贵州花江喀斯特研究进展

自20世纪90年代以来,花江喀斯特研究逐渐受到学界的广泛关注。对1993—2021年贵州省花江峡谷喀斯特研究文献进行分析,发现:1)花江研究可划分为萌芽阶段(1993—2002年)、初步多元化阶段(2003—2009年)和快速多元化阶段(2010—2021年)3个阶段,各阶段具有鲜明的时代特征,研究呈现出稳定、持续发展的态势。2)1993—2021年间刊文量呈增加趋势,学界关注程度趋于增强;主要集中在农学、资源学、环境学和地理学4类学科;研究人员较集中,各团队合作频繁紧密。3)从时间序列上分析,自1993年来研究逐步深入,内容趋于多样,阶段性前沿研究领域的出现紧扣区域发展的实际需求和国家政策;从研究脉络上分析,经济视角为主线,农业和农业技术相关的研究成果较多;政策导向较明显,研究主题紧跟国家政策变化呈现阶段特征,石漠化治理和生态环境研究贯穿始终。未来花江喀斯特研究应面向生态文明建设、乡村振兴和石漠化综合治理的需求,聚焦喀斯特气地水土生循环过程监测与模拟、生态系统演化机理与恢复、社会生态系统演化机制与调控、碳源碳汇综合观测与“双碳”技术研发、生态大数据决策支持与优化管理等方面进行研究与示范。

喀斯特山区城镇村用地时空演变特征分析——以七星关区为例

以七星关区为例采用GIS空间分析、核密度和年变化率等方法分析喀斯特山区城镇村用地时空演变特征。结果表明:七星关区城镇村用地大范围演变且时序性和空间差异性特征显著,其中城市用地和中心城区及其东部地区演变最为剧烈;七星关区城镇村用地时空演变存在较强的空间自相关性,属于强集聚分布格局,演变热点区表现为鲜明的工业和开发区建设指向、冷点区表现为明显的自然地理环境指向。研究成果为喀斯特山区城乡空间重构和国土空间规划提供科学支撑和决策依据。

喀斯特高原水库水体氮素分布特征研究:以平寨水库为例

水体中氮素赋存形态及浓度与水质状况密切相关,平寨水库作为黔中水利枢纽工程唯一源头水库,探明其水体各氮素形态与时空分布特征,揭示其水体氮素分布状况及其变化规律,对于保障水源地饮用水安全具有重要意义。该文于2020年7月(丰水期)、2021年1月(枯水期)采集平寨水库水样,分析测定水体总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、溶解有机氮等氮素指标与理化因子,运用GIS平台,分析各氮素形态的时空变化特征,并探讨其驱动因素。研究结果表明:(1)平寨水库水体总氮浓度较高,丰水期总氮浓度平均值为2.83 mg/L,枯水期为3.14 mg/L,5条入库河流中,纳雍河各氮素形态浓度最高。(2)平寨水库水体氮素赋存形态以溶解有机氮和硝态氮为主,氨氮与亚硝态氮占比较小。硝态氮浓度丰水期小于枯水期,氨氮、亚硝态氮、溶解有机氮浓度均为丰水期大于枯水期。(3)环境因子影响氮的硝化、氨化和同化作用,水体氮素的分布和来源受不同时期环境条件变化与生产生活活动的影响。

基于多时相Sentinel-1 SAR数据的喀斯特石漠化区地表土壤水分反演研究

土壤水分是地球表层水循环、能量循环和生物地球化学循环中的重要组成部分,是研究喀斯特石漠化地区生态系统的关键参数。基于多时相的Sentinel-1 SAR数据与Alpha近似模型构建土壤水分观测方程组,反演喀斯特石漠化地区地表土壤水分并对其时空变化特征及误差影响因素展开分析。研究发现观测周期内区域土壤水分总体变化趋势与降雨量变化趋势高度一致,石漠化地区土壤水分高值与空间异质性程度明显高于非石漠化地区。精度验证结果显示土壤水分反演结果的均方根误差为0.059 cm^3/cm^3,平均误差为0.026 cm^3/cm^3,该方法在区域地表土壤水分反演中表现出一定的适用性,分析认为地表土壤因周边的复杂生境条件产生的混合像元问题是导致反演误差的主要影响因素。研究可为利用短时间周期重复遥感观测方法获取复杂山区环境下的土壤水分提供参考,为喀斯特石漠化地区生态系统修复和生态产业发展提供支撑。

