全球气候变化下西南喀斯特地区气候与水文系统的综合响应研究——以贵州为例

以贵州为例,分析了1978—2021年贵州的年平均温度、降水、湿度、日照时数、地表水资源、地下水资源、河流输沙量等要素与气候变化的响应,并构建气候变化综合评价指数进行综合响应评价。结果表明:全球气候变暖与贵州气温变化相关性显著,而与年平均相对湿度、地表水资源量、地下水资源量和河流输沙量变化相关性比较微弱;随着全球气候变暖,贵州气温呈波动式的增加趋势,降水量也呈增加趋势,而贵州全省年日照时数、相对湿度、地表水资源量、地下水资源量和河流输沙量呈减少态势;综合响应总体呈增加趋势;贵州气候与水文系统中各要素总体变化幅度相对较小;在研究时段,气温、降水量、相对湿度、河流输沙量均为负偏态分布,表明平均量偏多的年份比偏少的年份出现的概率大;而地表水资源量、地下水资源量、日照时数为正偏态分布,表明平均量偏多的年份比偏少的年份出现的概率小。

西南喀斯特地区与非喀斯特地区气象干旱时空特征及其对植被的影响

本文基于1982―2020年逐月自校正帕默尔指数(sc_PDSI)及归一化植被指数(NDVI)数据集,使用集合经验模态分解(EEMD)、Mann-Kendall趋势检验和相关性分析等方法对西南喀斯特与非喀斯特地区的干旱时空变化特征进行分析,并在多时间尺度讨论植被对干旱的响应关系。结果表明:①西南喀斯特和非喀斯特地区均呈现“干旱-湿润-干旱”的变化过程,经EEMD分解后,sc_PDSI存在季节、年际和年代际尺度的周期变化规律,其中年际尺度变化占主导地位(方差贡献率最大)。非喀斯特地区和喀斯特地区的sc_PDSI依次在2014年、2015年发生突变,喀斯特地区干旱指数突变发生在非喀斯特地区之后。总体上,喀斯特地区干湿度优于非喀斯特地区。②在西南喀斯特地区,呈现干旱化和显著干旱化的面积比例分别为42.47%和12.75%,均低于非喀斯特地区干旱化(50.69%)和显著干旱化(27.79%)的面积比例。且喀斯特地区显著湿润化的面积比例为48.81%,远高于非喀斯特地区显著湿润化面积36.23%。③在月度、年度和多年尺度上,喀斯特地区和非喀斯特地区植被NDVI与sc_PDSI均呈负相关关系。且随着时间尺度增加,植被NDVI与sc_PDSI之间相关性越大。西南地区78.87%的区域植被NDVI对sc_PDSI的响应存在滞后性。喀斯特地区和非喀斯特地区植被NDVI对sc_PDSI的响应呈现滞后性面积比例分别是76.43%和68.75%,滞后时间尺度分别以1~3个月和3~6个月为主。本文期望为喀斯特地区生态恢复及区域发展提供理论参考和科学依据。

西南喀斯特区不同土地利用梯田优先流定量分析

为探明不同土地利用类型条件下优先流入渗的定量特征,以西南喀斯特地区梯田的园地、耕地和林地为研究对象,通过表置式环式入渗仪和亮蓝进行染色入渗试验,对梯田上不同土地利用类型的优先流和基质流进行了定量划分,并对其入渗速率和累积入渗量进行了对比研究。结果表明:①基质流是该地区梯田土壤入渗的主要部分。②在整个入渗过程中,园地和耕地的优先流渗透率都大于林地,达到稳定入渗时,耕地和园地的优先流入渗率分别是林地的1.87和1.80倍,累积入渗量是林地的1.2和1.3倍。③从染色渗透深度来看,耕地的优先流运动深度可达32.1 cm,明显大于园地(25.5 cm)和林地(15.7 cm),即与林地相比,园地和耕地具有更好的孔隙发育,优先流现象更明显。④不同土地利用方式的土壤质地显著影响优先流入渗率和入渗量的大小。研究结果可深化对西南喀斯特梯田入渗过程的认识,并对防控西南喀斯特地区水土流失具有一定指导意义。

西南喀斯特地区乡村旅游与生态文明建设耦合协调发展研究

乡村旅游与生态文明建设共融共促有助于西南喀斯特地区生态环境保护可持续发展、改善农村人居环境。以西南喀斯特地区8个省份为具体研究对象,基于2010—2019年的面板数据,构建乡村旅游与生态文明建设评价指标体系并进行测度,运用耦合协调度模型和地理探测器模型,分析两大系统耦合协调关系及相互作用机理。结果表明:乡村旅游与生态文明建设相互作用强,且耦合协调度呈现逐年优化趋势,总体呈四周高、中部低,且以“U”字型由四周向中部逐渐降低的空间差异特征;研究初期为乡村旅游滞后型,后期逐步实现同步,并向更好的协调类型发展;两大系统耦合协调是受文化作用力、经济驱动力、产业聚集力、政府推动力以及公共服务支撑力等因素共同作用的结果,其中,生态文化的影响力最大。

