桂西南喀斯特—北部湾碳排放与土地混合利用的脱钩效应

土地混合利用控制碳排放是协调区域低碳发展和生态环境的重要前提。以桂西南喀斯特—北部湾为研究区域,基于2005—2020年NPP-VIIRS夜间灯光及能源消耗数据反演出桂西南喀斯特—北部湾土地利用碳排放,运用信息熵、空间自相关分析和脱钩模型等方法,对桂西南喀斯特—北部湾50个县域碳排放与土地混合利用的时空轨迹变化及脱钩效应进行研究。结果表明:(1)桂西南喀斯特—北部湾土地利用混合度存在区域差异性,各县域变化幅度不同,部分县域土地利用混合度存在“增长粘性”,呈现“中部高四周低”空间分布;(2)桂西南喀斯特—北部湾净碳排放表现为碳排放,呈现显著递增趋势,增加了2.758×10^(7) t,碳排放水平在空间上呈现“东高西低、南高北低”分布格局,也表现出桂西南喀斯特区低于北部湾的区域分异;(3)莫兰指数表明各县域土地利用碳排放存在显著的空间正相关,集聚态势形成高-高集聚、低-低集聚2种类型;(4)碳排放与土地混合利用主要关系类型为强脱钩、强负脱钩和扩张负脱钩,且扩张负脱钩占主导地位,其碳排放水平增加幅度大于土地利用混合度,陷入土地如何高效利用及控制碳排放两难境地。

桂西南石漠化综合治理效益评价及其耦合协调关系

为探究国家启动石漠化综合治理试点工程以来的成效,基于县域尺度,通过构建指标体系综合评估2010、2015和2020年桂西南石漠化治理的生态、经济和社会效益变化情况,并利用耦合协调度模型探究各县(区)石漠化治理效益间的耦合协调程度,以解析影响耦合协调性提升的限制因素。结果表明:(1)2010-2020年间桂西南石漠化治理效益指数排序为:生态效益>社会效益>经济效益,其中生态效益提升幅度最大,社会效益缓慢增长,经济效益提升速度有所降低,总体呈良性发展态势;(2)研究区石漠化治理成效状况存在差异,西北部及中部区域保持较高生态效益,而经济效益和社会效益较高值区主要分布在东南部“强首府战略”背景下的南宁市主城区及所辖宾阳县、横州市等区域;(3)“生态-经济-社会”效益三者耦合协调度均值在0.47~0.51之间,处于濒临失调和勉强协调状态;2020年各县(区)石漠化治理效益的耦合协调关系表现出不同程度的滞后现象,经济、社会效益滞后是制约石漠化治理效益耦合协调提升的关键因子。在后续的石漠化治理中,既要注重生态环境保护,也要加快经济社会高质量发展。

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。

漓江流域水土流失特征及其侵蚀影响因子典型分析

选择漓江流域及其典型岩溶小流域为研究对象,通过遥感数据综合分析和地面路线验证调查与定点监测相结合的方法,对漓江流域岩溶区和非岩溶区的水土流失特征进行了研究,并重点分析岩溶区内典型小流域——寨底小流域侵蚀影响因子对水土流失的影响。研究结果表明:漓江流域水土流失以中度和轻度等级为主,约占流域面积的29.9%;流域内岩溶区与非岩溶区的水土流失表现出一定的差异性,岩溶区以中度、极强烈和轻度等级水土流失为主,水土流失面积约占岩溶面积的53%;非岩溶区中度和轻度等级水土流失分别占非岩溶区面积的12.4%和10.4%。高程、坡度、植被覆盖、土地利用等因子对岩溶小流域土壤侵蚀面积和侵蚀量比例的影响表现出明显的差异性和独特性,这四种影响因子中的高程(300,500]m,坡度[15°,25°]、植被覆盖度≤20%、土地利用为工矿用地等对岩溶小流域土壤侵蚀的影响最大,是寨底岩溶小流域水土流失治理中应重点考虑的因素。

