西南喀斯特地区（精选8篇）
西南喀斯特地区 篇1
西南喀斯特地区特殊的地理位置、气候条件、地质背景、水文结构及日益频繁的人类活动导致生态系统极易受损且难以恢复[1],受到人们广泛关注。为改善日益恶化的生态环境、提高人民的经济、文化、生活水平,同时配合好国家退耕还林还草政策的实施,西南喀斯特地区进行了长期、大量的生态恢复和重建工作。目前对生态系统退化机制、退化过程、生境条件、种群及更新特征[2,3,4]以及植被恢复中的土壤理化性质研究较多[5],而对树种的生态适应性研究相对缺乏。植被恢复是受损生态系统重建的一个重要环节,植被环境的耦合是森林植被恢复重建的最基本理论[6],森林生态系统的生态应当以构建各种具有高生物多样性、高功能、抗逆性强、稳定性强的森林生态系统类型为目标,保证系统能朝着良性的方向发展[7]。然而也有一些植被建设存在盲目性,缺乏森林生态恢复基础理论的科学指导,只注重短期的建设效果和显示度,与可持续发展的理念相违背。植物引种试验作为退化生态系统恢复和优化生态系统组建的重要内容,应得到足够重视。
植物光合作用是生态系统中最主要的同化过程,不仅在能量转换从而维持系统稳定、平衡大气碳氧中扮演了重要的角色,同时间接的反映了植物的生长状况。光合作用不仅受到植物种性的影响,也与环境因子息息相关,能比较直观地反馈植物对相关环境因子的适应信息。本文通过研究不同种植物的光合特性,为评价树种适生性、筛选优良树种和优化整治模式提供理论指导,以保证生态恢复中人工造林的科学性。
1 材料与方法
1.1 自然概况
试验在中国科学院环江喀斯特农业生态系统观测站植物引种园内进行,地理位置为24°43′58.9″~24°44′48.8″N,108°18′56.9″~108°19′58.4″E,地势四周高,中间低,海拔最高为647.2m,最低为272.0m,坡度较陡,≥25°的坡面占62%。试验区为亚热带季风气候,年平均气温19.9℃,极端最高温度38.7℃,极端最低温度-5.2℃。年平均降雨量1389.1mm,降雨主要集中在4~8月,占全年降雨的73.7%,其他季节多干旱。年平均日照1451.1h,平均太阳总辐射量413.8kj/cm2,其中有效辐射量为211.9kj/cm2。植被覆盖率较低,多为喜钙耐旱的树种。
1.2 试验设计
供试材料为茶条木(Delavaya toxocarpa)、樟叶槭(Acer albopurpurascens)、狗骨木(Cornus wilsoniana)、无患子(Sapindu smukorossi),分别属于无患子科、槭树科、山茱萸科、无患子科,均为资源引种植物,5年生,长势良好,生长在立地条件均一的坡脚上。每种树选取光照条件较好、生长状况相对一致的3株进行光合特性测定,每月测定一次光合速率日进程。1.3光合特性测定
2009年9月~2010年10月每月天气晴朗的时候,选择每株树向阳生长枝条上距枝顶第3到第5片完好成熟叶为待测叶片,在自然无风条件下利用美国Li-6400便携式光合测定系统于8:00~18:30时测定,每株树测定4片叶,每片叶重复测3次,每隔1小时测定一次,鉴于一次测量周期较长,为了尽量消除不同植物在一次测量中的光照差异,采用4种植物交叉测定的方法。测定内容包括净光合速率(Pn,μmol CO2/m2·s)、蒸腾速率(Tr,mmol H20/m2·s)、气孔导度(Gs,μmol H20/m2·s)、胞间CO2浓度(Ci,μmol CO2/mol)、叶片温度(Tl,℃)、光合有效辐射强度(Par,μmol/m2·s)、大气CO2浓度(Ca,μmol CO2/mol)、大气温度(Ta,℃)、大气相对湿度(Rh,%)等,并计算叶片的水分利用效率(WUE,μmol CO2/mmol),即Pn/Tr。限于篇幅,本文选择天气状况稳定、光合作用较高的2010年8月份实验数据进行光合作用日变化分析。
1.4数据处理
数据采用Excel-2003软件绘图、SPSS16.0软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同树种净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率日变化特征
植物的光合机构就像一台“生命的发动机”,而光合作用效率就是用来描述这台机器运转状况的指标和揭示光合机构运转调节规律的探针,也是植物生产力和作物产量高低的根本决定因素[8]。由表1和图1可见,不同树种的净光合速率(Pn)大小不同,顺序依次为茶条木>狗骨木>樟叶槭>无患子,前3种的差异不显著,均显著高于无患子,4种造林树种的Pn日变化呈相似的“双峰”曲线。曲线在8:00~10:00时迅速上升,10:00时出现第一个峰值,分别为7.31μmol CO2/m2·s、6.97μmol CO2/m2·s、5.69μmol CO2/m2·s和4.72μmol CO2/m2·s,然后急剧下降,均在11:00时出现低谷,“午休”现象明显,之后开始上升,茶条木和樟叶槭第二个峰值出现在12:00,狗骨木和无患子则出现在14:00,且较第一个峰值高,之后曲线逐渐下降,18:00时最低。相关研究表明:强光、高温、低湿和土壤干旱等环境条件引起气孔部分关闭和光暗呼吸加强或光合作用光抑制的发生导致了植物中午的光合“午休”现象[9,10]。此现象可以归结为气孔因素和非气孔因素两类,光合速率的降低可能是气孔导度降低的结果,也可能是气孔导度降低的原因,而只有当Pn和Ci同时减小可以证明光合速率的降低是气孔导度降低的结果[9],其余的光合速率降低要归因于叶肉细胞羧化能力的降低[11]。结合中午Pn、Ci的变化特征和Par、Ta、Rh实测值不难发现4种供试植物11:00光合速率降低并不是由于气孔导度降低引起的CO2供应不足所致,而是Par、Ta逐步升高导致叶肉细胞羧化能力下降的结果;12:00~15:00光合速率降低则主要是由于强光引起的气孔导度降低所致,与李新国等[12]的研究结果一致。
注:表中给出的是95%置信度水平下各参数的取值范围;方差检验p<0.05即可认为差异显著。
蒸腾速率(Tr)的日变化曲线与Pn相似,但第二个峰值均明显高于第一个峰值,无患子、樟叶槭Tr的第二个峰值出现在13:00,茶条木和狗骨木出现在14:00,4个树种Tr的大小顺序为无患子、狗骨木、茶条木、樟叶槭,前三者的差异不显著,但均显著高于樟叶槭;蒸腾速率一天中最大值出现在13:00和14:00附近,此时Ta亦为一天中的最高值,Par也维持在较高水平,结合Tr与Ta、Par的相关分析结果,不难发现这是植物对强光、高温的一种适应性表现,温度通过调节叶面水汽压亏缺来调控蒸腾速率[13]。数据分析表明樟叶槭耐强光、高温的能力相对较强,而茶条木、狗骨木相对较弱,无患子较差。
注:a.茶条木,b.樟叶槭,c.狗骨木,d.无患子。
叶片的水分利用效率可以用瞬时水分利用效率(WUE)和长期水分利用效率(植物吸收单位重量的水所产生的干物质的量)来表示。本次研究采用WUE,它往往反映了一定条件下植物碳同化和水分的平衡关系[14,15]、适应性强弱等[16,17,18]。如图1所示,4种造林树种的水分利用率(WUE)总体上均呈下降趋势,表明上午光合速率的增加幅度小于蒸腾速率的增加幅度,而下午光合速率的降低幅度大于蒸腾速率降低的幅度;茶条木和狗骨木在17:00时出现了轻微的回升现象,同此时大气CO2升高相似,与Curtis等[19]的研究相一致,表明大气CO2升高在一定程度上促进了水分利用效率的提高。WUE的顺序为茶条木>樟叶槭>狗骨木>无患子,前3者差异不显著,均显著高于无患子。
2.2 光合生态因子日变化
由图2可知,Par、Ta的日变化剧烈,上午随时间的推移急剧上升,12:00时最高,峰值为1064.67μmol/m2·s,然后急剧下降,18:00时为41.82μmol/m2·s;Ta的日变化曲线平缓,且随Par的增加而升高,但明显的滞后于辐射,峰值出现在14:00,为33.95℃;Ca、Rh与Par、Ta正好相反,日变化为不规则的“V”字型曲线,8:00时由于Par低、光合结构活化较慢,光合碳同化较弱,前一晚植物呼吸释放了大量的CO2,Ca值最高,为391.98μmol CO2/mol,随后急剧下降,11:00~16:00时徘徊在较低水平,最低值出现在16:00,为375.49μmol CO2/mol,Rh与Ta呈强烈负相关,最低值出现在14:00,为33.75 mbar。
2.3 气孔导度和胞间CO2浓度日变化特征
Gs是衡量叶片内外CO2扩散阻力大小的指标,控制着叶片内外CO2浓度[11]。如图3所示,4种植物的Gs和Ci日均值大小顺序为无患子>狗骨木>茶条木>樟叶槭,与Tr日均值一致。Gs日变化呈不明显的高—低—次高的“双峰”曲线,第一峰值均出现在11:00,无患子和狗骨木的低谷在12:00,第二峰值在13:00,茶条木和樟叶槭的低谷在13:00,第二峰值出现在14:00。有关Gs变化规律现有多种说法:早晨和傍晚低Par导致Gs在早晨和傍晚较低[20];Gs随着Par和Ta的增加而增加[21];对Gs影响最大的环境因子是Rh[22]。结合Par、Ta、Rh和Gs的变化特征发现,4种植物Gs呈规律性变化是Rh同Par、Ta综合作用的结果,至少是受Rh与Par、Ta其中之一共同影响的。受Gs变化的影响,Ci值8:00后均下降,11:00有所回升后又下降,14:00出现最低值后开始回升,18:00到达较大值。