西南喀斯特地区水体溶解无机碳时空分布特征及其来源分析

碳循环是地球主要物质循环之一,对全球气候变化与人类发展具有重要影响。本文梳理了近年来嘉陵江水系、乌江水系、赤水河水系及西江水系溶解无机碳的相关研究成果,对西南喀斯特地区水体溶解无机碳(DIC)与碳同位素(δ^(13)C_(DIC))的时空分布特征、影响因素及其来源进行全域性视角分析,并得出以下结论:(1)西南喀斯特地区水体DIC含量与δ^(13)C_(DIC)值在各水系之间存在差异性,具有显著时空分布特征,其中赤水河水系DIC含量(2.79mmol/L)与δ^(13)C_(DIC)值(-8.15‰)均最高,西江水系DIC含量(1.95mmol/L)与δ^(13)C_(DIC)值(-10.6‰)最低;(2)该地区DIC含量变化受到碳酸盐岩化学风化、气候变化及人类活动等因素的综合影响;(3)流域内DIC主要来源于碳酸盐岩风化与土壤CO_(2)。研究结果有助于推动河流流域溶解无机碳变化的研究,为我国水体碳循环研究提供理论基础。

喀斯特山区筑坝河流水-气界面CO_(2)通量变化特征及影响因素分析

水库是内陆水域生态系统的重要组成部分,在调节区域和全球碳循环中发挥着重要作用,为了解喀斯特山区筑坝河流水-气界面CO_(2)扩散通量的变化特征及影响因素,本研究以贵州省黔中水利枢纽工程区平寨水库为对象,于2020年1月、5月、7月和11月对其水体理化指标进行系统监测,运用TBL模型法计算水-气界面CO_(2)扩散通量。结果表明,平寨水库水化学类型为HCO_(3)+SO_(4)-Ca型,水化学特征主要受碳酸盐岩风化控制;表层水体pCO_(2)与CO_(2)扩散通量变化范围分别在124.64~558.76μatm和-18.85~15.90 mg/(m^(2)·d)之间,1月表现为大气CO_(2)的源,5月、7月、11月均表现为大气CO_(2)的汇;垂向上水体pCO_(2)变化范围为124.64~5409μatm,表现为表层低、底层高的差异特征。分析认为,影响平寨水库水-气界面CO_(2)扩散通量的因素主要是:碳酸盐岩平衡体系改变了水中碳化物的存在形态使其水体pCO_(2)发生变化、浮游植物光合作用对水体碳化合物的吸收从而抑制CO_(2)向大气扩散,以及水库热分层期时对底层水体CO_(2)暂封存和混合期时底层水体发生上覆脱气的影响。

喀斯特山区村域多维贫困空间异质性研究——以盘州市为例

厘清喀斯特山区贫困人口空间分布及贫困机理是我国全面建成小康社会的关键。基于自然环境、地理区位、经济基础及人力资本4个维度指标测算了盘州市村域多维贫困,并结合GIS技术分析了其空间异质性。结果表明:(1)31.65%的行政村处于多维贫困状态,主要集中分布在盘州市的北部、东部以及零星分布在西部和南部。(2)多维贫困的热点区主要分布在各维度上均未处于冷点区的盘州市北部的乌蒙镇、坪地彝族乡、柏果镇、普古彝族苗族乡以及旧营白族彝族苗族乡东部和竹海镇东南部。(3)4个行政村在各维度上均处于贫困,53个行政村在其中3个维度处于贫困,贫困维度的热点区集中在盘州市北部的乌蒙镇与坪地彝族乡交界处、柏果镇、鸡场坪镇北部、淤泥乡北部、旧营白族彝族苗族乡东部以及竹海镇东南部。(4)根据盘州市实际情况,将各行政村的脆弱维度组合划分为自然条件缺乏型、经济基础缺乏型、人力资本缺乏型、自然经济兼缺型、自然人力兼缺型、经济人力兼缺型、自然经济人力兼缺型和发展友好型8类,并提出相应的脱贫建议。通过对村域多维贫困定量测度和空间异质性研究,明晰了多维贫困的测度方法及其空间分异规律,这对区域全面脱贫和乡村振兴具有重要的现实意义。

