念珠藻对岩溶水中 Ca2＋、HCO－3利用效率实验研究

岩溶碳汇过程中石灰石溶解将大气/土壤中CO2转移到水体形成HCO-3促进水生藻类的生长。该文为了研究水生藻类光合作用将岩溶水中无机碳转化为有机碳的效率,采用从岩溶水生生态系统中筛选出的念珠藻作为研究对象,探讨在封闭体系中藻细胞光合作用时对典型岩溶水中Ca2+、HCO-3利用、藻细胞生物量的变化与Ca2+、HCO-3的利用关系以及体系pH、DO的变化。结果表明:念珠藻通过光合作用能吸收利用岩溶水中27.38%的Ca2+,同时将29.54%的Ca2+通过物理化学作用以"藻体-CaCO3"复合体形式沉淀而返回到无机环境。pH漂移实验表明念珠藻光合作用过程中先利用水体中游离CO2,然后以岩溶水中HCO-3为碳源。由于水体中岩溶作用产生的HCO-3不断被光合作用利用而引起体系pH和DO的升高。念珠藻光合作用将岩溶水中65%的HCO-3转化为稳定化合物,其中18.46%以胞外CaCO3形式被沉淀,81.54%被藻类转化为有机物,表现为净碳汇效应。

桂林毛村地下河流域岩溶关键带碳循环研究

本文系统总结了桂林毛村地下河观测站在岩溶关键带垂向上碳循环的监测工作,为基地进入岩溶关键带监测网络奠定基础。对岩溶植被层-土壤层-岩石层-地下水无缝连续体的碳循环监测,包括不同地质背景下典型植被的光合速率、自然植被下凋落物的分解(植被层)、不同土地利用方式下土壤碳库的组成及转化、土壤微生物及有机酸对碳酸盐岩的溶蚀(土壤层)、洞穴CO2浓度及同位素的变化(气体-岩石作用层)、流域水体无机碳特征、外源水对岩溶碳汇过程的促进(地下水层)等方面。经过长期的科研积累,形成一套包括岩溶生物地球化学、岩溶水文过程、同位素示踪技术等在内的野外及室内研究方法,为流域尺度岩溶关键带碳循环的研究提供了技术支持和理论基础。但岩溶关键带碳循环过程中的生物作用及现代CO2在岩溶关键带中的周转时间研究较少,亟待加强。桂林毛村地下河流域岩溶关键带碳循环的研究具有地域优势和学术优势,适合成为我国岩溶关键带监测站。

植物碳酸酐酶对岩溶作用的影响及其生态效应

广泛存在各种类型生物细胞中的碳酸酐酶(CA),通过催化CO2和HCO3-之间的相互转化,驱动岩溶过程。文章通过分析我国西南典型岩溶区植物叶片和根系CA活性,探讨其与岩溶作用的相互关系,结果表明:岩溶生态系统中植物的碳酸酐酶活性差异较大,并在植物的生长期发生变动,植株根系CA活性>成熟叶片CA活性,因而在土壤水分充足的条件下,根系分泌的CA催化CO2+H2O HCO3-+H+过程,促进石灰岩溶解,加快成土速率,并通过固定根呼吸和土壤微生物分解所释放的CO2产生岩溶碳汇效应;非岩溶生态系统由于土壤碳酸钙含量低,造成植物根系CA表达活性较低。

岩溶泉流量衰减曲线分析

由于岩溶含水介质的强烈非均质性和各向异性,如何有效认识岩溶含水层内部的水文地质特征为研究难点之一,岩溶泉衰减曲线分析为认识岩溶含水层的一种有效手段。总结了目前广泛用于泉流量衰减曲线分析的几种常见方法,主要包括指数型衰减、非指数型衰减分析方法以及综合型的衰减曲线分析方法,讨论了管道可能对泉流量衰减曲线的影响,最后提出了今后对岩溶泉流量衰减曲线分析拟解决的一些关键问题。

岩溶地貌部位对土壤微生物丰度与酶活性的影响

以中国地质科学院岩溶地质研究所桂林丫吉岩溶试验场为研究区,单氨加氧酶的编码基因amoA的部分序列作为氨氧化细菌(AOB)指示基因,利用荧光定量PCR技术,结合平板菌落计数法和土壤酶活性测定,探讨了岩溶地貌部位及土壤成因对微生物群落丰度和酶活性的影响。结果发现,受岩溶地貌部位和土壤成因的影响,土壤酶活性、土壤微生物总数在垭口、坡地、洼地呈增加的趋势,而氨氧化细菌丰度则呈现降低的趋势。结果表明,土壤氨氧化细菌丰度与真菌数呈极其显著的正相关,而与蔗糖酶活性呈极其显著负相关。

