岩溶土壤的生态地球化学特征及其指示意义——以贵州贞丰—关岭岩溶石山地区为例

岩溶石山地区土壤退化与恢复的成因和机理一直是近年来土壤学和生态学研究的热点。以贵州西南部贞丰一关岭岩溶石山区为对象，选择了区内退化地、农用地、恢复地等生态样块以及与未退化地为对照，采集了其中的表层和亚表层土壤，分别进行了土壤的养分库量、微生物活性与功能和土壤酶活性等化学分析。研究表明土壤养分库是土壤中微生物活性基础，微生物量碳随土壤养分库客的退化或恢复而相应变化，退化岩溶地植被恢复3～6年后，主要养分总库客得到明显恢复（恢复程度55％～65％），因而带动了微生物量碳的恢复（平均恢复程度60％以上），但养分的活性（有效磷）、微生物的功能（呼吸熵及土壤脲酶和磷酸酶活性）并没有得到相应程度的恢复（平均恢复程度仅在25％～40％）。这些结果提示，限制性养分活性和微生物功能的恢复是植被恢复下生态系统健康水平的重要指示。因此，在分析岩溶土壤和生态系统退化过程的本质以及评价生态恢复的效应时，不仅应将微生物量碳和总养分库指标作为岩溶土壤退化恢复的指标，更应将微生物区系的质量和功能指标纳入关键评价内容。

岩溶土壤系统对空气CO_(2)的吸收及其对陆地系统碳汇的意义——以桂林丫吉村岩溶试验场的野外观测和模拟实验为例

以桂林丫吉村岩溶实验场为例 ,对湿润亚热带岩溶土壤系统进行了土壤植被系统CO2 浓度变化、土壤有机质分解的CO2 产生等野外观测以及实验室土壤灰岩土柱系统模拟实验。实验表明在土壤地球化学条件的控制下 ,岩溶土壤系统存在着对空气CO2 的显著吸收效应 ,其值可达 2 2～ 130 g/ (m2 ·a) ,并以此为依据估算了中国岩溶土壤系统对大气的碳汇约为 4× 10 13g/a。因而揭示了岩溶土壤系统可能是十分重要的陆地碳汇 ,在讨论全球碳汇饱和问题中必须重视这一碳汇的变化。

碳循环与岩溶土壤改良——原理与综述

中国南方亚热带裸露岩溶区土壤瘠薄 ,又称石山土壤。受地带性 (亚热带 )和地域性 (岩溶 )发育因素制约 ,与地中海等岩溶区土壤不同 ,表现出显著的多样性、复合性和破碎性特点。低产土壤占土壤总面积 6 0 %以上 ,土壤改良任务艰巨。由于障碍因子及其组合种类众多 ,以及土壤斑块小型分散的特点 ,决定了石山土壤改良与多数不良自然条件国土单元不同 ,不能期望简单地通过某一两种单一机制的改良措施统一治理。当前石山土壤改良工作基本尚处于经验性创新阶段。作为石山土壤改良的一个方向 ,提出运用碳循环理论指导工作。希望借此把改良措施研制提高到实验创新水平。

贵州岩溶土壤形成及其可持续利用

通过对影响和促进贵州岩溶土壤形成的主要因素分析,探讨了形成岩溶土壤的地质基础、地形地貌、大气环境、生物条件等的特殊性,指出贵州岩溶土壤应该归属于一种不可更新的资源范畴,而这一资源目前正面临极度破坏———石漠化。然而,贵州岩溶土壤资源的可持续利用关系到贵州经济的正常发展,因此,岩溶土壤的保护已经到了刻不容缓的时期,而加强民众的环境教育,促进岩溶区生态发展建设,减轻岩溶土壤负担,加大岩溶土壤及其环境的科学研究力度,针对不同的岩溶土壤进行科学合理有效的利用和治理,才能扫除贵州经济发展道路上的障碍。

