南洞地下河流域水质分析及灌溉适用性评价

为查明云南南洞地下河流域水质特征和农业灌溉适用性,分别在雨季和旱季共采集32组地表河水样和24组地下河水样,进行12种常规指标和9种金属元素检测。利用内梅罗综合指数法进行水质评价,利用钠含量法(SC)、钠吸附比法(SAR)、残余碳酸钠法(RSC)和渗透指数法(PI)揭示雨季和旱季水体的农业灌溉适用性。结果显示,区内水体主要呈弱碱性,Ca^(2+)和HCO_(3)^(-)为主导型离子。地表河水,常规指标仅NH4+含量超过我国相关水质标准限值,金属元素Al、Pb、Mn和As含量超标,旱季超标率总体高于雨季。地下河水的金属元素Al、Pb、Zn、Cr、Mn和As含量超标,雨季超标率总体高于旱季。工矿业活动排放和裸露型岩溶水文地质是导致水体金属元素含量超标的重要原因。据水质评价结果,区内水质整体较好,旱季和雨季水质处于良好及以上级别分别占比89.29%和85.71%。灌溉适用性评价结果显示,区内水体灌溉适用性整体较好,仅在旱季地表河水As含量(54.70μg·L^(-1))高于农田灌溉水质标准中蔬菜和水作标准限值,不适合周边蔬菜和稻田的灌溉。

土地利用和覆被变化对岩溶区土壤CO_2浓度的影响

通过选择3个具有不同地质背景、气候条件等环境特征的山西汾阳马跑-郭庄岩溶泉域、湖南湘西大龙洞地下河流域、广西桂江流域,对流域内具有代表性的不同土地利用方式和覆被类型下垫面土壤20～50cm深处CO2浓度进行检测。结果显示,土地利用方式和覆被变化对3个流域岩溶土壤中20cm、30cm、40cm和50cm深处CO2浓度具有明显的影响作用:湖南湘西大龙洞地下河流域多数样地土壤CO2表现为随土层的加深先增加后降低的双向梯度;山西马跑-郭庄泉域玉米地的土壤CO2浓度比种植马铃薯的高,且随着覆被条件由草地→灌丛→林地的改善,土壤的扰动性变小,CO2浓度差趋于减少,变幅趋于稳定。各个流域相同覆被类型,群落结构和优势种变化越小,土壤CO2浓度变幅越小。

不同土地利用方式下土壤CO_2时空分布特征及其影响因素——以湘西大龙洞地下河流域为例

为了解不同土地利用方式/覆被条件土壤剖面CO_2时空分布特征及其影响因素,对湖南湘西大龙洞地下河流域的4种土地利用方式(林地、草地、玉米地、烟叶地)土壤不同深度的CO_2浓度进行为期一年的观测。结果显示,不同土地利用方式的土壤CO_2表现为草地(7 527 mg/m^3)>林地(7 197 mg/m^3)>烟叶地(4 562mg/m^3)>玉米地(4 414mg/m^3);随剖面深度加大,草地和玉米地土壤CO_2呈先增大后稳定的趋势,林地和烟叶地则表现为先增大后降低的趋势;时间变化上,不同土地利用方式下的土壤CO_2月均浓度曲线与气温的变化曲线有很好的对应性,表现为2-8月浓度升高,8-12月降低,12月至次年2月为小幅下降,土壤CO_2浓度的最低值和最高值分别出现在2月和8月。相关性分析显示,气温对土壤CO_2浓度的影响最显著,此外,不同土地利用方式下有机碳的差异,与气温相耦合的降雨因素等都对土壤CO_2浓度变化有重要影响。

广西岩溶地区森林群落及其生态因子的比较研究

调查研究了广西岩溶地区森林群落的植被类型和主要生态因子。结果表明,岩溶区森林群落土壤化学、物理性质因地质背景以及生物作用等的不同而有所差异;由于森林群落所处的经纬度、坡位、坡度、微地形地貌以及乔木郁闭度、气候情况等的不同,生态因子具有复杂多变的特征,岩溶区生境具有很强的空间异质性。由此认为不同岩溶区森林群落中名、特、优品种的出现主要与岩溶区特殊的地质背景有关。

