黔中花江干热河谷研究进展与展望

黔中花江喀斯特干热河谷地区石漠化发育较为典型,生境十分脆弱,其自然环境、生态产业和社会经济均被学者广泛关注.自“九五”计划实施以来的近30年,学者在该区开展了认识石漠化、治理石漠化、生态产业提质增效、生态与经济耦合发展等诸多研究,取得了一系列重要理论和实践成果,推动石漠化治理和山区生态建设,其中的“顶坛模式”是石漠化治理的典型经验.本研究首先从干、热、河谷深切、石漠化4个方面阐明了该区的基本特征,然后从认识喀斯特石漠化、石漠化治理生态产业培育、生态产业提质增效等视角,对现有主要文献进行梳理,并结合长期积累的资料,分析了下一步值得深入研究的问题,最后以区域为尺度,展望了未来研究的三个重要方向,即小生境特征的量化及应用、植被恢复与二元结构的关系和生态产品的生态价值实现.

赤水河上游主要森林类型水源涵养功能评价

以赤水河上游10种主要森林类型为对象,定量评价其土壤层、枯落物层和林冠层的水源涵养能力。结果表明,枯落物储量为3.24~16.13t/hm^2,有效拦蓄深为0.66~2.38mm,最大失水深为0.14~0.88mm,分解越彻底则蓄水能力越强。土壤层有效持水深为14.35~54.41mm,表现为阔叶林、针阔混交林优于针叶林,并随土层深度增加而降低。土壤层与枯落物层的持水速率均大于失水速率,在1~2h下降快,后期下降慢,与时间呈幂函数关系。阔叶林林冠截留率高于针叶林,可用林外降雨量和林内穿透雨量预测林冠截留量。水源涵养能力主要受枯落物储量、有效拦蓄深、最大失水深和土壤容重、饱和持水量影响,据此将10种森林类型划分为低持水（柏木林、撑绿竹林和火棘＋荚蒾林）、中低持水（杉木林、马尾松＋杉木林）、中持水（马尾松＋柏木林、马尾松-白栎林）和高持水（丝栗栲林、白栎林和马尾松林）4种类型。综合分析表明恢复森林水源涵养功能的核心是调整林冠组成和结构。

赤水河上游次生林林窗特征及森林更新

为研究林窗大小对幼苗更新的影响,以赤水河上游次生林中23个林窗为研究对象,分析林窗大小结构、光照强度和土壤化学性质等空间特征及其对森林更新的影响。结果表明:林分内形成的林窗以中小型为主,光照强度为林窗>林缘>林内;林窗内光照强度与林窗面积、边缘木平均胸径的相关性不显著,而与边缘木平均高之间具有极显著的指数函数关系,边缘木平均高度越低则林窗内光度值越高;土壤养分上,80-160 m2林窗较高,<80 m2林窗较低;环境综合指数上,80-160 m2林窗和>240 m2林窗较高,161-240 m2林窗和<80 m2林窗较低;植物群落优势种的幼苗在林窗内出现的频度最高。综合来看,80-160 m2的林窗较有利于森林更新,<80 m2的林窗最不利于森林更新。在森林经营时,根据需要形成合适的林窗能够保持森林的自然更新。

赤水河上游主要树种枯落物调蓄水分效应

以赤水河上游27种地带性及乡土树种为对象,从持水和失水2方面研究枯落物调蓄水分效应。结果表明：1）枯落物现存量为0.15~4.50 t/hm2,自然含水率为10.23%~137.66%,最大持水速率为3 122.83~9 555.80 g/（kg·h）,饱和持水深为0.04~1.70 mm,有效拦蓄深为0.02~1.27 mm,最大失水速率为209.52~2 423.21 g/（kg·h）,失水24 h的含水率为85.02%~256.18%,最大失水深为0.01~0.43 mm;2）所有枯落物持水速率和失水速率均表现出前期大于后期、初期下降更快、后期趋于平缓的特征;3）影响枯落物调蓄水分效应的因素主要有现存量、饱和持水深、有效拦蓄深、最大失水深、叶生活期和叶质地;4）按照持水、失水特征和叶片特征可划分为3类功能群,叶生活期可作为枯落物调蓄水分能力的评定指标。