2009—2020年桂西南喀斯特地区土地利用时空变化特征分析

分析2009—2020年桂西南喀斯特地区土地利用时空变化特征,重点分析耕地的时空演变情况,为地方政府制定耕地保护等相关土地政策提供参考。利用ArcGis、Fragstats 4.2等软件,运用土地利用变化模型、景观指数分析等方法,探索了2009—2020年桂西南喀斯特地区4个县(市)的土地利用时空变化情况,揭示研究区域土地利用存在的主要问题。结果表明:(1)2009—2020年间,桂西南喀斯特地区4个县(市)耕地减少规模2.42万hm~2,年均减少率为1%,优质耕地有所减少;(2)2009—2020年间,研究区域的建设用地总量净增1.14万hm~2,年均增长率2.74%,城市扩张不断侵蚀优质耕地;(3)研究区近10年间景观格局发生变化,耕地破碎度不断增加,林地景观优势度增加,喀斯特独特的地形地貌导致耕地景观形状复杂。

农地流转市场转型对土地生产率增长的影响——基于西南喀斯特地区农村经济调查数据的实证

西南喀斯特五省区的调查数据实证检验了农地流转市场转型表征变量对山区土地生产率的影响,对进一步推进山地农业高质量发展具有重要现实意义。实证结果表明:农地流转市场转型显著影响土地生产率,非熟人间流转、正式合约流转对土地生产率有正向作用,但在不同作物间、在经营主体是否获得农业补贴支持间存在差异,流转租金市场化则存在负向影响;农业中间投入、是否为村内大姓对土地生产率有激励作用,自家经营的农地面积则存在显著抑制效应。

我国西南岩溶地区土地石漠化研究

在西南地区分布着以贵州为中心的、面积约 5 4万km2 的碳酸盐岩山区 ,它是我国喀斯特地貌最发育的地区。同时也是石漠化最严重的地区。石漠化的产生与发展既有自然方面的原因 ,又有人为方面的原因 ,究其根本原因 ,是其岩溶生态系统中土壤这个关键因子的脆弱性所致。

基于SWAT的猫跳河流域径流及土壤侵蚀模拟研究

为深入了解猫跳河流域水文水资源状况,预测水文物理过程、合理利用水资源,对其采取有效的水土保持措施。在GIS支持下,构建SWAT模型所需的空间数据库、气象数据库、土地利用数据库、土壤属性等数据库,考虑西南岩溶地区水文特点,对模型中的岩溶水功能模块进行改进,成功构建了猫跳河流域SWAT模型,模拟分析了流域的径流和土壤侵蚀过程,并对SWAT在该地区的适应性进行探讨。结果表明:SWAT模型很好地概化了研究区的参数,模拟效果较好,在整个流域内具有良好的适用性。通过计算27个子流域内的侵蚀模数,对流域内的土壤侵蚀强度进行了分级,结果显示流域下游的土壤侵蚀较为严重,是水土流失防治及治理的重点区域。

西南岩溶区生态退化研究

西南岩溶区生态系统退化的形成是脆弱的生态环境和长期不合理的人为活动所引起的,退化过程大致包括原始森林→准原始森林→低级人工-自然复合生态→中级人工-自然复合生态→高级人工-自然复合生态→疏草、石漠6个阶段,相应的植被面貌也由原生地带性森林依次转变为原生+次生阔叶混交林、针叶林+人工林、矮幼林+灌丛、草灌+石漠。西南岩溶区生态系统的修复重建,必须首先将人为活动限制在岩溶生态系统环境承载允许的范围之内,并辅以适当的生物、工程措施方可收到良好的效果。

西南喀斯特地区构树苗木对土壤干旱胁迫的生理响应

在西南喀斯特地区,采用土壤干旱胁迫的方法,对不同土壤水分条件下一年生构树苗木的生理指标进行了观测,研究其对土壤干旱胁迫的生理响应。结果表明:随着土壤干旱胁迫的加剧,构树的叶水势、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用率都有所下降,表明构树有较高的耐旱生产潜力,对水分亏缺的适应能力也较强。阐明了其能够在退化喀斯特生境中生存的生理基础。

