喀斯特区乡村景观格局特征及优化思路研究

以产业兴旺、生态宜居等各方面协同推进为总要求的乡村振兴战略的实施,对于生态环境脆弱且发展落后问题突出的西南喀斯特广大乡村地区具有重要意义。合理的景观格局是乡村振兴的基础。以贵州典型喀斯特石漠化乡村为研究区,从类型和景观两个尺度选取11个景观格局指数,对研究区的景观类型分布、景观破碎度空间分布、景观多样性空间分布等展开研究,探明了研究区景观格局特征。在此基础上结合生态学理论和乡村振兴总体要求,提出研究区乡村景观优化思路。结果表明:(1)研究区景观类型可分为水田、坡耕地、有林地、疏林地、经果林、石漠化灌丛等10类,其中坡耕地和石漠化灌丛是主要景观类型,石漠化灌丛是优势景观类型,道路、水系和居民点景观面积占比较小。(2)研究区西北部和西南部以人工景观的分布为主,景观破碎化程度高;北部石漠化景观集中连片分布,景观多样性和异质性指数较低。(3)从景观格局优化、产业结构调整两个角度对研究区乡村景观进行了优化,优化后形成了较为完善的生态网络格局,生态系统稳定性提升;种植结构的调整提升了景观结构复杂程度和土地利用价值,也优化了研究区的生态环境,为乡村旅游业的发展创造了条件。结果可为喀斯特地区乡村振兴规划及实施提供理论参考。

基于坡度等级的喀斯特山区石漠化与水土流失相关性研究——以贵州省盘县为例

为了定量分析不同坡度等级下石漠化与水土流失之间的相关性,为县域生态环境治理与修复提供科学理论依据,以贵州省盘县为研究区,在遥感与地理信息系统技术支持下,以ALOS遥感影像、岩性及1∶50 000地形图等为基础数据源,采用遥感解译方法、表面分析及地图代数原理,提取出石漠化与水土流失的各指标因子。通过ArcGIS空间分析及相关性分析模型,从不同坡度等级下分析盘县石漠化与水土流失的相关性。结果表明:盘县石漠化面积为1 008.45km^2,占总面积的24.9%,已发生石漠化等级以轻度、中度和强度为主,分别占盘县石漠化面积的45.47%,29.67%,20.29%;水土流失面积为521.05km^2,占总面积的12.85%,已发生水土流失等级以轻度和中度为主,分别占盘县水土流失面积的67.75%和17.36%。石漠化与水土流失发生区坡度以5°~35°为主,分别占石漠化与水土流失面积的85.08%与82.45%。当坡度<8°时,石漠化与水土流失等级、水土流失与石漠化等级存在负相关关系。当坡度为8°~35°时,已石漠化与已水土流失面积均呈现出先减小后增加再减小的趋势。当坡度>35°时,石漠化与水土流失等级在强烈侵蚀等级以下表现为负相关,超过强烈侵蚀为正相关;而水土流失与石漠化等级在轻度石漠化等级以下表现为正相关,超过轻度石漠化为负相关。

喀斯特石漠化治理生态产品价值实现及其对乡村振兴的启示

生态产品价值实现是进一步开展石漠化治理、实现乡村振兴的重要抓手。基于石漠化治理与生态产品价值实现的已有研究和具体实践,对石漠化治理生态产品概念进行了界定,并将石漠化治理生态产品分为生态空间产品、生态要素产品、生态权益产品及生态标签产品。引入“沙漏模型”阐明了石漠化治理生态产品价值实现机理,通过分析生态产品在供给端与消费端之间的交易过程揭示了石漠化治理生态产品价值实现机制,明确了石漠化治理生态产品价值实现的影响因素,认为未来应加强对石漠化治理生态产品开发、经营及其产业形成的研究,最后提出了石漠化治理生态产品价值实现对乡村振兴的启示。

