洞穴滴水对石漠化环境变化的响应初探

为利用洞穴滴水指标探究石漠化环境变化状况,对安顺地区云峰屯堡2个洞穴的16个滴水点进行为期1 a的连续监测。通过现场监测获得数据,用空间变化规律类比时间变化,结合前期1 a的数据进行对比分析。研究得出:灰质白云岩石漠化地区洞穴滴水的滴率、电导率、pH和Ca~(2+)可以初步用于判别石漠化程度;强度石漠化地区滴水pH可能并不存在"雨季高,旱季低"的反常特征,其季节变化特征不能指示石漠化环境;滴率变大、pH减小均反映了云峰屯堡地区石漠化程度在逐渐加剧,电导率与Ca~(2+)含量的增加则表明强降雨和农业活动加剧水土流失而导致石漠化程度趋于严重;滴水的部分理化指标或可作为地表环境的地下监测指标,为进一步明确滴水信息与地表石漠化环境之间的关系,需要进行长时期监测。     

石漠化地区洞穴滴水地球化学特征——以贵州省石将军洞为例

为探讨石漠化条件下岩溶洞穴滴水水化学特征及其对地表环境的指示意义,选取贵州省安顺市具有强烈石漠化特征的石将军洞进行为期1年的动态监测,并对该洞穴8个滴水点滴速及元素质量浓度进行分析,根据各滴水点滴速季节变化稳定性将滴水点分为2种类型:1快速型,岩层薄,滴速不稳定.2平缓型,岩层厚,滴率季节变化平缓,受到降水影响小;各月滴水记录的元素质量浓度呈现一致的空间变化规律,季节变化小.石漠化地区土薄石厚,滴速主要受到岩石裂隙的控制,水-岩作用的程度控制洞穴滴水的变化.石将军洞位于强度石漠化地区,土壤层薄,涵养水源能力不足,导致石将军洞滴水pH值呈现"旱季低雨季高"的异常现象,而非受大气降水季节性变化的影响;石将军洞滴水Mg/Ca比值呈现旱季高雨季低的规律;对比2个不同石漠化程度洞穴的Ca2+,Mg2+等元素质量浓度以及EC,发现:气候条件完全一致的2个洞穴,轻度石漠化洞穴本寨洞Ca2+,Mg2+质量浓度、EC以及变化幅度都高于石将军洞.总之,石漠化地区洞穴理化特征变化主要驱动因子来自于本身洞穴体系,而并非直接的外界气候条件.     

金华北山洞穴滴水的水文水化学动态变化及意义

为揭示金华北山洞穴滴水的地球化学变化及环境指示意义,以金华北山溶洞群中的双龙洞和二仙洞为研究对象,选取了5处滴水点,对其电导率,p H值及HCO-3,SO2-4,Cl-,Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度从2014年1月—2015年4月进行了连续监测.结果显示:1)洞穴滴水的地球化学性质受到洞穴顶板厚度、水的运移路径和降水等因素的影响,常年性滴水点各离子平均浓度较季节性滴水点大;2)金华北山洞穴滴水地球化学性质与气温和降水密切相关,而p H值,SO2-4浓度与降水呈现一定的负相关关系,Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度呈现出雨季低旱季高的特点,在雨季随着降水量的增加而增大;3)雨季降水的稀释作用影响滴水中Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度的变化,旱季降水在岩溶裂隙中滞留时间影响Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度,降水是影响Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度的主要因素;4)ρ(Mg)/ρ(Ca)对降水有一定指示意义,但也受气温的影响,ρ(Mg)/ρ(Ca)能否作为环境变化的替代性指标需要进一步加强研究.     

喀斯特石漠化地区不同治理措施下的土壤抗蚀性研究——以贵州毕节石桥小流域为例

对喀斯特山区不同治理措施下的石漠化演化过程土壤抗蚀性分析研究,结果表明:采用不同治理措施后,强度石漠化土壤抗蚀性优于其他等级石漠化土壤,潜在石漠化土壤抗蚀力最差.石漠化土壤抗蚀性大小顺序为原生样地、强度石漠化、轻度石漠化、中度石漠化、潜在石漠化.采用土壤有机质含量、EVA、结构体破坏率、＞0.25 mm水稳性团粒含量、＞0.5 mm水稳性团粒含量、团聚度、分散率、侵蚀率、＜0.001 mm粘粒分散系数等指标,较好地表征喀斯特山区石漠化土壤的抗蚀性.     