基于Sentinel-1的喀斯特高原山区种植结构空间分异研究

喀斯特山区受多云多雨复杂天气影响,遥感技术应用于种植结构信息提取具有较大难度,基于Sentinel-1进行作物识别在精准农业中具有独特优势,可及时、准确地掌握区域主要作物种植信息,对于制定农业政策和指导农业生产具有重要意义。文章以贵州省关岭县作为研究区,采用2020年Google Earth影像、4—8月时序Sentinel-1数据和无人机遥感数据,利用D_LinkNet模型进行地块提取,基于LightGBM模块进行种植结构分类,结合地理探测器探究研究区主要作物空间分异特征及种植结构空间分异的影响机理。研究表明:①关岭县作物分布呈“西北多,东南少”格局,空间分布不均衡;②因子交互作用的影响均比单一因子影响程度大,交通区位与排涝能力是影响耕地分布的主要因素,次要因子为高程与交通区位等因子;③作物种植结构提取结果与统计年鉴比例一致,混淆矩阵总体精度为0.87,Kappa系数为0.83。研究结果有利于理解喀斯特山区不同粮食作物种植结构空间分异的形成机理及其差异,为种植结构优化调整、影响因素分析提供科学依据。

喀斯特石漠化治理区农户适应能力研究

喀斯特石漠化治理区生态环境脆弱,经济发展水平低,该区域农户生计适应能力不仅关系到自身的利益,更影响其与生态环境可持续协调发展。以贵州省安顺市花江示范区为例,通过引入农户适应感知及可持续生计框架构建农户适应能力评价指标体系,采用主成分分析法,对509户农户适应能力进行定量评价及对比分析,探究其影响因素,并提出相应改进策略。结果表明:石漠化治理下花江农户对治理变化的感知能力表现为纯农户>农兼户>非农户>兼农户;花江农户适应能力整体呈现较低水平,兼农户和农兼户比纯农户和非农户适应能力强;影响花江农户适应能力的因素主要有物质和经济能力、人力和自然能力、石漠化治理考虑感知能力和生计多样化程度。通过改善农户的生计资本,增强其物质经济能力,提升受教育程度等措施,可提高喀斯特石漠化治理区农户适应能力。

基于空间开发适宜性评价的石漠化地区可持续发展研究——以贵州省盘州市为例

石漠化地区经济发展与生态环境保护的矛盾是区域可持续发展面临的一大难题。对石漠化地区开发适宜性与区域经济发展的协调关系进行研究,以期为石漠化地区扶贫开发、区域空间管治与社会经济协调发展提供理论指导。利用限制性系数评价和社会经济、交通、生态环境等数据,运用GIS空间分析、IDW空间插值法及相关性分析等方法,对研究区9种主要影响空间开发的生态因子和社会区域经济状况间的联系进行分析。结果表明:1)盘州市经济发展水平与区位优势呈显著正相关关系,空间上呈现出翰林街道、红果街道、两河街道和亦资街道最高,并逐渐向东部、南部和北部降低; 2)受限制性因子的影响,盘州市空间开发适宜性等级主要以Ⅳ级最不适宜为主,面积为2 531. 77 km^2,占区域总面积的62. 42%,主要分布在盘州市东部,Ⅰ级最适宜和Ⅱ级较适宜面积为973. 7 km^2,占区域总面积的24. 00%,主要分布在盘州市南部与西部; 3)盘州市空间开发协调性高的乡镇有6个,协调性一般有17个,协调性低有4个,协调性高的乡镇主要分布在盘州中部及北部,协调性低的乡镇是北部的乌蒙镇、中部的双凤镇、南部的大山镇和普田镇。石漠化地区发展受地理环境影响较大,推进石漠化地区空间开发适宜性评价将促进区域可持续发展。