基于GIS与RUSLE模型的喀斯特地区土壤侵蚀研究--以贵州省为例

[目的]对贵州省土壤侵蚀进行快速定量研究,为土壤侵蚀治理工作和土地利用决策提供科学依据。[方法]在GIS技术的支持下,利用日降雨量、土壤类型、土地利用、DEM,MODIS-NDVI等数据,结合RUSLE模型估算研究区土壤侵蚀量。[结果]研究区的2010年年均土壤侵蚀模数为880.81t/(km^2·a),属轻度侵蚀。大部分区域主要以小于500t/(km^2·a)的微度侵蚀为主,占研究区总面积的59.60%。土壤侵蚀面积(轻度侵蚀以上)达71 164.14km^2,占总面积的40.40%。强度以上土壤侵蚀面积达10 431.60km^2,占总面积的5.91%,主要分布在研究区西北部和东北部,以及北部大楼山、武陵山、东南部苗岭以及西部乌蒙山等地势较高以及中东部乌江,西南部北盘江等河流流域。[结论]林地、耕地和草地以及海拔在600~1 600m之间的区域是今后水土流失防治的重点区域。

裸露岩石对喀斯特坡地水土流失及水动力特征的影响

[目的]裸露岩石如何影响坡地产流产沙及水动力特征尚需进一步深入研究。[方法]通过室内模拟试验,设置不同岩石裸露率(0,10%,30%,50%,70%)的坡地,开展不同雨强(30,60,90 mm/h)条件下的人工模拟降雨试验,旨在探究雨强与裸露岩石对坡地产流产沙及水动力特征的影响。[结果]坡地地表产流产沙随雨强增大呈增大趋势,而随岩石裸露率的增加呈减小趋势。在不同雨强条件下,0岩石裸露率坡地与10%岩石裸露率坡地的产流产沙差异多呈不显著(p>0.05),而与其他岩石裸露率坡地之间呈显著差异(p<0.05)。低岩石裸露率坡地(10%)与高岩石裸露率坡地(50%及以上)间产流产沙差异显著(p<0.05)。流速(V)、水深(h)、雷诺数(Re)、弗罗德数(Fr)、水流剪切力(τ)及水流功率(w)随雨强增大呈增大趋势,阻力系数(f)随雨强增大呈减小趋势。流速(V)、弗罗德数(Fr)随着岩石裸露率增加呈减小趋势,而水深(h)、阻力系数(f)随着岩石裸露率增加呈增大趋势,雷诺数(Re)、水流剪切力(τ)与水流功率(w)在不同雨强下变化规律有差异。水动力参数变化在不同坡地间具有一定差异性。产沙与水动力参数数量关系以指数函数拟合效果最好,流速(V)(R^(2)=0.819,p<0.05)、水流剪切力(τ)(R^(2)=0.858,p<0.05)及水流功率(w)(R^(2)=0.890,p<0.05)预测坡地产沙效果较好,其中水流功率(w)为最佳预测参数。[结论]研究结果进一步丰富了岩溶坡地土壤侵蚀理论,并可为建立适合于岩石裸露坡地的水蚀预测模型提供参考。

喀斯特流域径流侵蚀力的时空分异及其对岩溶特征因子的响应

[目的]西南喀斯特区土壤侵蚀问题十分突出,严重影响着区域社会经济的可持续发展。而喀斯特流域特征环境因子如何影响土壤侵蚀的直接驱动力—径流侵蚀力,目前尚不十分明晰。[方法]以西南喀斯特地区的野纪河流域为例,基于流域出口水文站长系列高频实测数据,采用水土评估工具(SWAT)和偏最小二乘模型(PLSR)评估了2005—2020年流域径流侵蚀力的时空演变特征,解析了主要喀斯特环境因子对径流侵蚀力的影响。[结果]流域多年平均径流侵蚀力为2326.47 m ^(4)/(km ^(2)·s),并具有较强的空间异质性,2005年径流侵蚀力高值主要分布北部和中部,而2010—2020年,径流侵蚀力高值区逐步向中南部转移。时间上,受益于岩溶区“十一五”以来坡耕地水土流失综合治理、石漠化综合治理等生态修复工程的实施,野纪河流域径流侵蚀力总体上呈降低趋势。岩性、基岩裸露、坡度是影响野纪河流域径流侵蚀力变化的主导控制因子,对径流侵蚀力时空分异的共同解释度达57.7%。[结论]研究结果可为喀斯特流域水侵蚀导致的水土流失综合防治提供理论参考,有助于制定更加精准和有效的政策和措施,改善喀斯特区生态环境,促进该地区的可持续发展。