桂林岩溶土壤和植被的稳定碳同位素组成及季节性变化特征

【目的】以桂林岩溶土壤为例,通过长期监测岩溶土壤及植被有机碳的δ13C值,研究其稳定碳同位素组成及季节性变化特征,为我国南方岩溶地区碳循环途径提供科学依据。【方法】选择3个试验点,定期采集土壤及优势种植被黄荆和檵木样品,测定有机碳含量和δ13C值。【结果】土壤有机碳的δ13C值具有明显的季节性变化特征,范围在-27.50‰～-17.92‰;优势种黄荆和檵木其各部位有机质的平均δ13C值范围为-28.23‰～-25.15‰,而土壤中有机碳的δ13C值范围为-22.32‰～-19.00‰;土壤有机碳的含量表现为洼地灌木丛>坡地灌木丛>洼地灌草丛,且都为表层土(0～5cm)>深层土(10～20cm)。【结论】土壤有机碳的δ13C值变幅较大,但坡地灌木丛、洼地灌木丛和洼地灌草丛三者的变化规律并不一致;总体上土壤δ13C值随土层深度的增加而逐渐减小,表明土壤有机碳的δ13C值明显高于当地植被有机碳的δ13C值。

典型喀斯特白云岩小流域土壤-表层岩溶带厚度空间异质性特征

土壤-表层岩溶带厚度是喀斯特地球关键带的关键指标,明确其空间异质性特征对于理解地球关键带结构演化机理以及评估水源涵养功能具有重要意义。在广西环江木连小流域1.4 km 2范围内,通过高密度电法(ERT)探测45条样线,共获取1731个样点的土壤-表层岩溶带厚度及环境因子数据资料,研究了土壤和表层岩溶带厚度的空间分布格局及其影响因素。结果表明,土壤和表层岩溶带厚度平均值分别为1.15 m和6.44 m,且分别呈现强变异程度和中等变异程度。地统计分析结果表明球状模型和指数模型分别可以反映土壤和表层岩溶带的空间结构特征。土壤厚度呈现中等空间自相关性,变程长,空间连续性好;而表层岩溶带呈现强烈的空间自相关性,变程短,空间依赖性强。土壤厚度受到环境因子(地形湿度指数、垂直曲率、曲率、坡向、坡度、高程、覆盖度、出露基岩率和植被归一化指数)的多重影响,而表层岩溶带厚度受部分环境因子影响的同时,与土壤厚度和植被类型的相关性更高。研究结果有助于喀斯特区土壤-表层岩溶带演化机理认识,并为土壤-表层岩溶带厚度的空间预测提供科学依据。

桂林丫吉村表层带岩溶土壤系统中δ^(13)C值的变异

以桂林丫吉村岩溶试验场坡地岩溶土壤系统为对象,定位采集和测定分析了该系统中空气、植物体、土壤和水等系列样品的δ13C值.结果表明,岩溶土壤系统中δ13C值不仅存在土壤固相有机碳、土壤空气CO2和土壤水重碳酸盐等库间的广泛差异,而且有明显的深度变化和季节变化,7月的地面空气、土壤空气和土壤水的δ13C值比4月轻1‰～4‰（PDB）;系统中水、气相活跃迁移碳组分的δ13C值与土壤有机碳和土壤CO2有十分密切的关系.

