小球藻对岩溶水体Ca^(2+)、HCO_3^-利用效率实验研究

以来自广西上林县大龙洞岩溶水库中的小球藻为研究对象,探讨了封闭体系中小球藻在4.6mmol·L^(-1)、2.5mmol·L^(-1)和0.5mmol·L^(-1)三种不同HCO^(-3)浓度的水体环境中,对Ca^(2+)和HCO^(-3)的利用效率。结果表明:(1)小球藻在4.6mmol·L^(-1)、2.5mmol·L^(-1)和0.5mmol·L^(-1)三种不同HCO^(-3)浓度的水体中培养7天后生物量从0.04Abs分别增长到0.56Abs、0.50Abs和0.44Abs,在HCO^(-3)和Ca^(2+)浓度较高的环境中,A组28.26%的Ca^(2+)和B组24.14%的Ca2+被小球藻吸收利用,A组54.95%的HCO^(-3)和B组48.00%的HCO^(-3)被小球藻吸收利用,生成有机碳固定下来,C组HCO^(-3)浓度过低(0.5 mmol·L^(-1)),小球藻难以对其进行利用,表明岩溶水库中高浓度的HCO^(-3)对小球藻生长起着"施肥作用",这对岩溶碳汇的稳定性起着重要作用。(2)小球藻光合作用利用HCO^(-3)从而引起Ca^(2+)沉积的量大于小球藻光合作用吸收Ca^(2+)的量;(3)小球藻光合作用使培养基中的δ^(13) CDIC偏正,而呼吸作用使培养基中的δ^(13) CDIC偏负。

相关和频谱分析法在岩溶系统中的应用研究综述

岩溶含水层由多重含水介质组成,具有高度的非均质性,从系统角度出发,将岩溶系统看作是一个过滤器,将降雨作为输入信号,泉流量、水位、电导率、浊度等物理化学参数作为输出量进行相关和频谱分析是认识岩溶系统内部结构特征的有效方法。文章综述了相关和频谱分析法在岩溶系统研究中的应用,首先介绍了相关和频谱分析法基本理论的形成、发展过程和研究意义,然后总结了如何根据不同的研究目的选择相关和频谱分析法使用的时间序列的长度、周期和类型,最后阐述了该方法应用于岩溶系统分析的局限性。

岩溶断陷盆地“盆-山”耦合地形影响下的气候特征及其对石漠化生态恢复的影响探讨

掌握石漠化山区受海拔影响的气候特征的垂直差异,能够对岩溶山地气候及其影响下的水热组合条件有更为科学的认识,对石漠化演变研究和综合治理有重要意义。本文通过在典型石漠化山区(云南蒙自断陷盆地区)沿盆地、坡地到山区设立三个小型气象观测站获取山地垂直剖面的气象数据,从月(季)、日尺度分析石漠化山区"盆-山"耦合地形的气候垂直特征及其对石漠化生态恢复的可能影响,结果表明:(1)观测剖面是当地主导风东南风的背风坡,年降雨量高原面(1 027.4 mm)>盆地(662.6 mm)>坡面(574.4 mm);且"山谷风"效应显著,白天吹谷风,降雨比例更大。地形起伏使盆地降雨年变异系数达152.36%,远大于坡面(113.81%)与高原面(99.36%),地形放大了垂直方向的"干湿"差异,区域干燥指数:盆地(1.74)>坡面(1.70)>高原面(0.88)。(2)垂直方向水汽差异使高原面年太阳辐射量(5 492 MJ·m^(-2))略小于盆地(5 817 MJ·m^(-2))。同时盆地与高原面气温垂直梯度达0.74℃·100 m^(-1),因此在光热条上存在明显的垂直差异。(3)垂直气候特征对石漠化生态恢复的影响具体表现在:①年内降雨集中,结合坡度较陡的地形易加速水土流失;②降雨量少,且集中在日间,强烈的蒸发易加剧土壤水分亏缺,不利于植被恢复。③研究区水分缺乏,因此在植被恢复治理中应选择耐旱的作物,同时要考虑垂直方向的光热条件差异,盆地选择喜光热作物,海拔高的地区选择喜温凉的作物。