中国贵州喀斯特金矿区苔藓植物研究进展

金矿的开采,无疑会带来巨大的财富,但同时会造成大量的重金属污染,给周围环境带来了不可估量的危害。近年来,由于大量金矿的开采和冶炼活动,导致了一系列生态环境问题的出现,目前已受到广泛的关注。基于苔藓植物在喀斯特金矿区对重金属离子的敏感作用和特殊的生态适应机制,认为苔藓植物可作为金矿区环境污染的指示植物,并且具有潜在的应用价值。分析综述了苔藓植物在贵州喀斯特金矿区的生物地球化学作用、重金属污染监测、生态修复研究、石漠化治理等方面的研究工作。最后,还指出了存在的问题及发展方向。因此,对中国金矿区生态环境恢复治理的深入研究具有十分重要的意义。

典型喀斯特山区的森林蓄积量遥感估算

[目的]通过森林蓄积量的遥感监测了解喀斯特地区森林生态系统的健康状况和生态功能,为该地区碳汇监测与评估以及森林管理与决策提供理论依据。[方法]本研究选取典型喀斯特山区为研究对象,基于Sentinel-2A影像和样地调查数据,结合随机森林(RF)、K近邻回归(KNN)和BP神经网络3种机器学习模型,在山地坡度条件约束下开展森林蓄积量反演研究。[结果]①单波段反射率、植被指数和纹理特征等遥感因子在不同地形约束条件下的表现不同,建立模型的最优子集均不同,不同立地条件下建立蓄积量估测模型均有差异。②在喀斯特山区森林蓄积量估算中,RF相比KNN和BP模型鲁棒性和适应性最强。在缓坡、斜坡、陡坡立地条件下,RF模型精度分别达到80.1%,79.0%,80.5%。[结论]喀斯特山区空间异质性强,不同坡度立地条件下参与蓄积量遥感估测的建模自变量因子均不相同。坡度的划分可以细化复杂场景遥感估算模型,提高蓄积量遥感估算精度。

喀斯特石漠化区不同植被恢复下土壤颗粒分形特征

【目的】研究喀斯特石漠化地区的土壤颗粒分布和分形特征,为石漠化地区水土保持和土壤评价提供科学依据。【方法】在贵州师范大学喀斯特野外观测研究站,选取石漠化治理区中火龙果(Hylocereus undulatus)、玉米(Zea mays)、核桃(Juglans regia)、柚木(Tectona grandis)和种植于坡上和坡谷的花椒(Zanthoxylum bungeanum)等6种植被作为研究对象,分析了雨、旱两季的土壤粒径分布,并基于单重和多重分形理论计算了土壤颗粒分形参数。【结果】(1)研究区土壤粒径集中在1.5~300μm,质地较细以粉粒为主,黏粒含量最少,粒径分布呈非均匀性;(2)植被和季节对单重体积分形维数D_(v)均存在显著影响(P<0.05),决定系数R^(2)表明D_(v)与黏粒关系最为密切。旱季D_(v)的均值(2.56)较雨季(2.64)相比有所下降,细粒物质流失程度在不同植被之间存在显著差异(P<0.05);(3)各样地土壤粒径分布以体积分数占比较大的颗粒为主,广义维数谱D_(q)的递减程度在指数q<0时要大于q>0时,稀疏区土壤颗粒对环境因子的影响更敏感;(4)D_(v)与黏粒和粉粒呈极显著正相关,与砂粒呈极显著负相关。容量维数D_(0)、信息熵维数D_(1)、D_(1)/D_(0)、关联维数D_(2)和土壤颗粒的相关性与D_(v)相反。土壤有机碳/全氮(SOC/TN)与粉粒呈显著正相关,而与砂粒呈显著负相关,这说明粉粒组分在发挥固碳功能方面发挥主导作用。【结论】土壤分形维数能够作为喀斯特石漠化区土壤物理结构改善效果的指标,为石漠化水土保持和土壤评价提供科学理论支持。

