一种石漠区地表岩石裸露率测量方法

岩石裸露率是判定喀斯特石漠化等级最基础指标之一,其精度对判定石漠化分布区、划分等级、制订防治措施十分重要。传统机械布点法测量内容单一,无法满足日益严峻的石漠化治理需求。针对这一问题,本实验设计在小尺度不同粒径岩石裸露条件下,应用照片处理技术(拍照)获取岩石裸露率并分类径级的方法,并与传统机械布点测量方法进行比对。结果发现:拍照测量得到的岩石裸露率低于机械布点测量值,在拍照测量结果未达到石漠化(岩石裸露率<30%)时两种方法之间的差异显著,超过此比例后两种测量结果的差异随着岩石裸露率的增加而逐渐减小;拍照测量岩石裸露率变异系数高于机械布点测量结果,说明拍照方法更能反映喀斯特石漠化岩石高异质性特性;拍照测得石漠化区和治理区的岩石分布密度分别为111个/m2和67. 4个/m2,两个样地岩石优势粒径均为75～250 mm,但综合来看,治理区样地的岩石粒径尺寸要高于石漠化区。机械布点测量简单、快捷,但数据内容单一,拍照测量不仅可以反映岩石裸露率,还可同时测量岩石粒径和分布密度,敏感度较机械布点测量高,能反映喀斯特石漠化地区更多的细节和变异,能更好地服务于石漠化治理。

喀斯特小流域坡度-土层厚度与岩石裸露率间耦合关系的研究

探讨喀斯特地区不同岩石裸露率等级强度下坡度与土层厚度间的耦合关系,有助于揭示喀斯特地区坡度、土层厚度与岩石裸露率三者之间的内在联系。以喀斯特后寨河小流域为研究对象,从数学角度对不同岩石裸露率等级地区坡度-土层厚度间的耦合关系进行定量研究。并运用主成分分析法和层次分析法求出在不同主成分影响作用下,坡度、土层厚度这两个影响因子的权重,使坡度、土层厚度之间的关系可突破量纲的限制直接进行运算,并最终拟合出方程,得到岩石裸露率、坡度与土层厚度三者之间的数学关系。计算结果表明:(1)流域内,石漠化等级较高的地区,集中分布在坡度为15°~25°,土层厚度为40 cm左右的地区。(2)喀斯特小流域内,岩石裸露程度与坡度-土层厚度的耦合系数值呈正比,即岩石裸露率越大的地区,坡度-土层厚度耦合系数值越大。(3)喀斯特小流域内,坡度、土层厚度和岩石裸露率的关系较为复杂,在0~15°和25°以上地区随坡度增大,土层厚度减小、岩石裸露率增大。15°~25°地区随坡度增大,土层厚度增大、岩石裸露率减小。

黔中天龙山典型喀斯特次生林地上生物量与环境因子的关系

为探究喀斯特次生林地上生物量与环境因子的关系,该文以黔中普定县喀斯特天龙山典型次生林样地为研究对象,采取单物种及不同径级组地上生物量模型计算优势种及群落生物量,采用空间分布图描述环境因子与群落地上生物量空间分布状况,利用相关性检验(Pearson)、一般线性模型(GLM)以及冗余分析(RDA)讨论群落、生活型、物种地上生物量与环境因子的关系。结果表明:(1)喀斯特次生林群落地上生物量总量为106.94 t·hm^(-2),优势种地上生物量占整个样地的91.77%,其中常绿植物高于落叶,窄叶柯(Lithocarpus confinis)与化香树(Platycarya strobilacea)地上生物量在群落中占比最高,分别为34.23%和34.37%。(2)岩石裸露率空间分布呈现明显的上下梯度差异,上坡显著大于下坡,坡度与土壤厚度空间分布不连续,无明显规律。(3)群落地上生物量与土壤厚度呈显著正相关,二者空间分布趋于一致,土壤厚度是群落地上生物量的主要影响因子,岩石裸露率与坡度对群落地上生物量的影响较低。(4)对于不同生活型,岩石裸露率对地上生物量的影响程度最高,土壤厚度与坡度对常绿植物的影响大于落叶。(5)对于不同物种,环境因子与地上生物量的相关性复杂,大部分物种与土壤厚度呈正相关,化香树、刺异叶花椒(Zanthoxylum dimorphophyllum var.spinifolium)分别与岩石裸露率、坡度呈正相关。综上认为,该研究区次生林植被恢复缓慢,土壤厚度是群落地上生物量的主要影响因子,但对于不同生活型和物种而言,地上生物量对环境的响应会受到生活型差异、物种生境偏好及种间关系等生物因素的影响。