关于西南岩溶区石漠化土地恢复重建目标的讨论

根据恢复生态学相关研究进展和西南岩溶区石漠化土地综合治理现状,探讨了石漠化土地生态恢复重建的不同空间尺度目标、阶段性目标、植被生态建设目标、社区文化建设目标和效益目标。指出防治岩溶石漠化的实质绝不仅仅是岩溶山区的水土保持问题和恢复植被,只有实现环境恢复、经济发展和社会进步三者的协调发展,生态建设与富民增收并举,石漠化等环境问题才能得到真正的全面解决。因此,近期石漠化综合治理模式目标必须结合市场重新认识资源环境优势,由扶贫型向提高生活质量型转变,由单一坡改梯向多途径特色农业转变,由防护型向开发型转变,由政府主导向参与式转变,从而打破岩溶脆弱生态背景上土地退化的恶性循环。

西南喀斯特地区城乡融合发展乡村振兴路径研究

西南喀斯特地区是中国乡村振兴建设的重点及难点地区。针对西南喀斯特地区乡村振兴发展条件及面临的问题,该文探讨了西南喀斯特地区城乡发展关系、乡村振兴的路径。研究表明:1)西南喀斯特地区应在已有城镇体系的基础上,构建以小城市、小城镇、重点镇及中心村为主体的新型山地特色城镇体系,完善城乡城镇体系,在提高城镇化率,减少乡村人口及乡村数量的基础上实现乡村振兴。2)以新型山地特色城镇体系和农业现代化转型为核心,促进乡村经济与城市经济的深度融合,形成乡村振兴的"内源"驱动发展机制。3)乡村振兴路径,应结合西南喀斯特山地特色,实施新型山地特色城镇体系建设工程,通过城镇的辐射带动,促进城市经济与乡村经济融合;实施以"劳动+技术+资本"多重集约化为特征的农业现代化转型,提高单位土地生产率和劳动生产率,保障农户收入持续增加;实施山地特色农业的纵向、横向延伸产业化工程建设,实现农业生产与经济发展的深度融合,实现农业的内源驱动发展。4)乡村振兴政策,应着力从创新农业经营体系,加强智力、人才支持,创新农村土地利用管理体制机制,因地制宜、科学规划,完善基础设施等方面,保障乡村发展转型与振兴。

基于随机森林算法的参考作物蒸发蒸腾量模拟计算

选取西南喀斯特地区4个气象站点(都安、河池、百色和融安)5 a(2008—2012年)的逐日气象数据,包括日最高气温Tmax、日最低气温T_(min)、相对湿度R_H、日照时数n和风速u2这5个气象因子的不同组合作为输入,并以FAO 56 Penman-Monteith法(FAO P-M)的计算结果作为标准值,建立基于随机森林(Random forest,RF)算法和基因表达式编程(Gene expression programming,GEP)算法的ET0模型,并将模拟结果与传统Hargreaves模型的计算结果进行比较。结果表明,不同气象因子组合下建立的RF模型均能较好地反映气象因子与ET0之间的非线性关系。随着气象因子的增加,RF模型模拟的精度随之提高。在仅有气温数据时,RF模型仍具有足够的精度(R^2为0.875,RMSE为0.546 mm/d),与传统Hargreaves模型相比R2平均增加了1.98%,RMSE平均减小了22.88%,因此在仅有气温数据时可用RF模型代替Hargreaves模型。RF算法对气象因子的重要性评估表明,在该区域对ET_0最重要的气象因子依次为T_(max)、n、T_(min)、R_a、R_H和u_2。相同气象因子输入下,RF模型精度高于GEP模型。

西南喀斯特山区土壤水分研究

西南喀斯特地区是一种受地质背景制约的脆弱生态环境,具有地表水缺乏、土层浅薄且不连续、植被覆盖率低等基本特征。由于喀斯特山区水文地质结构的复杂性和小生境类型的多样性,该地区土壤水分运移相当复杂,具有许多和其它类型区不同的规律和特点。在介绍西南喀斯特山区土壤水分生态环境特征和土壤水分研究现状的基础上,概述了西南喀斯特山区土壤水分测定方法、有效性、入渗规律、空间变异性等几个方面的研究进展。今后土壤水分研究应以岩石-土壤-植被系统为对象,注重多学科交叉以及新方法与新技术的应用,加强喀斯特生态系统各因子的相互作用关系及其对生态过程影响的研究,重视植被对异质性生境的响应及其适应性调控机理的研究,以实现喀斯特山区水土资源的协调利用和植被的恢复重建。

基于系统动力学的中国西南岩溶区的水资源承载力——以贵州省毕节地区为例

对中国西南岩溶区水资源-生态环境-社会经济反馈关系进行分析,选取贵州省毕节地区做为研究对象,建立毕节地区水资源承载力系统动力学模型;通过动态模拟和综合调试,生成5种有效方案:传统发展型方案(方案1)、节水发展型方案(方案2)、开源与环保发展型方案(方案3)、GDP快速增长型方案(方案4)和协调发展型方案(方案5)。综合分析得出方案5是调控优化方案。对方案5对应的SD模型发展趋势做分析,为毕节地区及西南岩溶区水资源可持续利用提供决策依据。