喀斯特地区生态网络构建及典型区域优化——以黔西南布依族苗族自治州为例

【目的】探索喀斯特地区生态网络构建与典型区域划分、整体网络布局优化的方法,为黔西南布依族苗族自治州(下称黔西南州)城乡一体化发展及生态文明建设有理有序开展空间布局和模式优化提供参考依据。【方法】基于空间主成分分析筛选约束因子,形成综合阻力面,利用形态学空间格局分析方法(MSPA)和最小累计阻力模型(MCR)识别重要生态廊道及生态节点构建生态网络划分典型区域,结合生态断裂点及生态暂歇点识别,提出生态网络整体优化及分区管控建议。【结果】黔西南州生境斑块具有明显的分区差异性,核心区面积为5908.81 km^(2),集中连片分布于研究区东南及西南部区域,生境质量较高;北部及中部区域因带状耕地分布较多,打破了林地的空间连续性,导致核心区斑块破碎化严重。基于MSPA识别出斑块面积大于1 km^(2)的生态源地44个;基于MCR模型生成潜在生态廊道55条,总长度2563.422 km;基于生态廊道进行生态网络构建识别出生态节点43个。生态网络主要分布在研究区东南部;中部及北部生态源地相对较少,导致生态廊道断裂,南北区域缺少物质信息交流的渠道。将研究区划分为6个生态典型区域并提出针对性管控策略,新增生态旅游景点26个、生态暂歇点39个和生态断裂点32个;提出生态网络整体优化布局建议。【结论】黔西南州生态网络构建及典型区域优化有利于形成更具连续性、完整性的生态保护格局和空间网络体系,进而为喀斯特地区生态网络构建提供科学的生态网络范式,为城乡一体化发展提供科学策略。

碳中和目标下西南喀斯特石漠化植被修复的风景园林智慧

在“碳中和”的大背景下,中国西南喀斯特地区对石漠化的治理已是重中之重。本研究分析了喀斯特地区景观脆弱性的原因,再以园林植物为中心,以风景园林理论为依据,通过对不同石漠化类型进行分析,总结出适宜不同石漠化类型的设计方法,以期改善生态环境的同时提高人居环境质量,并整理出一系列减源策略,为风景园林在西南喀斯特地区石漠化植被修复方向上提供参考和实施路径。

弹性理念下贵州喀斯特地区乡村景观规划要点分析

在乡村振兴的背景下,国家加大了对贵州喀斯特地区乡村发展的帮扶力度,该地区因其生态脆弱性和经济发展的相对落后性而导致乡村景观发展滞后,亟需科学的设计理念来指导其景观设计。基于此,分析了弹性景观的主要内涵和喀斯特地区乡村景观的脆弱性特点,提出了喀斯特地区乡村景观弹性规划应遵循统一性、生态优先、功能多样性、因地制宜性和冗余性等主要原则以及具体实施方法,为贵州喀斯特地区的乡村景观改造提供理念支撑和实施路径。