不同保水剂理化特性和吸失水能力的研究

为给保水剂的研究开发、生产和应用提供理论参考,从不同保水剂的pH、电导率、吸水倍数、供水能力和平衡时间等指标综合评价不同来源保水剂的总体性能。结果表明,不同保水剂在吸水过程中的pH值和电导率差异较大,同一种保水剂在不同时段内的pH值和电导率会产生比较大的变化。不同保水剂充分吸水后,保水剂的吸水能力差异非常显著,吸水倍数相差4倍左右;不同保水剂充分吸水后,其供水能力差异显著,释放水分的速度及最后完全释放出水分的时间也大不相同。因此,建议在生产和使用保水剂时,应综合考虑保水剂的理化特性和吸失水能力等指标。

磷石膏与碳酸钙对赤泥脱碱的效果及可能机理

为降低赤泥中的碱分,增加赤泥资源化、无害化利用途径,探索采用磷石膏和碳酸钙为脱碱剂脱除赤泥中的碱分的效果。结果表明:采用磷石膏和碳酸钙脱除赤泥中的碱时,振荡0.5 h即可使振荡液的pH和EC(电导率)值达到稳定状态,耗时较短。赤泥脱碱效率的高低并不直接依赖于脱碱剂与赤泥的配比、延长脱碱时间等手段。在考虑脱碱效果和经济成本的前提下,m(赤泥)∶m(磷石膏)、m(赤泥)∶m(碳酸钙)依次为1∶0.4和1∶0.2。钙化合物添加后,与赤泥发生置换反应,赤泥中更多的结合碱能够被置换出来成为游离碱,进而得到脱除。

赤水河上游水源涵养树种的水分生理特征

以赤水河上游32个水源涵养树种为试验材料,研究其水分、光合等生理特征差异。结果表明:(1)叶片δ13 C值变幅为(-26.97‰)^(-31.72)‰,均值为(-29.44±1.19)‰,低于中国总体水平,与最大持水率、最大持水速率呈显著的指数函数关系(P<0.05),但与自然含水率无显著的相关关系;(2)叶片含水量为54.44%~80.46%,束缚水/自由水为0.02~10.07,蒸腾速率为0.06~1.30g/(cm2·h),水势为(-2.43)^(-14.74)MPa,相对水分亏缺为34.74%~69.03%,比叶面积为230.15~585.39cm2/g,干物质量为8.39~31.83;(3)光合特征表现为高光合低蒸腾高水分利用效率、低光合低蒸腾高水分利用效率、低光合高蒸腾低水分利用效率、低光合低蒸腾低水分利用效率和高光合高蒸腾低水分利用效率5种类型;(4)可将植物适应水分特征划分为高水分亏缺低自由水、高水势高束缚水、高干物质量低水分亏缺、高自由水低水势和高光合高蒸腾低水势5组适应功能群。

赤水河上游主要树种叶片与枝条持水性能

以赤水河上游32个树种为对象,采用吸水法和自然失水法测定叶片和枝条的持水能力。结果表明：叶片最大持水倍数为0.33~1.59,表面被毛的叶片持水能力相对较强。枝条的最大持水率多小于自然含水率,说明单位质量枝条的持水能力较叶片低。叶片和枝条均表现为持水速率大于失水速率,二者与时间的关系可用幂函数模型较好地表达。通过叶片最大持水倍数可推导出持水速率与时间的关系式,但不能推导出失水速率与时间的关系式。叶片质地、粗糙度、绒毛、最大持水倍数、持水曲线常数项是决定其持水能力差异的主要因素,通过RDA排序可将32个树种的叶片划分为低持水、中低持水、中持水和高持水4类功能群。上述研究结果可用于赤水河上游水源涵养林树种选择及森林结构配置。

