受地质条件制约的中国西南岩溶生态系统

岩溶生态系统是受岩溶环境制约的生态系统。中国西南岩溶石山区岩溶发育的地质历史背景,决定其碳酸盐岩主要分布于NE向的构造隆起带上。碳酸盐岩出露面积占土地面积比例≥30%的岩溶县有292个。岩溶生态环境的特殊性和脆弱性主要表现在:(1)西南岩溶生态系统中水、土资源的短缺且不协调。水资源以地下水资源为主,且难开发;土壤资源零星分散,土层薄,易流失;(2)现存广西区植被覆盖特征显示,岩溶石山区森林覆盖率明显低于非岩溶区,同时也暗示着岩溶石山区植被的恢复、演化慢于非岩溶区植被;(3)贵州石漠化分布特征表明岩性对岩溶生态环境的制约;(4)脆弱的岩溶生态环境制约着生态系统的人口承载力。贵州省是西南碳酸盐岩集中分布区的中心,其人均国民生产总值则远比邻省的低。广西、湖南、湖北、重庆碳酸盐岩的分布具有明显的地块性,其岩溶县的人口密度仅分别为非岩溶县的85.05%、83.03%、46.78%、54.43%,岩溶县的人均国民生产总值、农民人均纯收入也不及非岩溶县。根据岩溶生态系统结构特征,在西南岩溶生态重建过程中应关注地表植被覆盖率对表层岩溶带水循环的影响、关注土地利用对地下水的影响、关注岩溶地球化学对特色经济植物可持续发展的影响。

不同岩溶生态系统土壤及其细菌碳酸酐酶的活性分析及生态意义

对能加速岩溶作用的碳酸酐酶 (CA)的来源及分布进行了研究。测定了采自中国西南 4个不同岩溶地区生态系统土壤样品中的 CA活性 ,结果表明在表层土壤中都能检测到 CA活性 ,且 CA活性在不同岩溶生态系统土壤之间存在明显差异 ,其中植被覆盖率低的六盘水米苏嘎的土壤 CA活性最低 ,而植被种类丰富且生长较好的重庆金佛山和马山弄拉等地土壤 CA活性较高。同一类型岩溶生态系统不同岩溶地形的土壤 CA活性亦存在差异 ,植物根际附近土壤 CA活性较高 ,而且土壤 CA活性呈现明显的垂直分布和季节变化 ,表明植物根系及土壤微生物是土壤 CA的主要来源。同时还筛选了能产 CA的细菌 ,并测定了细胞内和细胞外 CA活性 ,结果表明土壤细菌的细胞内和细胞外 CA活性在具有不同植被状况的弄拉和试验场两种不同岩溶生态系统间具有明显差异。这些都暗示着土壤及其细菌

岩溶生态系统中不同植被枯落物对土壤理化性质的影响及岩溶效应

对广西弄拉岩溶生态系统中60a成熟林、20a乔幼林和10a灌丛的枯落物、土壤理化性质和岩溶效应进行了研究。研究表明:(1)成熟林、乔幼林和灌丛调落物储量分别为18.4、16.9、1.9t/hm2,通过凋落物归还土壤的营养元素(N、P、K、Ca、Mg、Si、Al、Fe、Zn、Cu、Na、Mn)的年归还总量依次为:乔幼林(4.657t/hm2)>成熟林(4.068t/hm2)>灌丛(0.193t/hm2)。弄拉成熟林的枯落物储量是灌丛的10倍,枯落物12种元素的归还量是其21倍。(2)成熟林枯落物有效拦蓄量是灌丛的11倍,保障了土壤的持水能力。(3)随着土壤的加深,枯落物对其影响减弱。深层土壤的理化性质主要受母岩的影响,化学性质比较稳定,而表层土受枯落物和植被影响大,枯落物的储量、分解程度和组分等控制着表层土有机质、有效N/P/K、有效锰、有效锌等有效态的含量,对元素的全量分布影响不大,影响土壤元素全量空间分布的因子主要是母岩。枯落物可以促进碳酸盐岩的成土速率。植被的发育程度越高,其涵养的表层岩溶泉的溶质含量越多。枯落物的存在增加了水在表层岩溶动力系统中的滞留时间,同时给岩溶生态系统注入更多的有机质和CO2,加速表层岩溶动力系统的运行。