西南喀斯特地区土壤侵蚀特征研究现状与展望

受地质背景的强烈制约,西南喀斯特地区土壤侵蚀与其他类型区显著不同,叠加了化学溶蚀、重力侵蚀和流水侵蚀的耦合作用,呈现地面流失和地下漏失的混合侵蚀机制。从土壤地表侵蚀产沙、土壤地下漏失、土壤侵蚀强度与分级标准、土壤侵蚀过程模拟等几个方面简要综述了该区土壤侵蚀特征,并对未来研究方向进行了展望。今后应该加强西南喀斯特地区水土流失途径与土壤流失/漏失定位监测技术研究,进一步发展水土二元流失模拟模型,为该区土地利用变化的水土保持功能定量评估提供科技支撑,服务石漠化综合治理和后续规划制订。

我国南方岩溶山区石漠化基本问题研究进展

通过参考国内研究的相关文献,运用比较分析方法,从岩溶石漠化概念的内涵、分布格局和量化分级、成因分析和演化过程、综合治理和效益评价等基本问题回顾了我国南方岩溶山区石漠化研究进展:岩溶石漠化的概念和成因已取得了较为一致的认识;石漠化等级评价指标相差甚远,需要建立统一调查研究方法、分级标准和评价指标体系;已探索出了一些较好的治理模式和方法,但治理建设仍然存在很大困难;目前没有成熟的石漠化治理效益评价体系和方法,严重影响了石漠化治理措施的修订和完善。指出了我国岩溶石漠化问题研究应从如下几方面加强:不断创新岩溶石漠化的研究方法;把握岩溶石漠化与人类活动相互作用关系;深入开展岩溶石漠化过程模拟与调控研究;推广和完善岩溶石漠化综合治理技术和模式;重视地球系统科学在岩溶石漠化研究中的运用。在岩溶石漠化与人类活动相互作用关系方面,特别要注意加强石漠化地区土地的生产力和人口承载力的定量研究;实施岩溶山区人类经济活动影响预报和经济社会后果预报,建立岩溶山区生态安全监控预警系统;加强不同时空尺度下岩溶石漠化人文驱动机制研究;确定自然因素和人文作用对石漠化过程的正负面影响和各自的贡献率,建立相应的概念模型和数学模型等。

西南岩溶区土壤生态系统退化研究

受喀斯特特殊地质历史背景的影响,中国西南岩溶区土壤生态系统存在土壤垂直分异强烈、空间分异强烈、土壤不可再生性的结构特征和营养元素循环不畅、植被生长受限的功能特征。笔者在分析西南岩溶土壤生态系统结构和功能脆弱性的基础上,从系统物质能量循环的角度来探讨西南岩溶区土壤生态系统在土壤侵蚀过程中土壤结构、养分、水分、微生物退化过程和机理。

西南喀斯特地区水土过程与植被恢复重建

受地质背景的强烈制约,西南喀斯特地区地表缺水少土,生境异质性高,在人类不合理的土地利用下极易诱发石漠化,是我国生态治理、扶贫攻坚的重点和难点地区。在简要介绍西南喀斯特地区土壤-岩石环境特征的基础上,重点阐述了该区水文-侵蚀过程与规律,探讨了植被恢复现状与治理对策,并提出了未来的发展方向。认为今后应基于水土过程研究,将植被恢复与生态治理和惠民增收有机结合,促进西南喀斯特区域生态与社会经济可持续发展。

西南岩溶区生态旅游评价模型研究

西南岩溶区高品位旅游资源丰富且种类齐全,但其独特的岩溶地质环境对旅游开发建设、旅游接待经营响应十分敏感。本文立足于"人地共生"的生态旅游理念,以污染、风险、干扰、垄断四大指标为依据,选取了12项评价因子和5项修正指数,构建出PRIM标靶评价模型。通过该模型可计算出生态旅游指数进而定量化评价岩溶区旅游开发项目的生态旅游开发态势;还可根据四大指标在标靶模型中的收敛程度和极轴分布,判定评价目标所存在的主要问题及应采取的相应措施。笔者结合路南石林、桂林漓江和福建天鹅洞三个案例,对PRIM标靶评价模型进行验证,评价结果显示,路南石林、桂林漓江生态旅游指数稳定,属于标准的生态旅游景区,但垄断指标较高,后期需要调整旅游收入再分配比例;福建天鹅洞属于准生态旅游景区,在旅游安全措施、开发垄断等方面还存在不足,需要进一步完善。