赤水河上游主要树种冠层持水能力

以赤水河上游32个水源涵养林树种为研究对象,采用标准枝浸水法测定树冠层的持水特征。结果表明:不同树种的冠层持水率存在差异,毛桐、南天竹、山胡椒等树种的冠层持水率较高,马尾松、楝树和香椿等树种的冠层持水率则较低;植株的胸径/地径、树高和冠长等生长性状与树冠层持水量总体呈现出显著的幂函数关系(p<0.05),这对估算和预测树冠层持水量提供了一种便捷的方法;通径分析表明生长性状对杨树、柏木树冠层持水量的直接影响均为胸径>冠幅>冠长>树高,对马尾松树冠层持水量的直接影响为冠长>树高>胸径>冠幅,对杉木和丝栗栲树冠层持水量的直接影响为胸径>冠幅>树高>冠长,说明胸径和冠幅对植株冠层持水量的影响较大。上述研究结果可用于赤水河上游水源涵养林的结构配置和调整,对指导水源涵养林建设具有重要意义。

垂直扰动对深谷型湖泊红枫湖底泥覆盖的效果

为构建底泥活性覆盖系统进而有效地控制湖泊底泥内源污染,以脱碱赤泥为主料,粉煤灰、粘土和碳酸钙为辅料,采用烧结法制作了不同配比的底泥覆盖材料,研究其对内源污染物的控制效果。结果表明：1）覆盖各处理溶解氧为2.62～5.98mg/L,对照组为0.74～2.65mg/L,覆盖可改善上覆水体溶解氧水平。2）覆盖各组中除处理2和处理4外,其余处理总磷均为低检出或未检出,对照组在第12、16和20天依次检出0.03mg/L、0.04mg/L和0.13mg/L;化学需氧量为6～71mg/L,对照组则为21～84mg/L,对照组总磷和化学需氧量均随时间推移呈渐增趋势;除处理3和处理6外,其余处理对氨氮控制效果不理想。3）优化原料配比可使上覆水体Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Fe、Mn、Ca和Mg处于安全浓度范围,不会增加水体金属元素的积累。从对内源污染物的控制效果和上覆水体水质的稳定性两方面综合考虑,处理6（赤泥38.9%,粘土14.4%,粉煤灰38.9%,碳酸钙7.8%）最适于深谷型湖泊底泥污染原位控制。

赤水河上游森林植物群落物种多样性研究

赤水河流域上游国酒特殊水源保护区是水源涵养林工程重点地区之一。根据样地调查资料,运用4种常用的物种多样性指数对调查林分乔木层、灌木层和草本层的物种多样性进行研究,分析了该地区森林植物群落物种多样性的特征。结果表明:随着灌草群落阶段Ⅰ、灌丛群落阶段Ⅱ、灌木群落阶段Ⅲ、乔林群落阶段Ⅳ和次顶极群落阶段Ⅴ的演替进展,群落高度逐渐增加,同时结构趋于复杂;各阶段灌木层较乔木层和草本层物种组成丰富、多样性高。Shannon-Wiener多样性指数、Margalef指数、Pielou指数的排序与物种数量的排序一致,Simpson指数则相反。乔林群落阶段Ⅳ的物种组成最复杂,适宜灌木和草本生长,为森林群落结构调整提供依据。总体而言,该区植物多样性指数不高,应采取合理森林经营及适度人为干扰措施,提高森林群落植物多样性,促进水源涵养和水土保持等功能的恢复。