不同恢复方式下退化岩溶山区土壤微生物特性

为了探讨恢复方式对退化岩溶山区土壤生化特性的影响,对贵州南部岩溶山区退化地、不同恢复方式和对照原始林下土壤养分、微生物活性及群落结构进行了比较研究。结果表明：与退化地相比,不同恢复方式下土壤养分和微生物特性指标都有不同程度的提高;相对于对照原始林,不同恢复方式下大部分土壤养分和微生物功能活性指标的恢复程度分别为40%~75%和27%~60%,暗示着退化岩溶山区土壤微生物功能活性恢复滞后于土壤养分恢复;除土壤有效磷和蔗糖酶活性外,人工恢复方式（花椒和人还）的大部分土壤养分含量和土壤微生物活性恢复程度分别为对照的34%~47%和17%~47%,均低于自然恢复方式（还草和自还）的土壤养分和微生物活性恢复程度（对照的52%~78%和31%~61%）,意味着自然恢复方式提高土壤质量效果优于人工恢复方式;不同恢复方式下植被状况影响着退化岩溶土壤细菌的分子群落结构,但不同恢复方式间土壤细菌种的丰富度和多样性差异均不明显。

解磷微生物对岩溶区玉米生长及土壤有效磷利用的影响

通过盆栽试验,研究了不同解磷微生物对岩溶区玉米生长及土壤磷素利用的影响。试验设置不施磷肥(P0)、常规施用磷肥(P1)、施1/2量磷肥(P1/2)3种磷肥水平下,分别接种斯式泛菌(CA)、不动杆菌(SL),共8个处理,其中P1处理磷肥(P2O5)施用量为40 mg/kg土,CA和SL菌剂用量均为100 m L/盆。结果表明,同等磷肥水平下,接种CA、SL均能提高玉米植株各部分的鲜物质质量和全磷含量,并使玉米在各生长阶段其根际土壤的速效磷含量维持在较高水平,同等条件下,SL处理比CA处理效果更好。表明在岩溶土壤中,CA、SL均具有解磷功能。

典型岩溶泉流域不同土地利用方式土壤营养元素形态及其影响因素

对金佛山典型岩溶泉流域不同土地利用下土壤分层取样,并现场测试土壤水分,室内测试分析其营养元素形态含量,论述了土壤营养元素形态含量差异、分布特征以及影响它们分布的因素。结果表明,不同土地利用之间土壤主要元素全量及其有效态含量差异明显,反映了岩溶区土壤的空间异质性。钙含量最高为水房泉林地,镁含量最高为碧潭泉草地,受岩性的控制。无论是全量还是有效态,Ca含量在下层的含量明显高于表层,说明对岩溶区土壤Ca而言,淋溶作用似乎强于生物作用。高钙或高镁似乎对铜锌锰有效态有抑制作用,低钙和低镁土壤可以保持较高含量的铜锌锰有效态含量。在原始林地条件下,土壤可保持较高的有机碳(质)含量,钙的流失可能是土壤有机碳含量下降的主要因素。随着植被的退化,从林地、灌草丛到耕地,土壤养分含量减小,即人类活动程度的增加,土壤养分逐渐流失。土壤剖面上养分含量从林灌、草地到耕地,减小幅度有逐渐增大趋势,也就是说植被破坏的结果可导致土壤养分的快速流失。

蔗渣生物炭对岩溶峰丛洼地石灰土土-水特征曲线的影响

岩溶地区岩石裸露、土壤浅薄且持水能力较低,其土壤水分保持和运动状况是其水土漏失治理的重要因素。生物炭拥有多孔结构和高比表面积,能改变土壤持水能力,但其种类、粒径、添加量和土壤类型等因素对土壤持水能力产生正面或负面作用,为了研究添加不同比例蔗渣生物炭对岩溶峰丛洼地石灰土持水特性的影响,选取位于广西河池地区岩溶峰丛洼地的石灰土壤作为试验样本,分别添加不同比例生物炭(0%,2%,4%,6%),利用滤纸法测定生物炭-石灰土混合土在0~40MPa吸附能力下土水特性曲线,并使用扫描电子显微镜(SEM)和核磁共振波谱法(NMR),观察生物炭-石灰土混合土的微观孔隙结构。研究结果表明:当土壤含水量超过30%时,不同比例生物炭掺入量的持水能力相似,土壤的持水性并不会随着生物炭掺入量的增加而持续提升。在添加生物炭0%,2%,4%时混合土的持水能力是在逐渐提高的,添加4%和6%时混合土的持水能力基本一致,这表明添加生物炭存在一个最优值和适用范围。建议岩溶峰丛地区石灰土含水率在30%以下时,施加4%~6%的蔗渣生物炭,可提高土壤的持水能力。