注:a.茶条木,b.樟叶槭,c.狗骨木,d.无患子。
2.4 光合速率、蒸腾速率与生态生理因子相关性分析
由表2可知,4种植物的Pn均与Par、Gs呈极显著正相关,与Ci呈极显著负相关,与Ta、Rh的相关性不大;Tr与Par、Ta、Gs呈正相关,与Par相关性极显著,除樟叶槭外,Tr与Gs相关性均达到显著或极显著,与Ta的相关性不显著。Tr与Ci、Rh之间呈负相关,与Ci相关极显著,与Rh的关系只有无患子达到了显著水平。表明除樟叶槭外对Pn、Tr影响最强的生理生态因子为Par、Gs和Ci,而Ta、Rh对其影响相对较小。
注:*表示相关性达到显著水平(p<0.05);**表示相关性达到极显著水平(p<0.01)。
3 结论与讨论
3.1 结论
4种造林树种的Pn日变化呈相似的“双峰”曲线。中午强光、高温、低湿度引起的叶肉细胞羧化能力下降均在不同程度上导致了Pn的降低,11:00时均出现了光合“午休”现象,这是植物在长期进化过程中形成的一种自我保护方式,以减少光合机构的光破坏;12:00~15:00时Pn下降则主要为强光引起的Gs降低所致。此外,4种供试植物的Tr日变化趋势亦为“双峰”曲线。温度通过调节叶面水汽压亏缺来调控蒸腾速率,在Ta最高时Tr达到了最大值;WUE则在整个测定周期中大体呈递减趋势,而下午晚些时候大气CO2浓度升高在一定程度上促进了狗骨木和茶条木水分利用效率的提高。
数据分析表明:对Pn影响最为显著的生态生理因子为Par、Gs,其次为Ci、Rh、Ta;茶条木和狗骨木对强光、高温、干旱适应性相对较强,其次为樟叶槭和无患子。综合考虑西南喀斯特地区特殊的地质地貌、气候、水文条件等,可认为茶条木、狗骨木是具有较高光合速率、水分利用效率的植物,能较好的与该地区的生态环境相适应,樟叶槭其次,而无患子适宜度最差,属于耗水型树种。
3.2 讨论
西南喀斯特地区特殊的气候、地质背景,使该区的水、热、光时空分布极其不均匀。虽然雨热同期,但旱、雨季区分明显,夏季时晴时雨,天气变化频繁,常常导致局部高温和干旱,水、热、光因此也成了限制植物生长的重要因素。故耐干旱、耐高温、耐强光的植物将更有利于生存,适应性特征表现为具有高水分利用效率、低蒸腾速率和高光合速率。具有这些特征的植物既能很好的抵御干旱胁迫,又能最大限度的利用太阳光能,同时避免了光合机构的光损伤,最大限度的利用太阳光能同化CO2并充分利用有限的水分,有利于植被群落朝着稳定性强、抗逆性强的方向发展,与可持续的生态恢复理念相符合,可考虑在该地区种植。而低水分利用效率、高蒸腾速率、低光合速率的植物适生性相对较差,在夏季容易受到强光、高温等胁迫,在水分利用方面处于劣势,用作造林树种应慎重。建议采取套种等复合种植模式来改善其生境小气候,或种植在相对背光的坡脚,以提高造林植物的存活率。本文基于对4种造林树种叶片气孔气体交换相关特征和环境因子日变化的研究,对4种植物的生态适应性做了初步评价,其适应性顺序为:茶条木>狗骨木>樟叶槭>无患子。
西南喀斯特地区 篇2
西南喀斯特地区土地可持续利用探讨--以遵义市为例
遵义市是我国西南喀斯特发育比较完全的石灰岩山区,脆弱的.生态环境,紧张的人地关系和贫困是影响该地区土地可持续利用的主要限制因素.本文在分析遵义市土地问题主要症结的基础上,探讨了该地区地土资源可持续利用的对策.
作 者：王小红 张文秀 作者单位：四川农业大学经济管理学院,四川,雅安,625014刊 名：贵州民族学院学报(哲学社会科学版)英文刊名：JOURNAL OF GUIZHOU UNIVERSITY FOR ETHNIC MINORITIES(PHILOSOPHY AND SOCIAL SCIENCE)年，卷(期)：“”(1)分类号：F061.5关键词：遵义市 喀斯特 土地资源 可持续利用
西南喀斯特山区土壤水分研究 篇3
在降雨充沛的西南喀斯特地区,由于缺乏植被系统的调节,加上土层浅薄、土壤总量少、储水能力低以及岩石渗漏性强等原因,土壤水分的亏缺仍然是植被恢复重建的主要障碍因子。因此,如何进行植被的恢复重建、实现水土资源的协调利用是该地区环境治理和消除贫困的关键。西南喀斯特山区地形地貌复杂多变、小生境类型多样,景观格局具有高度空间异质性,导致该地区土壤水分运移相当复杂、研究难度较大,具有许多与其它类型区不同的规律和特点[6]。目前,不少研究者探讨了地质背景对喀斯特生态环境的控制和影响程度[7,8,9,10],分析了喀斯特山区土壤水分的运移规律、空间异质性及其主要影响因素[6,11,12,13,14,15]。但是,总体而言,西南喀斯特山区土壤水分研究还处于探索阶段。本文试图在分析西南喀斯特山区土壤水分生态环境特征的基础上,概述西南喀斯特山区土壤水分研究现状与进展,以期促进该地区植被恢复重建和生态环境建设进程。
1 西南喀斯特山区土壤水分生态环境特征
西南喀斯特山区土壤水分生态环境受地质背景的制约,与复杂多变的地形地貌和类型多样的小生境紧密关联。喀斯特山区分布最广的两类岩石是石灰岩和白云岩,二者在岩石裂隙发育程度、风化作用方式、喀斯特形态、土层厚度、碎石(>2mm)含量及风化壳持水性能等方面都有较大差异[7,8,9]。白云岩的风化深度和程度都大大超过灰岩,其溶蚀残余物质能相对均匀地分布地表,但多含碎石且二元水文结构不发育;而灰岩区土粒易聚集在岩体的裂隙和地下空隙系统中,岩石渗漏性较强,土层厚度往往较浅且分布极不均匀,空间异质性较大。碳酸盐岩风化形成的石灰土,其理化性质有别于地带性土壤,表现为富钙、偏碱性、有效营养元素供给不足且不平衡,质地偏粘,有效水分含量偏低。喀斯特山区土壤与母岩之间界面明显,缺乏过渡层,结合力差,非常容易水土流失。由于碳酸盐岩风化成土作用缓慢,致使这些地区土层瘠薄,一旦流失就很难恢复。
喀斯特山区土壤在较大取样面积呈集群分布,受控于裂隙的空间展布和地貌部位;在较小取样面积呈均匀分布和随机分布,常分布于石沟、石缝等肥沃生境[7]。降雨资源的再分配及与此相应的土壤资源再分配(通过侵蚀和沉积),是土壤斑块异质性形成的最主要的影响因素。喀斯特环境的土壤可以与石面、石缝、石沟、石洞、石槽、溶洞等组合形成多种小生境类型,即地表土被不连续但可以与地下空间广阔、低水平持续供应养分的生境相结合形成多层生态空间[7]。由于喀斯特山区气候、地形、地质构造、喀斯特作用、土壤等条件的不同,各圈层发生着地质地貌组合→水文土壤组合→植被和小生境组合结构的作用过程,不同组合结构的喀斯特生态系统具有特殊的功能和圈层的耦合作用,其本底稳定性与脆弱性各异,从而形成不同区域喀斯特生态系统及生境类型的多样性,集中表现为生境类型及其组合多样且时空变化无序[7]。即使在岩石裸露率较高的情况下,不同生境的组合类型并不相同,相应的生境严酷程度也不相同。部分研究者得出的林、灌、草保水固土功能的差异,可能就与喀斯特地区类型多样的小生境有关[3],其中地质背景、枯枝落叶层和石生植物(地衣、藻类、苔藓等)的差异可能是重要原因之一[2,10]。
植物对各种类型小生境的利用特点为喀斯特环境不同岩石裸露率地段采取相应的植被恢复途径、方式提供了理论依据。在土层浅薄的喀斯特山区,植物根系具有穿插岩石吸收裂隙水的功能[16,17,18],植被类型、大小及覆盖度主要受喀斯特裂隙的发育程度及规模所控制[2,7]。在植被的恢复过程中,土壤水分生态环境随植物群落的正向演替发生相应的变化:裸露岩石(风化作用)→地衣植物群落(分泌有机酸腐蚀岩石表面,植物群体参加土壤的聚集和水分含蓄)→苔藓植物群落(聚集土壤能力更强,土壤水分、养分条件改善)→草本植物群落(土壤增厚,土壤蒸发减少,土壤细菌、真菌、小动物活动增强)→木本植物群落(腐殖质层增厚,土壤涵养水分能力增强,植物根系发育,固土能力增强)[7]。以生物量增长和土壤形成为纽带,灰岩出露后喀斯特系统演进趋势为石质喀斯特→生物喀斯特→土壤喀斯特→生态系统喀斯特,最终成为以生物活动和土壤媒体过程为主导的喀斯特生态系统[19]。在稳定的生态系统下,表层带喀斯特作用实质上已成为地质作用与土壤作用、生物作用相融合,有机—无机—生物过程相互作用的地球表层圈层的藕合。
2 西南喀斯特山区土壤水分研究现状