不同土地利用方式对桂西南岩溶山地土壤酶活性的影响

以桂西南典型喀斯特地区不同土地利用方式(裸地、农田、荒草地、灌丛和次生林)为对象,研究不同土地利用方式下土壤酶活性的变化规律。结果表明:土地利用方式对土壤酶活性影响显著,除蔗糖酶外,脲酶、蛋白酶、淀粉酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和纤维素酶总体变化规律相似,次生林土壤酶活性显著高于其它土地利用方式,其次是灌丛和农田,荒草地较低,裸地酶活性最低;总体上相同土地利用方式下湿季酶活性高于干季。相关性分析表明土壤脲酶、蛋白酶、淀粉酶、碱性磷酸酶、纤维素酶和多酚氧化酶等相互之间关系密切,并与土壤主要养分含量呈显著相关性,是土壤质量评价的一个参考指标。不同土地利用方式下土壤微环境、植被构成等因素导致了土壤酶活性的差异性。为实现桂西南岩溶山地生态系统的健康发展,在目前人为干扰不可避免的情况下,该区域应尽量选择以林地恢复为主的土地利用方式。

岩溶区不同土地覆被方式对土壤团聚体有机碳的影响

分析不同土地覆被方式土壤有机碳的差异和特点有助于深入研究岩溶区碳循环的特点和规律。以西南岩溶地区森林、灌丛和果园3种土地覆被方式为研究对象,对0~100 cm各层土壤总有机碳及团聚体有机碳的差异和特征进行研究,结果表明:(1)3种土地覆被方式以森林土壤总有机碳含量最高(12.53~39.33 g·kg^(-1)),灌丛次之(8.48~27.99 g·kg^(-1)),果园最低(8.40~18.61 g·kg^(-1)),不同土地覆被方式土壤总有机碳不仅在0~20 cm差异显著,而且在40~70 cm土层也有明显差异(P<0.05);各土地覆被方式0~100 cm各层土壤均以>0.25 mm水稳性大团聚体为主,果园土壤>2 mm团聚体质量分数在0~90cm土层显著低于森林和灌丛(P<0.05)。(2)土地覆被方式对土壤>2 mm大团聚体内有机碳含量的影响最为显著,森林土壤>2 mm团聚体有机碳的含量为12.32~39.88 g·kg^(-1),在0~100 cm各层均显著高于灌丛和果园,并且灌丛土壤>2 mm团聚体有机碳的含量在0~30 cm和40~90 cm土层也显著高于果园(P<0.05)。另外,果园土壤<0.25 mm微团聚体内有机碳的含量明显高于>0.25 mm大团聚体,然而森林0~100 cm土层和灌丛0~30 cm土层各粒级团聚体有机碳含量没有显著差异(P<0.05)。(3)3种土地覆被方式,>0.25 mm大团聚体对土壤有机碳的贡献均高于<0.25 mm微团聚体;森林、灌丛和果园0.25~2 mm团聚体对有机碳的贡献率分别为40.31%~67.76%,41.99%~59.38%和48.72%~68.18%,是贡献率最高的团聚体;不同土地覆被方式之间>2 mm团聚体对有机碳的贡献差异最为显著,森林土壤明显高于灌丛和果园;3种土地覆被方式中果园土壤<0.25mm微团聚体对有机碳贡献率相对较高,其0.053~0.25 mm微团聚体对有机碳的贡献率为13.08%~26.98%,仅次于0.25~2 mm大团聚体。

基于典范对应分析的铅锌矿尾砂坝坍塌污染土壤特征研究

分析重金属与土壤性质之间的相互关系,可以为土壤污染控制及修复提供科学依据。以广西阳朔思的村铅锌矿尾砂坝坍塌后所污染的岩溶农田为研究对象,采用典范对应分析方法研究土壤重金属全量-土壤性质之间的关系。结果表明,尾矿砂来源于铅锌铜共生矿。典范对应分析显示,土壤有机碳与全铅、全锌、全铜的距离最近,并与归一化的全量重金属呈极显著正相关,说明经过近40 a的耕作,土壤有机碳仍然处于较低水平。速效磷与土壤全铅、全锌、全铜呈显著负相关,与岩溶土壤pH降低后导致水溶性P与Pb生成溶解度极低的氯(羟基)磷酸铅盐化合物有关,说明污染源的pH值是影响P—Pb—Zn—Cu相互作用过程的重要因素。此外,该区面源污染时空分异显著,今后在岩溶区开展重金属污染土壤治理时必须对整个区域进行定量的不确定性分析。

