are represented by approximately 2000 species, 908 genera, 224 families, 86 orders and 7 phyla. They form a thick vegetation cover of evergreen tropical rainforest. Knowledge about lower plants is limited. The fauna is rich and diverse. Phyla such as Protozoa, Vermes, Mollusca and Arthropoda are yet ill known. Preliminary results show that the phylum Chordata is represented by 541 species from 80 families, 40 orders and 5 classes. There exist many precious and rare mammals, in particular some en     

放牧对峰丛洼地植物-土壤C、N、P化学计量特征的影响

以西南典型岩溶峰丛洼地平果石漠化区为研究区,选取受放牧干扰和未受放牧干扰植被样地,开展放牧干扰对植物-土壤C、N、P元素生态化学计量学特征影响的研究。结果显示,（1）6种受放牧干扰样地土壤（0～20 cm）的C、N、P含量均值分别为6.27 %、0.57 %、0.088 %;植物根、茎、叶和凋落物C、N、P含量均值分别为442.15 g·kg-1、8.33 g·kg-1、0.73 g·kg-1。放牧干扰下,植物和土壤C、N、P含量减少,变异系数增大,容易导致石漠化发生和恶化;（2）6种典型样地土壤C∶N、C∶P、N∶P均值分别为10.76、73.94、6.76;植物根、茎、叶和凋落物C∶N、C∶P、N∶P分别为53.62、669.50、12.53。与无放牧干扰样地相比较,受放牧干扰的样地植物和土壤C∶N、C∶P、N∶P化学计量比呈下降趋势,放牧干扰在一定范围内能提高土壤P的有效性,但当N∶P比值减少到一定程度时,植物的生长受N限制。（3）恢复样地的土壤-植被C、N、P及其比值都优于干扰样地,放牧干扰能在短时间内造成环境迅速退化和石漠化的发生和加剧。禁牧后土壤和植物养分能在短时间内得到修复和改善,尤其是草本饲料类植物经短时间自然恢复后得以恢复正常生长发育。（4）在岩溶峰丛洼地石漠化区,土壤和植物的C、N、P、C∶N、C∶P、N∶P关系密切,相互之间具有促进或抑制的作用,共同影响植物的生长发育和石漠化演变方向。      

Impact of Conjugated Shear Joint of “X” Type on Macroscopic Karstification on the Basis of the Analysis of Google Earth Images

As viewed from space remote-sensing images (e.g. Google Earth images) of South Guizhou and North Guangxi, the authors found that macroscopic karst landscape on the Earth’s surface is strongly controlled by the Conjugated shear joint of “X” type. Joints of this kind constitute a huge infiltration network and act as channel-ways for the permeation of meteoric waters from the surface, thus, leading to the dissolution of carbonate rocks nearby. As a result, the karst landscape is formed, which is dominated by linear karst valleys. An “X” karst valley network structure appears in the area where horizontal strata are distributed, and a feather-like network structure appears in the area where vertical strata are distributed, respectively. When the water permeates downwards to the underground-water level, it will flow horizontally along the strike of “X” joints toward the local base level of erosion to form an “X” network system of underground conduits in the area where horizontal strata are distributed, but it is relatively complex, because of the joining of other joints. This is the first time we have made use of Google Earth images to study the karst environment. Therefore, it has been successful in research on the Earth’s geomorphology, which could only rely on aerial photos and satellite photos in the past. Google Earth images provide low-cost and applicable imaging materials for the study of Earth’s geomorphology and karst rocky desertification and its control.     

粤北岩溶峰林植物钙吸收、转运、返还能力及适应性分析

选择粤北岩溶峰林30种典型植物种,系统测定了不同植物的根际土、根、茎干、叶片、枯落物全钙含量,采用吸收系数、转运率、返还率指标分析了不同植物对钙利用、储存及返还土壤的特征,并以各样本全钙含量为指标进行不同植物钙适应性的聚类分析,结果表明:（1）峰林植物对岩溶土壤富钙环境具有良好的适应性,其全钙含量与土壤根际全钙含量之间呈显著的正相关关系,但不同植物的钙吸收系数差异较大,攀援灌木的钙吸收系数分别是乔木、小灌木和草本植物的1.21倍、1.22倍和1.30倍;（2）不同生活型植物的叶片、茎干、根系全钙含量差异较大,各类灌木的叶片、茎干、根系全钙含量平均值分别是乔木全钙含量的1.08倍、1.07倍、1.17倍,是草本植物叶片和根系全钙含量的1.39倍、1.82倍,全钙含量总体上呈现:根系＞叶片＞茎干的趋势;（3）30种峰林植物的钙返还率在22.06%～103.84%之间,草本植物钙返还率最大,为67.18%,其次为乔木的58.72%,灌木最小,为55.90%,但3种生活型类型之间无显著性差异;(4)根据聚类分析结果可以将30种峰林植物对富钙环境的适应性分为富钙高吸收低返还型、少钙低吸收高返还型、多钙高吸收中返还型、多钙中吸收中返还型4种类型,30种植物中有26种属于多钙中吸收中返还型,这证明岩溶峰林植物对土壤富钙环境有良好适应性。      