水分驱动机理和养分循环特征是理解喀斯特生态系统功能,尤其是生态系统生产力及其稳定性的关键基础。随着喀斯特地区以石漠化为主要特征的生态环境恶化日益严峻,国内外对喀斯特地区的研究重点有了明显变化,从原来的侧重地质成因、地貌过程、水文特征的研究转变到喀斯特生态系统退化过程与恢复机理、适应性调控机制、生态重建技术与模式的研究。联合国教科文组织(UNESCO)和国际地质对比计划(IGCP)资助的喀斯特地区生态环境研究计划,从“地质、气候、水文和岩溶的形成(1990-1994)”、“岩溶作用和碳循环(1995-1999)”到“全球岩溶生态系统对比(2000-2004)”、“岩溶含水层与水资源全球研究(2005-2009)”也反映了这一趋势。在我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006-2020)和“十一五”规划纲要中,也明确将“岩溶生态脆弱区域生态系统功能的恢复重建”列为优先主题之一。在此期间,土壤水分的研究也逐渐得到部分专家学者的关注和重视。以国家自然科学基金为例,近10年来相关的研究项目主要有:“贵州六盘水岩溶山区石漠化与表层岩溶水循环相关性研究”(蒋忠诚,1999-2001);“喀斯特地区土壤退化过程中土壤水动力机制研究”(杨胜天,2003-2005);“我国西南峰丛山区生态环境调蓄表层岩溶水的功能研究”(蒋忠诚,2006-2008);“西南岩溶山区土-石坡面土壤水分运移及调控机理研究”(陈洪松,2006-2008);“我国西南岩溶地区生态恢复重建的水文响应典型研究”(王腊春,2006-2008);“我国西南岩溶含水层演化机理研究”(袁道先,2007-2009);“基于稳定同位素的喀斯特山地先锋植物水分利用策略研究”(容丽,2009-2011);“岩溶峰丛洼地地区的坡面流研究”(姜光辉,2009-2011);“基于树干液流和稳定氢氧同位素技术确定植物利用表层岩溶水分的研究”(黄玉清,2009-2011)。在新近立项的第一个西南喀斯特地区的国家重点基础研究发展计划“西南喀斯特山地石漠化与适应性生态系统调控”(刘丛强,2006-2011)中,设立的有关土壤水分的课题为“喀斯特地区水循环动力过程及其水文生态效应”(陈喜,2006-2011)。这些项目的实施,无疑极大地推动了喀斯特地区土壤水分研究的相关进展。
目前,西南喀斯特山区土壤水分研究在土壤水分测定方法、土壤水分有效性、碎石对土壤水分入渗与蒸发的影响、不同利用方式(或不同生境)土壤水分含量差异、土壤水分时空变异性及其主要影响因素、土壤水分沿坡面的分布规律等方面进行了部分有益的探索,取得了一些重要进展[11,12,13,14,15]。近年来,借助于稳定同位素示踪技术,部分研究者还探讨了植物水分利用效率及水分来源,分析了降水、土壤水、地表水、壤中流(裂隙水)、地下水的相互转化关系与转化方式[20,21,22,23]。但是,由于地形地貌和水文地质结构的复杂多变以及裸露岩石与浅薄土层的相互镶嵌,喀斯特生境具有高度异质性,土壤水分研究在方法和技术手段上还存在许多不足,还难以揭示不同地貌类型区、不同地质背景、不同退化程度小流域土壤水分运移规律及调控机理。
3 西南喀斯特山区土壤水分研究进展
3.1 西南喀斯特山区土壤水分测定方法
在西南喀斯特山区洼地,大部分地段土层相对较厚(60-100cm)且连续性较好,土壤水分测定相对简单,可以采用中子仪、TDR等常规方法测定土壤水分含量。但是,由于土壤质地粘重,当土壤水分含量较低时,管式TDR(如TRIME-T3)因管壁与土壤间空隙较大而导致测量结果可能有较大偏差。而且,当土中碎石含量较多时,中子仪或TDR可能需要特殊的标定才能比较准确地测定土壤含水量。在喀斯特山区坡地,土层浅薄(10-30cm)且不连续,土壤水分一般只能采取烘干法(土钻取土)测定,但也有研究者利用中子仪测定风化基岩的供水性能[18]。在以石灰岩分布为主的喀斯特山区,虽然小生境类型多样,石面、石沟、石缝、石槽等与土面交错分布,但土层连续分布区域因碎石含量较少,土壤含水量可以采用针式TDR(如TRIME-EZ)或烘干法测定。在以白云岩分布为主的喀斯特山区,浅薄土层常含碎石,土壤水分的测定具有较大的难度:针式TDR探针因难以下插而容易折断,普通土钻则常因碎石的存在而难以应用。当碎石含量较多、粒径较大且大口径(直径为10cm)土钻都不适用时,只能采用挖坑取土的方法来测定土壤含水量。
由于碎石对土壤水分性质有很大的影响,所以在水分测定过程中需要确定地表碎石覆盖率和土中碎石体积含量。按照美国农业部的分级标准[24],碎石可以分为四大类(表1)。不过,大部分研究者关注的是砾石(2-75mm)含量,其又可以细分为三级:小(2-5mm)、中(5-20mm)、粗(20-75mm)。在计算碎石地表覆盖率时,一般可以采用计点法或线形交叉法(point-count and/or line-intersect methods)来确定,也可以采用数码摄影的方法通过相关软件计算确定[24,25]。在计算土中碎石体积含量时,如果其含量较少且粒径小于20mm,可以直接采用200、300cm3环刀采样并结合排水法(测定碎石体积)来确定。如果碎石含量较多且粒径大部分为20-75mm,最好采用挖坑(长、宽30-50cm,高10-20cm)采样并结合灌水(或灌沙)法(测定土坑体积)和排水法来确定。如果碎石粒径大于75mm,由于称重困难,最好采用计点法或线形交叉法估算碎石体积比[24]。考虑到样点的变异性,可以在10m×10m的范围内采集5个重复,即四角和对角线交叉点。
3.2 西南喀斯特山区土壤水分有效性
土壤水分的有效性是指土壤水分能够被植物吸收利用的难易程度,反映了不同类型土壤的抗旱性能。喀斯特山区土壤质地粘重,粘粒(<0.002mm)含量较高,其有效含水量一般也相应较低。根据离心机测定的广西区环江县古周村峰丛洼地表层(0-15cm)土壤水分特征曲线,通过拟合曲线(幂函数)计算了相应的水分特征参数,即田间持水量、毛管断裂含水量、凋萎含水量,相应的吸力分别为0.03、0.1、1.5MPa。由于喀斯特生境土壤的高度异质性,不同土地利用方式田间持水量、毛管断裂含水量、凋萎含水量有较大的差异,但速效含水量和有效水含量差异较小,分别在3.9%和10.7%左右(表2)。与坡耕地和洼地玉米相比,虽然次生林、灌草丛田间持水量较高,但是凋萎含水量也相应较高。因此,在进行不同利用方式土壤水分状况评价时,不能单纯根据土壤含水量的高低来判断。当然,由于坡地土层浅薄,加上植物根系具有穿插岩石吸收裂隙水的功能,所以上述指标不能作为评价坡地植物抗旱性能的唯一指标。
注:土壤含水量都为重量百分比。
在西南喀斯特山区,虽然也有部分学者[26,27]探讨了不同利用方式土壤有效水含量的大小,但是目前田间持水量的土壤水吸力标准还没有统一,具体测定过程中也没有考虑碎石的影响。若以田间持水量对应的土壤水吸力为0.01MPa,李阳兵等[26]在重庆市北碚岩溶山区的研究结果表明,不同土地利用方式土壤有效水含量变化范围为10%-20%,主要受有机质、>0.25mm水稳性团聚体、粘粒等含量的影响。蒋太明等[27]在贵州省修文县喀斯特山区的研究结果表明,黄壤旱耕地剖面土壤有效水含量很小,虽然部分表层可达9.5%左右,但是大部分层次仅为2.0%左右。与陕西长武黄土、广西环江和湖南桃源红壤相比,大部分石灰土有效水含量相对偏低,更易受干旱胁迫。
3.3 西南喀斯特山区土壤水分入渗规律
在具有地表地下双层空间结构的喀斯特山区,岩石渗漏性较强,降雨入渗率很高(一般0.3-0.6,部分可达0.8以上),降雨可通过竖井、落水洞、漏斗等迅速汇入地下,常形成“地下水滚滚流、地表水贵如油”的特殊景观。由于喀斯特山区降雨入渗率高,土壤水分沿坡面的分布主要取决于土地利用类型的差异;在植被类型相对一致、坡面较为均一的条件下,坡位对土壤水分沿坡面的分布影响较小[6]。不过,在岩石裸露率较高的局部地段,土壤水分可能会因岩石表面雨水的汇集而出现相对较高的现象。喀斯特山区浅薄且连续性差的土层常含碎石,其主要通过影响土壤孔隙度和水分运移通道的弯曲程度来影响土壤水分入渗。但是,土中碎石的存在可能增加也可能减少入渗[28],这与碎石在土中的位置及其尺寸大小有关[29,30]。土壤表面覆盖碎石,一般能防止土壤孔隙堵塞而增加入渗,但当碎石埋在土中时,则会促进结皮的形成,导致入渗减少而径流增加[29]。碎石尺寸对石质土壤入渗的影响存在一个临界值,当碎石尺寸大于临界值时,石质土壤的入渗将随水分运移通道的减少而降低[30]。不过,关于碎石对土壤水分入渗的影响,国外研究较多且取得许多重要的成果[11,28,29,30],而国内目前虽有部分相关研究[31,32,33,34,35],但还处于探索阶段,尤其在西南喀斯特山区。
在中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站(岩石类型以白云岩为主),不同利用方式坡面(投影面积>1000m2)降雨产流的观测结果表明降雨入渗率高达0.9以上,而且不同利用方式间差异不明显。当然,坡面不同利用方式降雨产流相关结果及其主要影响因素还有待于较长时间数据的验证。至于碎石对土壤水分入渗的影响,与碎石含量、粒径、土石体积比等都有关系。室内模拟试验表明[35],碎石体积含量(10%、20%、30%)及粒径(5-10mm、10-20mm、20-30mm)对土壤入渗有较大的影响。当碎石粒径不变时,随着碎石体积含量由10%增加到30%,土壤水分入渗有一个“减小-增大”的过程。当碎石含量不变时,碎石粒径对土壤水分入渗的影响较为复杂,但较大粒径碎石有促进入渗的作用。用盘式入渗仪对特定土-石坡面土壤水分入渗的研究表明[35],大部分地段表层土壤碎石的体积含量可达20%-50%,土壤稳定入渗率可达0.70-2.10mm/min,其与碎石体积含量呈递增的指数函数关系。显然,土-石坡面石灰土稳定入渗率高于黄土的稳定入渗率(0.33-1.13mm/min)[36]。不同粒级碎石含量与土壤入渗关系比较复杂,但75-20mm碎石含量同稳定入渗率具有显著的正相关关系。野外测定结果表明,洼地剖面各层土壤透水性能差异较大,具有随土层深度的增加而减小的趋势,但碎石能在一定程度上增加土壤水分入渗。