贵州省野生饲用乔灌资源初步研究

饲用乔灌是野生植物资源的重要组成部分,具有重要的经济价值和生态价值。对贵州省56种饲用乔灌资源分析得出:豆科饲用乔灌营养价值整体较高,种类占56种饲用乔灌的21.43%,是目前饲用乔灌研究和开发的重点。同时也应重视长叶水麻等高营养价值但研究较少的物种,根据其粗蛋白含量高的资源特点深入开发利用。通过56种饲用乔灌的营养聚类分析,判断植物营养的共同性和差异性,更好地服务资源开发、挖掘饲用价值。本研究以期从植物资源角度为贵州省乃至全国饲用资源开发利用提供支撑。

生态文明建设视角下的喀斯特地区易地扶贫搬迁

易地扶贫搬迁是国家扶贫政策的重要组成部分,是开发式扶贫的重要内容,将生态文明建设理念融入扶贫开发工作中,对改善喀斯特贫困地区人口、资源、环境间平衡失调,协调生态与生存的问题具有十分重要的作用。本文通过分析喀斯特地区环境状况,思考生态环境与扶贫的关联,探讨喀斯特地区精准脱贫与精准扶贫的识别机制,提出从政策保障、组织保障、后续扶持发展以及创新体制机制四个方面来完善易地扶贫搬迁支持体系的建议,以期为喀斯特地区新时期易地扶贫搬迁工程提供科学参考。

丰水及枯水期岩溶区水库总有机碳时空分异特征研究——以平班水库为例

为研究岩溶区水库有机碳的浓度水平和时空分布特征及影响因素,揭示岩溶区河道型水库的碳循环规律,分别于2022年丰水期和枯水期在平班水库进行水样采集及总有机碳质量浓度(ρTOC)和其他理化因子的测定,并对ρTOC和主要环境因子进行相关性分析。结果表明,平班水库ρTOC表现出明显的时空分异规律,范围为1.899~8.057 mg·L^(-1),丰水期平均质量浓度为5.215 mg·L^(-1),枯水期为3.336 mg·L^(-1);丰水期库区ρTOC在空间上存在显著差异,靠近坝址的1号采样点ρTOC最高,上游入湖区浓度最低,枯水期全湖TOC分布稳定。平班水库表层温度(TW)、pH值、硝酸盐氮质量浓度ρ(NO^(-)_(3)-N)的空间差异较小,电导率(γ_(COND))、总溶解固体物质量浓度(ρ_(TDS))的标准差较大,各点位数据离散程度明显;相关分析表明,ρTOC与TW,pH值,ρ(NO^(-)_(3)-N)及ρ(NO^(-)_(2)-N)显著正相关。研究发现,平班水库ρTOC与其他湖泊相比处于中等水平,这与库区水体面积、库容有一定关系;平班水库有机碳是径流携带营养盐入湖和浮游植物生长进行光合作用共同影响的结果。

贵州绥阳麻黄洞壶穴形态特征及其成因分析

对贵州绥阳双河洞洞穴系统中的麻黄洞内发育于白云岩地下河床上的103处壶穴形态特征进行详细测量与统计分析,从统计学角度定量描述壶穴的形态特征及其形成因素。结果显示:麻黄洞壶穴以口大、肚小、底圆的“锅型”壶穴为主,壶穴在平面形态上主要以椭圆形壶穴为主,垂直剖面形态上以浅型和深型壶穴为主,其中A区和C区浅型壶穴占比最高,而B区则以深型壶穴最多;壶穴长、短轴在A区和B区相关性较高,而在C区相关性则较低,说明壶穴长、短轴变化在不同的区域所受的因素并不一样;麻黄洞壶穴主要由季节性水流、节理和裂隙、可溶性基岩、洞道形态、具有侵蚀力的推移质、洞穴的微气候要素及洞穴水的溶蚀作用等多种因素相互耦合而形成。研究结果可为洞穴的发育、演化提供相应的水文证据。