茂兰喀斯特森林地上生物量林层格局及驱动因子

以茂兰国家级自然保护区内喀斯特森林作为研究对象,建立森林样地并使用异速生长方程计算森林木本植物的地上生物量,采用配对t检验和线性混合效应模型等统计方法,分析森林地上生物量的林层(上木层和下木层)分布格局及驱动因子(非生物因子和生物因子)。研究发现茂兰喀斯特森林地上生物量主要分布在上木层。非生物因子中,仅岩石裸露率对森林总体地上生物量产生了负向作用,分为不同林层后,进一步发现岩石裸露率仅对上木层地上生物量产生负向作用,而对下木层则无作用;还发现地形生境的重要作用,表现为山腰上木层地上生物量大于山顶的,而山顶下木层地上生物量则大于山腰的。生物因子中,仅植株密度对上木层和下木层地上生物量产生正向作用。结果表明:茂兰喀斯特森林地上生物量受到非生物和生物因子的共同调控;若仅分析森林总体地上生物量,则难以发现不同林层地上生物量分布格局及驱动因子的差异。本研究提示对喀斯特森林地上生物量及驱动因子进行分层分析的必要性,同时也为茂兰喀斯特森林后续的经营管理提供了一定的理论基础。

喀斯特地区不同岩土组构对岩溶碳通量的影响

我国南方喀斯特地区岩石裸露率高、土层浅薄且分布不均,这种特殊的岩土组构如何影响水文过程对于准确估算岩溶碳通量具有重要意义。水化学径流法是计算流域尺度岩溶碳通量的常用方法,其中流域面积和流量作为2个重要参数在喀斯特地区往往难以准确获取。在普定喀斯特生态系统观测研究站设计了一组岩土比(1∶1和4∶1)和一组土层厚度(5,20,100 cm)共计5种岩土组构的模拟试验场。通过一个完整水文年的流量和水化学监测,定量研究了岩石裸露率和土层厚度对水文过程以及岩溶碳通量的影响。研究结果表明,5个模拟试验场岩溶碳通量平均值为(17±3)gC/m^(2)/a,受渗漏量控制,雨季(5-10月)约占95%;岩石裸露率(2组岩土组构之间)对渗漏量的影响可达14%,且随着岩石裸露率增加,入渗系数也相应增加;土层厚度对渗漏量的影响仅在1%~2%之间。此外,对8个野外流域观测数据的分析发现,入渗系数与岩溶碳通量的相关性最为显著,说明入渗系数是喀斯特地区不同岩土组构地质背景影响和控制岩溶碳通量的主要因素,同时这种影响可能随降雨量变化而变化,即入渗系数并非常数。

石漠化对峰丛洼地土壤有机碳储量的影响——以广东英德市岩背镇为例

为掌握石漠化对岩溶地表土壤碳量的影响，选择粤北英德市岩背镇塘边村岩溶峰丛不同石漠化程度样地进行系统调查，采用单位面积土壤有机碳指标分析石漠化过程对土壤有机碳储量影响。结果表明：（1）极重度石漠化使土壤厚度、地表生物量显著减少，使岩石裸露率显著增加，但在潜在、轻度至中度石漠化中，差异不显著；（2）极重度石漠化土壤有机碳含量显著高于其他石漠化，中度石漠化土壤有机碳高于轻度石漠化，轻度高于潜在，但差异不显著；（3）10-20 cm 土层有机碳含量明显低于表层，岩石裸露及土壤主要在溶蚀缝隙中分布和发育是造成极重度和中度石漠化单位重量土壤有机碳增加的主要原因；（4）中度、轻度和潜在石漠化单位面积土壤有机碳分别是极重度的49.23倍、47.9倍和29.4倍；（5）岩石裸露率是影响岩溶地表生态的最主要因素，它和地表生物量之间存在极显著的负相关，与单位面积土壤有机碳总量呈显著的负相关关系，和土壤厚度也存在显著的负相关关系，此外，岩溶植物的高度适应性可以削弱石漠化的影响。

基于NDRI像元二分模型的石漠化信息提取研究

岩溶石漠化是我国当前面临的三大生态灾害之一,以基岩裸露为主要表现特征的土地退化现象突出,岩石裸露率是评价石漠化的关键指标之一。本文选择滇东南地区广南县为研究区,构建归一化岩石指数(NDRI),引入像元二分模型法,提出了基于NDRI像元二分模型提取岩石裸露率,依据岩石裸露率与石漠化相关关系,得到了研究区石漠化面积及其分布状况。根据野外调查结果,对石漠化信息提取结果进行了精度验证,利用短波红外(TM7)与近红外(TM4)波段得到的结果远优于利用中红外(TM5)与红光(TM3)波段得到的结果,为相似岩溶区石漠化信息提取提供了参考。

