广西会仙岩溶湿地水体主要离子和溶解无机碳来源及控制因素

【研究目的】为查明会仙岩溶湿地水体主要离子和溶解无机碳(DIC)的来源及控制因素。【研究方法】于会仙岩溶湿地采集地下水和地表水样品,分析了水化学和溶解无机碳同位素(δ^(13)CDIC)参数特征。【研究结果】会仙岩溶湿地大部分的地下水和地表水水化学类型为Ca−HCO_(3)。湿地水体Ca^(2+)、Mg^(2+)与HCO_(3)^(−)主要来源于碳酸盐岩溶蚀;NO_(3)^(−)主要来源为农业化肥和土壤有机氮的硝化;K^(+)、Na^(+)和Cl^(−)主要来源为化肥、粪肥和污水等;SO_(4)^(2−)主要来源为酸雨和硫铁矿的氧化。湿地地下水中DIC主要来源于土壤CO_(2)和碳酸盐岩矿物的溶解,据同位素质量平衡,计算结果显示约46%来自于土壤CO_(2),约54%来源于矿物本身的贡献。会仙岩溶湿地不完全是CO_(2)参与下碳酸盐岩风化的结果,含硫矿物、酸雨和人类活动来源的H_(2)SO_(4)作为侵蚀介质也参与碳酸盐岩的风化,此外,农业输入还原态氮肥的硝化作用不容忽视。湿地地表水中DIC主要来源于地下水,湿地地表水中δ^(13)CDIC值受水生植物的光合作用和CO_(2)脱气的影响,组成较地下水相对富集偏正。【结论】水化学和δ^(13)CDIC可以帮助理解岩溶湿地的风化和生物地球化学过程,同时还应结合湿地水文地质和人为活动等条件才能提供更准确的信息。

基于水箱模型的会仙岩溶湿地睦洞河小流域径流模拟研究

受岩溶地貌分布和岩溶发育的影响,岩溶地区降雨径流过程复杂,径流模拟有助于识别岩溶地区径流产生的主要影响因素。针对会仙岩溶湿地睦洞河小流域岩溶地貌特点,建立双水箱并联错时模型,采用以Excel为基础建立的人工神经网络进行参数优选。以睦洞河小流域实测出流量为评价依据,采用相对误差、Nash-Sutcliffe效率系数和相关系数对率定期和验证期的径流模拟效果进行评价,率定期的年均相对误差为7.5%、Nash-Sutcliffe效率系数为0.63、相关系数为0.72,验证期的年均相对误差为10.5%、Nash-Sutcliffe效率系数为0.56、相关系数为0.63,说明模型能够在研究区得到良好的模拟效果。对睦洞河小流域水箱模型径流模拟的参数敏感性进行分析,结果表明,地表下渗性能、岩溶快速流和慢速流的存在以及岩溶基流等岩溶地貌特点主要影响岩溶小流域的径流分配和产流量大小。

^(222)Rn示踪岩溶湿地地下水排泄及氮磷营养盐输入

以会仙湿地八仙湖为研究对象,通过2021年12月(枯水期)和2022年5月(丰水期)的湖水,地下水,沉积物,空气等样品采集,经原位理化性质,氡测量,营养盐等指标的检测,并建立^(222)Rn质量平衡模型,估算八仙湖地下水排泄通量及其营养盐输入.八仙湖^(222)Rn模型的输入项主要为母体226Ra衰变,地下水排泄通量和沉积物扩散量;输出项主要为河流流出通量,湖泊^(222)Rn库衰变量和大气扩散量.通过^(222)Rn质量平衡模型计算得枯水期八仙湖地下水排泄速率约为(110.60±23.75)mm/d,丰水期湖中地下水排泄速率为(238.04±46.58)mm/d.然后通过八仙湖周边地下水平均营养盐浓度,估算枯水期地下水排泄营养盐输入为NH_(4)^(+)-N(2.24±0.52)×10^(-3)mol/(m^(2)·d),NO_(3)^(-)-N(1.93±0.42)×10^(-2)mol/(m^(2)·d),TN(1.20±0.26)×10^(-1)mol/(m^(2)·d),TP(1.97±0.42)×10^(-4)mol/(m^(2)·d);丰水期地下水排泄营养盐输入为NH_(4)^(+)-N(1.30±0.25)×10^(-2)mol/(m^(2)·d),NO_(3)^(-)-N(2.71±0.53)×10^(-2)mol/(m^(2)·d),TN(2.18±0.43)×10^(-1)mol/(m^(2)·d),TP(4.51±0.89)×10^(-4)mol/(m^(2)·d).本研究结果揭示地下水排泄给八仙湖环境带来的影响是不能忽略的,因此在治理会仙湿地环境时应重视地下水排泄对湿地水环境污染的贡献,以期为湿地水资源评价提供基础数据.

