为探究湘西石漠化区湿地松-马褂木人工混交林林分结构及土壤理化性质,该研究以湘西石漠化地区湿地松-马褂木人工针阔混交林为对象,利用植物群落学分析和野外取样检测的方法,分析林分结构和土壤理化性质,运用Winklemass 1.0计算林分空间结构参数,并用三维离散随机变量分析了优势种的空间分布格局.结果表明:(1)林分内胸径(DBH)≥2 cm的林木株数为897 plants·hm-2,隶属于15科16属.主林层为湿地松,平均DBH为32.3 cm,重要值为44.2％;次林层为阔叶树,中幼龄林木居多,其中樟树、马褂木为优势树种,重要值分别为17.1％和13.2％.此外,还存在较多处于劣势生态位的天然更新种.(2)林木的水平分布格局偏向于随机分布((W)=0.503);林分整体趋向于中庸偏劣势过渡的态势((U)=0.505);种间隔离程度较高(M=0.689),林木混交状况良好.空间结构参数的三维离散随机变量表明,湿地松87.3％为优势和亚优势,马褂木41.7％为亚优势、26.9％为中庸态势,樟树23.5％为中庸态势、56.8％为劣势和绝对劣势.(3)林分土壤pH值趋于中性;与撂荒地相比,林分土壤的容重、持水量、孔隙度、有机碳、全钾、全氮、全磷等因子均明显改善,但整体而言,林分土壤仍然较为贫瘠,局部土壤紧实,保水能力差.综上表明,湿地松、马褂木作为先锋树种生长43年后,林分有向异龄林、强度混交林演替的趋势;林分内中幼龄阔叶树株数占比较大,近熟林出现断层,老龄针叶树占据优势生态区位,需抽针补阔、间针育阔,择伐劣势木,促使林分向阳生性阔叶树为主、中生性和耐阴性阔叶树为次的林分结构演替.该研究结果为湘西石漠化区的植被恢复、人工林结构优化和土壤改良提供了理论依据.

喀斯特石漠化生态系统土壤养分元素生态化学计量特征及其对环境变异的生态响应是喀斯特退化森林生态系统恢复重建必需明确的关键科学问题.为探明喀斯特石漠化土壤C、N、P、K养分元素生态化学计量特征,探讨其对环境因子的响应,对西南喀斯特3个典型石漠化调查点(贵州毕节鸭池、清镇红枫湖和关岭-贞丰花江)90个样方土壤及环境因子调查取样,研究了其土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)及全钾(K)的化学计量特征及其影响因素.结果表明:西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤C、N、P、K平均含量分别为45.61、2.54、0.79 g/kg和3.33 g/kg,计量比C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K平均值分别为19.56、65.07、23.65、3.45、1.32和0.39.4个土壤养分元素中,K元素表现明显高于其他元素的波动性.土壤养分含量及化学计量比在不同调查点、石漠化等级及植被覆盖率环境均有显著差异.无石漠化环境土壤养分C、N、P含量显著大于潜在、轻度、中度和强度石漠化,而强度石漠化环境土壤养分K含量却显著高于其他等级石漠化.土壤养分含量之间及其与化学计量比之间多具有显著的非线性相关关系.降水、温度、岩石裸露率和土地覆被是西南喀斯特石漠化生态系统土壤养分及其化学计量比最主要的影响因素.研究结果对丰富土壤生态化学计量学科学理论和我国西南喀斯特石漠化退化植被科学恢复具有重要意义.

石漠化治理区不同植被修复模式下的土壤螨类群落差异反映了生态系统的恢复状况,可籍以反映石漠化治理的生态效果.2014年1月、4月、8月和10月,对贵州花江喀斯特峡谷区顶坛小流域强度石漠化区域的“花椒”、“金银花”、“花椒+金银花”3种植被修复生境的土壤螨类进行了调查,共捕获土壤螨类1372头,隶属3目55科89属.采用类群(属)数、个体数量、个体密度、多样性指数(H')、丰富度指数(SR)、均匀性指数(J)、相似性指数(CN)、捕食性螨类成熟度指数(MI)和甲螨MGP类群等参数对土壤螨类群落差异进行了表征.结果显示,花椒林拥有较丰富的螨类属,金银花林拥有较高的的个体数量和个体密度.不同模式下的科、属类群组成呈现差异;属数、个体数量存在一定的季节差异,花椒林的螨类属数、金银花林的螨类个体数量和个体密度呈现一定的表聚性;群落多样性大多存在季节差异;捕食性革螨以r选择型为主,甲螨主要为0型和M型.研究表明,强度石漠化在不同植被修复模式下,土壤螨类生物生态类群存在差异,土壤生态系统仍处于修复之中,其中螨类优势属、具有典型生物学与生态学特性差异的螨类类群对石漠化治理的生态效果具有重要的指示作用.