典型岩溶流域不同坡度等级下的土壤侵蚀与石漠化分布特征耦合分析

为定量分析岩溶区不同坡度范围内石漠化和土壤侵蚀的关系,以南洞地下河流域为研究对象,利用该区域2016年气象数据、遥感数据,结合改进的RUSLE模型,在遥感技术和地理信息技术的支持下对不同坡度下二者的关系进行了研究。结果表明:(1)南洞地下河流域石漠化面积为740.64 km^2,其发生率为77.96%,以中度石漠化为主。区域中覆盖型岩溶区土壤侵蚀面积为444.54 km^2,发生率为66.55%,以微度侵蚀为主。裸露型岩溶区土壤侵蚀面积为688.86 km^2,发生率为72.51%,以轻中度土壤侵蚀为主;(2)裸露型岩溶区石漠化和土壤侵蚀主要发生在5°~25°坡度范围内,当坡度<25°时土壤侵蚀面积随着石漠化等级的升高先减少后增加,坡度>25°时土壤侵蚀面积随着石漠化等级的升高而降低;土壤侵蚀发生率在各个坡度内随着石漠化等级的升高而降低;(3)在裸露型岩溶区发生土壤侵蚀的范围内,各个坡度的石漠化面积随着土壤侵蚀等级的升高先增加后减少,在中度土壤侵蚀区石漠化面积达到最大。石漠化发生率与土壤侵蚀等级的关系复杂,其与石漠化并不存在单一相关关系。研究区石漠化问题严重,土壤侵蚀强度较大,必须加快区域尤其是5°~25°坡度范围内的石漠化和土壤侵蚀治理工作。

典型岩溶断陷盆地农作物生态需水研究——以蒙自地区为例

从合理调控生态用水角度出发,探讨典型岩溶断陷盆地区农作物生态需水问题。根据蒙自断陷盆地的岩溶地貌特征,分别选取位于盆地、坡面和高原面的大洼子、朵古、牛耳坡3个观测点,利用Penman-Monteith公式、作物系数(FAO推荐)及同期有效降雨量,估算3个观测点2018年的参考蒸散量、生态需水量以及不同作物生长所需的人工灌溉水量。结果表明:(1)大洼子、朵古及牛耳坡的参考蒸散量分别为1346.10 mm、1200.00 mm、1064.30 mm,远大于同期降水量,均呈现出蒸发旺盛的特点,加大了作物对于水分的需求;同时三者的参考蒸散量表现出较为明显的时空差异,使得3个观测点的农业种植条件存在差异;(2)大洼子种植的水稻、小麦、花生、油菜、大豆、马铃薯、葡萄等作物的生态需水定额均远大于大洼子同期的有效降水,在大洼子种植的作物均需要大量人工浇灌才能正常生长,而农作物的种植与其种植条件匹配度不高;(3)朵古及牛耳坡种植的玉米、万寿菊的生态需水定额与同期有效降水之间的差值较小甚至完全满足,表明玉米、万寿菊在高原山区的种植是与当地种植条件相匹配的;而种植在朵古及牛耳坡的苹果、烤烟的生态需水定额与同期有效降水之间的差值较大,表明在高原山区大量种植苹果及烤烟对于人工浇灌要求较高;(4)研究区大部分农作物在生长发育阶段内所需的水分主要依靠人工灌溉,与本地降水分布规律匹配度不高,区内农业结构与种植模式有待调整。在岩溶断陷盆地内要种植耗水较少,对热量要求较高的作物,山区则需要发展具有生态保护和经济效益的作物,但种植的重点区域仍是盆地区。

岩溶断陷盆地不同地貌部位土壤水时空分布 规律及其影响因素

云南蒙自岩溶断陷盆地作为典型的石漠化地区,对其土壤水文过程及其影响因素的揭示是土壤保护和植被恢复的必要条件。通过在盆地、坡面、高原面设置高分辨率长期监测站,探讨云南蒙自岩溶断陷盆地不同地貌部位不同深度土壤水分的时空动态及其影响因素。结果显示:(1)研究区土壤水分含量的空间分布有两大趋势,一是随着海拔升高而增加,二是随着土层深度增加而降低;(2)土壤含水量雨季高于旱季,但土壤水变异程度的年内季节差异较小,属于弱变异及中等程度变异,表明研究区土壤水分的年内波动较为和缓,对植被的生长恢复有利。(3)盆地土壤水受前期土壤水分条件影响,在全年的变异程度强于坡面及高原面。同时受土壤质地及孔隙度等影响,盆地及高原面的下层土壤水分变异低于上层土壤。(4)各监测点土壤水分含量变化与降水变化的一致性较高,说明降水是影响该区土壤水分含量变化的重要因素,但由于土壤质地、植被、裸岩等因素的差异,盆地与降水之间的一致性要优于坡面及高原面。总之,云南蒙自岩溶断陷盆地不同地貌部位的土壤水分在土壤质地、植被及降水环境的综合影响下具有显著且规律的时空变化,这将有助于指导盆地的植被复建以及水资源调配工作,为岩溶断陷盆地的石漠化治理提供依据。

