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。     

西南岩溶区生态地质环境特点及其重建策略

西南岩溶区生态地质环境具有水热充沛、矿产和旅游资源丰富,但存在地上地下双层岩溶空间结构和山高水深、地形陡峻、土壤贫瘠等两重性的特点,在人为活动的干扰影响下很容易导致生态退化,产生水土流失和石漠化等生态环境问题。本文在充分论述了西南岩溶区生态地质环境的这种特点的基础上,通过生态系统退化过程的机理分析,提出了岩溶生态系统退化是脆弱的岩溶生态地质环境和人类活动共同作用的结果的成因观点,以及以将人为活动限制在岩溶生态系统环境承载允许的范围之内作为前提条件,并辅以因地制宜开发水资源、合理利用土地资源、发展立体化生态农业、挖掘地方经济增长潜力、改善农村能源结构及生态移民等工程措施的生态系统恢复重建策略。      

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。     

喀斯特石漠化的形成背景、演化与治理

喀斯特石漠化是青藏高原隆升在其东南翼所诱发的重要地质生态灾害问题,是制约中国西南地区社会经济发展的关键因素.它不是一种纯自然过程,而是与人类活动密切相关,不仅造成土地资源丧失,干旱缺水,生态系统退化,而且使该区的贫困问题加剧,具有明显的自然和社会学属性.本文着重从地质和生态的角度,阐述喀斯特石漠化的形成特点和演化方式,及其对综合治理的指导意义.对西南岩溶山地而言,土壤和植被是生态环境中最为敏感的自然环境要素,与非岩溶区相比,具有明显的脆弱特征.它们在干扰下发生迅速演替,诱发地表水文条件的改变,导致石漠化的形成.文中特别强调岩溶山区碳酸盐岩基底岩性的不同、生态环境类型与植被演替的方式和进程的多样性对于岩溶生态系统的影响作用.基于上述认识,对石漠化地区的土地利用方式和生态恢复过程以及可能发展的方向提出了一些建议和看法.     

两种地质背景条件下群落物种组成及多样性与土壤因子的相关性研究

为对比岩溶和非岩溶条件下物种组成及多样性的差异,明晰不同地质背景造就的不同土壤因子对物种多样性的影响,在兼有岩溶区与非岩溶区的桂林毛村采用野外样地调查法对研究区进行物种组成及多样性的对比研究。结果表明:(1)研究区内共记录了123种植物,其中岩溶区占35科46属87种,非岩溶区占48科61属95种,非岩溶区植物科属种数量明显大于岩溶区;（2）岩溶区物种多样性为:草本样方>灌木样方>乔木样方;在非岩溶区为:灌木样方>乔木样方>草本样方;（3）不同地质背景造就了不同的土壤因子,其中土壤全氮含量对物种多样性影响最为显著。综上,岩溶区物种组成明显低于非岩溶区,物种多样性也不及非岩溶区,土壤因子与物种多样性之间存在相关性,土壤全氮对物种多样性影响最为显著,土层深度减弱了土壤因子与物种多样性之间的相关性。对比岩溶区与非岩溶区土壤因子与物种之间的关系差异,为区域生态系统恢复重建提供了理论基础。      

喀斯特地区土壤微生物功能多样性对生态演替的响应——以贵州茂兰国家自然保护区为例

利用BIOLOG ECO微平板法研究了喀斯特地区土壤微生物功能多样性对生态演替的响应情况。在研究区选取具有代表性的4个不同群落演替阶段：原生乔木林、次生乔灌混合林、灌丛、草坡,同时选择一个非喀斯特森林样地作为对照,对选取的不同生态系统土壤的微生物功能多样性进行研究。结果发现,随着乔木林逆向演替到灌丛的过程,微生物活性有逐渐降低的趋势,功能多样性对生态演替响应灵敏,土壤微生物在喀斯特地区比非喀斯特地区总体表现出更高的活性和丰富度,但群落均匀度较低,结构不稳定。主成分分析显示,演替使微生物的代谢模式产生了明显的分异,起主要分异作用的碳源是糖类、羧酸类和聚合物类。颜色变化率和主成分分析综合表明,演替进行到草坡阶段,较大的环境变化可能使土壤微生物采取了r-策略（r-strategistis）。根据逆向演替过程中土壤微生物功能多样性的变化,灌丛阶段可以视为岩溶生态系统整个演替阶段的阈值。     