土壤有机碳地球化学及其与岩溶作用的关系──以桂林丫吉村岩溶试验场为例

岩溶土壤有机碳地球化学研究表明：岩溶土壤是有机碳的巨大储库；土壤有机碳含量以松结态为主，紧结态次之，稳结态最少；土壤表层，鞍部、坡地土壤有机碳较活跃（较多松结态），为岩溶作用CO2的丰富来源。有机碳可氧化性分级分析表明：表层土壤有机碳中易氧化态占60－85％，A层土壤较B层更易被氧化；土壤来源CO2是岩溶驱动CO2的潜在动力。从鞍部－坡地－洼地，B层土壤有机磷可氧化性由弱到强递增。野外监测表明：在干、晴气候下，岩溶土壤CO2含量高且CO2释放速率大，岩溶作用欠发育；在湿雨气候下．岩溶土壤CO2含量及CO2释放速率急剧降低，岩溶作用发育；雨后转晴．岩溶土壤CO2含量及CO2释放速率逐渐增高，岩溶作用减弱。

典型岩溶地质高背景土壤镉生物有效性及其控制因素研究

我国岩溶地貌主要分布在广西、贵州、云南等西南地区,全国土壤污染状况调查公报显示这些岩溶区土壤中金属元素通常超标严重,其生物有效性的相关研究仍较缺乏.采集广西典型岩溶重金属地质高背景地区的稻田土壤,分析金属元素As,Cd,Cr,Cu,Ni,Pb和Zn总量,并采用CaCl2和EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)提取方法分析土壤中金属的生物有效态含量.结果表明,与上部地壳相比,研究区土壤中不同重金属的富集程度顺序为Cd>As>Pb>Zn>Cr>Cu>Ni,与广西灰岩中这些重金属的富集程度顺序基本一致,揭示岩溶区地质高背景土壤重金属的富集具有显著的母岩继承性.土壤Cd的CaCl2提取的平均含量为0.02mg·kg-1,平均提取率为4.37%,远低于人为污染区土壤Cd的CaCl2提取的平均含量和提取率.EDTA提取态Cd的含量平均值为0.84mg·kg-1,平均提取率为52.86%.岩溶区土壤Cd的CaCl2提取态含量与土壤Cd总量没有明显的线性关系,生物有效性和生态风险主要受pH控制:当土壤pH>6.5时,虽然土壤Cd总量较高,但CaCl2提取态Cd含量偏低,生态风险低;而当土壤pH<6.5,土壤Cd总量相对偏低时,CaCl2提取态Cd含量较高,生态风险较高。

广西贵港岩溶地质高背景区富含铁锰结核土壤的矿物学与重金属地球化学特征

岩溶地质高背景区土壤中普遍存在的铁锰结核对重金属的赋存状态和有效性有重要影响。选择广西贵港覃塘岩溶地质高背景区富含铁锰结核的表层土壤(0~20 cm)为研究对象,筛分出不同粒径的铁锰结核(10~120目)和细粒径土壤(<120目)样品进行化学分析,针对以下三个方面开展研究:(1)重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)在铁锰结核和细粒径土壤中的分布分配规律和铁氧化物矿物的组成;(2)铁氧化物矿物对富含铁锰结核的土壤中Cd等重金属富集的影响;(3)重金属在富含铁锰结核的土壤中的赋存机制。研究发现,铁锰结核中的Fe和Mn以及Cd等重金属含量随着粒径的增大而不断增加,说明Cd等重金属元素更倾向于在大粒径铁锰结核中富集;土壤中Cd等重金属总量的约90%赋存在结核中,表明研究区土壤中重金属主要以结核形式赋存;富含铁锰结核的土壤中赤铁矿和针铁矿的平均含量分别为0.61%和4.94%,且结核粒径越大,针铁矿和赤铁矿含量越高;除Hg外,Cd等重金属含量与针铁矿和赤铁矿的含量均呈现极显著正相关,与赤铁矿的相关性稍优于针铁矿,表明铁氧化物矿物与富含铁锰结核土壤中的Cd等重金属元素富集密切相关。铁锰结核的存在既能促进Cd等重金属在土壤中的富集,又能降低土壤中重金属的生物有效性,研究结果为解释岩溶地质高背景区土壤Cd等重金属元素高含量、低生物有效性提供了理论依据。