非火山地热区玛旁雍热田土壤CO_2脱气研究

地热活动是地球脱气的重要形式之一,其过程常伴随大量温室气体排放。选取非火山地热区西藏玛旁雍热田作为研究对象,基于菲克扩散定律对地热田区土壤CO_2脱气量进行评估。结果表明：该区一般土壤CO_2脱气通量为0.167~0.771 kg/（m^2·a）,含喷气孔区域土壤CO_2脱气通量为2.054~7.877 kg/（m^2·a）,含喷气孔地区的土壤CO_2脱气通量是一般土壤脱气量的18.9倍;与全球火山区土壤脱气量（0.001~2.25 Mt/（m^2·a））相比,其值显著偏低;但比青藏高原高寒草原生态系统土壤的CO_2排放量（187.46 g/（m^2·a））大。结合区域地质背景推测地热系统中的CO_2含量主要来源于岩浆脱气和热液同长石等围岩矿物的蚀变反应。区内土壤CO_2的低脱气通量受透水性较差的碎屑岩沉积盖层约束。

酸沉降下东莞市典型土壤酸化机制研究

珠江三角洲地区地下水酸化严重。选取东莞市为典型酸化研究区,研究典型土壤在酸沉降条件下的酸化机制,并探讨其对地下水酸化的影响。利用酸缓冲曲线法和土壤固相组分顺序提取的方法对未明显酸化的水稻土、已酸化的水稻土以及红壤的酸缓冲容量和缓冲能力进行测定。结果显示,持续酸沉降条件下,水稻土和红壤分别在90.8 a和68.3 a后达到酸害水平并加剧地下水酸化。土壤对酸的缓冲能力为:未明显酸化的水稻土>红壤>已酸化的水稻土。土壤的酸缓冲能力主要受活性氧化物含量影响,游离氧化物对其酸缓冲能力影响较小,土壤有机质在酸沉降初期起一定的缓冲作用。

断陷盆地生态环境地质分异及石漠化演变机理的研究途径

针对2016年度国家重点研发计划项目"喀斯特断陷盆地石漠化演变及综合治理技术与示范"之课题一"断陷盆地生态环境地质分异及石漠化演变机理",旨在揭示喀斯特断陷盆地碳、氮、钙、水在生态系统中的迁移规律,阐明生态系统演替和石漠化演变过程及驱动机制。为此,选择蒙自盆地南洞地下河流域和泸西小江喀斯特盆地流域石漠化治理示范区,在对岩性、地形、地貌、生态水文、植被、社会经济、气象、土壤等因子分异特征研究的基础上,利用径流小区定位观测、同位素技术、生态化学计量学和模型模拟预测等技术手段,定量刻画典型流域植被与水文过程的交互作用,确立流域生态需水关键期及需水量,明确植被生态水文耦合过程对碳、氮、钙、水等物质传输的影响,评价生态系统碳固持能力,获取影响生态系统演替和石漠化演变过程的关键控制因素,预测生态系统演替和石漠化演变趋势,进而为喀斯特断陷盆地石漠化区面向生态的水资源合理配置和生态功能恢复提供理论依据。

亚热带典型河流水化学特征、碳通量及影响因素

为揭示碳酸盐岩风化对河流流域化学风化过程及碳汇效应的影响,以流经我国亚热带地区的典型河流——西江为对象流域,在2011年4月～2012年3月对西江阳朔、昭平、梧州三个干流断面每月定期和暴雨期加密分析河水水样。研究结果表明：（1）三个断面都属于偏碱性水质,水化学类型为HCO3—Ca型,电导率沿西江干流逐渐升高,这主要是体现了流域内广泛分布的碳酸盐岩对河水水化学特征的控制作用。（2）在一个完整的水文年中,通过对三个干流断面逐月计算得出西江河口梧州断面碳通量总通量为51.03×108kg CO2/a,昭平段和阳朔段分别为1.55×108kg CO2/a和1.80×108kg CO2/a;碳通量强度分别为15 606.13kg CO2/km2/a、10 373.61kg CO2/km2/a、32 223.08kg CO2/km2/a。（3）流量为岩溶碳通量的主控因子,降雨影响流量,进而影响碳汇效应的这种现象可能会受到人为作用的干扰。三个干流水体HCO3-浓度的变化趋势各有不同,这可能是因为HCO3-浓度与碳通量的关系比较复杂,涉及到不同的反应机理。三个断面的p H值和温度与碳通量没有明显的相关性,这可能是由于生物的＂生物泵＂作用主要是日变化为主,月尺度的p H和水温变化并不能真正反映p H和温度对碳通量的影响。

