喀斯特高原石漠化综合治理生态产业技术与示范研究

喀斯特石漠化是威胁我国喀斯特地区生态环境安全、制约区域经济社会发展的重大瓶颈问题。贵州师范大学/国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心石漠化防治研究团队在国家科技计划的资助下,自"九五"以来一直从事石漠化防治的理论与技术创新性研究,并取得一系列成果。此次"十三五"重点研发计划项目(编号:2016YFC0502600)将在石漠化成因、等级划分、治理模式与技术体系等存量研究基础上,围绕生态衍生产业这一主题,增量开展喀斯特高原石漠化综合治理与混农林业复合经营、生态经济集约经营、生态产业规模经营、生物医药、生物能源、山地旅游等基础理论攻关、共性关键技术与技术体系研发,为国家石漠化治理工程和精准扶贫提供科技支撑。

喀斯特石漠化综合治理植被恢复技术研究进展

中国南方喀斯特地区生态环境脆弱,石漠化分布广泛,经济落后。植被对生态系统物质能量流动与养分循环具有重要作用,因此植被修复是喀斯特地区生态建设与石漠化治理的根本。学者们多从林草植被恢复角度进行石漠化治理研究,主要研究植物群落的配置、生物多样性恢复与保护技术,提出了与不同等级石漠化相适应的植被配置技术及模式,但也存在一定的问题,包括适生植物优势品种的筛选、植被配置的物种多样性、无石漠化与潜在石漠化地区的植被配置、地下水土漏失有效防治等,通过解决这些问题以期能够为喀斯特石漠化地区合理配置乡土经济型物种提供理论依据,将物质扶贫改变为物质与技术扶贫相结合,既能改善生态,又能实现经济效益的最大化。

基于坡度等级的喀斯特山区石漠化与水土流失相关性研究——以贵州省盘县为例

为了定量分析不同坡度等级下石漠化与水土流失之间的相关性,为县域生态环境治理与修复提供科学理论依据,以贵州省盘县为研究区,在遥感与地理信息系统技术支持下,以ALOS遥感影像、岩性及1∶50 000地形图等为基础数据源,采用遥感解译方法、表面分析及地图代数原理,提取出石漠化与水土流失的各指标因子。通过ArcGIS空间分析及相关性分析模型,从不同坡度等级下分析盘县石漠化与水土流失的相关性。结果表明:盘县石漠化面积为1 008.45km^2,占总面积的24.9%,已发生石漠化等级以轻度、中度和强度为主,分别占盘县石漠化面积的45.47%,29.67%,20.29%;水土流失面积为521.05km^2,占总面积的12.85%,已发生水土流失等级以轻度和中度为主,分别占盘县水土流失面积的67.75%和17.36%。石漠化与水土流失发生区坡度以5°~35°为主,分别占石漠化与水土流失面积的85.08%与82.45%。当坡度<8°时,石漠化与水土流失等级、水土流失与石漠化等级存在负相关关系。当坡度为8°~35°时,已石漠化与已水土流失面积均呈现出先减小后增加再减小的趋势。当坡度>35°时,石漠化与水土流失等级在强烈侵蚀等级以下表现为负相关,超过强烈侵蚀为正相关;而水土流失与石漠化等级在轻度石漠化等级以下表现为正相关,超过轻度石漠化为负相关。

喀斯特石漠化治理不同水土保持模式的生态效应研究

以毕节市撒拉溪镇喀斯特高原山地潜在-轻度石漠化综合防治示范区为研究单元,运用野外取样调查和室内实验分析方法,研究喀斯特石漠化治理区封山育林(模式I)、人工种草(模式II)、经果林治理(模式III)和农林混合(模式IV)4种不同水土保持模式,与对照组(原生样地)在不同季节的土壤效应、植被效应和小气候效应,旨在为喀斯特石漠化地区的水土保持治理和生态系统恢复重建提供理论支撑。研究结果表明:4种水土保持模式的土壤含水量、田间持水量和毛管持水量在4月、8月、12月差异性显著(P<0.05),均有对照组<模式I<模式II<模式III<模式IV的变化规律;不同水土保持模式的土壤全氮、全磷和全钾在4月和8月无差异性显著(P>0.05);植被多样性指数偏低,但均高于对照组,小气候效应优于对照组。研究结果以期为对喀斯特石漠化地区的水土保持治理和生态系统恢复重建研究提供参考数据。