岩溶生态系统土壤酶活性的时空动态及其与土壤肥力的关系--以桂林丫吉村岩溶试验场为例

以桂林丫吉村岩溶试验场为考察基地,研究了不同地貌部位(洼地、坡地和垭口)土壤酶活性(转化酶、蛋白酶、脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶)的时空变化特征,结果表明,不同地貌部位土壤酶活性存在明显差异,洼地和垭口土壤水解酶类活性较高,与这两个地貌部位微生物数量较多的结果相对应。试验场不同地貌部位土壤水解酶类活性随土壤深度的增加而逐渐降低,但对于不同的酶和不同的地貌部位,酶活性降低的幅度有所差异。各地貌部位各层次土壤过氧化氢酶活性差别不大。4种水解酶活性的季节变化规律一般是春季上升,夏季或秋季为最高。此外,土壤水解酶类活性与不同地貌部位的土壤养分水平密切相关,一般与土壤有机质、全N、有效N、速效P之间呈显著或极显著正相关,这既说明土壤酶活性在一定程度上反映了岩溶土壤肥力水平的高低,可作为评价岩溶土壤肥力水平的重要指标之一,而且也为评价西南岩溶生态系统脆弱程度提供了新的生物学方面的指标,为不同地貌部位的土地利用方式和植被重建模式提供了一定的理论依据。

岩溶生态系统土壤及表生植被某些特性变异与石漠化的相关性

岩溶山地石漠化是一种与脆弱生态地质背景和人类活动相关联的土地退化过程。本文以重庆市典型岩溶山地为例 ,探讨了岩溶生态系统土地利用方式与土壤机械组成、土壤水稳性团聚体、土壤有机质、土壤种子库、植被类型的关系。结果表明 ,经开垦利用后 ,岩溶环境土壤表层砂化现象更加明显。土地利用强度越大 ,对土壤团粒结构的破坏也越大 ,林地、灌草坡对水分的保持能力强 ,土地利用强度较大的土壤保水能力相对较弱 ,土壤有机质受土地利用强度的明显影响。土地利用强度越大 ,木本植物种子越少 ,草本植物种子越多 ,且以农田杂草为主。土地利用方式的变化 (如陡坡开垦 )是对次生植被及其种子库的主要威胁。

岩溶生态系统中的土壤

在偏碱富钙的岩溶生态系统中,其土壤具以下特征:①形成速率十分缓慢,形成1m厚的土层需要250～7880ka,因而对岩溶区土壤侵蚀的评价应有新的认识;②高含量的钙离子使土壤腐殖质中胡敏酸的含量比例较高,且稳定性好,不易分解的腐殖质使石灰土供应营养元素具缓效性;③微量营养元素含量及有效态具有不平衡性,且随钙镁含量的降低,其有效率显著提高;④粘粒含量高,当有机质含量高时,具有良好的团粒结构,有较好的供水、供肥能力,反之其团粒结构就失去稳定性,使土壤有效水含量、抵御水土流失的能力降低;⑤岩溶地貌制约石灰土的类型及分布,并延缓其向地带性土壤演化。因此石灰土资源的有效利用应从岩溶学、土壤学与植物学相互协调的角度进行生态经济规划。

中国西南岩溶生态系统特征与石漠化综合治理对策

以贵州省为核心的中国西南岩溶区面临双重危机:生态恶劣,石漠化严重;人口贫困,全国1/3强的贫困县分布在该地区。针对西南岩溶地区生态系统特征、石漠化分布和《岩溶区石漠化综合治理规划大纲(2006-2015)》的指导思想,提出岩溶石漠化综合治理的对策:水是龙头,土是关键,植被(经济植物)是根本,区域生态经济双赢、农民脱贫致富是目标。