3.4 西南喀斯特山区土壤水分空间变异性
一般认为,土壤水分空间变异性的影响因素主要有气候(降雨、太阳辐射等)、地形(坡度、坡向、海拔、上坡汇水面积等)、土壤性质(机械组成、有机质含量、结构、大孔隙等)、植被类型以及土壤平均含水量等[37]。西南喀斯特山区土壤水分具有明显的时空变异性和派生性,其空间变异性与该地区复杂多变的地形地貌和类型多样的小生境密切相关[38]。在喀斯特山区洼地(古周)相对平坦地块,旱季表层土壤水分的空间格局主要受石丛和地形两个尺度环境因素的影响和控制,呈现比较简单的斑块状分布[11]。在土被连续分布区域,土壤水分具有较小的总体方差和较大的变程,土壤水分空间连续性较好;在石丛分布区域,土壤水分具有较大的基台值和较小的变程,土壤水分空间连续性差。因此,在研究不同性质斑块土壤水分的变异特征时,需要选取不同的采样设计。
降雨量(土壤平均含水量)、土地利用方式、微地貌、土壤物理性质、有机质含量等对喀斯特山区土壤水分的空间分布与变异都有重要影响,但旱季、雨季有所差异[12]。洼地土壤水分受地形、微地貌、土地利用方式等的影响呈不规则的斑块状分布,空间变异程度各异。土壤水分的空间异质性随平均含水量的增加而减小,变程在平均含水量中等时较大,在极干旱或降雨之后较小[13]。与雨季相比,洼地旱季土壤水分的块金值和基台值明显增大。旱季斑块支离破碎,土壤水分空间变异程度很大,而雨季斑块数目明显减少,土壤水分空间异质性有所降低[24]。坡面土壤水分表现出明显的季节变化,但都为中等变异。坡面横向由于特殊的土壤分布和地貌形态使得水分变异较纵向强烈,反映了坡面石丛与土壤相间分布、生境高度破碎化的特征[14]。喀斯特山区土壤水分的空间结构具有一定的尺度效应,变程具有随采样尺度增大而变大的特征[11,12]。当研究区域存在多重尺度的变异结构时,需要根据研究的目的和精度确定合理的采样尺度。
4 结论
西南喀斯特地区 篇4
几十年来, 国际上对中亚热带地区常绿阔叶林在区系组成、物种多样性、外貌结构、演替、生态系统的结构和功能、 物质和能量的流动等方面进行了大量的研究,并积累了许多资料[5,6,7,8,9,10,11]。 但有关光合生理生态方面的研究还不多。 近年来我国对喀斯特地区的植物光合生理的研究多集中在造林树种的日变化特征[12,13]、不同生活型植物幼苗对干旱生境的生理生态适应[14]、石山植物的光响应[15]、青冈栎( Cyclobalanopsis glauca) 或九龙藤( Bauhinia championii) 等的光合生理特征[16,17]等方面,对喀斯特地区典型植物光合作用的季节变化研究尚少, 而植物的演替状态与其内在的光合生理特性有密切的联系[18]。
本文以西南喀斯特滇南安息香、 女贞和岩樟3种主要典型植物为材料, 用LI-6400光合测定系统测定光合生理的季节变化, 从植物光合生理特征长期季节变化和光合特性中探寻植物的生态适应性对策,为喀斯特地区人工育种造林、管理等提供科学参考, 为喀斯特地区退化生态系统的重建和恢复提供相应的理论指导。
1研究区概况与研究方法
1.1自然概况
试验设置在中国科学院环江喀斯特农业生态系统观测 站森林植 物资源引 种园内( 24°43′58.9″24°44′48.8″N,108°18′56.9″-108°19′58.4″E) , 地势四周高,中间低,海拔最高为647.2 m,最低为272.0 m, 坡度较陡,≥25°的坡面占62%, 属于典型的桂西北峰丛洼地。 属亚热带季风气候区,气候温和、雨水充沛、日照充足、雨热同季。 年平均降雨量1 389.1 mm。 年均日照1 451 h,年均太阳总辐射量为413.8 k J/cm2, 有效辐射量为211.9 k J/cm2。 研究区域在上世纪70、 80年代受人为活动影响较严重,砍伐、放牧、耕种、火烧等人为干扰导致植被的覆盖率较低。
1.2实验材料
试验材料选择滇南安息香 ( Styrax benzoinoides Craib) 、 女贞( Ligustrum lucidum) 和岩樟( Cinnamomum saxatile) 3种喀斯特典型植物, 所有试验对象均为自然生长、立地条件均一、长势良好的植株。
1.3研究方法
采用1、4、7、10月份的数据进行光合作用季节变化特征分析。 季节变化的测定分别于2009年10月及2010年1、4、7月选择晴朗、 无风的天气进行, 利用美国LI-6400便携式光合仪于8:00-17:30时测定,每个树种选取3株长势相近的植株,每株选取顶端第2到第5片完全展开的4个健康成熟叶作为待测叶片,每小时测定一个轮回。 鉴于一次测量周期较长,为了尽量消除不同植物在同一次测量中的光照、 温度、空气湿度、CO2浓度差异,采用3种植物交叉测定的方法。 测定净光合速率( Pn,μmol CO2/( m2·s)) 、 胞间CO2浓度 ( Ci,μmol/mol)、 光合有效辐射强度 ( PAR,μmol/( m2·s))、大气CO2浓度( Ca,μmol CO2/mol) 、 大气温度( Ta,℃)、大气相对湿度( RH,%)。
1.4数据处理
测定结果用Excel 2003进行处理计算, 并用SPSS 16.0对实测数据进行显著性检验。
2结果与分析
2.1植物光合作用的季节变化
喀斯特3种典型植物净光合速率季节变化特征不同。 从图1来看,滇南安息香、女贞、岩樟的净光合速率季节变化在1月均处于相对较低的状态;4月均有所升高, 滇南安息香和岩樟达到峰值;7月女贞达到峰值,其叶片的光合作用也最强,而滇南安息香和岩樟略有下降;10月女贞和岩樟的净光合速率有所下降,低于1月份,而滇南安息香有所上升,仅低于4月。 整体而言,滇南安息香的净光合速率四季均为最低,且季节变化较小,4月、10月光合速率较高,1月、 7月光合速率较低。 说明季节变化对女贞、岩樟光合能力的影响明显大于滇南安息香。 女贞和岩樟的净光合速率季节变化相似, 岩樟的净光合速率略低于女贞。
2.2净光合速率日变化
选取叶片已发育成熟又属于生长旺季的7月观察数据,对滇南安息香、女贞、岩樟3种典型喀斯特植物光合作用日进程进行分析( 图2)。 在阳光强烈、 高温的环境条件下,3种植物的净光合速率日变化总的趋势差异较大,11:00左右光合速率的降低原因主要是云层的遮挡导致光强降低,从11:00后开始3种植物都呈明显“ 双峰”型,出现了明显的光合“ 午休” 现象,但各树种的变化曲线不同。 滇南安息香第1峰出现在12:00,第2峰则在16:00出现,第2峰值比第1峰值高33%左右,而谷底则出现在15:00,最低值是第2峰值的31%。 女贞的第1峰在12:00出现,第2峰在16:00,第1峰值比第2峰值高近1倍,基本上属于“ 一睡不起”型,光合午间降低的程度也较大( 仅为第1峰值的29%)。 岩樟的第1峰也出现在12:00, 第2峰在14:00,第2峰值与第1峰值接近。
2.3环境因子的季节变化
研究区光合有效辐射、空气相对湿度、空气温度季节变化趋势一致,呈倒“ V”型,1月三者均最低,分别为294.41 μmol/( m2·s) 、50.3%和17.6 ℃,随着时间的推移, 逐渐升高,7月达到峰值, 分别达到797.27 μmol/( m2·s) 、55.41%和36.7 ℃,随后降低。 1月和10月的光合有效辐射、4月和7月的空气温度相差幅度不大,空气相对湿度整年变化幅度不大。 空气CO2含量在1月最高, 为406.30 μmol/mol, 随着时间的推移,呈先降低、后升高、再下降的趋势,4月最低,为391.76 μmol/mol( 图3) 。
图3 光合有效辐射 、 空气温度 、 空气相对湿度和空气 C O2含量的季节变化 Fig.3 The seasonal dynamics of PAR、Ta、RH and Ca
2.4不同季节净光合速率与生理生态因子的关系
本文采用1月、4月、7月、10月测定的净光合速率数据, 并对相关生理生态因子与净光合速率的关系进行相关分析。 不同季节,不同树种净光合速率的影响因子不同。 由表1可看出,1月女贞和岩樟的净光合速率与蒸腾速率和光合有效辐射极显著相关 ( P<0.01) , 滇南安息香的净光合速率与蒸腾速率、光合有效辐射显著相关( P<0.05),岩樟还与气孔导度显著相关( P<0.05)。 胞间CO2含量、空气湿度与净光合速率均为负相关,但均未达到显著水平。 这表明春季的光合有效辐射、蒸腾速率、气孔导度等生理生态因子与滇南安息香、 女贞及岩樟的光合作用的关系都很密切。
在4月,岩樟的净光合速率与光合有效辐射、蒸腾速率极显著相关( P<0.01);女贞的净光合速率与光合有效辐射极显著相关( P<0.01),与胞间CO2含量显著相关( P<0.05);而滇南安息香的净光合速率与各因子相关度均不高。 各植物的蒸腾速率与净光合速率相关系数均不一样,差异较大,岩樟净光合速率的相关系数最大,为0.765,而滇南安息香的相关系数最小,仅为-0.007。 说明4月光合有效辐射、蒸腾速率是岩樟光合作用的主要影响因子, 光合有效辐射和胞间CO2含量对女贞光合作用的影响最大, 而相比其他因子,光强对滇南安息香光合作用的影响较大。