降水-滴水的δ^(18)O/δD年季变化及与大气环流的关系--以重庆芙蓉洞地区为例

通过对2011年4月至2012年12月期间重庆市芙蓉洞外大气降水氢氧稳定同位素、降水量、温度和洞穴滴水、池水中δD,δ18 O的连续监测,分析了芙蓉洞地区降水中δD,δ18 O的变化特征及其与ENSO事件和季风指数的关系.当地大气降水线方程的截距和斜率均大于全球大气降水线,大气降水中δD和δ18 O值与大气温度成负相关关系,δ18 O与温度的相关系数为r=-0.693(n=20);与降水量的相关系数为r=-0.121(n=20);过量氘(d)也体现出夏季低冬季高的特点.不同季节的水汽源地差异是导致该地区大气降水中δD和δ18 O值出现季节差异的主要原因.芙蓉洞所在的中国南方季风区大气降水中氢氧稳定同位素组成与ENSO有密切联系.当厄尔尼诺发生时,西太平洋副热带高压势力强盛,西北太平洋季风指数高,导致中国南方地区大气降水中氢氧稳定同位素值偏重;拉尼娜发生时,东南信风强,印度洋季风指数高,降水稳定同位素偏轻.

基于过程模拟的李官堡水源地地下水污染预警

基于过程模拟的地下水污染预警是基于包气带和饱和带过程模拟的耦合实现的,且融合了涵盖整个地下水系统的四个预警指标。选取浑河冲洪积扇的李官堡水源地为例,基于Hydrus-1D和Visual Modflow分别进行包气带过程模拟和饱和带过程模拟,针对潜层和承压层的复杂程度分别制定了各自的预警临界值;经分析可知,随着时间的推移,地表污染物持续进入到地下水中,污染晕范围不断扩大,地下水中最大浓度值和水源井浓度值也持续增加,且承压含水层的预警级别要高于潜水含水层;同时基于潜层和承压层中污染物最大浓度值与时间分别近似呈线性关系和指数关系可进行长时间尺度的预警;并提出了零级预警区和一级预警区管理措施以监测和预防为主,二级预警区、三级预警区和四级预警区管理措施以控制和监测为主。

赤水河深切河谷斜坡区地下水成井条件分析

根据水文地质调查、钻探和水文地质试验等数据,应用数理统计学原理,对赤水河深切河谷斜坡地区钻孔岩溶发育深度、涌水量、地下水位和渗透系数进行综合分析,研究指出区内岩溶含水介质空间的分层性、涌水量与地下水力坡度多呈负相关规律,同时区内地下水富集具有差异性和分区性,缓斜坡地带有利于地下水机井开采。

水分胁迫和接种菌根真菌对青冈栎根系形态的影响

以石漠化地区造林树种青冈栎幼苗为试验材料,在盆栽条件下,分别用内生菌根真菌摩西球囊霉(Glomus mosseae,Gm)、根内球囊霉(Glomus intraradices,Gi)、外生菌根真菌彩色豆马勃(Pisolithus tinctorius,Pt)和3种菌根真菌混合菌剂进行接种,利用根系扫描仪Epson Perfection V700和根系分析软件WinRhizo,研究了正常水分、中度干旱和重度干旱条件下菌根真菌对青冈栎幼苗根系形态的影响。结果表明:在土壤干旱条件下,接种菌根真菌使青冈栎根系生物量、总根长、根表面积和根体积显著增加,使根平均直径减小;在土壤中度干旱胁迫下,Pt处理根表面积显著高于Gm和Gi处理,而根平均直径显著小于Gm和Gi;在重度干旱胁迫下,Pt处理根生物量和根体积显著小于Gm和Gi,根平均直径显著大于Gm和Gi;相关性分析表明,菌根侵染率与根生物量和总根长呈极显著正相关。本研究表明,在干旱条件下,菌根真菌可改变青冈栎幼苗根系形态,促进碳水化合物向根系积累和分配。

An Overview of Karst Ecosystem in Southwest China: Current State and Future Management

Karst areas in Southwest China, with Guizhou as the focal center, are confronted with ecological deterioration and large areas of rocky desertification. Human activities are defined as the driving force behind the soil erosion. Further, local farmers in the area suffer from poverty due to a lack of drinking water, food and a weak living environment. Over one-third of national poverty-stricken counties occur in this part of China. To balance ecological protection and economic development in the region and help local farmers out of poverty we propose integrated controls and discuss on ground water exploration and sustainable use, soil conservation and remediation, and vegetation restoration （especially economic plant species） in this paper.