云南纳帕海岩溶湿地生态环境变化及驱动机制

利用原状土就地取样野外定位研究方法,对云南西北高原的纳帕海岩溶湿地生态环境状况进行的2年定位研究表明,纳帕海湿地生态环境破坏严重,表现为湿地面积不断缩小,沼泽类型改变,沼泽旱化、沙化,中旱生植物侵入,沼泽发生逆向生态演替,生物多样性减少,土壤养分衰减退化,土壤酶活性降低,水质变劣.分析了引起纳帕海湿地环境变化的自然因素和人为因素,表明人为活动干扰是引起其湿地生态环境退化的主要原因.

桂林会仙岩溶湿地近40年演变的遥感监测

选择1969年、1997年和2006年3个时相多平台高分辨率时序系列遥感图像资料,采用遥感反演分析方法,对广西会仙岩溶湿地的形成演化进行分析研究,提出数字贴膜合成技术,对早期灰度图像资料湿地土壤湿度信息的提取效果良好。分析结果表明:会仙湿地是以岩溶沼泽、湖泊为主的综合型湿地,近40年来自然湿地面积从42 km2减小到目前约15 km2,表明湿地生态结构逐步从自然湿地向人工湿地转化。G IS空间分析表明:湿地退化是人类经济活动破坏湿地地表水文结构、过度开发湿地土地资源的直接结果,提出了会仙岩溶湿地的保护和生态系统修复的建议。

桂林会仙岩溶湿地典型水生植物δ13C特征与固碳量估算

为促进目前岩溶碳汇稳定性和速率等科学问题的深入研究,在分析桂林会仙岩溶湿地主要水生植物碳同位素的基础上,利用基于碳酸酐酶活性与植物碳同位素值显著正相关的二端元模型,估算了不同植物利用光合作用固定HCO-3的比例。结果表明,湿地核心区沉水植物光合作用固定HCO-3碳量在4.86~64.73tC/(a·km2)之间,挺水植物为15.68~453.01tC/(a·km2),平均值为76.74tC/(a·km2)。按平均值计算会仙湿地水生植物光合作用固定HCO-3碳量为4 466.27tC/a,即在会仙湿地岩溶地下河补给的HCO-3中约47%被水生植物光合作用固定。水生植物光合作用固碳效果明显,是碳汇研究中不容忽视的一个十分重要的问题。

桂林会仙岩溶湿地环境变化沉积记录的初步研究

为探讨亚热带地区岩溶湿地沉积环境的变化过程,在桂林会仙典型的岩溶湿地进行野外考察和连续柱状沉积岩芯采样,在寺湖和狮子潭钻取获得各长77 cm和57 cm的沉积岩芯,对其沉积年代学、营养盐元素、地球化学元素等方面进行高精度、高分辨率的样品分析,获得寺湖近450年来和狮子潭近200多年来的环境演化记录。结果表明:狮子潭经历了公元1810年以前的沼泽化过程而后又演化成湖泊沉积环境;寺湖在近450年来一直为湖相沉积,但经历了小冰期中的多次冷暖和干湿的气候波动;湿地沉积环境变化在过去主要受气候条件变化的制约,在气候的冷湿期有利于湿地的发育,而暖干时期则不利于湿地的发育。最近几十年气候的持续变暖和人类围垦活动的加剧对湿地环境变化的影响巨大。因此,要采取有力措施加大对湿地的保护力度。