岩溶生态脆弱性的成因

岩溶生态环境作为一种脆弱型的生态系统,不仅由自身特殊的水文地质条件所决定,还由于人们不合理的经济活动而导致生态系统多样性趋向简单化,造成水土不断流失,从而陷入“环境生态脆弱—贫困”这样的恶性循环中。因此,研究岩溶生态脆弱性为生态恢复及重建提出相应的改进措施具有重大的现实意义。本文通过分析各生态因子对岩溶生态的作用来研究其脆弱性。     

岩溶断陷盆不同深度土壤微生物量碳氮对植被演替的响应

为了解岩溶断陷盆地底部不同植被类型土壤微生物量碳氮（MBC、MBN）含量的变化,以中国西南典型生态脆弱区云南省岩溶断陷盆地底部原始森林、草地、人工林、灌丛和玉米地土壤为研究对象,探究土壤微生物量碳氮对植被类型的响应。结果表明：灌丛类型土壤微生物量碳氮含量最高,微生物量碳氮含量随植被正向演替呈现先增大后减小的趋势;各植被类型土壤微生物量碳含量随土层深度增加而降低。多因素方差分析出土层深度和植被类型是土壤微生物量碳含量的显著影响因素（P＜0.05）,其中土层深度是土壤微生物量碳含量的极显著影响因素（P＜0.01）。     

岩溶脆弱生态区生态恢复、重建的原理与方法

西南岩溶山区又称岩溶脆弱生态区,该区生态系统功能脆弱、抗干扰能力低,面临严重的生态危机,急需修复和重建.针对西南岩溶区的生态恢复重建工程,从景观、系统、生物群落、种群等层次论述生态学原理与方法及其具体的运用.以生态学的原理与方法为指导,进行土地利用的优化设计,调整农村产业结构,通过全面封育与先锋群落的构建、实行乔灌藤草优化配置、生态防护林体系与特色农林产品基地建设结合,恢复良好的森林植被,是岩溶区生态恢复重建的基本步骤.     

花江喀斯特峡谷地区石漠化成因初探

花江喀斯特峡谷区地下水埋藏深,地表干旱,存在显著的人为加速土壤侵蚀过程,植被次生性明显,生境干热特征显著,是已石漠化和半石漠化的生态系统。其中地质构造、地貌演化、岩溶形态、可开发利用的水资源、植被群落可能是石漠化过程的主要自然成因,以土地利用为表现形式的强烈人类活动是石漠化的驱动力。基于此,提出了石漠化地区的土地利用方式和生态恢复过程的建议,旨在为石漠化的演化研究及生态重建提供参考。     

不同人为干扰方式对桂西北喀斯特草丛群落土壤种子库组成与分布的影响

采用野外调查和室内萌发相结合的方法,对桂西北典型喀斯特峰丛洼地刈割、开垦和火烧3种不同人为干扰方式下草丛群落的土壤种子库进行了比较研究。结果表明: ① 3种不同干扰方式草丛群落土壤种子库密度存在显著差异,其种子密度大小为: 刈割群落> 开垦群落> 火烧群落;②刈割、开垦、火烧干扰草丛种子主要分布在0～ 2cm ( 67% )、2～ 5cm ( 55% )、5～ 10cm ( 37% )的土层中;③刈割群落土壤种子库中乔、灌、草生活型的物种比例大于开垦和火烧干扰群落;④ 3种不同干扰方式草丛群落土壤种子库的丰富度指数、Sha nno n-Wie ner 指数和Simpson指数的大小顺序均为: 刈割群落> 开垦群落> 火烧群落,同群落物种数变化趋势一致,与生态优势度呈相反趋势;均匀度指数大小顺序为: 刈割群落> 火烧群落> 开垦群落。⑤从土壤种子库与地面植被物种组成相似性系数来看,刈割群落和开垦群落相似性系数较大,而火烧群落地上与地下物种组成有较大区别,相似性系数为0.296。研究结果表明,刈割干扰相对开垦和火烧更有利于喀斯特地区草丛群落土壤种子库的维持与保护。      