喀斯特流域水土流失对水库碳汇效应的影响

[目的]研究喀斯特流域水土流失对水库碳汇的影响,为区域水土流失治理和科学评估喀斯特地区河流生态系统碳循环提供科学依据。[方法]基于纳雍河2014—2018年水文数据和其下游平寨水库流域2017—2018年水化学监测数据,利用回归分析、相关分析、水化学分析方法,研究水土流失对水库碳汇的影响。[结果]①2014—2018年,干流纳雍河流量1.15×10^(9)~1.66×10^(9) m^(3)/a,泥沙通量2.54×10^(5)~1.23×10^(6) t/a。泥沙通量和流量在年际间无相关性,在月时间尺度上呈极显著正相关,短时强降雨是流域发生水土流失的主要原因之一,流域内春夏季水土流失剧烈,秋冬季减弱。②平寨水库Ca^(2+)和HCO^(-)_(3)为主要阴阳离子,来源于碳酸盐岩风化。SO^(2-)_(4)是第二大阴离子,参与水库30.30%~59.70%的碳酸盐岩风化,水库水化学类型秋冬季为HCO^(-)_(3)-Ca型,春夏季主要为HCO^(-)_(3)-SO^(2-)_(4)-Ca型。③平寨水库水库二氧化碳分压具有时空异质性,表现为:冬季>秋季>春季>夏季,秋冬季为碳源,春夏季为碳汇。[结论]平寨水库流域水土流失与水库碳汇效应具有相同的周期性季节变化,水土流失影响水库水化学组成,减弱水库碳汇效应。

喀斯特山区土地利用演变与石漠化分布格局

喀斯特山区石漠化是制约区域社会、经济、生态发展的重要因素之一,人类活动是石漠化形成的主要因素,而土地利用是人类活动的基本载体,探究不同用地类型石漠化响应情况,对喀斯特山区石漠化治理及可持续化发展具有重要意义。基于三期土地利用和石漠化数据,辅以GIS空间分析技术和转移矩阵模型,对黔西南州2000年、2010年、2020年土地利用格局及石漠化景观的时空演变进行综合分析。结果显示:研究期间,黔西南州主要土地利用变化类型是草地转有林地和耕地,耕地转有林地和草地,灌木林地转草地和耕地,依次占全州国土面积的8.79%,5.82%,4.91%,4.08%,4.75%,3.85%。2000—2010年草地、灌木林地、耕地和有林地石漠化等级明显改善,改善面积依次为2703.7 km^(2),1347.8 km^(2),2219.1 km^(2),2532.8 km^(2);2010—2020年草地、灌木林、耕地、有林地、裸地石漠化改善面积分别为557.14 km^(2),318.78 km^(2),819.35 km^(2),665.60 km^(2),244.48 km^(2)。过去20年间,黔西南州石漠化状况持续恢复改善,但局部区域仍存在不稳定的恶化风险,此部分地区应作为黔西南州后期石漠化土地治理工作中的重点。对黔西南州长时间序列的石漠化演变情况进行研究,分析其在不同土地利用情况下的变化,可对研究区生态恢复以及土地利用规划提供决策依据。

喀斯特山区耕地时空演变与影响因子分析

喀斯特山区因其耕地资源特殊性使得社会经济发展限制因素尤为突出,厘清其演变规律对区域社会-经济-生态的可持续发展具有重要影响。该研究以贵州省耕地为研究对象,结合GIS空间分析功能,采用核密度、Lorenz曲线和地理探测器等方法对2000、2005、2010、2015、2018年共5期耕地数据的空间分布和时空演变进行深度探究。结果表明:贵州省耕地“西北多、东南少”,空间分布不均衡,省会周围、生态脆弱敏感区及喀斯特地貌发育区域耕地总量较少;耕地分布呈现空间正相关性,高-高聚类区域自然条件比较相似,低-低聚类区域大多为典型的喀斯特地貌或其他生态敏感脆弱区;时间尺度上耕地总量和密度均在2005年出现递减拐点,2000—2018年以地类转出为主,主要流向为林地、草地和建设用地,动态变化程度随时间推移愈加强烈,到末期稍减;空间尺度上各期耕地增减都较为均衡,面积的减少量稳定,增加量则由高值骤降至低值,并在低值处趋于稳定;地理探测显示影响贵州省耕地空间分布的主要因子为人口、GDP,次要因子为路网密度、平均坡度,其中社会经济因素影响力大于自然因素。研究结果可为喀斯特山区耕地保护、耕地可持续利用提供科学依据。

