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。

基于Sentinel-2A的喀斯特石漠化信息提取及成因分析

喀斯特石漠化是中国西南地区严重的生态环境问题。哨兵数据作为Landsat和SPOT(systeme probatoire d’observation de la terre)系列卫星数据的继承和延续,在生态环境监测中具有很好的应用前景。采用传统方式对Sentinel-2A数据进行喀斯特石漠化信息提取,构建20 m分辨率的石漠化指数,将损失Sentinel-2A数据的细节信息。为了更精确地对石漠化信息进行提取,结合Sentinel-2A数据的自身特点,构建了10 m分辨率的石漠化指数,提取了云南省文山州北门河流域的喀斯特石漠化信息并对其地质成因进行分析。通过对4种不同的融合算法进行对比可知,采用àtrous小波变换对短波红外波段(B12)进行融合的效果优于高通滤波、主成分分析和Gram-Schmidt变换等融合算法,由该方法构建的10 m归一化微分岩石指数(normalized differential rocky index, NDRI)和岩石裸露率(fr)不仅与20 m分辨率的NDRI和fr保持了较好的相关性(相关系数分别为0.90和0.81),而且能够更好地突出不同地物的特征。结果表明,构建10 m分辨率的NDRI和fr能够更好地对喀斯特石漠化信息进行提取。对北门河流域喀斯特石漠化地质成因分析的结果表明:北门河流域喀斯特石漠化以潜在石漠化和轻度石漠化类型为主,占流域总面积的40.66%、16.97%;流域喀斯特石漠化主要分布于个旧组和板纳组中;在小于25°的坡度范围内,各类喀斯特石漠化分布集中,占喀斯特石漠化总面积的82.71%。

兴义市喀斯特石漠化演进与开发强度关系研究

喀斯特石漠化是西南喀斯特地区一个严重的生态环境问题,严重制约着喀斯特地区的社会经济发展,喀斯特石漠化的研究及治理对于喀斯特地区的生态文明及经济建设具有重大的意义。以兴义市为研究区域,在RS、GIS的技术支持下,通过目视解译的手段,运用Arcgis对解译出的石漠化信息进行转移分析,得出了兴义市1995~2015年近20年的石漠化演进;通过综合评价法评价了同一时间序列兴义市综合开发强度并分析其变化;结合兴义市近20年的石漠化演进与开发强度,对比分析了兴义市近20年石漠化演进与开发强度之间的关系。结果表明:1995~1999年,兴义市开发强度随着石漠化程度加剧而减弱;1999~2004年,兴义市石漠化程度与开发强度变化均较小,但也表现出石漠化程度随开发强度的增强有一定的减弱;2004~2015年,兴义市石漠化程度随着兴义市开发强度加强而逐年减弱,呈现出良好的发展趋势。

喀斯特石漠化过程中土壤物理性质的演变

了解喀斯特土壤物理性质对喀斯特石漠化过程的具体响应,对构建科学完整的石漠化程度评价和潜在危害性指标体系具有重要意义。为掌握喀斯特石漠化过程中土壤物理性质的演变特征及规律提供依据,以贵州省贞丰县境内花江小流域1.2km^(2)范围为研究区域,对樵采和开垦2种人为扰动方式下石漠化进程中土壤机械组成、土壤比重及土壤团聚体结构的变化进行分析。结果表明:樵采和开垦2种动力作用下土壤物理性质的变化随石漠化进程的变化表现各异。樵采作用下土壤中0.25~0.05mm、<0.001mm的颗粒呈增多趋势且变化较大,异质性明显,土壤机械组成由粗变细,土壤质地从壤土演变为重粘土;开垦作用下土壤的机械组成无明显变化,较均匀一致,土壤质地基本维持在重粘土至极重粘土;樵采作用下土壤结构以中等大小(1.00~0.25mm)团聚体为主,开垦作用下以形成大团聚体(>2mm)为主,且开垦作用下土壤团聚体的稳定性更强。樵采和开垦2种动力作用下土壤比重均增大,同时土壤团聚体均随石漠化进程的加深呈减小趋势。