放牧对峰丛洼地植物-土壤C、N、P化学计量特征的影响

以西南典型岩溶峰丛洼地平果石漠化区为研究区,选取受放牧干扰和未受放牧干扰植被样地,开展放牧干扰对植物-土壤C、N、P元素生态化学计量学特征影响的研究。结果显示,(1)6种受放牧干扰样地土壤(0～20cm)的C、N、P含量均值分别为6.27%、0.57%、0.088%;植物根、茎、叶和凋落物C、N、P含量均值分别为442.15g·kg^(-1)、8.33g·kg^(-1)、0.73g·kg^(-1)。放牧干扰下,植物和土壤C、N、P含量减少,变异系数增大,容易导致石漠化发生和恶化;(2)6种典型样地土壤C∶N、C∶P、N∶P均值分别为10.76、73.94、6.76;植物根、茎、叶和凋落物C∶N、C∶P、N∶P分别为53.62、669.50、12.53。与无放牧干扰样地相比较,受放牧干扰的样地植物和土壤C∶N、C∶P、N∶P化学计量比呈下降趋势,放牧干扰在一定范围内能提高土壤P的有效性,但当N∶P比值减少到一定程度时,植物的生长受N限制。(3)恢复样地的土壤-植被C、N、P及其比值都优于干扰样地,放牧干扰能在短时间内造成环境迅速退化和石漠化的发生和加剧。禁牧后土壤和植物养分能在短时间内得到修复和改善,尤其是草本饲料类植物经短时间自然恢复后得以恢复正常生长发育。(4)在岩溶峰丛洼地石漠化区,土壤和植物的C、N、P、C∶N、C∶P、N∶P关系密切,相互之间具有促进或抑制的作用,共同影响植物的生长发育和石漠化演变方向。

岩溶山区岩石-土壤-牧草系统中矿质元素的分布、迁移和富集特征

对我国南方3个典型岩溶石山区岩石、土壤和牧草中14种矿质元素的分布、迁移和富集特征进行了研究。结果表明,岩溶山区土壤与成土母岩矿质元素含量的多少顺序具有相似性,Al、Fe、Ca、Mg、K含量普遍较高,而Pb、Cu、Mo、Cd含量较低。岩溶山区在成土过程中,Fe、Al、Mn、K元素富集而其他元素相对淋失,矿质元素在土壤各层位的富集表现为A>B>C。Ca、Mg、K等元素主要富集在牧草的叶片中,而Fe、Al、Mn元素主要富集在牧草的根部。牧草根部与土壤之间相同元素的相关性最大,其次是茎部,叶片部分与土壤各层位矿质元素的相关性最差,岩石、土壤、牧草之间矿质元素相关性具有非共轭关系,在土壤中含量较高的元素,其与牧草体内矿质元素的相关性不一定高,而牧草体内相对富集的矿质元素,如Ca、Mg、K元素与土壤中的矿质元素也未表现出显著的相关性。

岩溶峰丛山地几种植物营养价值及饲喂效果研究

通过为期3年的试验,对所栽培的银合欢Leucaena leucocephala、任豆树Zenia insignis、木豆Cajanus cauan和桂牧1号Pennisetumpur pureum cv.Guimu-14种植物的营养价值及饲喂效果进行了研究。结果表明,银合欢粗蛋白含量最高,适口性优,补饲效果显著,再生能力强;任豆树粗脂肪含量最高,木豆粗蛋白含量较高。任豆树和木豆的适口性中等,补饲效果明显,再生能力较强;桂牧1号粗纤维含量最高,适口性优,补饲效果显著,再生能力强。4种植物的营养价值高,补饲效果理想,具有较高的经济价值,是适宜在我国南方岩溶峰丛山地推广种植的优良牧草品种。

岩溶峰丛洼地饲料植物元素富集特征研究

通过研究典型岩溶峰丛洼地常见饲料植物对矿质元素C a、M g、K、P、F e等的富集特征发现,岩溶峰丛洼地中元素在饲料植物各器官内的分布具有不均一性;大量元素C a、M g、K、P主要富集在饲料植物的叶片中,微量元素F e、有益元素N a主要富集在根部;饲料植物各器官对大量、有益元素的富集特征为高C a、K而低P、N a;生长于不同岩溶峰丛洼地区的同种饲料植物,由于岩溶地球化学背景及气候条件等的差异,其同类器官对同一元素富集的量不一样。

岩溶峰丛洼地区耕地及林区土壤微塑料污染调查

为调查岩溶区土壤微塑料的污染情况,本文以广西平果县龙何屯岩溶洼地作为研究区域,在耕地区、林区布设15个样品采集点,通过对土壤和水体样品进行采集、处理与鉴定,得出各采样点微塑料污染物的数量和粒径信息。结果表明:(1)研究区微塑料污染普遍存在,耕地区土壤微塑料平均丰度在(4.88±0.35)个/g~(2.7±0.35)个/g之间,林区土壤微塑料平均丰度在(8.12±1.99)个/g~(2.42±0.31)个/g之内。(2)受人为活动影响,研究区东、西两洼地的污染情况存在差异。西部洼地的耕地因农业活动的开展,土壤微塑料污染较为严重,东部洼地林区受人工放牧影响,土壤微塑料含量相对较高。(3)土壤微塑料浓度随土壤深度发生变化。近53%的土壤采样点的微塑料数量随深度增加而减少,剩余47%的土壤采样点受人为活动干扰呈相反态势。(4)耕地区和林区土壤微塑料尺寸偏小,以20~100μm粒径范围的微塑料为主,分别占区域微塑料总数的92%和90.87%。