土壤-灰岩岩溶系统中水文地球化学动力学过程模拟及其意义

在实验室模拟了土壤－灰岩岩溶系统，对降水淋滤下元素地球化学动态进行了系统监测。结果表明，岩溶作用使土壤中易移动性组分淋溶，Ｃａ^（２＋）、ＨＣＯ_３~－的淋出动态表现为开始的快速下降和随之的平衡两个淋出阶段，淋出量与土壤中水溶性Ｃａ、可氧化有机质的含量有关。土壤对ＨＣＯ_３~－的淋出与排释有促进作用。这种动力学特征对解释岩溶沉积古记录和岩溶作用的大气ＣＯ_２汇效应具有重要意义。

广西岩溶区芒果园土壤碳氮磷化学计量特征

【目的】探究广西岩溶区土壤养分生态化学计量特征的空间分异规律,以及岩溶区富钙偏碱的地质背景对土壤有机碳、全氮和全磷化学计量特征的影响,为揭示岩溶区土壤养分循环规律及指导科学施肥提供科学参考。【方法】在百色市田阳县芒果生产基地选择典型岩溶样地,采集洼地、洼地—坡地过渡带、坡地和垭口等不同地貌部位表层土壤样品,通过测定土壤有机碳、全氮和全磷及相关土壤元素等,运用统计学方法分析岩溶区不同地貌部位土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及影响因素。【结果】研究区土壤有机碳、全氮和全磷含量的平均值分别为17.24、2.31和0.70 g/kg,C∶N、C∶P和N∶P平均值分别为7.43、26.11和3.44。土壤有机碳和全氮含量以坡地最高,洼地最低;全磷含量以垭口最高,从洼地、洼地—坡地过渡带和坡地呈降低趋势;C∶N、C∶P和N∶P总体上表现为坡地>洼地—坡地过渡带>洼地>垭口。统计分析结果显示,阳离子交换量(CEC)、pH、含水率、容重及全钙含量对岩溶区土壤有机碳、全氮和全磷化学计量特征具有很好的解释。偏相关分析结果显示,钙是有机碳和全氮的重要影响因子;土壤有机碳、全氮和全磷的化学计量与CEC、全镉的相关性受钙制约;有效态元素与土壤有机碳、全氮和全磷化学计量的相关性受pH和钙的制约较小。【结论】研究区土壤碳氮磷化学计量受地貌部位影响,且土壤中全钙含量是土壤碳氮磷化学计量的重要影响因子。研究区农业生产上应选择元素有效性高的化肥施入,特别是磷元素,根据果树生长阶段需肥特点进行针对性补充。

岩溶区土壤中重金属的富集机制及环境影响:以黔中平坝剖面为例

选择黔中地区一条白云岩发育的土壤剖面(平坝剖面),通过对基岩酸不溶物提取,并结合重金属在剖面中的分布特征和质量平衡计算,初步讨论了土壤中重金属的富集机制及其环境影响。1)碳酸盐岩风化过程中,无论重金属是否强烈亏损,在其发育的土壤剖面中均明显富集,这种现象主要源于基岩中碳酸盐充分溶解导致酸不溶残余物体积的巨大缩小变化,进而使赋存期间的重金属显著残余富集;2)由基岩酸不溶物累积发育而成的土壤剖面中,重金属的进一步带入/带出引起质量比上的增加/减少,具有一般土壤剖面的演化特征;3)贫重金属碳酸盐岩发育的土壤中,大多数重金属质量比大于农用地土壤污染风险筛选值,存在潜在的环境风险,应引起重视。

