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。

西南喀斯特地区水体溶解无机碳时空分布特征及其来源分析

碳循环是地球主要物质循环之一,对全球气候变化与人类发展具有重要影响。本文梳理了近年来嘉陵江水系、乌江水系、赤水河水系及西江水系溶解无机碳的相关研究成果,对西南喀斯特地区水体溶解无机碳(DIC)与碳同位素(δ^(13)C_(DIC))的时空分布特征、影响因素及其来源进行全域性视角分析,并得出以下结论:(1)西南喀斯特地区水体DIC含量与δ^(13)C_(DIC)值在各水系之间存在差异性,具有显著时空分布特征,其中赤水河水系DIC含量(2.79mmol/L)与δ^(13)C_(DIC)值(-8.15‰)均最高,西江水系DIC含量(1.95mmol/L)与δ^(13)C_(DIC)值(-10.6‰)最低;(2)该地区DIC含量变化受到碳酸盐岩化学风化、气候变化及人类活动等因素的综合影响;(3)流域内DIC主要来源于碳酸盐岩风化与土壤CO_(2)。研究结果有助于推动河流流域溶解无机碳变化的研究,为我国水体碳循环研究提供理论基础。

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。

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。

西南喀斯特贫困地区的地生态环境效应

西南喀斯特贫困地区主要分布在广西、贵州、云南和四川等省（区）喀斯特区，喀斯特地生态环境产生的一些不良效应是导致贫困的主要因素，主要有：（１）洞穴发育，导致渗漏强烈，生产和生活用水奇缺；（２）土层形成缓慢，水土流失严重，使土地石化和农业生产条件恶化；（３）山多平地少，农地有限，生产和经济落后；（４）地形崎岖，交通不便，地区封闭，社会文化落后；（５）山高坡陡，土地利用困难，自然灾害频繁。

西南岩溶地区生态退化及重建

岩溶地区属于典型的生态脆弱带,极易受到影响和破坏,其生态退化特征为森林生态系统退化、水土流失和石漠化等。生态退化的原因在自然环境方面主要包括地质地貌、气候水文和植被基础,在人类活动方面包括人口剧增、资源不合理利用和生活贫困等。针对这些问题,建议采取控制人口、恢复植被、加强能源建设和发展生态农业等一系列措施。

遥感技术在岩溶区1∶50000区域地质调查中的应用——以黔西北地区为例

以西南岩溶区特殊的资源和环境特点为导向,利用多源、多时相、多尺度遥感数据,采用遥感信息计算机自动提取和人机交互解译相结合的技术方法,将遥感技术系统应用于岩溶区1∶50000区域地质调查工作中,提供系列的基础图件辅助岩溶区区域地质填图,提高了岩溶区1∶50000区域地质调查的效率。初步建立了适合西南岩溶区的1∶50000区域地质调查遥感技术方法体系,快速准确地解译出了岩溶区特殊的地质、地貌、环境、水文等要素,为特殊地质地貌区地质填图提供技术支持。