弄拉典型峰丛岩溶区青冈栎叶片形态特征及对环境的适应

选取广西弄拉典型峰丛洼地生态系统中不同地貌类型的青冈栎 (Cyclobalanopsisglauca)叶片进行形态解剖特征比较分析 ,结果表明 :( 1 )峰丛洼地生态系统中不同地貌青冈栎叶片形态解剖特征差异显著。山顶青冈栎叶片部分表皮结构 (角质膜、表皮毛、表皮细胞、气孔 )趋向旱化。山顶青冈栎下表皮毛比山腰青冈栎的浓密且长。两者叶片的厚度和宽度、上表皮细胞个数、气孔指数、下表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度存在着显著性差异 ;位于山顶的青冈栎受到水分的胁迫 ,在形态解剖上呈现出中生偏旱的结构。 ( 2 )青冈栎的各种形态解剖指标说明在岩溶区青冈栎的抗旱性主要是通过抵御干旱来适应水分的胁迫 。

喀斯特断陷盆地石漠化演变及治理技术与示范

岩溶断陷盆地区是国家石漠化综合治理工程、生态安全屏障、连片特困区,同时也是石漠化治理科技投入薄弱。针对断陷盆地盆-山共存的环境地质结构分异,及水土资源不匹配和石漠化严重等问题,在滇东蒙自、建水、泸西为重点区,开展"喀斯特断陷盆地石漠化演变及综合治理技术与示范(2016YFC0502500)"项目的国家重点研发活动,阐明流域尺度石漠化演变机理,以水土资源高效利用为基础、生态服务功能提升为核心,研发石漠化综合治理技术,形成生态治理-生态产业协同发展模式,为生态富民和生态文明建设提供技术与示范。形成喀斯特断陷盆地石漠化机理识别-治理技术研发-生态产业模式构建-综合效益评估-国土资源空间高效利用对策等系列成果,培养一支高水平创新团队。

论岩溶峰丛洼地石漠化的综合治理技术--以广西平果果化示范区为例

广西平果县果化生态重建示范区面积600hm2,为典型岩溶峰丛洼地,居民贫困、石漠化严重。2001年以来,通过详细调查研究,因地制宜建立了适合峰丛洼地地貌结构特点的复合型立体生态农业模式:开发20多种乡土树种,人工诱导封山育林310 hm2,开发表层岩溶泉、岩溶天窗和隐伏岩溶管道水资源每年1万多立方米,引进了多种优质高效果树和药材,培植了生态产业,在土地整理的基础上,采用综合措施对岩溶土壤进行了改良,在开发引进多种适宜优质牧草的基础上发展家庭养殖业,提高了生态和农业生产的效果和效率,不但石漠化得到治理,峰丛洼地生态逐步恢复,而且农民纯收入年均增加20%,促进了区域经济的发展。

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。

岩溶峰丛山地脆弱生态系统重建技术研究

2008年,在广西平果果化、马山弄拉、环江古周等典型峰丛山地示范区,实施了土地整理,开发表层岩溶泉5个,兴建调蓄水资源水柜3000多方。采用生物覆盖技术延长了土壤保水期。通过育苗20余万株、采种直播200kg,人工诱导使育林面积达400hm2,引进20种牧草种植面积200多亩。构建了果-草-养殖-沼、粮-草-养殖-沼、林-草-养殖、林-粮-养殖等复合模式。形成了火龙果、金银花、苦丁茶、木豆、黄皮、种草养牛等新生态产业,完善了不同环境峰丛洼地的生态重建模式与配套技术。农民年收入增加20%以上,石漠化得到了有效治理。加强了生态环境监测,在岩溶环境与土壤质量变化、水土流失过程、生态系统水分运移与利用、岩溶生态系统脆弱性评价与生态重建服务功能评价等方面取得显著进展,发表论文30多篇,培养研究生12人。

南洞流域东部重点区石漠化现状及治理对策

为了探讨南洞流域东部重点区石漠化现状及其治理对策,通过遥感数据分析结果并结合地面实地调查验证,对云南南洞流域东部重点区石漠化分布特征、成因、危害及其区域林地生态环境质量状况进行了分析。结果表明,南洞流域东部重点区石漠化面积占岩溶区面积的17.2%,集中分布于大庄盆地西北部,以轻度石漠化为主,轻度、中度、重度石漠化的面积比例约为7∶3∶1,石漠化与水土流失问题突出,岩溶区林地生态环境质量等级以三级、四级为主,占区域总面积的53.77%,整体水平较低,且明显低于区内的非岩溶地区林地。粗放型畜牧和农耕方式是导致区内石漠化形成和加剧的最重要因素。提出休垦弃焚、恢复次生植被、合理开发利用土地资源、优化农林畜牧产业结构,实施林草建设工程、草食畜牧业工程、水利水保设施工程,建立保障制度和监督机制,开展全面的石漠化综合治理对策,以确保区域生态恢复、农林畜牧经济健康发展及南洞地下河流域生态安全和水资源开发利用。