赤水河上游水源涵养林的土壤特征

探明植物群落的土壤特征有助于深入认识养分循环规律和可持续经营机制。选取赤水河上游10个典型水源涵养林,运用主成分分析法、生态化学计量法和双变量相关分析法研究其土壤基本特征。结果表明:柏木林、撑绿竹林和火棘+荚蒾林等林分的土壤肥力质量较好,马尾松林、杉木林等林分的土壤肥力较差,同一类型不同层次的土壤质量也表现出差异,说明土壤养分的分布有明显的空间特征;土壤生态化学计量值的变幅较大,总体低于其它区域,表明林地土壤存在一定程度的养分缺乏;土壤全氮、全磷、速效钾与有机质之间呈极显著正相关关系,与碱解氮呈显著正相关关系,速效钾与N/P值呈显著负相关关系。研究结果以期为林地可持续经营和水源涵养功能的发挥提供科学依据。

在高校环境类专业开设环境监察课程的意义及教学内容

在高等院校环境类专业开设环境监察课程能够拓宽学生的知识体系和就业渠道。教授环境监察课程可以为环境现场执法工作储备人才,培养懂业务、讲政治的环境监察业务骨干,为企业输送精通环境保护技术和法律法规的专业人才,有利于促进和维护环境监察执法的权威性,还可以拓宽学生的就业领域、提高就业率,建议在高等院校环境类专业逐步开设环境监察课程。环境监察是一门综合性、业务性和管理性较强的学科,其教学内容包括污染源单位生产工艺与排污环节、执法内容和程序、法律法规与国家政策、执法文书与档案管理、环境监察工作信息化等,这些知识构成了环境监察完整的学科体系。通过环境监察课程的讲授可以为学生今后从事环境现场执法等工作提供帮助。

森林固碳释氧研究进展

碳汇林培育是控制全球气候变暖、提高森林固碳功能的一个有效途径和可持续发展模式。本文综述了森林固碳增汇效应与碳汇林的概念及内涵,分别从树种和群落垂直结构层次分析了影响森林固碳能力的因素,概括了森林固碳释氧量的测算方法及改进建议,为森林固碳释氧功能研究提供了参考和借鉴。

土壤养分与叶功能性状对顶坛花椒果皮品质的影响

以黔中喀斯特干热河谷石漠化地区不同海拔的顶坛花椒为对象,采集土壤养分性状、叶功能性状和果皮品质性状数据,通过主成分分析筛选主要的土壤养分性状与叶功能性状,阐明其对果皮品质性状的影响规律。结果表明:总体上,叶片厚度和叶干物质含量均以低海拔为高,叶片磷含量以中低海拔为高,比叶面积以中高海拔为高,叶片含水率和叶绿素SPAD值以高海拔为高,叶片碳、氮含量未随海拔发生显著分异。果皮维生素C、维生素E和铁含量在样地YD3具有显著优势,必需氨基酸、非必需氨基酸、β-胡萝卜素、锌和碘含量未随海拔发生显著变化。采用主成分分析方法筛选出影响果皮品质性状的主要指标,包括土壤全磷含量、速效磷含量、全钙含量、速效钙含量、速效铁含量、碳磷比、碳氮比,以及叶片厚度、比叶面积、叶组织密度和叶片碳含量。通过冗余分析,进一步找到影响果皮品质性状的因子,为土壤速效钙含量、比叶面积、叶片厚度、叶组织密度和土壤碳磷比等,但仅土壤速效钙含量达到显著水平。其中,比叶面积和土壤钙含量分别倾向于影响微量元素和有机物合成,土壤计量关系可能同时影响有机和无机合成过程。

浸提剂pH值对煤矸石和煤泥污染物浸出特性的影响研究

为了研究煤矿外排固体废物的污染特征及其潜在生态危害,采用6种不同pH值的浸提剂对贵州4个煤矿区的煤矸石、煤泥和原煤进行了振荡浸提试验,探讨了浸出液的pH、EC和Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd6种重金属含量随浸提剂pH值的变化规律。结果表明,随着浸提剂的pH值逐渐升高,浸出液的pH值也逐渐升高,其EC逐渐下降,当pH值大于4.0以后逐步趋于稳定;所有重金属在强酸性环境中浸出量较大,并随pH值的增大呈下降趋势,浸出液中Fe、Mn的浓度普遍较高。3类样品中,煤矸石在酸性条件下其重金属的潜在浸出能力强,环境污染风险大。