西南岩溶生态系统脆弱性的生物学诊断及其治理的生物技术措施

岩溶生态系统是一个比较脆弱的生态系统。在分析典型岩溶生态系统土壤微生物类型和数量、土壤酶活性、植物群落组成与结构及其多样性的基础上,从生态恢复的生物途径角度,提出可用土壤微生物、土壤酶、植物群落组成与结构及其多样性等主要生物学微观与宏观指标来科学评价西南岩溶生态系统的脆弱性。同时,针对西南脆弱的岩溶生态系统特点,提出了相应治理的生物技术措施。     

湘西大龙洞岩溶流域农业生态环境与治理措施

大龙洞岩溶流域水土流失与石漠化严重、旱涝灾害频繁,造成该流域这种农业生态环境现状的主要原因是岩溶生态环境的脆弱性和长期的人为干扰。在研究湘西大龙洞岩溶流域自然地理与地质构造、岩溶水资源、土地与植被环境等特征的基础上,剖析大龙洞岩溶流域石漠化等农业生态环境存在的问题,并根据大龙洞岩溶流域农业生态环境特点,提出了有效开发利用岩溶水资源,提高地表水、地下水与降水资源的利用率及生态重建与恢复等措施。      

岩溶生态系统的土壤特性及其今后研究方向

岩溶石漠化退化土地是目前西南岩溶地区经济发展、生态恢复与重建工作中严重的问题之一。由于岩溶生态系统的独特性和脆弱性,岩溶生态系统土壤具有不同于其它生态脆弱区土壤的特征,本文将其归纳为成土速率决定的在人类活动尺度下土壤不可再生性即脆弱性、土壤侵蚀(土层丢失)的独特性、土壤退化过程中空间分布的斑块化及其与岩性的相关性、土壤退化过程中有机碳活性成分下降和来源变化、土壤退化导致岩溶生态系统生态过程中断。因此,在退化岩溶生态系统的研究中,要加强对岩溶生态系统土壤特性及退化恢复理论的研究。      

岩溶红土地基中的软土类型及其工程特性

根据岩溶红土地基软土的形成条件划分出了岩沟型、层间型及洞中型三种不同的软土类型,在此基础上,通过取样测试并结合前人已有成果,对不同类型软土的工程地质特性进行了分析。研究结果表明:(1)岩溶红土地基软土是一种与岩溶作用关系密切的特殊软土;(2)岩溶红土地基软土的天然含水量和压缩性均明显小而重度又普遍高于泻湖相软土;(3)60%的岩沟型残积软土其天然含水量均小于液限含水量;(4)岩溶红土地基软土的工程地质问题主要表现为地基不均匀沉陷、边坡失稳和诱发土洞塌陷等。基于岩溶红土地基软土形成条件及其工程地质性质比较特殊,建议把它叫作"岩溶软土",以示与其它成因软土相区别。     

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。      

西南喀斯特地区土壤退化过程与机理探讨

自1971年FAO提出“土壤退化”的概念并出版Land Degradation以来,土壤退化问题日益受到人们的关注。随着土壤退化及土壤质量下降对全球食物安全、环境质量及人畜健康影响的日益凸显,土壤退化的研究已成为全球环境变化研究的重要组成部分,尤其是土壤退化的发生过程、机理和演变动态是目前土壤退化研究的前沿和热点问题。中国西南喀斯特山区位于世界三大连片喀斯特发育区之一的东亚片区中心,喀斯特地貌广泛发育,地形条件复杂,生态环境脆弱,土壤侵蚀退化严重。结合西南喀斯特地区的地质地理背景、生态环境特性从生物、化学、物理等角度对西南喀斯特地区土壤退化的过程与机理进行了分析和探讨。西南喀斯特地区的环境脆弱性只是土壤严重侵蚀退化的前提或内因,日益尖锐的人地矛盾导致的植被破坏和退化才是喀斯特土壤侵蚀退化的关键驱动力。西南喀斯特山区土壤退化的过程即是土壤结构劣化、土壤质地和孔隙性变差、土壤水分性能退化、土壤贫瘠化的过程,以上各退化要素形成相互影响相互催化的正反馈循环,加剧土壤的迅速退化。其中,土壤水分和土壤肥力尤其是土壤水分是喀斯特地区土壤退化关键退化因子。