中国南方喀斯特石漠化环境农业节水技术研究综述

中国南方喀斯特石漠化土层瘠薄,工程性缺水问题严重,严重影响了喀斯特地区的农业生产与生态环境,因此喀斯特石漠化地区的农业节水技术研究变得越发重要。文章综述了中国南方喀斯特地区农业节水技术的研究现状,农业节水技术与喀斯特石漠化环境特点的耦合关系,以及喀斯特石漠化环境下农业节水技术的发展方向。以期为喀斯特石漠化地区的生态环境保护与区域经济发展提供理论依据。

融入生物多样性保护的喀斯特石漠化土地整理研究——以贵州毕节撒拉溪示范区为例

从生物多样性保护的角度出发,通过对项目区土地利用情况、生物多样性、居民参与意愿的调查与分析,探究一种适合喀斯特石漠化区的融入生物多样性保护的小流域土地整理模式与技术.

喀斯特石漠化山区农村生活能源消费结构及其影响因素研究——以贵州毕节撒拉溪示范区为例

对贵州毕节撒拉溪示范区的专题问卷调查进行了统计分析,得出结论:示范区农村用能是以传统生物质能为主,辅以煤、新能源电等能源。并从家庭特征、家庭财富、资源可获得性及地理特征对现有的用能结构影响因素进行了分析。对优化喀斯特石漠化山区的能源家庭消费结构,合理开发利用能源资源,制定适宜的能源发展政策提出了相关建议。

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。

喀斯特区乡村景观格局特征及优化思路研究

以产业兴旺、生态宜居等各方面协同推进为总要求的乡村振兴战略的实施,对于生态环境脆弱且发展落后问题突出的西南喀斯特广大乡村地区具有重要意义。合理的景观格局是乡村振兴的基础。以贵州典型喀斯特石漠化乡村为研究区,从类型和景观两个尺度选取11个景观格局指数,对研究区的景观类型分布、景观破碎度空间分布、景观多样性空间分布等展开研究,探明了研究区景观格局特征。在此基础上结合生态学理论和乡村振兴总体要求,提出研究区乡村景观优化思路。结果表明:(1)研究区景观类型可分为水田、坡耕地、有林地、疏林地、经果林、石漠化灌丛等10类,其中坡耕地和石漠化灌丛是主要景观类型,石漠化灌丛是优势景观类型,道路、水系和居民点景观面积占比较小。(2)研究区西北部和西南部以人工景观的分布为主,景观破碎化程度高;北部石漠化景观集中连片分布,景观多样性和异质性指数较低。(3)从景观格局优化、产业结构调整两个角度对研究区乡村景观进行了优化,优化后形成了较为完善的生态网络格局,生态系统稳定性提升;种植结构的调整提升了景观结构复杂程度和土地利用价值,也优化了研究区的生态环境,为乡村旅游业的发展创造了条件。结果可为喀斯特地区乡村振兴规划及实施提供理论参考。

喀斯特石漠化生态恢复中的生物多样性研究进展

喀斯特生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,生态恢复是喀斯特石漠化治理的核心任务,研究石漠化生态恢复机理、优化生态系统功能、提升生态系统服务和实现喀斯特生态环境可持续发展是当前石漠化治理的重要议题。通过对遗传、物种、生态系统和景观四个层次生物多样性退化与恢复的关注,生物多样性作为重要的生态系统特征及表征指标,在石漠化生态恢复研究中已取得一定进展,主要集中于石漠化生态恢复中土壤微生物遗传多样性特征及利用潜力、适生物种的筛选及生态恢复功能、不同生态系统中生物群落特征及生态系统恢复、石漠化景观格局的时空演变及优化对策等方面。但是相关研究侧重于物种多样性而对于功能多样性的探讨较为欠缺,物种间以及多营养级生物多样性效应研究仍较薄弱,生物多样性与生态系统功能、生物多样性与生态系统服务之间的协同恢复机制缺乏深入研究。今后,应针对喀斯特石漠化生态恢复中的植物群落构建,多营养级生物多样性纳入生态恢复,生物多样性增强生态系统功能、生物多样性提升生态系统服务等方面加强研究。

喀斯特石漠化地区菊苣光合特性年际变化研究

利用英国Lcpro+便携式测定系统研究了喀斯特石漠化地区菊苣的年际光合日变化特征。结果表明:净光合速率春季(4月)>秋季(10月)>夏季(7月);蒸腾速率春季(4月)>夏季(7月)>秋季(10月);水分利用效率春季(4月)>秋季(10)>夏季(7月)。春季菊苣由于植物体活力最为旺盛等生理因素以及试验地正值春雨多发时期影响,菊苣净光合效率日均值最高。夏秋两季正午菊苣受一天中最强的光合辐射与环境温度刺激,气孔多数关闭,减少CO_2的进入与O_2的释放,叶片内CO_2浓度降低,光合作用减弱,菊苣出现光合"午休"现象。