南洞地下河岩溶管道展布及结构特征的示踪试验解析

运用高精度的示踪试验研究了南洞地下河流域部分岩溶管道的展布状况,并对暗河管道的结构特征进行了分析。试验结果表明:一号暗河有一独立的含水系统,补给区为瓦白白一带,二号暗河主管道总体通往永宁和石洞方向,三号暗河通往城红寨方向,二号暗河和三号暗河在南洞口附近有连通,枯季时二号暗河补给三号暗河。此外,一号暗河和二号暗河分别呈老年期和壮年期地下河形态,较为畅通;三号暗河则发育较晚,出口处有较多的裂隙。最后,结合现有的资料及流域内的水文地质条件,对流域内岩溶管道的大体分布位置进行了推断,绘制了岩溶管道的展布图,以期为南洞地下河流域的岩溶水文地质调查、物探、钻探及地下水开发利用等提供理论依据。

南洞地下河最枯径流的周期变化及趋势分析

通过运用基于小波分析和重标极差分析的研究方法,对南洞地下河总出口24a最枯径流的周期变化和趋势进行分析与讨论。研究结果表明,4a、10a和15a3个周期的波动控制着南洞地下河最枯径流在1990-2013年时间域内的变化特征,其中10a的周期震荡最强,为流域年最枯径流变化的第一主周期;15a、4a尺度为最枯径流变化的第二、第三周期。在4a、10a和15a3个时间尺度下的赫斯特指数分别为0.315 60、0.573 28、0.740 43,说明未来4a尺度下最枯径流的变化趋势与过去相反,而未来10a和15a等较长尺度下的趋势变化与过去的变化相似。研究结果为南洞地下河最枯水期水资源的开发与调配提供了参考。

南洞地下河月径流时间序列的混沌特征及预测

利用基于相空间重构技术、混沌识别与预测理论对1993-2013年南洞地下河月径流时间序列的非线性特征进行了分析,由所获得的延迟时间和最佳嵌入维数实现了月径流时间序列的相空间重构,运用饱和关联维数法和小数据量法计算出南洞地下河月径流时间序列的饱和关联维数和最大Lyapunov指数,并运用Volterra模型对南洞地下河月径流时间序列进行了多步预测研究。研究结果表明,南洞地下河月径流时间序列相空间重构的延迟时间和最佳嵌入维数分别为τ=5、m=8,饱和关联维数D和最大Lyapunov指数λ分别为4.63、0.748 9,从定性和定量的角度证明了南洞地下河月径流时间序列具有弱混沌特征。Volterra自适应滤波模型的预测结果能较好地表征南洞地下河月径流的变化趋势和规律,对18个月内的短期预测精度较高,模拟效果较好。

广西弄岗不同演替阶段植被群落的小气候特征

探讨了广西弄岗自然保护区不同演替阶段群落不同梯度的气温、湿度、土壤温度、光照强度的日变化特征,结果表明各演替群落的平均气温,最高温度,最低温度,气温上升和下降的速度随着群落演替的进展呈下降趋势,各群落的气温垂直变化一般随高度增加而增加;各演替阶段群落的土壤5cm处的温度变化呈不规则的单峰曲线;随着演替的进展,各群落的空气相对湿度增大,空气相对湿度的变幅随着演替的进展而变小;一般来说,随着高度的增加,各演替阶段的光照强度也增加。

广西岩溶峰林区地下水赋存特征及钻探成井模式

通过梳理广西岩溶峰林区近年来抗旱找水成井的钻孔资料,分析水文地质条件与成井的关系,结果表明:构造、岩性和岩溶发育层位是控制钻孔是否成井的主要因素。断层破碎带、向(背)斜以及含水层和相对隔水层的接触带等蓄水构造为有利的成井位置;石炭系地层(C_1、C_2)和上泥盆系地层(D_3)为主要的成井地层,占成井总数的55.24%,平均单井出水量为261m^3·d^(-1),平均开采深度为37.67m。通过对区内的岩溶水赋存特征及规律分析总结,归纳成6种钻探成井模式:压扭性断裂旁侧富水模式、相对隔水岩层阻水模式、挡水墙阻水模式、圈团褶皱蓄水构造模式、向/背斜轴部富水模式、自垩系红层盘地找水模式,并提出了几种常见的地形地貌特征找水标识。