赤泥对含磷废水中磷的去除效果及其影响因素研究

为研究赤泥处理含磷废水过程中各影响因素的相互作用关系,并获得赤泥除磷效果最佳时的反应条件,文章以铝工业中产生的赤泥为主要原料,采用正交试验设计,考察赤泥与含磷废水的固液比、磷初始浓度、振荡频率、反应时间、含磷废水的pH值以及反应温度等6个因素对含磷废水中磷的去除效果的影响。在正交试验结果的基础上,选取磷初始浓度、赤泥与含磷废水的固液比、含磷废水的pH值、反应时间4个主要影响因素进行单因素试验,结果表明,赤泥与含磷废水的固液比1:25、磷初始浓度10 mg/L、振荡频率200 r/min、反应时间1 h、含磷废水的pH值2.00、反应温度20℃条件下对含磷废水中磷可以达到最佳去除效果,去除率可达98.63%。

贵州省典型煤矿区水体水质分析及其急性生物毒性

为了解煤矿开采对周围水环境的影响,对贵州四个煤矿区水体的理化指标进行了测定,并用隆线溞对水样进行了急性生物毒性实验。结果表明,各煤矿的开采对研究区的地表水体均造成了不同程度污染,水体中SO42-、Fe与Mn的最高含量分别达到了2 588.96 mg/L,58.301 mg/L,7.097 mg/L,pH值最低为2.85。煤矿酸性废水对隆线溞有极强的急性生物毒性,其24 h LC50范围为2.27%～82.09%。不同煤矿区水体的生物毒性差异较大,花溪麦坪煤矿废水生物毒性最大,而水城大河边煤矿区水体最小,24 h内对隆线溞无致死作用。

金矿尾矿废水及废渣浸出液的理化特征及生物毒性效应

为了研究金矿矿区农田周边堆存的废渣浸出液及矿区农田灌溉用水的理化特征及生物毒性效应,通过对黔西南"水银洞"金矿进行现场调查并对农田周边大量堆放的矿区基岩、尾矿废渣、尾矿区库底泥及进入农田灌溉水渠的尾矿库废水、外排废水等样品及金矿上游地表水进行全面采集和理化分析,并进行发光细菌急性生物毒性测定。结果表明:所有矿区样品浸出液及水体中的Cd均超出地表水质量Ⅲ类限值和农田灌溉水质标准,矿区上游地表水和下游废水中CN-含量超出地表水质量Ⅲ类限值。生物毒性数据表明,上述样品浸出液及水体的生物毒性从高至低为:下游外排废水>尾矿库废水>底泥浸出液>尾矿废渣浸出液>矿区基岩浸出液>矿区上游地表水。说明,该金矿开采过程中大量产生和堆放的基岩、尾矿废渣、尾矿库底泥被地表水和雨水淋溶或浸泡后其浸出液将对周边农田土壤产生危害;进入农田灌溉水渠的尾矿库废水、外排废水具有较强的生物毒性,其排放会给下游的农业生态环境和水生生态环境及人畜健康造成一定危害,金矿带来的环境污染应引起重视。

贵州丹寨汞矿区土和渣中重金属的含量及形态分析

选取贵州丹寨汞矿区土壤、炉渣灰、西山矿渣和尾矿废渣4个样品,用Tessier连续萃取法分析Pb、Zn、Cu、Mn元素的含量和存在形态。结果表明,丹寨汞矿区土壤中的Pb、Zn、Cu、Mn元素均超出了土壤背景值,周边尾矿渣的堆放对土壤有一定的污染;特别是土壤和渣中Pb以可交换态存在的质量分数较高,平均为44.7%;Zn、Mn主要以铁锰氧化结合态、有机态和残渣态存在,尽管这部分重金属相对稳定,但在适当的地球化学条件下,这些重金属会重新释放出来,对周边生态环境构成威胁。