在7月,3种植物的净光合速率与胞间CO2含量均极显著相关( P<0.01),女贞的净光合速率还与气孔导度显著相关( P<0.05),岩樟与气孔导度为极显著相关( P<0.01);其他因子与净光合速率的相关度不高。 这表明7月滇南安息香、女贞、岩樟的净光合速率主要受胞间CO2含量的影响, 而女贞和岩樟的净光合速率还受气孔导度的影响。
在10月,滇南安息香、女贞和岩樟的净光合速率与光合有效辐射、蒸腾速率极显著相关( P<0.01), 与胞间CO2含量显著相关( P<0.05),岩樟的净光合速率还与气孔导度极显著相关( P<0.01),女贞与气孔导度显著相关( P<0.05)。 这说明在10月,蒸腾速率、光合有效辐射和胞间CO2含量是3种植物净光合速率共同的主要影响因子, 气孔导度对岩樟净光合速率的影响大于女贞和滇南安息香。
注:* 表示相关性达到显著水平(P<0.05);** 表示相关性达到极显著水平(P<0.01)。
3讨论
光合作用是植物生长发育中非常重要的生理过程之一,受遗传和环境条件的影响,某些光合特性参数已逐渐成为植物速生丰产及制定栽培措施的科学依据[19]。 滇南安息香、女贞和岩樟3种喀斯特典型植物的净光合速率季节变化差异明显, 女贞和岩樟的光合速率季节变化表现为4月、7月较高而1月、10月低,滇南安息香的光合速率季节变化则不明显。 不同季节滇南安息香的净光合速率均最低, 女贞和岩樟的净光合速率明显高于滇南安息香。 树种之间净光合速率的不同, 反映出3种植物光合作用能力的强弱顺序为:女贞 > 岩樟 >滇南安息香。
滇南安息香、 女贞和岩樟3种植物都出现了光合“ 午休”现象,但各树种的变化曲线不同。 11:00左右光合速率的降低原因主要是云层的遮挡导致光强降低。 滇南安息香和女贞两个峰值时间相近,滇南安息香的第二峰高于第一峰, 而女贞的第一峰高于第二峰。 岩樟的两个峰值出现较早,第一峰和第二峰相近。 关于光合午休的成因,不同研究者至今还有不同的看法, 主要归纳为气孔限制因素和非气孔限制因素[20,21],哪种因素起主导作用与植物种类及其所处的环境有关[22]。
不同季节影响3种植物净光合速率的因子不同。1月光强和蒸腾速率为3种植物共同的主要影响因子,4月3种植物的主要影响因子各不相同, 胞间CO2浓度和光合有效辐射是影响女贞的主要影响因子。 光强和蒸腾速率是影响岩樟的主要影响因子,而各因子对滇南安息香的影响不显著。7月影响3种植物净光合速率的因子主要是气孔导度和胞间CO2含量,10月蒸腾速率和光合有效辐射仍是3种植物共同的主要影响因子。 结合环境因子的季节变化来看, 4月 、7月的平均气温 ( 31.73 ℃ 、36.74 ℃) 及光强 ( 490.48 μmol/( m2·s) 、797.27 μmol/( m2·s)) 高于1月、10月平均气温( 17.60 ℃、28.77 ℃) 和光强( 294.41 μmol/( m2·s) 、286.63 μmol/( m2·s)) , 气温和光强是导致4月、7月影响因子差异的主要原因。 在各因子中, 光强是不同季节影响3种植物净光合速率最为主要的因子。
4结论
光合作用是植物十分复杂的生理过程, 与自身遗传因素密切相关,又受到气温、空气、相对湿度、光照强度等外界因子的影响。 西南喀斯特地区的气候具有明显的季节特点和分化, 使得生长在此的植物的光合特性也发生了季节变化。 女贞和岩樟不同季节的光合速率差异较大, 而滇南安息香在不同季节下光合速率变化不明显。 而在光照、温度、湿度和大气CO2浓度各环境因子中, 光照是不同季节影响3种植物净光合速率最为主要的因子。 因此植物光合作用也呈现出4、7月高,1月、10月低的季节变化规律。 从3种植物的光合季节变化来看,女贞和岩樟的光合能力明显大于滇南安息香。 虽然3种树种均为喀斯特地区的典型树种, 但女贞和岩樟能较好地与西南喀斯特环境相适应,其中女贞的适应性最好,其次为岩樟, 而滇南安息香对西南喀斯特环境适应性较差。 通过对比3种西南喀斯特地区典型植物的光合季节变化能够为揭示西南喀斯特地区植物群落的构建机制、 喀斯特植被迅速恢复以及喀斯特地区的生态重建提供理论支持。 值得指出的是,本试验对3种喀斯特地区典型植物的光合季节变化进行了研究, 其光合季节差异的植物自身因素是今后研究的目标。
摘要：为了解喀斯特典型植物光合作用季节变化特征,应用LI-6400便携式光合作用测定系统,对滇南安息香(Styrax benzoinoides Craib)、女贞(Ligustrum lucidum)和岩樟(Cinnamomum saxatile)3种喀斯特典型植物在自然生境中的光合季节动态及主要影响因子进行研究。结果表明:女贞和岩樟的光合速率季节变化表现为4月、7月较高而1月、10月低,滇南安息香的光合速率季节变化则不明显;3种植物都出现了光合“午休”现象,但不同树种的变化曲线不同;不同季节影响3种植物的净光合速率(Pn)的因子不同:1月和10月,3种植物共同的主要影响因子为光强(PAR)和蒸腾速率(Tr),4月3种植物的主要影响因子各不相同,胞间CO2含量(Ci)和光强(PAR)是影响女贞的主要影响因子,光强(PAR)和蒸腾速率(Tr)是影响岩樟的主要影响因子,而各因子对滇南安息香的影响不显著。7月影响3种植物净光合速率的因子主要是气孔导度(Gs)和胞间CO2含量(Ci)。光强是不同季节影响3种植物净光合速率最为主要的因子。通过对3种植物光合作用季节变化特征分析,女贞和岩樟能较好的与西南喀斯特环境相适应,而滇南安息香对西南喀斯特环境适应性较差。
西南喀斯特地区 篇5
除了国家投入不足和政策失误外,对喀斯特土地退化成因与发生机制、喀斯特生态系统功能维持机制及演变规律认识不足,缺乏喀斯特生态系统退化的综合防治理论与支撑技术体系是重要的原因。因此迫切需要研究喀斯特生态系统演替过程及其生态效应,找出打破“环境退化-贫困”恶性循环的关键环节,提出优化喀斯特生态系统功能的防治技术,为西南喀斯特退化生态系统恢复重建提供科学依据。
1 喀斯特坡地土壤生态系统养分水分过程
采用观测手段与同位素示踪技术相结合的方法,分析喀斯特坡面土壤侵蚀与降雨-入渗-产流-土壤水分再分布过程,研究不同利用方式坡面侵蚀产沙机理。
1.1 喀斯特坡地土壤样品的粒度变化
环江喀斯特生态系统站坡地土壤样品粒度的顺坡变化见表1。粗砾(>20mm)含量呈顺坡减少的趋势,细砾(2-20mm)含量则呈顺坡增加的趋势。倒石堆坡地是撒落堆积的产物,粗大的碎屑物主要集中在倒石堆的上部,细小的碎屑物则集中在其下部,土体的粒度自上而下逐渐变小,呈顺坡变细的趋势。
1.2 喀斯特坡地土壤中137Cs分布
广西环江137Cs本底值为997.7Bq/m2(2006),变异系数(CV)0.13,本底值可靠。环江喀斯特生态系统站坡地石灰土角砾多、孔隙大,土壤分层剖面中137Cs分布深度大;土壤剖面样的137Cs浓度高,面积活度低,揭示了由于地下漏失引起土壤的细颗粒物质和137Cs的垂直向下的深部迁移[2]。
环江喀斯特站水库沉积泥沙的137Cs和细颗粒含量(<0.05mm)的深度分布表明,137Cs分布于剖面上部0-12cm深度内的表层内,含量1-2Bq/kg。水库泥沙表层10cm的137Cs平均浓度为1.8Bq/kg,流域表层土壤的137Cs平均浓度15.0Bq/kg,土壤地下流失产出的泥沙来自深层土壤,基本不含137Cs,利用配比公式计算得出环江喀斯特站小流域土壤地面和地下流失的相对贡献率分别为12%和88%,即喀斯特河流泥沙主要来源于土壤的地下流失。初步研究表明:土壤流失以“地下过程为主、地表过程为辅”。
1.3 不同利用类型土-石坡面降雨产流规律
环江喀斯特站不同利用类型(主要有坡耕地、灌草丛、牧草地等)土-石坡面年降雨径流系数小于5%,表明喀斯特山区土-石坡面降雨入渗产流以“地下过程为主、地表过程为辅”。这也可能是土壤水分沿坡面的分布主要取决于土地利用类型,而与坡位关系较小的缘故。与此对应,土-石坡面地表侵蚀很少,一般年土壤侵蚀模数<10t/km2,仅新开发经济林地因土壤扰动较大其年侵蚀模数可达20-50t/km2或者更多。
1.4 喀斯特土壤微生物多样性
利用分子生物学方法和生态微平板技术,研究喀斯特植被典型演替过程中土壤微生物结构和功能多样性,结果显示:土壤中微生物功能多样性随地上植物多样性的升高而升高(次生林>原生林>灌丛>草丛);而组成多样性与地上植被变化趋势不一致(细菌表现为草丛>次生林>原生林>灌丛;真菌为次生林>草丛>灌丛>原生林),但聚类分析表明,土壤微生物组成多样性具有延续性;在草丛和灌丛覆被下,土壤微生物组成多样性有显著的季节变化,无显著的功能多样性季节变化,而在森林覆被下(原生或次生林),土壤微生物功能多样性季节变化极其显著,但组成多样性变化不显著[3]。因此,在喀斯特植被恢复早期,土壤中存在丰富的微生物遗传多样性,具有较好的土壤微生物恢复基础,但不稳定;而恢复后期,土壤微生物功能加强并随地上植被生长的季节变化而功能发生改变。喀斯特土壤微生物和植被之间存在着共演替的作用机制,在制订石漠化土地恢复举措时,应该考虑到这种相互依存的共存机制。
2 喀斯特峰丛洼地土壤养分、水分的空间分异
2.1 峰丛洼地土壤养分的空间分异