桂林会仙岩溶湿地的生态问题及其保护对策

湿地具有调节气候、保持水源、净化水质、蓄洪防旱、维护生物多样性、休闲旅游和科学研究等独特功能。会仙岩溶湿地面积达120km2,是桂林山水的重要组成部分,也是桂林之肾,但目前已严重退化,仅及原湿地面积的20%,亟待进行抢救性保护。为此,建立省级湿地自然保护区,进行抢救性保护,这对于桂林市的生态建设、促进经济社会可持续发展有着重要的意义;同时也是建设桂林国际山水旅游名城的战略需要。

岩溶湿地分类系统研究

受特殊水文地质结构的影响,岩溶地区湿地生态系统的结构特征与非岩溶地区的湿地有明显的差异。首次给出"岩溶湿地"的科学定义,阐述"岩溶湿地"生态系统的主要特征,并根据对各种岩溶湿地的性质、功能和形成、演化规律的研究,提出依据湿地的成因→水文特征→植物群落类型的分级分类标准对岩溶湿地进行进一步分类的思路,初步构建了岩溶湿地的专业分类体系。

桂林岩溶湿地沉积物地球化学元素变化的环境影响因子分析

湖泊湿地的环境演变受到多种因素作用的影响。本研究采集桂林岩溶湿地寺湖沉积物,分析了该地区近450年来导致环境变化的影响因子。对岩芯的地球化学元素进行了主成分分析,得出沉积物的化学组成主要受控于流域过程的侵蚀程度、径流与成岩作用强弱、区域背景和人类活动等4个影响因子。其中区域背景和人类活动影响因子所占比重较小,但近年来人类活动影响因子数值迅速增大,表现为磷元素沉积通量迅速增大。地球化学元素含量的变化具有明显的阶段性特征,表明不同的阶段影响因子的作用也不一样。

基于生态服务功能价值的会仙岩溶湿地生态补偿研究

借鉴条件调查法(CVM)中有关受偿意愿(WTA)和支付意愿(WTP)的基本原理及调查方法,调查了解会仙湿地周边居民的生态受偿意愿和桂林市市区居民对会仙湿地的生态支付意愿。运用市场价值法、影子价格法、替代花费法、条件价值法等方法对湿地生态系统的主要生态服务价值进行了核算。结果表明:(1)会仙岩溶湿地生态服务价值为512 484 929.2元/年,平均39 180元/(hm2·a);(2)适宜的生态补偿值为16 144.5元/(hm2·a)。(3)适宜的生态补偿的方式应该为现金补偿、政策补偿和智力和技术补偿。

桂林会仙岩溶湿地水化学昼夜动态变化及其影响因素

岩溶区地表河流与岩溶湖水化学的动态变化及水生植物固碳作用的研究,有助于加深对岩溶作用的生物地球化学过程特性,即短时间尺度属性的认识。本文利用自动化高精度在线监测和高密度取样,探讨岩溶湖(地下河水补给)水化学的昼夜动态变化及不同水生植物的影响。受气温和水生植物光合作用的影响,白天水温、pH、溶解氧、无机碳同位素值呈同步上升,而Ca2+、HCO-3含量、电导率下降。沉水植物群落分布区水化学等指标昼夜变幅大于挺水植物群落分布区,水温、pH、Ca2+、HCO-3、溶解氧、无机碳同位素值在挺水植物区的昼夜变化幅度分别为4.42°C、0.65、18 mg/L、0.8 mmol/L、14.02 mg/L、-2.27‰(δ13C V-PDB),在沉水植物区则分别上升到6.32°C、1.43、24 mg/L、1.5 mmol/L、23.86 mg/L、-5.03‰(δ13C V-PDB),说明沉水植物区的钙沉降与固碳效率更高。结果可为深入认识岩溶湿地水生生态系统,估算岩溶区水生植物固碳潜力奠定科学基础。