生物炭对岩溶区黄龙病脐橙园土壤N_(2)O排放的影响

岩溶区黄龙病柑橘园土壤氮转化存在特殊性。土壤改良剂生物炭对岩溶区黄龙病柑橘园土壤N_(2)O排放的影响及其微生物调节途径目前尚不清楚。本文通过室内培育试验研究了生物炭添加对岩溶区黄龙病脐橙园土壤N_(2)O排放、土壤氮素净硝化率/矿化率、硝化和反硝化功能基因的影响及其相互关系。结果表明,添加生物炭改变了土壤氮素净硝化率/矿化率、反硝化相关功能基因nosZ和硝化相关功能基因AOA-amoA、AOB-amoA的丰度,添加量为2%时是多数指标增长的峰值,与对照差异显著。添加生物炭降低了岩溶区脐橙园土壤N2O的平均排放速率和累积排放量,但各处理间差异不显著。DCA排序显示生物炭添加不同处理N_(2)O的排放速率主要受NH_(4)^(+)-N含量、nirK丰度、nosZ丰度的负向影响,NO_(3)^(–)-N含量和AOA-amoA丰度的正向影响。若要进一步提升生物炭对该土壤的减排效果,应注意提升土壤NH_(4)^(+)-N水平和反硝化相关功能基因丰度,抑制土壤NO_(3)^(–)-N水平和硝化相关功能基因AOA-amoA的丰度。本研究结果可为岩溶区黄龙病柑橘园土壤N_(2)O减排及调节机制研究提供借鉴。

西南岩溶地区黄荆叶片碳酸酐酶的稳定性

研究表明西南岩溶地区几种植物叶片中含有明显活性的碳酸酐酶(carbonic anhydrase,CA),从黄荆(Vitex negundo)叶片提取碳酸酐酶,该酶具有良好的热稳定性。阴离子及岩溶环境主要金属离子对碳酸酐酶活性有一定的影响,Ca2+、Mg2+低于10mmol L-1,Mn2+、Zn2+低于0.01mmol·L-1,Co2+、Cu2+低于0.001mmol L-1,NO3、Cl-、Br-、I-、NO2低于0.01mmol·L-1时,酶活性较稳定。0.001～0.01mmol L-1的Ca2+、Mg2+对该酶有激活作用。研究结果表明,该酶比较适应岩溶土壤水体的.离子环境从而保持酶活性的相对稳定。

不同土地利用类型下土壤碳酸酐酶剖面分异特征研究

利用pH计法来研究西南岩溶区4类土地利用类型11个样地20cm、40cm和60cm土层碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase,CA)的剖面分异特征,并与非岩溶样地进行对比。结果表明:西南岩溶区不同土地利用类型不同土层的CA活性存在较大差异。在林地中,40cm和60cm土层的CA活性明显高于20cm土层;而在乔灌丛、灌丛和耕地中,土壤CA活性表现出60cm土层处最高,20cm土层处最低,并与弃耕地不同土壤层CA活性变化趋势截然相反,这是因为弃耕地受人类活动干扰导致土壤CA活性出现逆转。进一步分析还可以看出林地、乔灌丛、灌丛和耕地4种土地利用类型下土壤CA活性总体呈现出随植物根系深度增加而增加的变化趋势,从而说明土地利用类型是导致土壤碳酸酐酶剖面产生分异的主要因素,并为进一步研究土壤CA在自然界碳酸盐岩风化过程中的作用提供了科学依据。