基于RS的喀斯特石漠化变化研究——以广西为例

喀斯特石漠化是一种岩溶地区土地退化的极端自然灾害现象,严重限制我国西南地区社会经济和生态环境的和谐发展。文章以广西为研究区,利用可实时且大面积获取地表信息的Landsat-5TM遥感影像来提取石漠化信息。广西1990和1995年石漠化面积分别为:10586.15 km^(2)和16999.60 km^(2),1990—1995年石漠化土地年均增加1282.69 km^(2),不同等级的石漠化总体呈上升变化,其中强度石漠化和轻度石漠化增长速度较快。广西石漠化空间分布是西重东轻、北多南少的情况。

悬钩子属植物在喀斯特石漠化地区的应用前景

西南喀斯特石漠化地区的发展面临着诸多困境,如水土流失导致生态环境不稳定、人地矛盾突出及经济效益低下等多种问题。悬钩子属植物在喀斯特石漠化地区的生存能力很强,茂密的枝条能够遮挡住裸露的地面,并且悬钩子属植物具有一定的药理作用,其果实大多富含丰富的维生素,具有一定的经济价值。基于此,介绍悬钩子属植物在我国西南喀斯特石漠化地区的生态价值、经济价值和社会价值,在生态脆弱地区推广栽种悬钩子属的植物,既能够改善脆弱的生态环境,又能够提高当地人民的经济效益,是乡村振兴战略背景下喀斯特石漠化地区有效的发展方式。

贵州喀斯特石漠化地区土地利用方式对土壤质量恢复能力的影响

喀斯特石漠化是一种与脆弱生态环境和人类活动相关联的土地退化过程,土地利用方式和人为生产经营活动方式及干扰程度对石漠化土壤质量的恢复和重建有明显影响.研究结果表明:林地、草地的有机质、全P和全K含量最高,分别是果树地和坡耕地的2.3、2.1、1.5倍和1.7、1.9、1.3倍,全氮量以草地最高,分别是其它利用方式的1.2～2.8倍,农地有机质含量仅次于林地和草地,石漠化地土壤营养元素最低.果树地和林地的微生物以细菌为主,分别占微生物总量的69.7%和73.3%,草地以固N菌为绝对优势,占微生物总数的33.0%,农地的放线菌多于草地、林地、果树地和坡耕地,石漠化地土壤微生物数量和多样性最低.经开垦利用后(坡耕地),喀斯特山区表层土壤颗粒砂化逐渐明显.石漠化区经过13a退耕还林后,植物多样性指数和均匀度分别由0.96和0.29提高了1.92和0.53,优势度由0.75降到0.36.采用合适的土地利用方式,辅于必要的生物措施,是恢复喀斯特石漠化地区土壤质量的有效途径之一.

喀斯特石漠化地区不同恢复和重建措施对土壤质量的影响

采取4种不同恢复和重建措施对典型喀斯特石漠化地区进行了13年的生态治理研究.结果表明,喀斯特严重石漠化区(对照)植物多样性极低,土壤肥力极差,生态环境极为恶劣;改为花椒种植或多种乔-灌-藤混交种植后,植物多样性明显增大,土壤质量得到一定程度恢复,生态系统朝着良性循环方向发展;采取封山育林措施后,林下植被层和群落多样性恢复得最快,林地土壤质量得到较快的恢复;保留较好的喀斯特次生林中植物多样性较高,土壤质量最好.采用合适的生物措施,辅以必要的工程措施,是促进严重喀斯特石漠化地区生态重建的有效途径之一.