岩溶生态系统中的碳循环特征与碳汇效应

碳酸盐岩是岩溶生态系统的物质基础,而碳酸盐岩的形成过程对大气CO2浓度的降低产生重要的作用,目前地球上99.5%的碳被封存在碳酸盐岩中;岩溶生态系统具有富钙、偏碱性的地球化学背景,制约其碳循环特征:碳酸盐岩是在清洁海洋环境中、以生物化学沉积为特征形成的沉积岩,其酸不溶物含量低,通常小于10%,意味着岩溶区土壤资源短缺,土壤总碳库量偏小,同时石灰土的富钙性导致石灰土缓效性碳库和惰性碳库大,土壤碳库的稳定性提高;土壤资源短缺,植被生长发育受到养分、水分的胁迫,使植被的地上、地下生物量的比例发生变化,岩溶区植被地上/地下生物量的比例可占30%～50%,高于非岩溶区的;岩溶水中的高HCO3-浓度,刺激水生植物的光合作用,并将无机碳转化为有机碳,提高碳迁移过程中的稳定性;本文的目的是根据最近的研究成果,揭示岩溶生态系统中碳酸盐岩-土壤-植被-水中碳赋存的状态和转化过程,提出促进岩溶碳汇效应的技术途径。

岩溶生态系统土壤非保护性有机碳含量研究

通过现场采样及室内测定方法,对岩溶天然林、灌丛和人工林土壤的非保护性有机碳进行了研究。结果发现,在0～10cm表层土壤,灌草丛土壤颗粒有机碳含量是天然林土壤的1.40倍,土壤轻组有机碳含量是天然林土壤的4.02倍;但随土层深度增加,天然林土壤颗粒有机碳分配比例和轻组有机碳分配比例大于灌丛土壤,且灌丛土壤有机质逐渐向大团聚体富集,而天然林不同深度土壤大团聚体都富集有机质。天然林土壤和人工林土壤<0.05mm的颗粒有机碳富集系数差异很小,但>0.1mm颗粒和0.1～0.05mm颗粒的有机碳富集系数差异相对较大,尤其在土壤表层有明显的差异。颗粒有机碳、轻组有机碳、不同深度土层土壤有机碳与水稳性团聚体之间存在显著的相关性。

基于岩溶生态系统特性的水土流失敏感性评价

在岩溶地区大范围内进行土壤侵蚀风险评价需要寻求新的简单有效的方法,建立适合岩溶地区特点的评估模型,才能避免水土流失治理规划的失误。考虑岩溶地区碳酸盐岩成土速率低、存在石漠化等特点,选取土壤允许流失量和退化岩溶生态系统的基岩裸露率,结合年平均降水、坡度、植被指数,在生成各单因素评价图的基础上,在Arcview中完成单因素图的叠加分析,得到贵州省岩溶地区水土流失敏感性综合评价图,并将其划分为不敏感、轻度敏感、中度敏感和强度敏感四级。在此基础上,探讨了贵州省水土流失敏感性的空间分异规律,提出水土流失预防治理的优先区。

表层岩溶生态系统碳循环特征研究

本文以广西桂林丫吉试验场的实际观测资料为基础，应用同位素示踪方法，探索了整个系统中碳的输入、输出和转移问题，并分析了表层岩溶生态系统中泉水水化学、土壤 ＣＯ２浓度及近地表植被层空气中ＣＯ２浓度的变化特征。结果显示，泉水水化学主要组分的日变化不明显，而土壤中ＣＯ２浓度则明显受日气候变化的影响，两者存在明显的滞后关系。用碳同位素示踪方法，重点对桂林观测站表层生态系统各碳库间碳的转移过程进行了定量研究，认为在有土壤层和植被覆盖的表层岩溶生态系统中，参与岩溶作用的碳有一半以上来源于与生物作用有关的碳。

不同岩溶生态系统中元素的地球化学迁移特征比较——以广西弄拉和弄岗自然保护区为例

研究了广西弄拉和弄岗自然保护区两种不同岩溶生态系统的元素地球化学循环特点,结果表明,弄拉、弄岗的成土过程都表现为S i和F e相对累积,而其它化学元素则表现为相对淋失。弄岗与弄拉相比,其元素的淋失程度更为强烈,但在植物中两者表现出比较相似的元素地球化学特点。弄岗泉水pH比弄拉的低,水的溶蚀能力增大,水中可溶物增多,元素循环也比弄拉的快。

