岩溶区矿山生态修复、石漠化治理等生态保护修复工程,不仅改善了区内生态环境,而且有利于促进土壤、岩溶固碳增汇,对实现"双碳"目标具有重要意义.以重庆主城北碚矿山生态修复、渝东北巫山石漠化治理区等为例,通过野外标准溶蚀试片实验法和土壤取样测试分析法,研究不同生态保护修复措施下土壤碳库、碳酸盐岩溶蚀速率等变化特征,探讨不同生态修复方式对碳酸盐岩溶蚀速率的影响.结果表明:灰岩矿山修复区、石漠化治理区,土壤无机碳(SIC)含量较高,约为土壤有机碳(SOC)的4.5倍,且对碳酸盐岩溶蚀速率有一定的抑制作用;修复时间越长,土壤有机碳(SOC)含量越高,但SOC含量与碳酸盐岩溶蚀速率的相关性不显著;从夏季(监测期7、8月遭受极端高温干旱)至秋、冬、春季,土下及地表试片溶蚀速率明显增大;不同生态保护修复方式或植被恢复类型,碳酸盐岩溶蚀速率明显不同,北碚矿山修复区月桂林＞草灌从(橘树)＞草灌从(桃树)＞花椒树＞李子树,巫山生态修复区石漠化治理林地＞封山育林林地＞石漠化治理果园.

喀斯特地区生态重要性与脆弱性并存,研究喀斯特断陷盆地景观生态安全格局演变对当地土地利用高效管理和生态修复具有重要意义.以云南、四川、贵州三省交界处的喀斯特断陷盆地为研究对象,基于 2000-2020 年土地利用数据,通过构建土地利用转移矩阵、计算景观格局指数和景观生态安全指数,系统分析土地利用、景观格局与景观生态安全水平的时空演变特征.结果如下:(1)林地、草地、耕地是研究区主要土地利用类型,面积占比超过 96%.土地利用变化主要发生在 2005-2010 年和2015-2020 年,空间上表现出整体稳定而局部变化剧烈的特点,以退耕还林还草和林地向草地转换为主,耕地面积在过去20 年共减少了 386.62 km2.(2)景观多样性与均匀度上升,景观蔓延度下降.林地的最大斑块面积比例下降而草地上升,多数用地的斑块密度上升而集聚度下降,土地利用结构整体优化,但破碎化趋势明显,尤其是林地、耕地和草地.此外,建设用地呈连片化扩张.(3)景观生态安全水平明显提升,一般安全及以上安全区面积占比由 2000 年的 62.35%上升到 2020 年的98.11%.在石漠化治理和生态保护的推动下,南部的生态安全水平大幅提高,推动空间格局从"北高南低"逐步转向"南北相对均衡".景观生态安全水平的空间集聚性明显,高-高值集聚区主要在北部而低-低值集聚区主要在南部,需进一步推动北部生态保护以保障其生态屏障功能的发挥,并加强南部生态修复来提升其生态安全水平.此外,需持续推进石漠化治理并合理调控当地经济发展与生态保护间的关系,来维持生态安全水平的长期稳定.

为阐明西南典型喀斯特石漠化类型——喀斯特高原盆地石漠化植物群落结构和物种多样性特征及其演变规律,科学支撑喀斯特石漠化治理,选取了喀斯特高原盆地典型石漠化区贵州清镇簸箩小流域为研究区域,对其植被进行广泛的野外勘察,设置典型样方研究其植物群落结构和物种多样性特征;运用空间替代时间方法,研究石漠化演变过程中植物群落结构和物种多样性变化;基于2013—2015连续3 a的监测数据,研究其年际变化.结果表明:研究区群落结构简单,共记录到的植物分布58种,其中草本层18科24属28种、木本层17科25属30种;单种属的比例很高,为82.86%.不同等级石漠化环境植物群落高度、平均地径、平均冠幅、草本层生物量和灌木层生物量均具有显著差异;植物种群密度在不同等级石漠化环境变化依次为轻度石漠化>中度石漠化>潜在石漠化>无石漠化.不同等级石漠化环境植物多样性指数、均匀度指数、丰富度指数和优势度指数均偏低,而且4种指数均与石漠化等级演替无明显耦合关系.不同年份植物群落高度、平均地径、种群密度和灌木层生物量随着时间的推移均呈增加趋势,但相邻年份增加不显著.研究区生态系统人为干扰逐渐减弱,植被呈现出正向演替的趋势,优势种的重要性趋于降低.该研究结果对我国西南喀斯特盆地生态功能恢复和石漠化植被重建具有一定的理论意义和实践指导价值.