基于多时相Sentinel-1 SAR数据的喀斯特石漠化区地表土壤水分反演研究

土壤水分是地球表层水循环、能量循环和生物地球化学循环中的重要组成部分,是研究喀斯特石漠化地区生态系统的关键参数。基于多时相的Sentinel-1 SAR数据与Alpha近似模型构建土壤水分观测方程组,反演喀斯特石漠化地区地表土壤水分并对其时空变化特征及误差影响因素展开分析。研究发现观测周期内区域土壤水分总体变化趋势与降雨量变化趋势高度一致,石漠化地区土壤水分高值与空间异质性程度明显高于非石漠化地区。精度验证结果显示土壤水分反演结果的均方根误差为0.059 cm^3/cm^3,平均误差为0.026 cm^3/cm^3,该方法在区域地表土壤水分反演中表现出一定的适用性,分析认为地表土壤因周边的复杂生境条件产生的混合像元问题是导致反演误差的主要影响因素。研究可为利用短时间周期重复遥感观测方法获取复杂山区环境下的土壤水分提供参考,为喀斯特石漠化地区生态系统修复和生态产业发展提供支撑。

喀斯特石漠化农村水资源开发利用与干旱应急调度研究——以毕节撒拉溪示范区朝营小流域为例

为高效开发利用喀斯特水资源,解决石漠化农村地区干旱缺水问题。根据水资源供需平衡理论,以毕节撒拉溪示范区朝营小流域为例,通过野外勘察与定点监测,分析小流域水资源赋存状况以及干旱情景下的响应特征,结果显示:研究区水资源总体丰富,年平均降雨量892.5mm,折合降雨量7 699.5万m3。多年平均地表径流深为498.2mm,全年地表径流量约4 298.1万m3。流域内大小泉点共118处,全年流量达81.57万m3;时空分布不均,时间上5—9月降水总量占年降水总量57.6~87.3%,10—4月降水偏少,仅占12.7%~42.7%,降水季节性差异明显。泉水雨季总流量为45.64L/s,枯季仅12.35L/s,两者相差3.7倍。空间上以流域北部地区(茅坪村)泉点出露数量较多且流量最大,占整个流域水资源总量35%左右,中部地区(朝营村等地)出露泉点数量较少;极度干旱情景下,流域内67%泉点断流,水池(水窖)干涸,水利工程失效,部分地区人均日可用量仅为2L,与有关部门规定的人均日用水量35L的最低标准相差达94.3%。极度干旱环境下作物需水缺口为28.37万m3。因此,采取屋面集雨、屋檐集雨、收集坡面径流以及表层岩溶水综合开发利用等方式,实现水资源的开发利用与优化调度,建立基于时间以及空间尺度的极度干旱水资源应急调控机制,是保障地区用水安全的重要方式。

西南喀斯特地区白酒糟饲料化开发利用关键技术研究

粮改饲是我国农业与畜牧业协调发展促进农业供给侧改革,实现贫困地区加快脱贫的重大战略决策。白酒糟等地域特色资源饲料化利用是粮改饲战略的重要补充手段。本文通过对白酒糟营养成分的分析,阐明了鲜白酒糟直接饲喂优缺点,并介绍了烘干分离谷壳技术、白酒糟青贮技术、微生物发酵技术等鲜白酒糟饲料化开发利用的主要关键技术。白酒糟饲料开发利用是弥补喀斯特冬春饲草供给不足,减少环境压力与经济成本的有效措施,对巩固石漠化治理成果,促进西南地区畜牧业结构向"节粮型"转变具有重要意义。

毕节喀斯特石漠化区野生植物资源及区系研究

为了明确毕节喀斯特石漠化地区的植物资源及区系特征,该研究于2018年、2019年分别采用样线和样方法对研究区的野生植物资源进行调查,同时通过标本采集、文献查阅等方法对研究区的植物资源及区系进行分析,为喀斯特石漠化治理及生态保护提供理论依据。结果表明:(1)研究区植物总计133科438属721种,其中蕨类10科13属16种,裸子植物7科9属11种,被子植物116科417属695种;被子植物中,单子叶植物15科75属121种,双子叶植物101科342属574种;珍稀濒危植物共35种,隶属于14科24属。(2)资源植物分类中,药用类植物121科339属516种,蜜源植物74科180属333种,食用类植物37科60属75种,观赏类植物75科146属209种,纤维类植物42科82属89种,淀粉和糖料类植物21科37属59种,芳香油类植物25科88属132种,油脂类植物63科117属144种,树脂及树胶类植物17科17属22种,鞣料类38科63属87种,其他植物资源合计68科128属155种。(3)植物区系上蕨类植物的科、属区系分化小,种子植物科的区系划分为9个分布区类型、9个亚型,以热带成分为主;属级水平上共15个分布区类型、20个亚型,属水平上温带成分占优势。研究表明,研究区植物资源种类丰富,植物区系具有温带和热带双重性质和过渡性特征。