基于土地利用情景模拟的喀斯特关键带生态系统服务权衡与协同分析—以蒙自喀斯特断陷盆地为例

以蒙自喀斯特断陷盆地为例,利用CLUE-S模型设置自然演化、微度、适度、强力生态治理情景并探究2030年不同情景对生态系统服务的影响及权衡与协同特征。结果表明:(1)2018年蒙自喀斯特断陷盆地植被净初级生产力(NPP)、产水量、覆盖型喀斯特区土壤保持量、裸露型喀斯特区土壤保持量、食物供给量分别增加了13.98%、38.97%、23.04%、25%、105.43%,且各种服务变化存在一定的空间差异性;(2)随着生态治理力度加大,2030年NPP和土壤保持量不断增加,产水量不断减少,食物供给量在强力生态治理情景下减少,在其他三种情景下增加;(3)NPP与产水量、食物供给量为权衡关系,与土壤保持量为协同关系;产水量与土壤保持量为权衡关系,与食物供给量为协同关系;土壤保持量与食物供给量为权衡关系;(4)相较于2018年,适度生态治理情景下四种生态系统服务之间的协调性最好,是较为合理的生态治理模式。

夏季热分层效应对典型岩溶水库水化学及溶解无机碳的影响

热分层导致水库内部水化学、水生生物分布等出现显著的分层特征,并影响了水库内部的生物地球化学循环过程.为掌握夏季热分层期岩溶水库水体理化性质和溶解无机碳变化过程及其影响因素,以岩溶地下水补给型水库广西上林县大龙洞水库为研究对象,于2015年6月沿水库流程方向在8个点位开展分层采样及监测.结果发现:(1)水库夏季存在明显的热分层现象,水体pH、电导率(Spc)等理化性质出现分层结构;(2)水体溶解氧(DO)与叶绿素a(Chl-a)浓度从表层至底层并没有呈现单一的递减趋势,而是在水面以下2.5 m或者5 m处达到最大值;(3)由表层至底层水体溶解无机碳(DIC)浓度整体上呈增加趋势,表层水体DIC平均浓度为2.03 mmol·L^(-1),底层平均浓度为4.18 mmol·L^(-1);其同位素(δ^(13)C_(DIC))在表水层偏正,在温跃层随水深增加逐渐偏负.分析认为:(1)由于夏季热分层效应,水库水体温度、水生生物的分布及新陈代谢的强度和方向在不同水层存在显著差异,致使水库水体理化性质、DIC均呈现垂向分层性特征;(2)DIC浓度变化在表水层主要受碳酸盐岩沉淀过程及浮游植物光合作用影响,进而影响水中DIC稳定同位素的分馏;在温跃层则主要由生物呼吸作用及有机质分解过程控制.

小降雨事件对土壤水分及植物水势空间差异性的影响

本文以云南省蒙自市断陷盆地高原面上典型封闭式岩溶洼地小流域为研究对象,研究小降雨事件对土壤水分及植物水势的影响。结果表明:(1)在研究区内小降雨事件一般只能补给10cm以上的土壤,因此在旱季(强降雨事件发生前),土壤水分随着深度的增加整体呈变小的趋势;受洼地地形影响,整个土壤剖面(0~80cm)的土壤水分存在从坡顶到洼地底部逐渐增加,苹果树叶水势逐渐升高的现象;受地质背景的影响,土石质坡地平均土壤水分比石质坡地土壤水分高2.67%,相对应的土石质坡地苹果树受干旱胁迫的程度要低于石质坡地。(2)通过观测对比发现,8天内12次的小降雨事件可以使0~10cm土壤水分整体上略有升高,但并未能完全改变0~10cm土壤水分洼地底部大于两侧坡地,而土石质坡地高于石质坡地的特征。(3)小降雨事件虽然只能补给0~10cm的土壤水分,但由于坡地地区苹果树根系分布较浅(5~30cm),部分浅层分布的苹果树根系已能吸收到水分,另一方面小降雨事件具有降温、增湿,减少太阳辐射的作用,可以减小苹果树蒸腾作用,从而降低苹果树叶水势,因此推测小雨事件可以明显减轻苹果树受干旱胁迫的程度。

气候和人类活动对典型岩溶地下河系统径流年际变化的影响

为揭示气候变化与人类活动对岩溶地下河系统年径流量的影响,以南洞地下河为研究对象,利用其1972-2014年的径流量、降水量和蒸散量数据,分析其年际变化特征。研究结果表明:研究期内径流、降水和蒸散均呈现波动减少的趋势。其中流域内径流整体以0.014亿m3/a的速度减少,降水整体以3.14 mm/a的速度减少,蒸散整体以7.94 mm/a的速度减少。通过有序聚类法和Mann-Kendall法综合确定出径流、降水的突变年份为2002年、2008年。通过累积量斜率变化率比较法,定量分解了不同时期气候与人类活动对径流变化影响的贡献率:综合考虑降水和蒸散因素,以人类活动轻微的T1(1972-2002年)阶段为基准期,气候变化对径流减少的贡献率在T2(2003-2008年)、T3(2009-2014年)时期分别为-86.68%、35.92%,人类活动对径流减少的贡献率在T2、T3阶段分别为186.68%、64.08%。可见,人类活动是南洞地下河流域径流量年际变化的主导因素,其中生活、生产的直接耗水和土地利用/土地覆被变化影响下径流过程的变化,共同影响着径流年际变化。