根据干扰程度将桂西北峰丛洼地区的土地利用类型分为四种:自然坡地、撂荒地、木豆-板栗地和耕地。样点的布设采用规则网格和链形相结合的方法,在洼地和坡脚采用网格取样,取样间隔20 m。沿坡面采用线形取样,取样间隔10 m。
坡地和洼地土壤养分比较表明:土壤养分在坡地和洼地有明显差异。如表3所示,有机碳、全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效钾在坡地的含量显著高于洼地,其中坡地的有机碳比洼地高约79.8%,全氮高75.5%,全磷高12.2%,全钾高28.2%,碱解氮和速效钾分别高68.2%和51%,表明坡地土壤养分状况好于洼地。速效磷在洼地的含量显著高于坡地,比坡地高约34.7%,主要与洼地的磷肥施用有关。
“Sig”表示坡地和洼地有显著差异(P<0.05),“Not sig”表示坡地和洼地差异不显著(P>0.05)。
地形因子对土壤养分的影响:立地因子与土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效钾等养分呈显著正相关:立地因子高(裸岩率大,坡度较陡,土被较薄)的点上述养分含量也较高[4]。有机碳等养分与立地因子表现出的正相关关系可能与两方面的作用有关,一是立地因子较高(裸岩率大,坡度较陡,土被较薄)的样点往往是自然植被或撂荒地所在的点,人类干扰小,土壤有机质积累较高,相应土壤的供水供肥能力优于其他样点;二是在自然条件下石灰岩表面往往发育有苔藓等原生植物,已有研究表明其形成的土壤中有机质、全氮、全磷以及有效态的氮、钾等养分含量明显高于其他植被的土壤。土壤物质在石面的侵蚀、淋溶以及在石隙和石槽土壤的沉积可能也是高立地因子处土壤养分反而偏高的一个原因。
土地利用方式对土壤养分具有明显影响(表4):自然坡地的有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效钾明显高于其他土地利用类型,其中有机碳比耕地高234.7%,全氮、全磷、碱解氮和速效钾分别比耕地高140.2%、10.8%、181%和48.1%;撂荒地的有机碳、全氮、碱解氮和速效钾显著高于木豆-板栗地和耕地,表明经过较长时间的撂荒后,土壤养分循环在向良性方向发展,生态系统功能逐渐恢复。木豆-板栗地的各种土壤养分(性质)含量普遍偏低,与耕地相比木豆-板栗地的有机碳、全钾、碱解氮和C/N略高,但差异不显著。耕地的有机碳、碱解氮、速效钾和C/N在各土地利用类型中是最低的。不过速效磷在耕地的含量显著高于其他利用类型,主要与耕地的施肥有关。
*表示显著差异(P<0.05);每一列中有相同字母的组表示该组的各土地利用类型差异不显著。
2.2 喀斯特峰丛洼地土壤水分的空间分异
以线形取样方式测定了喀斯特峰丛洼地坡面表层(0~5、5~10、10~15㎝)土壤水分,用经典统计结合地统计学方法分析了其空间分布特征及变异结构。结果表明:在坡面特定土地利用结构下,表层土壤水分具有明显的空间分布特征和变异规律,上坡土壤含水率较高,到中下坡降低(图1),沿上坡向下具有不断减小的变化趋势[5]。
土壤水分的空间分异与土地利用方式有密切关系,土壤水分含量的初步研究表明土壤水分含量:自然植被﹥撂荒地﹥坡耕地﹥人工林,自然恢复是比人工林更好的生态恢复措施[6](表5)。
基于不同利用方式下喀斯特峰丛洼地土壤养分水分的空间分异,可以发现自然恢复是比人工林更优的植被恢复措施。坡地退耕后应以自然恢复为主,它可以促进群落正向演替,有效改善土壤性质,使土壤容重减小,土壤水分、有机质含量和孔隙度显著增加,这对峰丛洼地的生态重建具有重要指导作用。退耕地的利用要获得良好的生态经济效益,必须适当降低人工林建设比重,构建喀斯特林草复合生态系统。
3 喀斯特植物多样性与植被恢复途径
喀斯特地区植物具耐旱、喜钙、耐高温特点,比较研究喀斯特区不同类型生态系统的物种多样性及其与生态系统功能的关系,可以理解植被生态系统调控的机理。
土壤种子库作为原先植被的繁殖体来源和潜在的植物群落,在喀斯特退化森林植被的恢复与演替过程中具有巨大的潜在重要性。在实验室条件下,桂西北典型喀斯特峰丛洼地(古周)不同植被类型下0-15cm土层可萌发种子密度为330-3205粒/m2。种子密度大小基本顺序为:草丛>灌丛>灌草丛>次生林。喀斯特地区退化生态系统草地土壤种子分离的最小孔径确定为0.25mm,灌丛和次生林地透过0.177-0.25mm筛孔的土壤可不进行萌发试验。在人类近期没有明显干扰作用下,草丛、灌丛地土壤种子库采样至15cm深处即可,林地应适当加深些。轻度、中度和重度3个干扰强度草丛土壤种子库密度存在显著差异,其种子密度依次降低;轻度干扰草丛土壤种子库中乔、灌、草生活型的物种比例优于中度和重度干扰。不同干扰强度草丛土壤种子库的丰富度指数、Shannon-wiener指数和Simpson指数随干扰程度的加大而降低,且与群落物种数变化趋势一致。
与自然保护区相比,综合治理区、自然恢复区和干扰区的物种丧失严重,生态系统结构、生产力严重下降[7]。以自然恢复区为例,在一个峰丛洼地单元内,仅有维管束植物91科206属241种,仅为自然保护区的26.6%,群落演替的最高阶段为落叶阔叶林,群落的最大高度、生物量和多样性指数分别下降了10.82m、42.02t ha-1和0.29,见表6。
喀斯特植被主要干扰方式有4种:即垦殖、火烧、采樵和放牧,以自然保护区的顶级群落为参照,以群落类型、物种组成、群落结构、群落生物量、群落多样性指数为指标,研究发现,不同干扰方式对植被自然恢复的影响不同,其中整坡火烧+垦殖的破坏性最大,极易形成石漠化景观[8],整坡火烧+放牧次之,采樵属选择性干扰,采樵+放牧+坡脚火烧的恢复相对较快,没有放牧干扰的采樵+坡脚火烧恢复更好(表7、表8)。
桂西北喀斯特人为干扰区进入环境保护阶段之后22年植被恢复过程中群落的顺向演替序列为石漠化稀疏草丛→草丛→灌丛→藤刺灌丛→落叶阔叶林→常绿落叶阔叶混交林片段,随着演替的发展,群落的高度上升而密度下降,结构更趋合理;群落生物量逐渐积累增大,草本生物量的比例逐步减少,群落更趋成熟;物种丰富度、香农指数、生态优势度逐步升高;但各种指标与自然保护区的顶级群落相差甚远。
综合分析土壤养分、土壤矿质全量、土壤机械组成等指标发现,植被和土壤的恢复具有明显的互动效应,土壤质量随着植被的恢复逐渐提高,但在藤刺灌丛阶段出现了全磷、有效磷、钙、镁含量较高,其他含量相对较低、接近草丛阶段的现象。
基于上述研究,提出了桂西北喀斯特干扰区在不同立地类型上人工与自然相结合的4条植被恢复途径,即立地条件优越地段:草丛→常绿落叶阔叶林→顶极群落;立地条件较好地段:草丛→灌丛→常绿落叶阔叶林→顶极群落;立地条件较差地段:草丛→草灌丛→灌丛→常绿落叶阔叶林→顶极群落;出现石漠化景观的地段:石漠化→草丛→草灌丛→灌丛→灌乔林→常绿落叶阔叶林→顶极群落。
由于坡地玉米种植是造成土壤流失与石漠化的重要原因,基于喀斯特峰丛洼地景观结构与水土过程开展生态设计,对坡耕地玉米进行退耕,构建木本饲料植物作为先锋群落,结合优质牧草的种植,大力发展肉牛圈养,形成喀斯特农牧复合生态系统,大大减轻了垦殖活动对坡耕地的破坏,草食畜牧业成为农民新增收入的主要来源,同时促进了沼气的普及,有效保护了薪炭林与水源林。
摘要：西南喀斯特区域是特殊地质背景制约的脆弱生态带。论文以西南喀斯特地区典型生态系统不同退化/恢复阶段物质循环与植被恢复响应为主线,研究生态系统中的水分和养分过程,包括坡面降雨-入渗-产流-土壤水分再分布过程、土壤水分养分空间分异特征、微生物种群结构及其主要影响因素,初步揭示了“地下过程为主、地表过程为辅”的水土物质迁移规律与峰丛坡地土壤水分养分状况高于洼地的趋势;通过不同演替阶段、石漠化程度植被生态系统监测,初步揭示植被生态适应性与植物多样性的时空格局,提出发展草食畜牧业、构建农牧复合生态系统的替代型喀斯特区域生态重建发展模式。
关键词：广西,喀斯特:生态系统,生态过程
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西南喀斯特地区 篇6
1 养殖技术
1.1 场址选择
林下养鸡是在森林环境下进行的, 一般选择原始森林、方竹林和人工林, 要求鸡舍周围20km2范围内没有大的污染源, 地势坡度为5-15°, 背风向阳, 水源充足。育雏室按8-10只/㎡, 运动场1-2只/m2测算, 运动场周围用竹栏或尼龙网圈围。
1.2 适度规模饲养
结合当地情况, 林下养鸡户必须立足自身实际, 减少资金周转压力, 多批次滚动发展, 以户均饲养300-500只为宜。通过近3年的努力, 我县大力培育林下养鸡业, 实行适度规模发展, 标准化管理。2007年底, 全县已培育林下养鸡适度规模户1125户, 养鸡存、出栏分别为55.7万只和82.5万只, 年均出栏增幅12%以上, 同时带动了全县养鸡业的快速发展, 为喀斯特地区摸索出一条适度规模养鸡的致富之路。
1.3 坚持良种先行的原则
根据市场需求, 品种上选择生长速度中等, 羽毛黄色或接近黄色的良种土杂鸡为主, 适量引进黄杂鸡, 这样可以满足广大消费者的消费习惯, 同时可以有效地降低市场风险。
1.4 实行集中育雏与分户育雏相结合