喀斯特地区土壤侵蚀与石漠化问题备受关注,为了定量分析不同岩性下土壤侵蚀与石漠化的关联性,为研究区优化生态环境提供决策依据,以贵州省沿河县为例,以Landsat遥感影像、1∶5000地形图、岩性和石漠化为基础数据,采用监督分类方法、表面分析和栅格计算,提取出土壤侵蚀的各项指标因子.对不同岩性背景下土壤侵蚀与石漠化关联性分析,结果显示:(1)沿河县石漠化面积为284.44 km2,占全县国土面积的11.52％.已发生石漠化等级以轻度、中度、强度较显著;土壤侵蚀面积为1838.97 km2,占全县总面积的74.48％,已经发生土壤侵蚀等级以轻度、中度、强度侵蚀为主.(2)灰岩与碎屑岩互层和连续性白云中,石漠化与土壤侵蚀发生面积较显著,分别占石漠化与土壤侵蚀面积的57.99％和50.45％.(3)非碳酸盐岩、灰岩夹碎屑岩、灰岩与白云岩混合、灰岩与碎屑岩互层、连续性白云岩和石灰岩上,石漠化等级与土壤侵蚀程度在潜在和轻度呈负相关、轻度和中度石漠化内呈正相关、中度和极重度石漠化内呈负相关,土壤侵蚀等级与石漠化在微度和轻度侵蚀内呈正相关,在轻度和剧烈侵蚀内呈负相关,其中灰岩与白云岩混合和连续性白云岩上,石漠化等级与土壤侵蚀存在单一的负相关.

喀斯特是我国南方广泛分布的地貌类型,土壤真菌对喀斯特植被演替恢复具有重要调节功能,不同石漠化程度的喀斯特区植被演替受到土壤微生物影响,因此研究不同石漠化区域植被演替阶段的土壤真菌组成及多样性,探索土壤真菌在喀斯特植被演替过程中的作用机制具有重要意义.本文采用时空替代法采集了不同石漠化程度(潜在、中度和强度)的喀斯特区植被演替乔木、灌木和草本演替阶段土壤样品,通过Illumina HiSeq第二代高通量测序分析了土壤真菌组成及多样性.结果表明,试验共获得3 871个OTUs,分属4门17纲116科174属;潜在和中度石漠化区各演替阶段土壤真菌优势门均为担子菌门,强度石漠化区各演替阶段土壤真菌无相同优势门;土壤真菌组成及多样性在潜在石漠化区表现为乔木>草本>灌木,中度石漠化区为灌木>乔木>草本,强度石漠化区为灌木>草本>乔木,且石漠化程度对真菌组成及多样性的影响大于植被演替的影响;土壤理化性质随石漠化程度及演替阶段发生变化,且显著影响真菌多样性指数,以碱解氮为主导因子显著影响土壤真菌群落.

了解黔中石漠化区不同海拔顶坛花椒(Zanthoxylum planispinum var.dintanensis)人工林的生态化学计量特征,有助于深入认识其养分循环规律和元素丰缺状况.对顶坛花椒人工林叶片、凋落物和土壤C、N、P、K含量进行了测定,分析了生态化学计量特征及之间的关系.结果 表明:(1)顶坛花椒人工林叶片OC、TN、TP、TK分别为228.11-446.81、0.96-5.69、2.17-5.60、6.42-17.74 g/kg,凋落物OC、TN、TP、TK依次为239.19-415.25、1.70-4.62、1.83-2.63、1.80-4.26 g/kg,土壤OC、TN、TP、TK分别为29.69-53.17、2.99-6.41、0.18-1.52、15.01-21.14 g/kg,土壤养分呈现低N高P格局;(2)叶片、凋落物、土壤C、N、P、K生态化学计量随海拔的分异规律不完全一致,其变化特征能够表明C、N来源多样,P、K来源相对固定;(3)土壤养分含量与叶片养分含量、生态化学计量之间多表现出显著相关,表明叶片养分主要来自土壤;总体上,土壤养分含量及其生态化学计量与凋落物养分含量具有弱的相关性,与凋落物养分生态化学计量具有强的相关性,表明凋落物和土壤之间存在一定的养分转换强度但是并非完全继承.