喀斯特系统生物地球化学循环及对全球变化的响应

生物地球化学循环是地球系统物质循环的核心,是维系地表生态系统稳定和人类社会可持续发展的重要基础。然而,气候变化以及人类的过度干扰可能会显著改变表层地球系统中的生物地球化学循环过程,尤其是脆弱的喀斯特生态系统。特殊的多孔隙关键带结构也加速了喀斯特地区物质循环及其对外界环境变化的响应,影响了不同尺度的物质循环和生物地球化学过程。本研究主要综述了宏观尺度（气候变化）、中尺度（人类活动）和微观尺度（微生物活动）的环境变化对喀斯特地区生物地球化学循环的影响。结果表明多要素变化导致喀斯特地区物质循环受到强烈影响,气候变化、人类活动和微生物活动及其耦合关系对喀斯特地区生物地球化学循环的调控作用具有重要意义。最后,本研究强调了现有研究的局限性并指出未来研究的挑战与方向,即未来应从系统研究（如地球关键带）的视角出发,将多尺度观测－分析与综合模型集成研究并举,从而构建多源多尺度耦合的过程和系统模型,进而为阐明喀斯特系统的演变规律和动力学机制、实现喀斯特地区的生态保护和高质量发展提供理论基础。     

基于文献计量分析的岩溶区植被恢复研究现状与热点

文章检索1985-2021年间Web of Science核心合集数据库(简称WoS)和CNKI中国期刊全文数据库中有关岩溶区植被恢复的相关文献信息,通过国内外发文趋势、高频关键词分析、关键词共现和聚类分析及主题时间演变分析等,探讨有关岩溶植被恢复研究的热点与趋势。结果表明：在1985-2021年间WoS和CNKI数据库分别收录相关文献319和351篇,37年间的发文量呈现波动性上升的趋势,整体分为三个阶段：第一阶段（2005年以前）,该阶段为研究的启蒙阶段,发文量较少;第二阶段（2005-2015年）,随着国内外学者对岩溶地区生态重建研究的重视,该阶段文献数量有显著增加;第三阶段（2015-2021年）,为快速发展阶段,国际上发文量呈现直线性上升,国内发文量呈现波动式上升,而国内研究增长速率明显高于国际研究。石漠化、植被演替、土壤养分、物种多样性等为文献的高频关键词,是国内外研究的共同关注点,其中,植被演替规律、土壤中养分及物种多样性是岩溶石漠化地区的核心问题。国际上对岩溶植被恢复研究更加关注生态系统服务功能、气候变化等,而国内前期主要倾向于岩溶石漠化地区植被恢复研究,后期主要是关注植被恢复对土壤性质变化及植物群落构成的影响。近年来,岩溶生态系统服务功能、岩溶植被恢复的环境效益、岩溶碳汇、岩溶关键带等逐步成为当前岩溶植被恢复研究领域的新型热点问题。为促进岩溶植被恢复研究的发展,建议加强国内与国际间的合作,通过野外布设观测点,长期观测和对比分析不同区域岩溶植被恢复的动态。通过研究岩溶植被系统恢复的技术、模式及评价方法等,进一步揭示基于山水林田湖草生命共同体及乡村产业视角下的岩溶生态系统的构建、植被多样性的多尺度格局。     

土地利用方式对岩溶断陷盆地土壤细菌和真核生物群落结构的影响

土壤生物是土壤生态系统的重要组成部分,在生态系统物质循环和能量转化中占有重要的地位.为揭示土地利用方式对岩溶断陷盆地土壤生物的影响,在获取土壤理化性质及碳氮磷化学计量学特征的基础上,利用16S rRNA和18S rRNA高通量测序技术研究了弃耕地、草地、人工林和天然林等土壤细菌与真核生物的群落结构.C:N、C:P和N:P比变化规律为弃耕地<草地<人工林<天然林,土壤细菌和真核生物α多样性、互作网络表现出相反的变化规律.土壤磷、钾和钙是影响岩溶断陷盆地土壤细菌和真核生物群落结构和多样性的关键因素.RB41是决定岩溶断陷盆地土壤细菌-真核生物网络系统的关键类群.本研究结果为利用土壤生物进行石漠化治理及岩溶生态修复提供了理论基础.     

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.