典型岩溶农业区洼地和坡地的元素迁移特征差异

为给岩溶区水土保持、农业生产、植被恢复与生态重建提供参考,以桂林会仙典型岩溶洼地和坡地两种不同地貌部位为研究点,以石灰岩地质背景条件下的基岩—土壤—土壤水—植物体系统中的元素含量和组成特征为研究对象,探讨不同地貌部位条件下元素的基本特点、制约因素和变化趋势。结果表明,在岩溶动力条件的驱动下,岩溶区形成了显著的偏碱环境特征;洼地和坡地土壤剖面元素和土壤水含量特征差异明显,植物对土壤元素的生物吸收系数比较低,属于受氮限制的类型;坡地部位的偏碱富钙和水分胁迫程度更为严重;同一石灰岩地质背景条件下不同地貌部位岩溶系统元素迁移特征差别显著。

岩溶山区土壤水的地球化学特征及其与土壤环境的关系

对2015年所采集的0~20 cm、20~40 cm土壤水样品和对应的土壤样品进行了测试分析,运用灰度关联和典范对应分析的方法研究了岩溶峰丛山区土壤水的地球化学特征及其与土壤环境条件的关系。结果表明:岩溶峰丛山区土壤水地球化学性质及其对应的土壤环境指标均存在不同程度的空间异质性,其中土壤水和土壤中的p H值变异系数在2.48%~10.44%,变异最小;除了镁离子和氯离子,土壤水的其他地球化学指标的变异系数均表现为0~20 cm大于20~40 cm,20~40 cm土壤水地球化学性质更为稳定。土壤水的HCO-3、Ca2+、SO2-4浓度是影响土壤水地球化学特征的主要因子,且HCO-3起到主导作用。典范对应分析结果显示,不同的土壤水地球化学性质与土壤环境因子关联性差异明显,影响土壤水地球化学特征的主要土壤环境因子中的全钾含量、交换性镁含量、有效锌含量、0.2~2.0 mm粒径和0.002~0.020 mm粒径的土壤颗粒等因子对土壤水中的Mg2+浓度、HCO-3浓度、p H值影响较大,有效铜含量、胡敏酸含量、胡敏素含量主要影响土壤水中Na+浓度、K+浓度,而速效钾含量、土壤含水率、小于0.002 mm粒径机械组成等土壤因子则主要是通过Na+浓度、K+浓度、Cl-浓度、SO2-4浓度等指标影响土壤水的地球化学特征。

漓江含沙量特征及其对降雨响应的预测

为进一步了解漓江流域含沙量日变化规律及降雨对含沙量的影响,监测并分析了2013年漓江监测点日均含沙量及其中上游地区的降雨量,统计数据表明2013年丰水期漓江的日均含沙量明显高于枯水期,丰水期含沙量占全年的85.3%以上,且日均含沙量与漓江中上游地区的日均降雨量显著正相关。同时,利用2013年漓江监测点日均含沙量及其中上游地区的降雨量数据构建BP神经网络模型,对比2013年6月实测和预测含沙量结果表明,以测量当天、前一天、前两天降雨量为输入神经元进行训练而获得的预测值的平均相对误差绝对值为7.16%、合格率为90%,符合预测精度要求,说明建立的BP模型结构合理,预测效果较好。研究结果可为漓江含沙量监测预报及漓江流域生态环境治理提供技术参考。

漓江含沙量预测及侵蚀坡面径流调控模式研究

为了探讨漓江含沙量变化及其流域内侵蚀坡面径流的调控对策,通过运用最小二乘支持向量机(LS-SVM)理论对漓江含沙量进行了预测,并依据漓江流域侵蚀坡面的类型、分布和侵蚀特征,分析研究了适用于漓江流域侵蚀坡面径流调控的技术方法。研究结果表明:基于LS-SVM所构建的预测模型能较准确快速的预测漓江含沙量;提出的4种径流调控技术模式具有分流、截沙、储水灌溉的生态功能,适用性强,对增强侵蚀坡面水土保持,解决漓江降沙减沙,缓解漓江生态环境压力具有重要的参考意义。