中国西南喀斯特区域土地石漠化生态灾难已经严重制约了经济和社会的发展,而对石漠化进行治理,其空间分布信息的准确提取是必不可少的.针对现有石漠化信息提取技术存在不可能发生喀斯特石漠化(Impossible to develop karst rocky desertifieation,IKRD)范围提取不准确,关于石漠化的时空演变分析较少及其驱动因子、表征因子繁杂等问题,本文以典型喀斯特流域后寨河流域为研究对象,基于高精度影像识别提取IKRD范围,利用植被覆盖度、岩石裸露率对研究区域准确提取石漠化信息,揭示该区域不同石漠化等级的时空演变规律,同时探明石漠化分布与地表反照率、坡度的相关性.研究结果表明:(1)2005年至2010年后寨河流域石漠化程度整体在恶化,在后寨河流域西南部分和中部极少区域石漠化程度有所减轻,其余区域基本未发生变化,而在2010年至2015年后寨河流域石漠化程度大部分区域都呈减轻状态,而且石漠化程度减轻强度较大,在南侧大部分区域石漠化程度都呈减轻状态,且强度较大.(2) 2005年至2010年后寨河流域石漠化程度减轻、未发生变化以及加重的面积分别为4.23 km2、25.736 km2、20.81 kim2,各部分面积占比分别为8.3％、50.7％、41％.(3)2010年至2015年后寨河流域石漠化程度减轻、未发生变化以及加重的面积分别为31.87 km2、16.57 km2、6.85 km2,各部分面积占比分别为57.6％、30％、12.4％.(4)石漠化区域的坡度、地表反照率主要集中在2°-22°、0.12—0.21之间,而且随着坡度值的增加,潜在石漠化、重度石漠化面积占比增高,轻度石漠化和中度石漠化面积占比降低,随着地表反照率增加潜在石漠化、轻度石漠化面积占比增高,重度石漠化面积占比降低.综上所述,在2005年至2015年间,后寨河流域石漠化演变因贵州省2008年至2010年开始实施退耕还林还草等石漠化综合治理工程而呈现先恶化,后减轻的状态,同时通过对该区域石漠化分布与地表反照率、坡度的相关分析发现,地表反照率和坡度可以作为石漠化研究的辅助表征因子和驱动因子.

喀斯特生态系统是地球表层系统的重要组成部分.我国西南喀斯特地区以高强度农业活动为主,人地矛盾尖锐、石漠化严重,是我国最大面积的连片贫困区.在国家科技计划项目等的持续支持下,我国围绕喀斯特区生态修复与石漠化治理,系统开展了喀斯特生态保护与修复基础理论、技术研发、产业示范等研究,在喀斯特生态系统退化机理、石漠化治理技术与模式、生态治理助力脱贫攻坚、喀斯特景观资源保护、喀斯特国际合作等方面取得突出进展,引领了国际喀斯特学科发展.面对当前石漠化治理过程中产生的治理成效巩固困难、缺乏可持续性等新问题,未来喀斯特生态保护与修复研究应以增强生态治理的可持续性为导向,加强生态恢复过程机理与机制研究,提升喀斯特生态系统服务、提高生态恢复质量、巩固扶贫成果,实现石漠化治理的提质与增效,为“美丽中国”战略的贯彻实施及全球喀斯特地貌分布区所属国家的生态治理提供“中国方案”.

国家加大生态保护与建设力度背景下,我国西南喀斯特石漠化面积实现“持续净减少”,面临由传统高强度人为干扰向大规模自然恢复与人工造林的转变,石漠化治理也面临转型.现有喀斯特生态研究已阐明了喀斯特脆弱生态系统人为干扰退化机制,初步揭示了生态治理改善生态系统结构与功能的恢复机理,突破了保土集水与植被恢复的适应性石漠化治理技术与模式,评估了石漠化治理显著加速区域植被生长与恢复的固碳效应.但目前石漠化治理面临着治理成效巩固困难、治理技术与模式缺乏区域针对性、大规模低效人工林亟待改造、社会人文驱动机制不清等问题.未来喀斯特生态恢复应聚焦石漠化治理提质增效,从侧重单一生态要素、单一生态过程的研究向多要素综合、多过程综合以及喀斯特地表-地下过程耦合、景观格局与生态过程耦合、生态过程与生态系统服务耦合、自然与人文过程耦合等陆地表层系统集成的方向发展,为我国西南喀斯特地区石漠化治理与扶贫开发成效巩固、乡村振兴与美丽中国战略的实施提供科技支撑.

探讨岩溶山地长期以来的石漠化变化趋势,对于理解岩溶山地人地关系演变和石漠化的进一步治理具有重要意义.基于此目的,选择了贵州省5个典型岩溶山地区域,基于高分辨率遥感影像和实地调查,对其近50年期间岩溶石漠化的变化趋势进行了实证研究.结果 表明:(1)石漠化面积、石漠化综合指数与石漠化面积比重、石漠化变化的幅度和动态度等表明,从1963年到2015年,石漠化演变经历了由增到减的转型,各研究区石漠化变化存在1980年代和2004年两个明显的转折点;(2) 2010年以后,强度石漠化成为主要的变化类型,明显下降;(3)5个研究区因自然条件和社会经济背景不同,分别形成不同的石漠化演变模式,体现出石漠化演变在不同时段和不同地域的多样性;(4)石漠化转型演变与退耕还林政策和石漠化治理工程有关.研究结果为阐明中国西南岩溶山地石漠化长期演变趋势提供了参考.