贵州喀斯特峰丛洼地不同石漠化等级土壤化学性质特征

比较研究了贵州省喀斯特峰丛洼地不同石漠化等级表层土壤(0~15cm)化学性质,包括pH值、有机质、全N、水解N、全P、有效P、全K、速效K等元素的含量。结果表明:各石漠化等级pH均无显著差异(P0.05);随着石漠化等级的加重,土壤有机质含量明显降低;水解N、全N除强度石漠化阶段较高外,潜在石漠化到中度石漠化阶段呈递减规律;强度石漠化阶段有效P、速效K含量最高,全P含量最低,有效P、全P在其他石漠化等级下无显著差异(P0.05);全K、速效K变化较为复杂无明显规律。     

喀斯特地区不同等级石漠化人工生态恢复的土壤温度及水分效应--以贵州省花江峡谷为例

根据石漠化等级程度及微地貌景观不同,选择12个固定样地作为研究对象,进行4次监测。结果表明,喀斯特峡谷区土壤温度与石漠化等级程度相关性不大,与植被覆盖度,特别是林下草被覆盖度具有很大相关性;随着治理时间增加,各等级石漠化土壤温度日变化趋于中度石漠化>轻度石漠化>强度石漠化>潜在石漠化的稳定大小关系。随治理时间增加,旱季土壤水分有逐渐提高的趋势,且年际同期变化幅度较大。研究不同等级石漠化人工生态恢复的土壤温度及水分有助于从土壤水热的角度来揭示石漠化恢复治理过程中的生态环境效应,为喀斯特地区石漠化防治提供科学依据。     

石漠化等级与植被碳储量的相关性研究——以顶坛小流域为例

通过对贞丰-关岭花江示范区内的顶坛小流域8个石漠化样地进行监测。计算得出各样地内的草本层与灌木层碳储量,通过单因素方差分析,结果表明石漠化治理过程中,植被恢复初期,草本层碳储量、灌木层碳储量与不同等级石漠化存在相关性,其中与草本层相关性较弱(F=14.087,P<0.05),与灌木层碳储量相关性较强(F=165.818,P<0.05);灌木层碳储量与石漠化等级表现出显著负相关,但是草本层并不存在这一规律,由此可见,石漠化地区植被恢复的过程是一个波动式上升的过程;对不同等级石漠化样地碳储量的平均值进行比较,随时间增长及石漠化等级的降低都呈现碳储量增长的趋势。其中轻度石漠化增长最快,石漠化治理的碳汇效益最明显。石漠化治理是一个碳汇的过程,长期的石漠化治理工程必将产生巨大的固碳曾汇效应。     

翻堆和补水工艺对绿化废弃物堆肥腐熟度的影响研究

为研究翻堆和补水工艺对绿化废弃物堆肥腐熟度的影响,以园林绿化废弃物为研究对象,采用好氧条垛式堆肥方法,设计2因素3水平正交试验,研究不同补水和翻堆工艺对堆肥进程中碳氮比(C/N)、p H、电导率(EC)等指标的影响规律;同时选取T值、高温持续时间、发芽指数(GI)、吸光度比值(E4/E6)等指标,利用模糊数学法进行腐熟度评价。结果表明,堆肥过程中各处理的碳氮比逐渐降低,p H逐渐上升,温度、EC值和E4/E6随堆肥进行均先升后降,发芽指数相反;除高温好氧堆肥处理外,其他处理均达到腐熟;其中T4处理腐熟度最好;最优水平组合为每4 d翻堆、每8 d补水;影响腐熟程度的主因素是补水频率,其次是翻堆频率。     

CO_2在洞穴空气和滴水水文过程中的变化——以贵州织金洞为例

通过对织金洞水汽CO_2为期一年(2015年1月至2015年12月)的监测,将洞穴空气中的CO_2(P_(CO_2(a)))和洞穴滴水中CO_2(P_(CO_2(w)))分压进行比较。分析结果显示:各监测点P_(CO_2(a))均具有明显的季节变化,表现为夏季高,冬季低;各监测点P_(CO_2(w))的季节变化与相似,也呈现出夏季高,冬季低的变化特征;但变化程度没有P_(CO_2(a))明显;同时玉兔宫的P_(CO_2(w))变化相对稳定,其CO_2来源可能位于更深部的表层岩溶区或包气带;织金洞滴水点SIc值均大于0,主要以沉积环境为主;但不同季节其变化值有很大不同,表现为冬季高,夏季低;同时冬季SIc值基本位于沉积线以上,可能是受PCP过程控制。而夏季SIc相对较低,主要是洞顶上覆土壤CO_2、降水土壤微生物和植物呼吸等因素共同耦合的结果。     