岩溶峰丛洼地不同地貌部位扶芳藤的生理生态适应特征

本文选择桂林会仙石灰岩峰丛洼地不同地貌部位的扶芳藤为研究对象,运用光合作用测定系统(LI-6400)测定其光合生理指标,对比分析洼地和山腰两种不同地貌部位扶芳藤的光合日动态和光强响应特征,并对其光合参数进行了测定及相关分析。结果表明:洼地和山腰扶芳藤的净光合速率(net photosynthetic rate,Pn)日变化均为双峰型,且Pn日变化存在明显的"午休"现象。不同地貌部位不同时间段的扶芳藤净光合速率Pn与气孔导度(stomatal conductance,Gs)、胞间CO2浓度(intercellular CO2 concentration,Ci)、蒸腾速率(transpiration rate,Tr)、叶面温度(leaf temperature,Tl)以及光合有效辐射(photosynthetic available radi-ation,PAR)等光合参数的相关关系有明显的差异。洼地和山腰扶芳藤的光补偿点、光饱和点和表观量子效率大小表明扶芳藤既有一定的耐荫能力,又能适应一定强度的阳光辐射。两者间的差异反映了扶芳藤对不同地貌部位岩溶环境具有较强的适应能力。

岩溶峰丛坡面土壤养分与水化学特征研究

对广西弄拉典型岩溶峰丛山区坡面不同部位的土壤、土壤水、地表径流和表层岩溶泉水进行采样与分析,结果表明:同一坡面上受人为活动干扰的稀疏人工幼林的土壤容重和黏粒含量显著高于自然恢复条件下的次生林和灌草丛,而土壤孔隙度、土壤自然含水量较低;岩溶山区土壤养分含量和水化学特征在坡面不同部位差异明显,中坡位表层土壤水的大多离子淋溶特征比其他部位弱,其稳定性也较差,说明其受坡面植被条件以及人为干预的影响较大;Ca2+、Mg2+、HCO3-和游离CO2在坡面径流发生(水土流失)的过程中会随着环境的变化而不断变化,对环境的响应较其他离子更为敏感和复杂。

桂林石灰岩区名特优植物元素的岩溶响应

在桂林会仙石灰岩地质背景条件下,研究岩溶洼地和山腰部位3种名特优植物体的元素含量特征及对土壤营养的响应关系,为筛选适合岩溶区种植的植物品种以及加强西南岩溶地区石漠化治理提供理论指导。结果表明,在岩溶动力条件驱动下,洼地和山腰部位3种植物体的元素含量及元素生物吸收系数均存在明显差异。进一步相关分析表明,石灰岩地区土壤—植物体系统中元素迁移与植物蒸腾作用密切相关,其中Ca、Mg、N、Zn、P等元素迁移与植物蒸腾系数呈显著正相关,植物体元素迁移受地质背景条件中N、P元素含量影响较大。

岩溶峰丛洼地水土漏失及防治研究

中国地质科学院岩溶地质研究所岩溶生态研究团队在国家科技支撑计划和广西科技攻关项目联合资助下,自21世纪以来一直从事西南岩溶山区水土漏失创新性研究。2013年取得了一系列进展,阐明了水土漏失的概念、过程和数学模型;运用野外监测和先进的同位素技术,首次系统揭示了岩溶峰丛洼地不同地貌部位和不同生态环境的水土漏失定量差异和原因,建立了适宜岩溶区特点的水土流失强度分级标准和土壤侵蚀回归模型,创建了生物措施与工程措施有机结合的岩溶峰丛洼地水土保持模式和技术规程,开辟了岩溶石漠化环境生态效益与经济效益俱佳的火龙果生态产业,为西南岩溶地区石漠化综合治理和水土保持提供了技术支撑和示范样板。