滇东南岩溶石漠化信息提取研究

文章以云南省马关县为研究区,基于岩溶石漠化与植被覆盖度和岩石裸露率之间的关系,采用像元二分模型计算出研究区的植被覆盖度和岩石裸露率信息,结合碳酸盐岩分布图和土地利用类型图,剔除非岩溶石漠化区域,加权叠加植被覆盖度和岩石裸露率数据,提取出试验区的岩溶石漠化信息,并且计算岩溶石漠化分级断点值,得到五个等级石漠化的分布情况和面积。试验表明,该方法可以快速、准确地提取研究区石漠化分布状况。

典型小流域喀斯特石漠化演变特征及其关键表征因子与驱动因素

中国西南喀斯特区域土地石漠化生态灾难已经严重制约了经济和社会的发展,而对石漠化进行治理,其空间分布信息的准确提取是必不可少的。针对现有石漠化信息提取技术存在不可能发生喀斯特石漠化(Impossible to develop karst rocky desertification,IKRD)范围提取不准确,关于石漠化的时空演变分析较少及其驱动因子、表征因子繁杂等问题,本文以典型喀斯特流域后寨河流域为研究对象,基于高精度影像识别提取IKRD范围,利用植被覆盖度、岩石裸露率对研究区域准确提取石漠化信息,揭示该区域不同石漠化等级的时空演变规律,同时探明石漠化分布与地表反照率、坡度的相关性。研究结果表明:(1)2005年至2010年后寨河流域石漠化程度整体在恶化,在后寨河流域西南部分和中部极少区域石漠化程度有所减轻,其余区域基本未发生变化,而在2010年至2015年后寨河流域石漠化程度大部分区域都呈减轻状态,而且石漠化程度减轻强度较大,在南侧大部分区域石漠化程度都呈减轻状态,且强度较大。(2)2005年至2010年后寨河流域石漠化程度减轻、未发生变化以及加重的面积分别为4.23 km^2、25.736 km^2、20.81 km^2,各部分面积占比分别为8.3%、 50.7%、41%。(3)2010年至2015年后寨河流域石漠化程度减轻、未发生变化以及加重的面积分别为31.87 km^2、16.57 km^2、6.85 km^2,各部分面积占比分别为57.6%、30%、 12.4%。(4)石漠化区域的坡度、地表反照率主要集中在2°-22°、0.12-0.21之间,而且随着坡度值的增加,潜在石漠化、重度石漠化面积占比增高,轻度石漠化和中度石漠化面积占比降低,随着地表反照率增加潜在石漠化、轻度石漠化面积占比增高,重度石漠化面积占比降低。综上所述,在2005年至2015年间,后寨河流域石漠化演变因贵州省2008年至2010年开始实施退耕还林还草等石漠化综合治理工程而呈现先恶化,后减轻的状态,同时通过对该区域石漠化分布与地表反照率、坡度的相关分析发现,地表反照率和坡度可以作为石漠化研究的辅助表征因子和驱动因子。

样地面积对黔中喀斯特石漠灌丛林植物多样性的影响

在生境要素及植被发育程度相似的黔中喀斯特石漠灌丛林内,一次性完成12个200 m2样地及其中96个25 m2样方的调查,采用改进的巢式样方法研究植物多样性指数值随样地面积增加的变化规律,并为确定植物多样性研究的最小调查样地面积提供科学依据。结果表明:随着有序样地面积增大,灌木植物Patrick指数、Gleason指数及Margalef指数值增加,Shannon指数、Pielou指数及Alatalo指数值先增后减,样地间6种植物多样性指数值的差异性显著; Simpson指数及McIntosh指数值也先增后减,但样地间2种植物多样性指数值的差异性不显著。8种植物多样性指数按信息保存量≥80%划分,最小调查样地面积被划分为2种类型:100 m2样地包括Patrick指数,反映物种数量多少; 25 m2样地包括Gleason指数、Margalef指数、Simpson指数、Shannon指数、Pielou指数、Alatalo指数及McIntosh指数,反映植物多样性及均匀度。8种植物多样性指数值的Connor&McCoy模型拟合效果较好、de Caprariis模型及Michaelis-Menton模型拟合效果较差,Patrick指数和Margalef指数的Arrhenius模型及Logistic模型拟合效果也较好。8种植物多样性指数与96个样方的灌木植物平均高度和草本植物平均盖度的相关性显著,与草本植物平均高度的相关性不显著。主成分分析表明,立地要素、林分密度及林分空间属性对石漠灌丛林灌木植物多样性的贡献率分别为4.3%～11.7%、35.4%～67.9%和20.4%～60.2%,灌木植物多样性主要受林分结构及发育程度的影响。