翻堆和补水工艺对绿化废弃物堆肥腐熟度的影响

为研究翻堆和补水工艺对绿化废弃物堆肥腐熟度的影响,以园林绿化废弃物为研究对象,采用好氧条垛式堆肥方法,设计2因素3水平正交试验,研究不同补水和翻堆工艺对堆肥进程中碳氮比(C/N)、p H、电导率(EC)等指标的影响规律;同时选取T值、高温持续时间、发芽指数(GI)、吸光度比值(E4/E6)等指标,利用模糊数学法进行腐熟度评价。结果表明,堆肥过程中各处理的碳氮比逐渐降低,p H逐渐上升,温度、EC值和E4/E6随堆肥进行均先升后降,发芽指数相反;除高温好氧堆肥处理外,其他处理均达到腐熟;其中T4处理腐熟度最好;最优水平组合为每4 d翻堆、每8 d补水;影响腐熟程度的主因素是补水频率,其次是翻堆频率。     

基于亚米级卫星数据的典型喀斯特小流域石漠化空间格局与演变特征

【目的】阐明石漠化演变的过程和机制,为下一步石漠化综合治理的方向和重点提供科学依据。【方法】选取契合喀斯特地区景观特点的亚米级卫星数据,使用指数分类法提取2003年和2013年研究区不同等级石漠化信息,对研究区石漠化空间格局和演变特征进行分析。【结果】指数分类法分类精度评价结果显示,Kappa系数大于0.8,且野外验证精度为85%,说明解译结果可信。2003—2013年,研究区石漠化面积从96.55km~2减少至88.97km~2,石漠化面积呈现减少的趋势,总体减少速率为0.76km~2/a;无明显石漠化增加速率最大,为20.11km~2/a,轻度和中度石漠化演变速率为-0.23km~2/a和-0.02km~2/a。虽然不同等级石漠化面积之间均有转化,但是向无明显石漠化转移的面积(7.65km~2)大于向强度石漠化转移的面积(3.04km~2)。演变方向上,石漠化轻度改善的面积最大为10.56km~2。【结论】研究区整体的石漠化状况有所好转,总体上石漠化治理取得一定的成效,但是轻度恶化的面积(6.08km~2)也不容忽视,需要对石漠化治理工程效果进行巩固。     

1990—2010年贵州喀斯特区石漠化景观格局变化分析———以贵州省六枝特区为例

从石漠化演化趋势、石漠化类型空间组合特征及景观格局方面分析了1990--2010年贵州六枝喀斯特区石漠化景观格局的变化。研究结果表明：六枝特区近20年石漠化景观类型面积变化较大,其中无石漠化景观类型面积增加了73．16km2,石漠化强度有所减弱;无石漠化和轻度石漠化景观比例增加,无石漠化、潜在石漠化及轻度石漠化景观类型的斑块密度增高,同时轻度石漠化景观形状指数上升了4．57,斑块形状进一步复杂和不规则;研究区石漠化景观多样化指数（GMk）较高,1990、2000及2010年平均值都在0．66以上,石漠化景观类型丰富,但景观破碎化度较大并有增加趋势。通过景观分析可以看出,近20年来研究区石漠化景观得到了恢复,低等级石漠化斑块增多,降低了原有高等级石漠化斑块的优势度。但是新恢复的低等级石漠化斑块没有连片形成优势,所以在今后的治理过程中应该人为加以引导,促使生态修复的斑块间打通廊道形成优势,形成稳定的生态系统。     

近30年广西喀斯特地区石漠化时空演变

【目的】开展广西喀斯特地区石漠化时空演变特征分析,为广西开展石漠化生态恢复重建和综合治理提供科学参考依据。【方法】利用美国Thematic Mapper(TM)和国产环境减灾卫星HJ遥感数据,结合实地调查采样数据,在分析石漠化遥感光谱特征的基础上,以植被覆盖状况作为石漠化评价指标,采用框式分类方法对广西1988时相、2002时相、2007时相、2015时相4个时相石漠化状况进行等级制图并分析其时空演变。【结果】2002时相广西石漠化面积最大,1988时相次之,2015时相最小。近30年来,广西石漠化面积呈先增加后减少的变化趋势,即1988—2002年呈增加趋势,2002—2015年呈逐渐减少趋势,石漠化程度得到控制。其中,1988时相,广西的喀斯特地区中部石漠化比较严重;2002时相,中部石漠化得到改善,西部加重;2007时相,西部石漠化得到改善,中东部加重;2015时相,全区石漠化得到全面的改善,呈现重度转中度、中度转轻度、轻度转潜在石漠化的良好态势。【结论】植被覆盖是衡量石漠化程度的有效标志,TM和HJ数据可较好的监测大范围石漠化时空演变。     