按照鸡的生长要求, 解决养鸡户“育雏难”的问题, 在乡镇 (或项目区) 就近建立集中育雏场, 通过集中育雏15-20天后发给养鸡户, 养鸡户再分户育雏10-15天。这一举措大大提高了养鸡成活率和生长速度。育雏时间最好选择在2-5月份, 冬季一般不宜饲养 (育雏) 。
1.5 实行2段式饲养
即2个年龄段, 分圈内和圈外2段饲养。0-2月龄在圈内饲养, 均重达到1.25-1.50kg;2-3.5月龄在圈外林下围栏饲养, 均重达到2.25-2.50kg即可出售。
圈内饲养阶段饲料采用全价饲料, 圈外饲养阶段逐渐过渡到饲喂谷物籽实、啄食饲草 (或饲草) 、昆虫和早晚补料。
1.6 搞好疫病防治
育雏期间以预防性投喂药物为主, 控制鸡球虫、白痢、呼吸道感染等疾病, 全面训练及增强鸡只的抵抗力, 为放牧饲养打下基础。同时抓好传染病的预防, 特别在鸡新城疫、禽霍乱、禽流感等疾病上必须按程序接种。
2 小结
西南喀斯特地区 篇7
1喀斯特乡村旅游系统的界定1.1喀斯特乡村旅游“喀斯特”指发育典型的各种岩溶地貌, 喀斯特乡村旅游正是一种以喀斯特为开展空间, 依托于喀斯特特有的自然景观和特有的乡村风情等来展开的一种特殊的旅游形式。理解喀斯特乡村旅游的内涵必须要把握以下几个方面的内容:第一, 明确地域空间范畴。第二, 明确资源依托。第三, 明确人地矛盾。第四, 明确文化特征。1.2喀斯特乡村旅游系统系统论认为, 系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体, 系统间存在着物质、能量、信息等流动。本文认为, 喀斯特乡村旅游系统是由一系列相关因子耦合共生而形成的有机整体, 指在喀斯特地区特定的经济、社会、环境下, 以旅游参与主体系统为基点, 而形成的由需求、供给、营销、支持、监督等动力因子组成的耦合互动型的动力系统。而实现喀斯特地区乡村旅游的可持续发展过程从某种程度上说就是分析和优化喀斯特乡村旅游系统的过程。2喀斯特乡村旅游的参与主体系统2.1参与主体系统的构成因素第一, 旅游者——喀斯特乡村旅游的实践者与体验者。旅游者是旅游活动的基础和实践主体, 表现出更明显的实践与体现偏好, 喀斯特乡村旅游对旅游者提出了更高的要求。第二, 社区居民——喀斯特乡村旅游的参与和受益者。喀斯特乡村社区作为乡村旅游的物质和环境载体, 与当地自然历史和文化资源关系最为密切, 社区居民可能是喀斯特乡村旅游得管理者、经营者、目的地居民、利益分配者以及生态环境的保护者等。社区角色的多重性和动态性, 使得社区居民在乡村旅游中的地位特殊并尤其值得关注。第三, 旅游企业——喀斯特乡村旅游的经营者与服务者。旅游企业是喀斯特乡村旅游活动中不可或缺的参与者, 是整合特有的喀斯特旅游资源, 生产、经营旅游产品并服务于旅游者的主体, 是旅游发展中重要的经营者与服务者。第四, 政府——喀斯特乡村旅游的调控者。政府既是喀斯特乡村旅游发展初期的倡导者、开拓者, 又是喀斯特乡村旅游发展蓬勃时期的规范者, 同时也是喀斯特乡村旅游发展成熟时期的协调者。第五, 学术界及相关机构——喀斯特乡村旅游的指导者。学术界及科研机构具有能力以专业知识对喀斯特乡村旅游的发展进行研究和评估, 并提出科学得对策和建议, 通过理论倡导和学术成果影响政府的政策选择和社会公众的价值观、行为方式。第六, 媒体——喀斯特乡村旅游的宣传监督者。媒体为喀斯特乡村旅游的宣传和监督者, 其成为推动喀斯特乡村旅游可持续发展的重要参与者。媒体能对喀斯特乡村旅游进行及时和有效的宣传, 对过度开发和不合理利用行为进行舆论监督, 约束和规范旅游者行为、企业经营者行为等。2.2参与主体的层次构图喀斯特乡村旅游参与主体层次构图就是把参与主体的分类、层次用图形的形式表现出来。根据各参与主体不同的角色、性质和作用, 以及其与喀斯特社区的关系程度和影响力, 本文以喀斯特社区为载体, 把参与主体群分为三个层次, 即:核心层、支撑层、外围环境层。核心层是喀斯特乡村旅游主体系统的最直接相关者, 由旅游者、社区居民、政府构成;支撑层是喀斯特乡村旅游发展的重要支持条件, 包括旅游企业、学术界、相关机构以及媒体部门;外围环境层是喀斯特乡村旅游可持续健康发展的基础条件, 包括政治环境、经济环境、自然环境、社会文化环境。图1喀斯特乡村旅游参与主体层次图3喀斯特乡村旅游的动力系统的构成3.1需求动力旅游需求动力是整个动力系统的引擎, 推动整个喀斯特乡村系统的运转。需求动力来自于旅游者追求差异化的旅游行为。追求差异化的旅游行为称作“反向旅游”, 反向性是旅游活动的根本驱动力。喀斯特乡村旅游便是一种典型的反向旅游。一方面, 喀斯特乡村旅游特有的“乡村性”特征, 成为诱发需求的动力因素。另一方面, 随着人们生活水平的提高和科技的进步, 城市生活节奏的加快、压力的剧增、污染的加重, 使城市居民产生了乡村旅游的客观需求和主观需求。因此, 乡村性与反向性是构成喀斯特乡村旅游需求动力的两个核心因子。3.2供给动力喀斯特社区及社区居民是供给动力的主体, 其提供旅游消费者需求的旅游资源、产品和服务, 为整个喀斯特动力系统的运行提供物质载体和物质保障。喀斯特旅游业的发展离不开旅游要素的供给, 而城市现代化和农村本土化的强烈反差, 使得在寻求两者之间缺口的过程中引发了来自农村的供给动力。而社区居民是最关键的参与者, 其所有物及行为构成了喀斯特乡村旅游的核心资源, 社区居民开发旅游资源并进行本土化的生产, 提供交通旅游产品、住宿旅游产品、饮食旅游产品、游览旅游产品、购物旅游产品和娱乐旅游产品, 以满足旅游消费者的需求。因此, 现代化与本土性是构成喀斯特乡村旅游供给动力的两个核心因子。3.3营销动力以旅行社为主的旅游企业成为了喀斯特社区参与乡村旅游最主要的营销主体。旅游企业作为市场经济运行的代表, 在社区参与旅游发展中起到很重要的作用。喀斯特地区乡村旅游正从旅游市场的边缘走向国内旅游市场这个大舞台的中心, 成为我国旅游业发展中一种不可或缺的类型。因此, 市场性与产业化是构成喀斯特地区乡村旅游营销动力的两个核心因子。3.4支持动力喀斯特地区乡村旅游的发展离不开政府的引导、政策的扶持、完善的基础设施、良好的旅游地环境。基于此, 政府成为最主要的支持动力主体。而政府的支持动力来自政府对城乡一体化的追求。此外, 喀斯特乡村旅游系统是一个实践性是很强且极具复杂的系统, 需要多种学科的专家学者提供理论指导;另一方面需要各项专业化市场的配套建设, 为乡村旅游的发展提供保障和支持。因而专家学者以及乡村配套机构为喀斯特乡村旅游支持系统的主体之一。3.5监督动力监督动力来自于对有序化和规范化的追求。旅游协会以及媒体为喀斯特乡村旅游监督动力最主要的主体。随着市场化和信息化的发展, 媒体对喀斯特地区乡村旅游的监督和引导作用越来越重要, 通过积极宣传和媒介传播约束和规范旅游者行为、企业经营者行为等, 并对喀斯特乡村旅游区过度开发和不合理利用的行为进行舆论监督。4喀斯特乡村旅游动力系统的摩擦4.1驱动因子的摩擦反向性、乡村性、本土性、现代化、市场性、产业化、一体化、小康化和规范化、有序化这10个的驱动因子分别隶属于需求、供给、营销、支持、监督五个动力子系统, 由于切入点不同, 客观上存在一定的激励不相容现象, 造成了动力系统内部因子间的摩擦。杨军等对乡村旅游的动力系统进行了研究, 并指出驱动因子之间存在摩擦。本论文采用这一观点, 认为反向性与一体化之间存在磨擦;一体化与反向性存在着此消彼长的矛盾;乡村性与以城市化为代表的现代化之间也存在一定的摩擦;产业化因子的进入, 可能造成当地居民在乡村旅游发展中被边缘化, 它与本土性存在一定的矛盾;市场性要求乡村旅游经济发展的效率, 而小康化要求乡村旅游的扶贫效应和旅游收入的公平分配, 二者之间也存在一定的冲突。因此, 必须有效地消除磨擦, 否则将会造成喀斯特乡村旅游动力系统的功效耗散, 影响农村社区与乡村旅游的互动发展。图2喀斯特乡村旅游动力系统图4.2参与主体利益诉求的摩擦在喀斯特乡村旅游中, 各参与主体的利益诉求点不同, 导致他们之间存在摩擦。政府和旅游企业经营者之间存在摩擦。政府在发展喀斯特乡村旅游的同时必须考虑当地社会经济、文化、环境的协调发展, 而企业一味追求经济利益, 在很大程度上会对喀斯特社区生态环境和人文环境造成冲击;政府和社区居民之间存在摩擦。5动力系统的优化5.1通过舞台化、利益化、共生化和组织化, 解决驱动因子的摩擦舞台化是在一体化过程中保持反向性的有效途径。喀斯特乡村旅游开发中舞台化的操作, 应将游客所追求的要素置于前台, 增加其反向性, 将农民所追求的要素置于后台, 顺应农民对一体化的要求;利益化是在现代化进程中保持乡村性的有效途径。在发展喀斯特乡村旅游的过程中, 一方面要尊重乡村现代化的内在要求, 另一方面要尽可能地保持浓郁的乡村性。农民主动维持乡村性的动力便是从乡村旅游发展中受益, 因而应使广大农民在现代化与乡村性之间找到自身利益的结合点, 认识到乡村性是乡村旅游的核心吸引物;共生化是在产业化过程中保持本土性的有效途径, 在喀斯特乡村旅游发展中, 社区居民参与方式是最佳的开发模式, 因而应保证当地居民受益, 使喀斯特乡村旅游产业链本土化以及社区居民与经营者形成共生经济关系, 实现共同发展;组织化是在尊重市场性的同时实现全面小康化的有效途径。5.2协调利益主体的行为, 确保各利益主体受益大体均衡喀斯特地区乡村旅游过程中涉及旅游者、喀斯特社区 (居民) 、政府、旅游企业等多个利益参与主体, 很多时候这些目标和利益是相互冲突的。分析这些相关利益主体的行为, 对各利益相关者的追求和约束进行界定, 并运用博弈的方法来处理利益相关者之间的冲突与协调, 建立起一种合理机制确保各利益主体的博弈均衡, 从而确保各利益主体受益大体均衡。