喀斯特地区旅游产业与生态环境耦合协调关系定量研究——以贵州省为例

在耦合协调及障碍度模型上,对贵州省2008—2016年旅游产业—生态环境耦合协调关系及障碍指标进行综合分析。结果表明:二者综合发展水平整体呈现增长态势,旅游产业系统综合指数增幅达0.83;系统之间耦合协调关系稳步提高,由严重协调转变到初级协调阶段,耦合协调类型由旅游发展滞后演变为生态环境发展滞后类型;协调障碍因子包含废水排放总量、烟粉(尘)排放总量、旅馆业年末客房床位数、铁路旅客周转量等。样本期间系统综合协调水平不断提高,但二者协调发展步调不一致,贵州省生态环境建设水平不能很好地支撑旅游产业的发展。

喀斯特地区不同地貌下农户生计脆弱性影响因子评估:以贵州花江、撒拉溪研究区为例

基于558份农户调查问卷和可持续生计框架,运用多指标综合评价法和脆弱性评估模型,识别不同喀斯特地貌背景下的农户生计脆弱性影响因素。结果表明:(1)不同喀斯特地貌背景下农户生计脆弱性的影响因素具有一定的趋同性。(2)从不同喀斯特地貌区看,农户的生计脆弱性表现出显著差异性和逆向海拔梯度性,花江高原峡谷区的生计脆弱性明显高于撒拉溪高原山地区,花江高原峡谷区农户受自然资本和金融资本风险影响,具有极弱的风险抵御能力。(3)花江高原峡谷区农户的人力资本、物质资本、社会资本与撒拉溪高原山地区农户的金融资本都具有减轻农户生计脆弱性的作用,而自然和社会的资本风险增加了花江高原峡谷区农户的生计脆弱性,人力与物质的资本风险则增加了撒拉溪高原山地区农户的生计脆弱性。在日益严峻的生态退化环境和生计胁迫下,保障金融资本、提高教育水平、扶持生计多样化经营活动和完善社会网络结构是这2类区域精准扶贫的主要方向。

贵州喀斯特农田生态系统碳足迹时空差异研究

【目的】探明贵州省碳排放、碳吸收与碳足迹现状,可以为贵州省农田生态系统减源增汇以及农业的可持续发展提供参考。【方法】依据2007—2016年贵州省和贵阳、遵义、六盘水三市农业投入、农作物产量、耕地面积等数据,对贵州省不同尺度农田生态系统碳排放、碳吸收和碳足迹进行估算,分析变化规律并探讨其影响因素。【结果】①2007—2016年贵州省及贵阳、遵义、六盘水三市农田生态系统的碳排放量均呈逐年增长趋势,其中化肥施用产生的碳排放量所占比例最大,分别为68%、73%、81%、72%;2016年贵州省化肥单位面积碳排放达到298.23 kg/hm^2。②碳吸收量表现为"上升下降式"波动变化,总体呈增长趋势,其中,水稻碳吸收量所占比例最高,平均为50.9%,但呈减少趋势,蔬菜增幅较大,达到47%。③贵州省农田生态系统存在较大碳生态盈余,农田生态系统碳足迹呈现不断增加趋势。【结论】尽管农业碳吸收量远大于碳排放量,但化肥与农膜所占碳排放比例较大,应是未来农业减源的重点。

巨菌草饲用价值研究现状及其对贵州喀斯特石漠化治理的启示

巨菌草(Pennisetum sp.)是一种多年生草本植物,具有适应性广、抗逆性强、产量高的特点,不仅可用作饲草,在生态环境治理中也具有其独特优势。综述了巨菌草作为饲草的优势、饲用价值及其在畜牧生产中的应用现状以及在石漠化治理的应用潜力,以期为巨菌草在畜牧生产及石漠化治理中的应用提供参考。