黔东南生态文明建设试验区石漠化演变规律与发展趋势研究

截至2005年,以贵州高原为中心的中国南方喀斯特地区石漠化土地总面积已经达到12.96×104km2,中国南方石漠化与西北地区的沙漠化、黄土高原的水土流失成为我国三大生态灾害。以黔东南自治州为主要对象,研究了生态综合治理下黔东南州2000~2005年石漠化的变化特征,应用空间转移矩阵预测未来发展趋势。数据表明:黔东南州石漠化面积从2000年1 638.46km2发展到2005年的1 753.60 km2,5年间平均每年增加23km2,到2050年石漠化面积将达到2 634.45 km2,占全州国土面积的8.68%。虽然黔东南州石漠化低于贵州平均水平,但是石漠化防治工作不容忽视,要建设黔东南生态文明试验区,石漠化治理仍是一个长期、艰巨的任务。     

利用遥感信息监测宁南县县域石漠化及石漠化发展趋势分析

研究县域石漠化的空间分布特征,分析其发展趋势。以宁南县为例,首先运用遥感(remote sensing,RS)和地理信息系统(geographic information system,GIS)技术提取2005年和2015年两期的石漠化范围并分级;其次,将提取结果分别与坡度、坡向、河流、人口数据叠加,分析石漠化空间分布特征;最后利用马尔科夫模型对宁南县未来10年石漠化的发展趋势进行预测。研究表明:宁南县2015年重度、中度石漠化面积较2005年有所减少;潜在、轻度石漠化面积有所增加,分别增加3. 9%和1. 7%;重度、中度石漠化主要分布在黑水河、金沙江流域,人口密度大于120人/km~2的区域,且坡向偏南、偏东,坡度为缓坡、缓陡坡。根据预测结果,2025年,重度、中度、轻度、无石漠化面积减小,潜在石漠化面积增加。研究为西南地区石漠化治理与重点防治以及其他地区石漠化监测及预测提供了参考。     

Seasonal variations and environmental controls on stalagmite calcite crystal growth in Heshang Cave,central China

Stalagmite growth rates are usually considered to reflect changes in paleoclimate and paleoenvironment. However, how exactly growth rates are affected by climate and environment is still unclear. We launched a monitoring and modeling program that lasted approximately 4 years on two active drip sites in Heshang Cave, central China. We collected comprehensive quantitative data on growth rates, cave temperature, CO₂ concentration, drip rate and drip-water chemistry to better understand the relationship between stalagmite growth and cave environment. By laying out glass substrates, we successfully grew stalagmite calcite crystals with rhombic characteristics, and quantified growth rates by measuring the long and short axes of calcite crystals under a microscope. Combined with coeval environmental data, we explicitly examined the roles of cave temperature, drip rate and drip-water chemistry in controlling the micro-scale growth of stalagmite calcite. Results show that growth of stalagmite calcite crystals at two drip sites exhibited similar seasonal variations − generally faster in the summer months, at ∼3 μm d⁻¹, and slower during the late winter to early spring, at ∼1.5 μm d⁻¹. Variations in calcite growth rates were mainly determined by changes in cave temperature, with the growth rate increasing by 8.1%/°C and 6.6%/°C at the two locations. This indicates the potential use of stalagmite growth rates as a seasonal-resolution paleo-temperature proxy in some ventilated caves. On the other hand, the effect of drip rate and drip-water Ca²⁺ and SIC values on growth rates were not significant.     

基于景观级别指数的典型喀斯特石漠化空间格局分析

贵州喀斯特高原山区,地面破碎,人地矛盾突出。依托地理信息系统与遥感技术,以大方县桶井村为研究区,从其影像上解译喀斯特石漠化空间分布现状,建立石漠化空间数据库,从景观空间分析方法出发,基于景观级别指数定量化分析石漠化景观格局特征,经统计综合分析石漠化景观的相关指数,得出研究区石漠化发育程度及其分布情况具有较大差异,整体破碎度较低、均匀度较高,石漠化发育程度较高的斑块面积较小,不连续,镶嵌在各类景观类型中。研究区土地石漠化现状对生态建设有较大的影响,可根据景观指数分析结果对研究区进行土地利用结构调整与石漠化综合防治。     

云南岩溶地区石漠化生态治理与植被恢复

云南地处中国西南石漠化中心地区。是中国岩溶分布最广的省区之一。岩溶面积达110875．7km^2,占云南省土地面积的28．14％。全省16个州（市）。129个县（市、区）中,118个县（市、区）均有岩溶分布,且主要分布在滇东南、滇东的文山州、红河州、昭通市、昆明市和曲靖市。从石漠化概念、特点、形成机理、治理模式等方面对云南石漠化进行分析,根据不同的气候、立地条件、植被及社区状况等提出了石漠化分区治理理念。在石漠化进程的不同阶段,选择相适应的树种,采用集水土保持、景观、薪炭材或药用等于一体的适宜的方法进行人工植被恢复。通过将生态建设与区域发展、新农村建设和解决“三农”问题紧密结合起来。改善区域生态状况,遏制石漠化扩展趋势。建立以森林植被为主体的国土生态安全体系,促进经济和社会可持续发展。