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。

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。

广西果化龙何地区表层带岩溶水系统及其水资源特征

从区域岩溶水系统分析入手,详细论述了龙何地区表层带岩溶水系统的结构特征及水循环过程,并按水动力条件将区内表层带岩溶水系统划分为若干个汇流状或散流状表层带岩溶水子系统。在此基础上,通过表层岩溶泉长观数据的统计分析得出本区表层带岩溶水天然资源量为31.9×104m3/a,约占本区年降水总量的9.5%。在表层带岩溶水天然资源量中,表层岩溶泉的可开采资源量为5.9×104m3/a,可有效利用资源量为7 732.4m3/a。

不同植被演替阶段的岩溶土壤微生物特征——以广西马山弄拉峰丛洼地为例

岩溶区不同演替阶段的植被通过改变土壤环境从而影响土壤微生物的分布。本文采用稀释平板测数法和土壤常规分析对弄拉峰丛洼地5个不同演替阶段土壤微生物种群分布特征及土壤理化性质进行了研究。结果表明,土壤微生物分布随演替阶段和土壤深度显著变化,细菌约占土壤微生物总数的90%以上,占绝对优势,微生物总量随土壤深度增加而减少,微生物总量在上层表现为顶级林>灌丛>乔幼林>灌草丛>草丛,在中层则表现为灌丛>乔幼林>顶级林>灌草丛>草丛,在下层表现为灌丛>顶级林>乔幼林。此外,文章还探讨了土壤微生物种类、数量与土壤理化性质的关系,发现不同土壤微生物种类和数量与土壤有机碳、有效N、土壤空隙度存在明显的正相关,相关系数分别为0.88,0.74和0.66,与土壤pH值、M gO、A l2O3等含量成负相关,相关系数分别为-0.77,-0.65,-0.65。

天坑的等级评价方法

为了减少天坑等级评价中的主观性,通过分析天坑规模参数特征,选取天坑容积作为评价指标。运用皮尔逊Ⅲ型曲线作为计算模型,结果表明皮尔逊Ⅲ型曲线对天坑规模参数拟合程度较好,具有一定的适用性。根据模型计算样本上、下限频率值,结合等比数列排频划分法将其分为4级,并计算各级分界值对应下的容积值V作为评价天坑等级的标准,即:小型V≤5.43 Mm3;中型5.43 Mm3<V≤18.11 Mm3;大型18.11 Mm3<V≤45.26 Mm3;特大型V>45.26 Mm3。通过与现有方法比较,认为该方法既能反映天坑样本总体情况,又能减少人的主观性因素,具有一定的科学价值和现实意义。

广西热带亚热带典型森林岩溶区土壤-植物系统元素分布特征

对广西热带亚热带典型岩溶区土壤-植物系统13种元素分布特征及相关性进行了研究。结果表明:与非岩溶区植物相比,岩溶植物Ca、Al含量比较高,Na、Fe、Mn、Si、K、P的含量较低。植物体内元素的分布特点是:叶>茎>根;石灰土更易富集Fe、P、K、Cu、Zn和Co。大多数土壤元素含量随纬度的降低而降低,Fe和Zn表现较为明显,而Mn和Si在热带较中亚热带的更易淋失。土壤中与Fe元素明显相关的元素最多,包括Mn、Zn、Co、S、Al,其相关性分别为Mn>Al>Co>Zn>S,其中,Fe与Mn、S呈负相关,与Zn、Co、Al呈正相关;植物中的Na、Fe、Si、P、Al与土壤中对应的元素相关性显著,呈正相关关系,主要体现在土壤的A层;植物对大量元素的吸收强于对微量元素的吸收,其中,对Mn的吸收能力最强(8229.38%),主要集中在根部的Al(0.57%)和Fe(0.0049%)的吸收能力最小。