喀斯特石漠化地区土壤地下漏失的机理研究--以贵州普定县陈旗小流域为例

土壤的地下漏失是喀斯特石漠化地区一种特殊的水土流失方式。本文以喀斯特石漠化严重地区——贵州普定县陈旗小流域为例,阐明了土壤地下漏失的过程及其机理。研究结果表明喀斯特地区特殊的地质环境为土壤的地下漏失创造了有利的空间条件;地表降水的大量渗漏为土壤的地下漏失提供了侵蚀的水动力条件;风干的土壤团聚体遇水易崩解,离散出的细粒物质可沿土间孔隙和岩溶裂隙向地下空间迁移;岩溶洞隙内填积的粘土在流水的浸润软化下呈可塑、软塑甚至流塑状,可向其下的溶洞、地下河蠕滑搬运,最终导致地表土壤漏失。

广西都安喀斯特石漠化的分布特征及其与岩性的空间相关性

在以广西都安瑶族自治县为研究对象 ,以RS与GIS一体化为分析手段 ,首先采用TM影像为背景资料 ,辅以地形图、土地利用图、土壤图、地质图以及GPS实测数据库等相关资料综合分析的基础上 ,建立石漠化分级的遥感影像解译指标体系 ,生成都安县石漠化分级分布图和数字化岩性图 。

喀斯特石漠化的研究现状与存在的问题

喀斯特石漠化是土地荒漠化的主要类型之一。喀斯特生态系统的脆弱性决定了喀斯特生态系统的易损性和退化喀斯特生态系统的难恢复性,但它与发生石漠化并没必然的联系,喀斯特石漠化是岩溶生态系统退化的结果,而不是喀斯特生态系统脆弱性的必然表现。故所指的喀斯特石漠化,特指人为加速的石漠化,属于人为荒漠化的一种类型,但强调喀斯特石漠化的人为成因性,并不是否定自然背景对喀斯特生态系统的制约作用。石漠化土地的分类既要能反映出石漠化发生的严重程度,也要能体现石漠化土地的成因和岩性地貌等地质背景对生态学过程的影响,因此,作者提出以“土地利用类型+植被+岩性+地貌+石漠化程度”对人为加速石漠化过程中石漠化土地进行类型划分,以正确评价石漠化土地的生态环境价值。

关于喀斯特石漠和石漠化概念的讨论

喀斯特石漠化是近年来所认识到的一种地质生态灾害,所造成的经济、环境乃至社会影响越来越大,受到国家的广泛关注,但却存在生态建设超前、基础研究落后的严峻现实。本文总结了当前石漠化的类型划分和存在问题,从喀斯特生态系统运行的地学过程、生物学过程和人为过程出发,提出石漠化过程存在地质石漠化过程、生态系统石漠化过程和人为加速石漠化过程,对不同类型的石漠化宜分别采取保护、恢复、重建、维持措施。石漠和石漠化表达的时空范畴不同,是石漠化这一土地退化过程的最后或顶极结果,自然条件下其形成多与地表坡度较大有关,而人为加速石漠化过程中石漠化土地空间分布与地形坡度、地貌部位并无直接联系。建议以"干扰方式+植被+土壤+地貌"对人为加速石漠化过程导致的石漠化土地进行类型划分,评价的土地应分为非石漠化土地、石漠化土地和逆转优化的"基准化"土地。