桂林会仙岩溶湿地土地利用方式对球囊霉素相关土壤蛋白分布的影响

土壤丛枝菌根真菌分泌的球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)是土壤碳库变化的重要指标,为明确其在会仙岩溶湿地不同土地利用方式下的分布特征及影响因素,以会仙岩溶沼泽,并由其转变而来的水稻田、旱地、果园和弃耕地4种不同土地利用方式为研究对象,采集0–10 cm、10–20 cm和20–40 cm这3个层次的土样,对不同土地利用方式下球囊霉素相关土壤蛋白分布特征及其与土壤因子的关系进行了研究。结果表明,不同土层总球囊霉素相关土壤蛋白(T-GRSP)含量为1.08~3.35 mg/g,占土壤有机碳的12.33%~19.73%,球囊霉素相关土壤蛋白是湿地土壤中的一个重要碳库。球囊霉素相关土壤蛋白在不同土地利用方式和土层之间均表现出显著差异,随土层深度的增加表现出降低趋势。沼泽土壤中总球囊霉素相关土壤蛋白、易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)含量和有机碳(SOC)的含量均高于其它4种土地利用方式(水稻田、旱地、园土和弃耕地)。GRSP分别与蛋白酶、SOC和全氮(TN)呈极显著正相关(P<0.01),分别与速效氮(AN)、速效磷(AP)、粘粒和粉粒呈显著正相关(P<0.05)。EE-GRSP与SOC和TN呈极显著正相关(P<0.01),分别与蛋白酶和粘粒呈显著正相关(P<0.05)。主成分分析表明,粉粒、SOC、AN和TN是影响球囊霉素相关蛋白分布特征和反映会仙岩溶湿地土壤营养状况的主要因子。会仙岩溶湿地土壤中的球囊霉素相关土壤蛋白对土壤碳封存有重要贡献。

会仙岩溶湿地4种覆被下土壤酶活性和微生物生物量

研究湿地系统中的稻田被撂荒以后土壤酶活性和微生物生物量的变化可以为湿地的保护提供参考依据。以桂林会仙岩溶湿地为研究样地,采集芦苇湿地、华科拉莎草湿地、稻田撂荒地(以双穗雀稗和莲子草为优势植被)和稻田的耕层土壤样品,采用比色法和氯仿熏蒸法分别检测土壤酶活性和微生物生物量。结果表明,稻田撂荒地的土壤微生物生物量碳(MBC)为(345.20±30.06)mg/kg,显著低于其它三种覆被下的土壤;微生物生物量氮(MBN)、微生物DNA、蔗糖酶活性和碱性磷酸酶活性分别为(48.03±18.48)mg/kg、(5.65±1.48)μg/kg、(19.16±1.43)mg g^(-1)(24h)^(-1)和(2.20±0.94)mg g^(-1)(24h)^(-1),均显著低于稻田,而与两种天然湿地没有显著差异。主成分分析表明,稻田撂荒地能与稻田明显分开,而与其它两种覆被土壤有所交叉。统计分析表明,MBC和碱性磷酸酶活性均与pH呈显著正相关关系(P<0.05);MBN、蔗糖酶活性和碱性磷酸酶活性均与土壤总有机碳(SOC)呈显著的正相关关系(P<0.05);土壤微生物DNA与SOC、总氮(TN)和碱解氮(AN)均呈显著正相关关系(P<0.01),与Mg^(2+)呈显著正相关关系(P<0.05)。以上研究结果表明,会仙湿地中的稻田在撂荒以后,土壤微生物生物量和两种土壤酶活性显著降低,影响微生物生物量和土壤酶活性变化的主要因素是pH、SOC、TN、AN和Mg^(2+)。因此,建议在稻田撂荒地上重新种植水稻,以加快会仙岩溶湿地的恢复过程。

岩溶湿地地下水资源高效开发利用示范

会仙岩溶湿地是我国目前已知中低纬低海拔岩溶地区规模最大的天然湿地。湿地内地下水资源丰富,生物群落众多,受自然环境和人类活动的影响,会仙岩溶湿地正面临着水资源干枯、旱涝灾害频繁发生、湿地萎缩、生物多样性降低等生态环境挑战,本文从提高湿地地下水资源高效开发利用方式上进行探讨,研究结果为湿地水资源和生态环境保护利用提供参考。