西南喀斯特地区威远河水化学及δ13CDIC特征分析

流域水化学和稳定同位素是示踪水中主要离子来源和反映流域生物环境地球化学特征的重要手段。为探究岩溶地区流域水化学、稳定同位素特征以及人类活动下的影响,2018年4月对贵州长顺县威远河13个水点进行采样,研究结果表明:威远河流域中阳离子以Ca2+为主,阴离子以HCO3-为主,水化学类型为Ca-HCO3型;威远河形成过程中主要受碳酸溶蚀碳酸盐岩的控制,硫酸和硝酸共同参与碳酸盐岩风化;研究区δ13CDIC的值变化范围为-11.42‰^-13.40‰,平均值为-11.98‰,短时间内δ13CDIC值受人类活动影响小;根据同位素质量平衡模型,计算出威远河δ13CDIC来自土壤CO2的贡献率为49.7%~58.3%,来自碳酸盐岩溶解的贡献率为41.7%~50.3%。

外源酸对喀斯特流域碳汇效应的影响

为探究喀斯特流域水化学特征变化以及外源酸对碳酸盐岩风化的贡献率,以双河流域为研究对象,分别于2019年3月、6月、10月和12月对流域进行4次监测,共选取17个水样点,通过简单数理分析、Piper图、Gibbs图、离子比值法、质量平衡模型等方法进行综合分析.结果表明,研究区水体pH值介于7.81—9.00之间,流域整体呈弱碱性,阳离子以Ca^(2+)为主,占总阳离子的72.44%,Mg^(2+)次之,占总阳离子的24.38%,阴离子以HCO_(3)^(-)为主,占总阴离子的89.97%,流域水化学类型为HCO_(3)^(-)Ca·Mg型.流域岩石风化类型以碳酸盐岩为主,Ca^(2+)、Mg^(2+)及HCO_(3)^(-)均来自碳酸盐岩的风化溶解,NO3-以农业活动与大气沉降为主要来源,而SO_(4)^(2-)主要来源于农业活动.外源酸(硝酸、硫酸)溶蚀流域碳酸盐岩产生的(Ca^(2+)+Mg^(2+))占[Ca^(2+)+Mg^(2+)]_(总)的季节变化分别为38.46%、30.55%、28.68%、38.41%;产生的HCO_(3)^(-)占[HCO_(3)^(-)]总的季节变化分别为25.49%、18.97%、17.16%、24.18%.季节上,受人类活动与降雨稀释效应的影响,贡献比例均表现为春、冬两季高于夏、秋两季.

喀斯特洞穴CO_2时空变化特征及其控制因素分析

岩溶洞穴空气CO_2变化影响次生沉积物沉积和溶蚀,它关系到洞穴旅游景观的稳定性及洞穴环境的舒适性,是岩溶作用发生的关键因素。本文以一个水文年监测数据为主,结合洞穴上、中、下垂直监测结果,分析了大风洞洞穴空气CO_2时空变化特征及其影响因素。结果表明:(1)在空间尺度上,越靠近洞口通风效应越强,洞穴空气CO_2浓度越低,越接近大气的CO_2浓度,当上升到一定阀值时,CO_2浓度基本保持稳定状态;(2)在长时间尺度,大风洞洞穴CO_2浓度表现为夏季>秋季>春季>冬季的一个变化趋势,夏季波动幅度较大,而冬季较为平缓;(3)在垂直尺度上,春、夏、秋季洞穴CO_2浓度、相对湿度差异大,且洞底部CO_2浓度和相对湿度大多高于洞顶部。越往洞穴深入,3个环境参数的垂直差异均减小;(4)影响因素上,大风洞CO_2主要受洞道结构及通风效应、洞穴上覆土壤环境、岩溶作用、旅游活动的影响,其中以岩溶作用最为突出。