喀斯特石漠结皮细尖鳞叶藓的吸水机制及耐旱适应性

生物结皮是由隐花植物和相关土壤微小生物与表层土壤颗粒胶结而形成的复合体,与维管束植物覆盖一样,它是干旱区地表的重要覆盖类型。苔藓是荒漠植被演替过程中常见的一类先锋植物,同时也是生物结皮中生物量最大的2个类群之一。研究了结皮细尖鳞叶藓的吸水机制和耐旱适应性。结果表明:细尖鳞叶藓最大吸水量和持水率分别达到干重的9.74倍和700%以上,动力学总吸水过程的表观Km值和Vmax值分别为21.67g、10.42g·g-·1DW·min-1,外吸水过程为28.91g和8.56g·g-·1DW·min-1,内吸水过程为43.18g和1.76g·g-·1DW·min-1。可溶性糖含量从142.6mg·g-·1DW(CK)上升到344.3mg·g-·1DW,增长近2.4倍,而游离脯氨酸积累微弱。抗氧化酶SOD活性变化不明显,在0.04U·g-·1FW上下浮动;POD活性在PEG6000胁迫浓度在20%之前呈大幅度上升状态,以后趋于缓和,30%时达最高的131U·g-·1min-·1FW,增加近2倍;CAT活性的变化情况与POD变化趋势相同,但变化量较小。膜脂过氧化指标MDA先略有升高又逐步回落,说明细尖鳞叶藓抗氧化酶系统利用提高POD和CAT活性清除SOD在清除超氧阴离子自由基过程中产生的H2O2。因此,在喀斯特石漠化缺少土壤、极度干旱且保水能力弱的环境区域,结皮藓类植物以其特有的吸水特征、持水功能和抗旱机制等生态功能在石漠化治理、退化生态系统的恢复中具有十分重要的作用。

基于RS和GIS的喀斯特石漠化驱动机制分析——以广西都安瑶族自治县为例

喀斯特石漠化 (KarstRockyDesertification ,KRD)是指喀斯特区地表出现类似荒漠景观的土地退化过程。采用RS和GIS技术 ,对都安喀斯特石漠化程度分级状况与驱动因素进行全面调查 ,建立全县 1∶ 10万喀斯特石漠化数据库。利用相关分析、因子分析和回归分析等方法 ,分析导致石漠化的影响因子 ,即喀斯特石漠化的重要驱动力 ,建立了喀斯特石漠化动力指数模型 ,算出了各因子对石漠化的贡献值 ,指出石漠化产生的主导原因是不合理的人为活动。所建的动力指数模型输出结果与遥感调查有相对一致性 ,表明石漠化动力指数能较好地反映该地区石漠化过程 。

喀斯特石漠化的驱动因子分析——以贵州省为例

采用地理信息系统 (GIS)与遥感 (RS)技术 ,对贵州省喀斯特石漠化状况进行全面调查 ,建立了全省 1∶ 10万喀斯特石漠化数据库。利用相关分析和主成分分析法 ,分析了导致石漠化的影响因子 ,确立指标体系 ,指出地表植被覆盖率、喀斯特面积、河网密度、未利用地、耕地面积、平均海拔高程、土地垦殖率、草地和≥ 2 5°坡地面积等 9个因子是喀斯特石漠化的重要驱动力。建立了喀斯特石漠化动力指数模型 ,计算出了各因子对石漠化的贡献值 ,指出石漠化产生的根本原因是不合理的人为活动。所建动力指数模型输出结果与遥感调查有高度的一致性 ,表明石漠化动力指数能较好地反映该地区石漠化过程 ,可为石漠化治理提供理论依据。

喀斯特石漠化评价指标体系探讨——以贵州省为例

从喀斯特石漠化的科学内涵出发,探讨喀斯特石漠化评价的具体内容,指出喀斯特石漠化评价应从现状、危险性以及发展速率3个方面进行。评价指标选取所依据的原则,探讨了指标体系适用的时、空尺度范围;根据已有研究成果,分析喀斯特石漠化不同等级指标量化界线确定的生态基准,初步建立了石漠化评价的指标体系。

贵州喀斯特石漠化类型及程度评价

由于碳酸盐岩岩性的不同,发育的喀斯特在生态环境因子的组合和质量上有较大的差异,形成了不同的石漠化类型。在大量典型样地调查的基础上,以岩性、小生境种数、小生境组合、裸露石面面积、石砾含量和土壤总量6个因子为指标,通过聚类分析和主成分分析相结合的方法,将喀斯特石漠化分为2大类型,即显性石漠化和隐性石漠化,分析比较了它们的主要特征。同时,分别石漠化类型选择了程度评价指标,用坐标综合评定法和欧氏距离公式建立了石漠化数量评价模型,即石漠化程度指数模型,用石漠化程度指数对样地的石漠化现状进行了评价,将6 4个样地划分为未石漠化,轻度、中度、强度和极强度5个等级。