Soil Calcium Speciation at Different Geomorphological Positions in the Yaji Karst Experimental Site in Guilin, China

Limestone soil in karst areas is the product of weathering and carbonate rock dissolution in tropical and subtropical regions. Limestone soil in karst regions has a Ca-rich alkaline geochemical environment, but the characteristics of calcium speciation in limestone soil remain unclear. Here, to study changes in calcium speciation in soil across seasons in a karst area, different geomorphological positions and soil samples were collected from the Yaji karst experimental site. Using European Community Bureau of Reference （BCR） methods, we analyzed and discuss soil calcium speciation and seasonal migration characteristics. We found that total soil Ca content was 2.80-11.75 g kg^-1, with an average of 5.25±0.68 g kg^-1 （mean±SE）. The order of content of each Ca speciation is extractable-Ca〉reducible-Ca〉residual-Ca〉oxidizable-Ca. In addition to oxidizable-Ca, other Ca species had a positive correlation with total calcium. The calcium content and various forms of calcium content decreased gradually with changing season, but in addition to differences in residual calcium across seasons, total calcium and other forms of calcium across seasons were not different. Total calcium and different forms of calcium content were highest at sloped areas; slopes and other landforms were different but differences between plain, saddle and depression areas were not significant.

Response of Germination Physiology of Cajanus cajan Seeds to Drought Stress: Comparison between Karst Water and Allogenic Water Treatments

In this paper, responses of germination physiology of pigeon pea （Cajanus cajan） seeds to drought stress in karst water environment and non-karst （allogenic） water environment were studied to explore the adaptability of pigeon pea to karst environment. The results showed that： （i） Under drought stress of 20% PEG- 6000, the germination rate, vigor index, germination index and biomass of pigeon pea seeds on day 7 cultivated with karst water were all greater than that of the allogenic water treatment group, while the seed germination stress index was significantly smaller than that of the allogenic water treatment group, suggesting that karst water environment was more favorable to pigeon pea seed germination. （ii） Without drought stress, the malondialdehyde （MDA） and superoxide dismutase （SOD） activities of pigeon pea seeds cultivated with karst water were all smaller than that of the allogenic water group. However, under drought stress, the SOD activity was significantly higher than that of allogenic water group, suggesting pigeon pea SOD in karst water was able to more rapidly respond to external drought stress, and increase its own activity to reduce the damage to the plants. And （iii） with and without drought stress, the soluble protein level of the karst water group was higher than that of the allogenic water group, while the free amino acid level was lower than that of the allogenic water group. This difference was more significant with the presence of drought stress, suggesting that the karst water environment was more favorable to the accumulation of soluble proteins and thus produced larger biomass. Hence, pigeon pea is a tree species that is adapted to high-calcium, alkaline environments in karst areas, and is of great significance for the revegetation and rocky desertification control in mountainous karst areas.

The Degradation Rate of Straw Returned to Limestone Soil and the Effect on Soil Fertility

Limestone soil is a poor quality soil with a low rate of nutrient supply due to the accumulation of organic carbon. Here, we examined the degradation of maize straw in limestone soil and red soil using indoor simulation. Dynamic testing was conducted on soil chemical properties and soil fertility. We found that the degradation rate of straw in karst soil is higher than for non-karst soil. The highest degradation rate of straw occurred during the first 60 d, after which it rose slowly and balanced out at 98 d. The peak value of degradation of straw in karst soil was found at 28 d, while that in non-karst soil occurred at 42 d. The total period of degradation lasted 160 d; the degradation rate of straw in karst soil and non-karst soil was 77% and 75%, respectively. During the period of straw degradation, the pH of soil tended to decrease in the early stage and rise slowly in later stages and this is consistent with the pattern of degradation products during different stages of straw degradation. Straw return to fields can increase soil fertility, and the growth rate of available N and K content is significant. Compared to karst soil, the content of various fertility indicators in non-karst areas were lower according to total content tests, although the increase （percentage） in nonkarst area was higher; available P and K content were found to be higher in non-karst areas according to availability tests. Some available nutrients Jn straw return can be more readily released in non-karst soil, while karst soil can contribute to the accumulation of total nutrient content due to its special soil texture features, the firm binding of many nutrients with clay minerals and the slow supply of nutrients.