参考文献
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西南喀斯特地区 篇8
关键词：石漠化,生态系统,治理,贵州省,喀斯特地区
喀斯特环境的基本特征是植被退化, 水土流失严重, 地表水匮乏, 生态环境脆弱。但不同等级石漠化之间, 环境的退化程度存在明显差别。尤其是石漠化治理的一些基础理论、工程技术、综合治理模式、管理模式、社区经济发展、生态产业化与综合效益评价指标体系等问题需要进一步总结和提炼, 达到建立石漠化生态系统重建的知识体系、技术体系和应用体系的目的[1,2,3,4]。国家在“十一五”期间启动南方8个省 (区、市) 、100个县 (市、区) 喀斯特石漠化综合治理工程试点专项的实施, 凸显出科学技术研究滞后于工程实施的矛盾。对不同喀斯特生态类型、不同等级石漠化生态系统重建有许多科技支撑迫切需要提升、集成, 现就如何建立贵州喀斯特石漠化地区生态系统作一下探讨。
1 石漠化治理概述
不同喀斯特类型, 喀斯特发育条件、机理、空间分布 (平面的、深度的) , 土地利用与石漠化的相关性, 不同土地利用方式形成的石漠化具有不同的生态功能, 如果这一问题不能及时得到有效解决, 治理措施的布局很难在空间位置和程序上做到有的放矢和准确把握, 从而会直接影响到石漠化治理的工作进度和整体效果。但目前的研究相对混乱, 如有研究认为有林地存在强度石漠化, 这与有林地的盖度属性相互矛盾。因此, 需要精度更高的数据及高科技的数据提取手段, 需要研究确定石漠化土地产生的土地利用方式以及相关规律等问题。
石漠化治理的核心是不同碳酸盐岩 (白云岩、石灰岩) 成土过程的差异, 作用机理, 形成土壤的特征, 以及对农业、草地畜牧业发展的影响, 不同环境条件 (碳酸盐岩类型、地貌类型、小气候) 生态系统特征及既有经济又具生态效益的适生物种的选择和培育等。但目前的工程治理中在造林林种, 在区域上也无明显差异, 如:在造林树种选择上女贞、柏木、刺槐、柳杉较为普遍, 导致林分结构单一、成活率不高, 生态效益不明显。不同等级石漠化的生境条件, 其成因不相同。其恢复过程、机理、治理方式、工程配置也应因地制宜。但目前石漠化治理工程往往未针对不同等级石漠化进行工程设计及措施配置, 导致治理效果不明显。
2 石漠化治理工程技术
石漠化综合治理工程设计中, 无规程规范作指导, 导致石漠化综合治理工程的设计、治理模式、治理方向出现偏差。如各有关部门把综合治理工程看作解决某一专项问题而设立的, 而项目由职能部门负责管理和实施, 项目间缺乏沟通协商, 难以形成合力, 达到综合治理目的。目前石漠化治理工程设计主要参照的是林业部门的封山育林规程、人工造林规程, 农业部门的标准化草地建设规划, 水利部门的水土保持规程规范, 这些规程规范都不是针对喀斯特地区制定的, 可操作性较差。因此, 编制石漠化综合治理技术规范, 林草植被恢复、草地建设与草食畜牧业、水土综合整治与调配等技术规程规范迫在眉睫。
石漠化综合治理的分项工程 (林草植被恢复、草地建设与草食畜牧业、水土综合整治与调配) , 以单项技术措施较多, 也未形成技术体系, 且各项技术在不同区域的应用上有一定的局限性, 需要进一步的试验示范、总结和提炼, 主要包括:石漠化环境增汇适生植物筛选与植物群落配置、石漠化环境生物能源适生植物选育与种植、生物多样性恢复与保护技术、特色林果和中药材选育—品质评价—标准化—产业化等关键技术、石漠化地区草地畜牧业技术与模式的培训机制构建与推广、优质饲用灌木选育及组合研究示范、本地良种改良培育技术、喀斯特地区草畜平衡下的草地围栏区划轮牧技术及模式、草地畜牧业产业化链条发展技术与模式、经济适用的喀斯特水位选择及取水技术、喀斯特水资源的评价及模型构建、居民参与式水资源利用管理模式、农作物的节水灌溉和湿润灌溉技术研究及示范石漠化环境的工程防渗、水源保护、水质净化实用技术研发、不同环境条件的水资源优化调度、极度干旱预警防治技术与示范等。
3 石漠化治理工程产业化
石漠化治理不能简单等同于植树造林, 而需要从系统科学的角度进行综合治理, 要遏制石漠化, 解决农民生计, 发展区域经济, 才能使生态治理成果得到维护, 真正实现可持续发展, 但过去的石漠化治理均以追求林草植被覆盖度为目标, 少部分地区也有小规模的经济林、经果林, 但在生态产品的产—供—销一体化链条中严重脱节, 生态治理与区域经济发展不直辖市, 不能实施生态产业化。因此, 探索石漠化治理生态产业化的新途径, 是当前石漠化综合治理取得长期效益的必由之路。
4 石漠化综合治理模式构建
国家和地方科技部门在“十五”、“十一五”期间安排了“喀斯特 (岩溶) 高原生态综合治理技术与示范”、“喀期特 (岩溶) 峰丛洼地生态重建技术与示范”、“喀斯特高原退化生态系统综合整治技术与模式”、“喀斯特峰丛山地脆弱生态系统综合整治技术与模式”等科技支撑 (攻关) 计划重大课题, 在贵州和广西建设了毕节、清镇、关岭、贞丰、环江、平果等示范区, 开展了多项以石漠化生态综合治理、区域经济发展为目标的技术研发, 形成了一些成功的治理模式, 如“喀斯特高原峡谷猪—沼—椒 (经果林) 生态经济可持续发展模式”、“喀斯特高原峡谷石漠化生态经济型治理模式”、“喀斯特高原山潜在—轻度石漠化综合防治与混农林业模式”、“喀期特高原盆地轻—中度石漠化综合治理与技术经济模式”、“喀斯特高原峡谷中—强度石漠化综合治理与生态维护模式”、“喀斯特峰丛山地植被恢复演替技术与复合农林经营模式”、“喀斯特峰丛山地异地生态移民模式”等, 在一些技术领域取得了较大突破。但这些模式的内涵、外延及技术支撑体系有待进一步完善, 加之这些模式的生态系统稳定性需要进一步验证, 且一些模式存在因地制宜问题, 另外, 也非常需要增加不同喀斯特类型、喀斯特发育条件的石漠化综合治理有效模式探索、研究与示范。
5 石漠化治理管理模式
目前, 喀斯特退化生态系统初步修复后的管理维护机制未建立, 相关技术与模式研究还是空白, 非常需要对石漠化治理试点尤其是省级示范县 (点) 加强行政领导和技术指导, 每年进行试点小流域和全省的年度科学调查、分析与总结提炼, 而不是简单的工程实施工作总结与汇报, 而是及时发现是否是以小流域为单元治理、是否在喀斯特石漠化区治理、是否是不同等级石漠化因地制宜的综合治理、是否是符合行业规程规范的治理、是否是按实施方案和作业设计的治理、是否有行之有效的后续管护与保障措施等问题, 并提出布局整改措施, 加强石漠化的科学治理与成果的科学巩固与维护。例如, 贵州贞丰顶坛小流域应当列入国家石漠化治理的试点小流域, 在科技示范区外的小流域中上游全部布设治理措施, 进一步丰富和完善“顶坛模式”的内涵与外延, 不仅是在裸岩上种花椒的问题, 应将全国认同的这一技术研究模式升级到全国认同的石漠化治理试点工程应用模式;“晴隆模式”不是简单的种草—养羊的逻辑关系, 其内涵与外延需要进行大量的科学研究, 从石漠化等级—治理技术—治理模式—检测评价—产业化前景等方面需要进行
6 石漠化治理示范样板
通过国家和地方科技部门在“十五”、“十一五”期间安排了“喀斯特 (岩溶) 高原生态综合治理技术与示范”、“喀斯特 (岩溶) 峰丛洼地生态重建技术与示范”、“喀斯特高原退化生态系统综合整治技术与模式”、“喀斯特峰丛山地脆弱生态系统综合整治技术与模式”等科技支撑 (攻关) 计划重大课题, 建立了乌江上游毕节鸭池喀斯特高原山地潜在—轻度石漠化综合整治示范区, 乌江—北盘江分水岭清镇红枫湖喀斯特高原盆地轻—中度石漠化综合整治示范区, 北盘江中游关岭—贞丰花江喀斯特高原峡谷中—强度石漠化综合整治示范区。涵盖了南方石漠化治理区的喀斯特高原和喀斯特峡谷2个类型, 代表了贵州五大喀斯特地貌类型区 (喀斯特高原、喀斯特峡谷、喀斯特断陷盆地、喀斯特槽谷、峰丛洼地) 中的2类, 即喀斯特高原区和喀斯特峡谷区。贵州省78个国家规划县中, 34个分布在喀斯特高原区, 9个喀斯特峡谷区, 9个分布在峰丛洼地区, 2个分布在喀斯特断陷盆地区, 24个分布在喀斯特槽谷。目前, 峰丛洼地示范区、喀斯特槽谷的示范还是空白, 迫切需要进行样板示范, 另外, 南方45个喀斯特断陷盆地规划县中贵州也有2个, 也有必要进行示范研究。
7 石漠化治理综合效益评价指标体系与模型构建
目前试点工程正在进行, 但其成效如何、小流域治理模式选择是否恰当、不同等级石漠化治理措施是否奏效等问题, 还需要统一的综合评价指标与模式得出结果, 进而指导治理工作。另外, 退化生态修复后, 其健康程度的权衡方法及指标仍是未解决的问题, 大面积林草种植后, 汇碳效、计量也是学术界、国家层面关注热点, 非常有必要进行初步的探索研究。
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