喀斯特石漠化区不同优势树种根际土壤有机碳及氮磷的变化

通过对贵州中部喀斯特石漠化区典型植被及土壤进行调查,探讨森林退化过程中不同群落优势树种根际土壤有机碳及氮磷含量的变化。结果表明：根际土壤有机碳及氮磷含量均高于非根际土壤;在不同植被类型之间,林木根际对土壤有机碳及氮磷的累积效应存在明显的差异性,其中土壤有机碳的累积效应表现最明显,其次是土壤磷素,而土壤氮素累积效应的差异性较小。在树木根基0~30cm水平范围内,根际土壤总有机碳、易氧化有机碳、全氮、有效氮和有效磷含量都明显高于30~90cm外围根际区。不同群落优势树种之间,根际土壤碳及氮磷总量的差异性表现为总有机碳〉全氮〉全磷,而碳及氮磷的生物有效态含量则表现为有效磷〉易氧化有机碳〉有效氮。森林退化过程中,群落优势树种根际土壤总有机碳、易氧化有机碳及有效磷含量出现显著的下降,从而明显地影响土壤的肥力水平。

基于3S技术的广西喀斯特石漠化驱动机制图谱分析——以广西壮族自治区为例

喀斯特石漠化是指喀斯特区地表出现类似荒漠景观的土地退化过程。图谱分析为喀斯特石漠化研究提供了一种谱系化、定量化与定位化相结合的研究方法。以广西喀斯特区为例,从组成喀斯特生态系统的地质、岩性、植被、地貌、气候及人类活动等多个方面入手,采用3S技术,得出石漠化分布及其驱动因子图;对石漠化分布图及驱动因子图进行图形叠加运算及相关分析,诊断出石漠化驱动机制。结果表明,喀斯特石漠化是在脆弱的生态环境地质背景上由于人类的强烈扰动而形成的,是多种因子综合的结果。

喀斯特石漠化山区苔藓多样性及水土保持研究

喀斯特石漠化已成为制约我国西南地区可持续发展的重要生态环境问题.以云南芝云洞山区苔藓植物为研究对象,于2012年1月进行调查和样地设置,共采集样品75份,采用经典形态分类法进行鉴定,分析苔藓多样性及其对水土保持的贡献.结果表明:苔藓植物有11科25属53种;苔藓植物种数为无石漠化区(34)>轻度石漠化区(14)>中度石漠化区(12)>强度石漠化区(7),丰富度指数也为无石漠化区(2.874 8)>轻度石漠化区(0.194 1)>中度石漠化区(-1.176 7)>强度石漠化区(-1.892 3).石漠化区苔藓植物相似性指数相差较小,其中强度石漠化区与中度石漠化区的相似性指数为0.375 0,强度石漠化区与轻度石漠化区为0.307 7,中度石漠化区与轻度石漠化区为0.384 6;而石漠化区与无石漠化区相似性指数相差较大,其中无石漠化区与强度和轻度石漠化区的相似性指数分别为0.071 4和0.095 2.强度、中度和轻度石漠化区与无石漠化区均匀度指数分别为0.590 0、0.513 3、0.489 9和0.610 7.6种优势苔藓植物(长叶纽藓、卷叶湿地藓、东亚小石藓、黑扭口藓、卵叶青藓和狭叶湿地藓)的生物量、成土量和饱和吸水量分别在0.962～9.546、1.294～40.181、8.890～82.571 gm2之间,表明可以将苔藓植物作为该类地区的先锋植物.