土地利用类型对漓江流域会仙岩溶湿地水系氮磷的影响

为揭示下垫面土地利用和岩溶特征对漓江流域会仙岩溶湿地水系氮磷的影响,研究于2017年10月至2021年9月在睦洞河、会仙河和相思江地表水系进行月尺度氮磷监测。统计分析了21.79~376.42 km~2集水范围内的地表水系氮磷排放特征,并应用Pearson相关性分析法和灰色关联法探究了研究区水系氮磷排放浓度与土地利用类型、岩溶地貌分布、水文气象等因素之间的关系,结果表明:(1)监测期内水系总氮(TN)污染较总磷(TP)严重,水样的TN和TP浓度分别介于0.30~27.55 mg/L和0.03~2.49 mg/L之间,70.3%水样(样本数n=518)的TN>1.0 mg/L,35.1%水样的TP>0.2 mg/L;受水文气象影响,TN和TP浓度峰值出现在旱季,均值在雨季下降。(2)水系中氮磷主要来源于受人为活动影响较大的农业用地(水田、旱地和果园);沟塘湿地有助于氮磷减排,覆盖型岩溶区氮磷输出水平较高。(3)相比氮素(NH~+-N、NO~--N和TN),磷素(TP和TDP)浓度受降水量的影响更大,雨季尤为明显。充分了解岩溶湿地水系氮磷污染现状及其主要影响因素有助于科学管理和保护流域水质。

桂林会仙岩溶湿地生态环境保护与生态补偿研究

采用文献资料法、问卷调查与考察法等方法,通过评估生态系统服务功能价值及生态损益、支付意愿等方法确定了会仙岩溶湿地生态补偿标准的范围:由湿地生态系统服务价值计算确定补偿标准的上限为9 874.5元/(hm2·a);根据生态损益、支付意愿调查等确定补偿标准的下限为9 428.6元/(hm2·a),在此基础上进一步明确了会仙岩溶湿地的生态补偿途径与方式为现金补偿、政策补偿、技术补偿和实物补偿。研究结果对促进会仙岩溶湿地的生态环境保护和可持续发展,使其生态价值得到最大程度地发挥具有重要意义和参考价值。

桂林会仙岩溶湿地景观类型及其美学价值

广西桂林会仙喀斯特国际重要湿地是我国最大的岩溶湿地,集“山、水、田、园、沼、运”等景观要素于一体,以睦洞湖为中心构成了会仙岩溶湿地的核心景观,且具有生物景观丰富、人文景观深厚的特点。田园与岩溶湖泊、沼泽湿地、岩溶峰林、溶洞与地下河、古桂柳运河及其附属桥渠建筑等有机地融为一体,形成了会仙岩溶湿地独特的自然美与人文美。

桂林会仙岩溶湿地健康评价与补偿机制研究

以桂林会仙岩溶湿地为研究对象,应用"压力—状态—响应"模型构建会仙岩溶湿地生态系统健康评价指标体系,利用单因子评价和综合评价方法评价桂林会仙湿地的生态健康指数。评价结果表明:湿地健康状况较差,CEI=0.364;影响会仙湿地生态系统健康的因素主要有年降水量、常年积水面积、农业生产因素等。针对以上影响因素,提出了会仙湿地生态恢复和补偿建议,目标是促进会仙湿地生态系统健康可持续发展。

桂林市会仙岩溶湿地水资源特征及有效调控

会仙湿地是“漓江之肾”,对漓江补水和生态环境改善具有重要作用,但湿地水资源调蓄功能较弱,严重制约了湿地功能的发挥。本研究以会仙湿地为示范区,对湿地核心区狮子岩地下河系统和睦洞湖分散排泄系统流量进行了一个水文年的观测,并实施水资源调控措施。结果表明:会仙湿地岩溶含水层对大气降雨具有一定的调蓄作用,但调蓄功能较弱,雨季后若连续2个月无降雨地下河基本断流;会仙河通过桂柳古运河补给睦洞湖,补水效果取决于会仙河大坝的蓄水高度,当会仙河大坝蓄水高度小于149.25 m时,会仙河无法对湿地进行有效补水,对该大坝重修可增加对睦洞湖湿地的补水效果。针对狮子岩地下河系统具有管道集中径流、流量大、水量充足的特征,在地下河采取了上游“蓄”和“引”,中游“堵”,下游“拦”的三级调控工程使地下河水位从出口到八仙湖段1 km范围内提高70 cm,可缩短狮子岩地下河溶洞湿地低水位期1个月以上。针对睦洞湖分散排泄系统地下水具有分散排泄的特征,采取出口“拦”的水资源调控技术,成功将出口水位抬高30 cm,核心区水位抬高10~20 cm,使睦洞湖湿地低水位期推迟2个月以上。