基于分形理论的喀斯特地区土地利用结构研究——以贵州省平坝区为例

由于特殊的地貌和生态环境,喀斯特地区经济社会发展深受当地自然条件影响。将国家级重点开发区黔中经济区贵安新区中心的平坝区选为研究对象,以RS和GIS手段为支持,通过斑块类型水平和景观水平,运用分形理论为依据对喀斯特地区土地利用结构的复杂性与稳定性进行定量分析,以期为喀斯特地区重点开发区域土地资源利用提供科学性的建议。结果表明,2015年平坝区土地利用类型以有林地为主,整体SHEI为1.805,SHDI为0.6668,CONTAG为61.0864%;土地利用类型分布具有分形结构,各土地利用类型D_1为1.0084～1.2287,平均D_1为1.0692;根据D_1对各土地利用类型复杂性排序:河流水面>城镇住宅用地>湖泊水面>其他林地>水田>工矿仓储用地>内陆滩涂>有林地>灌木林地>旱地>天然牧草地>水库水面>农村宅基地>裸地>其他草地>园地;SI在0.2713～0.4916之间,总体稳定性较好。

中国喀斯特生态保护与修复研究进展

喀斯特生态系统是地球表层系统的重要组成部分。我国西南喀斯特地区以高强度农业活动为主,人地矛盾尖锐、石漠化严重,是我国最大面积的连片贫困区。在国家科技计划项目等的持续支持下,我国围绕喀斯特区生态修复与石漠化治理,系统开展了喀斯特生态保护与修复基础理论、技术研发、产业示范等研究,在喀斯特生态系统退化机理、石漠化治理技术与模式、生态治理助力脱贫攻坚、喀斯特景观资源保护、喀斯特国际合作等方面取得突出进展,引领了国际喀斯特学科发展。面对当前石漠化治理过程中产生的治理成效巩固困难、缺乏可持续性等新问题,未来喀斯特生态保护与修复研究应以增强生态治理的可持续性为导向,加强生态恢复过程机理与机制研究,提升喀斯特生态系统服务、提高生态恢复质量、巩固扶贫成果,实现石漠化治理的提质与增效,为“美丽中国”战略的贯彻实施及全球喀斯特地貌分布区所属国家的生态治理提供“中国方案”。

喀斯特高原石漠化综合治理生态产业技术与示范研究

喀斯特石漠化是威胁我国喀斯特地区生态环境安全、制约区域经济社会发展的重大瓶颈问题。贵州师范大学/国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心石漠化防治研究团队在国家科技计划的资助下,自"九五"以来一直从事石漠化防治的理论与技术创新性研究,并取得一系列成果。此次"十三五"重点研发计划项目(编号:2016YFC0502600)将在石漠化成因、等级划分、治理模式与技术体系等存量研究基础上,围绕生态衍生产业这一主题,增量开展喀斯特高原石漠化综合治理与混农林业复合经营、生态经济集约经营、生态产业规模经营、生物医药、生物能源、山地旅游等基础理论攻关、共性关键技术与技术体系研发,为国家石漠化治理工程和精准扶贫提供科技支撑。

黔南FAST周边典型喀斯特峰丛洼地石漠化生态修复模式研究——以平塘县克度镇刘家湾周边为例

为探讨黔南平塘县及周边喀斯特峰丛洼地石漠化生态治理与农户生计模式,在分析区内水土资源及其空间匹配结构特征,以及石漠化与生态景观垂直分异规律的基础上,提出了:(1)峰丛洼地生物多样性藤冠配置技术模式,包含轻度石漠化藤本+乔木模式、中度石漠化藤本+灌木模式、重度石漠化藤本+草本模式;(2)峰丛坡地"下修复、上保育"的分段治理(垂直分异)模式及其技术体系,包含峰顶生态公益林自然恢复(保育)模式、峰丛中上坡生态经济型林草生态修复与混农林业模式、峰丛下坡高效复合农林经营与水土保持(生态修复)模式;(3)筛选出酥李、西番莲、土人参、旱脆王枣、欧李等耐瘠耐旱适生品种,并对这些品种及其组合模式的经济、社会与生态效益进行了初步分析,得到西番莲+冰脆酥李、西番莲+土人参、西番莲+酥李+土人参等生物多样性配置模式的经济效益最佳,其是就地解决洼地农户生计的有效途径,这在类似地区有重要的推广和应用价值。