西南岩溶生态系统土壤微生物的初步研究

探讨微生物在岩溶作用中的作用 ,需要考察土壤微生物在岩溶地区的生态分布和特性。本文对采自中国西南 4个不同岩溶地区 (重庆金佛山、六盘水米苏嘎、广西弄拉和桂林丫吉村岩溶试验场 )生态系统土壤样品中的细菌、放线菌和真菌进行了数量测定 ,结果表明 ,微生物的数量和组成与赋予不同地形和植被特征的岩溶生态系统的特性高度相关。本文还分析了马山弄拉和岩溶试验场的优势细菌 ,并且进行了初步鉴定 ,结果显示 ,固氮菌科细菌在两个岩溶生态系统土壤中都占优势 ,表明其土壤肥力都在改善。

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。

不同地质背景下岩溶生态系统的自然特征差异——以茂兰和花江为例

自然特征是典型岩溶生态系统研究与评价的基础。西南岩溶山区,由于气候、地形、地质构造、岩溶作用、土壤等条件的不同,各圈层发生着地质地貌组合→水文土壤组合→植被和小生境组合结构的作用过程,不同组合结构的岩溶生态系统具有特殊的功能和圈层的耦合作用,其本底稳定性与脆弱性各异,从而形成了不同区域岩溶生态系统及生境类型的多样性。对茂兰岩溶森林区和花江峡谷区两种典型岩溶生态系统———岩溶原生森林系统与石漠化系统的自然特征对比研究表明,两者的差异集中体现在地质构造、地貌演化、岩溶形态、水文结构、土壤侵蚀、植被群落、水文生态效应与生境多样性等方面,其中地质构造、地貌演化、岩溶形态、可开发利用的水资源、植被群落是两种系统存在显著差异的关键因素。因此,有必要探讨不同岩溶地貌单元、不同碳酸盐岩类型区的岩溶生态系统基本生态过程的共性和差异,探索地质环境与生态环境的内在联系和耦合关系,分析地质因素对生态环境的控制和影响程度,为岩溶受损生态环境单元的恢复重建提供理论依据。

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。

金佛山岩溶生态系统初步探讨——岩溶泉水化学特征分析

从岩溶水化学性质方面对金佛山岩溶生态系统作了初步的分析,选取了两个具有代表性的岩溶泉进行对比性加密观测,结果表明:不同海拔高度出露的岩溶泉水化学性质和岩溶强度存在较大不同;具有不同海拔高度的小鲵泉和双龙泉水化学性质随时间变化的稳定性出现较大差异.

漓江流域典型岩溶生态系统的自然特征差异

对漓江流域两种典型岩溶生态系统———典型峰林平原与典型峰丛洼地的自然特征研究对比表明,两者的差异集中体现在岩溶形态(包括石峰与洞穴)、地势分布、水文网、土壤与植被、洪水灾害与系统输入输出功能等方面,其中岩溶形态、地势分布、可开发利用的水资源与土地资源是两种系统存在显著差异的关键因素。典型峰林平原地势平坦开阔,外源水来源丰富,地下水分布均匀,土层成因多、分布广,具有城市发展、人群集聚的良好基础条件,但洪水灾害、枯季缺水、地面塌陷是影响社会发展的自然环境问题;典型峰丛洼地山地多,地势高,缺乏外源水,地下水埋藏深,土地资源贫乏,导致生境条件恶劣,不适于人群集聚,自然村落发展条件处于明显劣势。

重庆金佛山岩溶区表层岩溶生态系统CO_2浓度分析

以重庆金佛山林地、裸地表层岩溶生态系统CO2浓度的实际观测资料为基础,探索表层岩溶系统CO2浓度变化规律。结果显示,这种变化与土壤温度有密切关系,林地与裸地各个层次土壤的CO2浓度与土温呈一致性变化,这构成了表层岩溶生态系统对外界条件的灵敏响应。研究进一步揭示了林地植被平抑这种动态效应,而裸地则响应于温度变化。

IGCP448:岩溶生态系统全球对比研究进展

综述了IGCP448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。