中国南方喀斯特石漠化治理中的退化草地改良研究综述

草地退化是我国南方喀斯特石漠化地区的一种普遍现象,严重影响了喀斯特生态和畜牧业的可持续发展以及石漠化治理效果,因此,喀斯特石漠化地区的退化草地改良越来越受到人们的重视。文章综述了中国南方喀斯特地区草地资源现状,草地退化的原因及其带来的生态环境问题以及退化草地改良在治理石漠化中的作用。同时,指出目前退化草地改良在治理喀斯特石漠化中主要存在研究较少且较集中于理论研究,推广和示范的范围较小和改良方法比较单一等问题,并提出加强退化草地改良与石漠化治理的耦合关系研究,借鉴其他区域的改良技术要结合本地实际,改善草地播种结构和整合各项措施有针对性的改良退化草地等建议,以期为喀斯特地区退化草地生态系统的恢复提供理论依据,并指导改良实践,实现喀斯特地区石漠化的生态环境恢复与生态经济可持续发展。

中国南方喀斯特石漠化地区适宜性牧草的环境服务功能研究

草地作为喀斯特石漠化地区环境保护的最后屏障具有不可替代作用,本文全面总结了近年来草地适应性研究工作,论述了喀斯特石漠化地区牧草适宜性研究的重要意义;从牧草与光照、土壤、水分、温度、人为干扰等适应因素的响应机制,阐明了牧草适宜性研究的主要内容;探讨了适宜性牧草对喀斯特石漠化地区服务价值以及展望;最后提出针对喀斯特地区适应性牧草的研究策略,为以后草地对石漠化地区治理效益的持续性研究提供参考。

喀斯特石漠化治理木本油料衍生生态产业发展研究

木本食用油料产业在喀斯特石漠化治理中因地制宜地推广,不仅可以实现喀斯特生态系统的修复和重建与区域扶贫开发,取得良好的石漠化治理效果,同时还可以优化我国粮油生产布局,保障国家粮油安全。木本食用油料产业是推进喀斯特石漠化治理最为理想的生态产业。文章通过广泛查阅文献资料,简单概述了喀斯特石漠化治理极具开发潜力的木本食用油料资源及其产业发展情况,指出了喀斯特石漠化治理中木本食用油料产业发展面临的主要问题,并提出了促进喀斯特地区木本食用油料产业建设的对策,以期为以木本食用油料产业发展为主线的喀斯特石漠化治理提供参考。

喀斯特石漠化大数据平台架构和技术初探

喀斯特石漠化数据多源异构、涉及面广,石漠化成因问题复杂。为更好地揭示喀斯特石漠化的发生发展及其变化规律,解决石漠化治理中的科技难点,将大数据技术引入喀斯特石漠化领域。厘清喀斯特石漠化大数据定义,结合喀斯特石漠化大数据要求,从大数据平台、基础设施平台、技术平台、应用服务平台、运维平台5方面构建喀斯特石漠化大数据平台,旨在为喀斯特地区石漠化综合治理、监测预警、生态修复和生态产业发展提供新的技术手段和决策支持。

喀斯特石漠化地区草地承载力研究进展与展望

当前我国喀斯特石漠化地区人地矛盾突出,草畜矛盾尖锐,草地承载力严重下降,如何恢复受损的喀斯特草地生态系统、提高草地畜牧业的经济效益、突破石漠化恶性循环,是当下石漠化治理过程中亟需解决的艰巨任务。科学合理地提高草地承载力能够最大化利用草地资源和缓解草畜矛盾,实现草地畜牧业可持续发展,最终达到生态建设与经济效益同步发展的目标。因此,本文主要对草地承载力在喀斯特石漠化地区的研究现状进行了论述,提出国内外关于草地承载力研究拟解决的关键科学问题,并针对现阶段存在的不足进行了展望,以期为喀斯特地区草地畜牧业发展与石漠化治理提供理论支持与借鉴。