以贵州西南部典型石漠化治理示范区内5、17、30年生花椒(Zanthoxylum bungeamun)林土壤为研究对象,以乔木林(约60年)土壤为对照,采用方程拟合的方法研究土壤有机碳矿化动态变化,并探讨种植花椒对土壤有机碳矿化拟合和化学分离稳定性碳的影响.结果表明:土壤有机碳矿化数据与双指数方程的拟合效果良好,相关系数均达到0.95以上,土壤缓效性碳含量(Cs)与土壤有机碳累计矿化量(Cmin)的相关性达到了极显著水平(R=0.792,P＜0.01);Na2S2O8残留物有机碳含量在各土层均以乔木林最高,约24.5±0.7 g·kg-1,占土壤总有机碳(SOC)的79.5％;H2O2残留物有机碳含量及其占SOC百分比在0～15 cm和30～50 cm层分别以30年生花椒林(PO-30)和17年生花椒林(PO-17)最高,分别为7.59±0.8 g·kg-1、26.6％和6.41 g·kg-1、40.1％;HF溶解性有机碳含量及其占SOC的百分比在各土层均以PO-17最高;4种林型的土壤活性有机碳含量仅占缓效性碳含量的1.6％～29.3％,且缓效性碳含量与培养92天土壤有机碳累积矿化量相接近,但缓效性有机碳矿化速率(ks)的变化波动较小(0.013～0.025),且以30年生花椒林土壤的0～15 cm、15～30 cm层最高.随着种植年限的增加,土壤活性有机碳和缓效性有机碳含量整体分别表现出递增和递减的趋势.因此,合理的花椒种植年限能够改善土壤质量及固碳能力,为石漠化土壤的修复提供一定参照.

准确评价断陷盆地的典型种植模式,可为当地提供科学的种植指导.本研究运用能值分析的方法,对云南省蒙自市万寿菊种植模式、石榴种植模式、石榴+草+羊模式与传统的玉米种植模式进行对比,分析了这些石漠化治理模式的生态效益和经济效益.结果表明:石榴种植模式[环境负载率(ELR)为13.80,能值恢复率(ERR)为0.41]和万寿菊种植模式(ELR为0.30,ERR为-2.87)的生态效益低于传统的玉米种植模式(ELR为1.30,ERR为4.64),但是它们的单位净经济效益(EPBU)分别为玉米种植模式的3.05和59.98倍,说明前两者的经济效益都超过玉米模式;石榴+草+羊种植模式的生态经济效益最高.添加牧草+牲畜子系统到石榴种植模式能够使石榴+牧草+牲畜的种植模式同时拥有较高的生态效益(ELR为4.95,ERR为0.63)和经济效益(EPBU为玉米模式的71.38倍).建议当地政府增加对万寿菊模式和石榴+草+羊模式的技术支持,包括优化肥料投入结构、作物种植和牲畜养殖工艺;同时,政府可为果品和鲜花的采摘建立短期的劳务市场.

基于3S技术分析了2000-2015年间黔南州植被覆盖度和不同等级石漠化格局变化特征,为喀斯特山区生态环境保护和石漠化防治提供参考.采用2000年、2005年、2010年、2015年的植被NDVI遥感影像计算植被覆盖度,通过图像差值分析和石漠化转移矩阵定量分析研究期间石漠化格局变化特征.2000年黔南州无石漠化面积占总面积的51％,重度石漠化面积占11％,石漠化程度最严重的是长顺县、惠水县和独山县;2005年其无石漠化面积达到研究期间的最大值,重度石漠化面积达到最小值,长顺县石漠化较严重;2010年无石漠化面积为研究期间的最小值,重度石漠化面积为最大值,整个黔南州石漠化程度加深,面积在扩大,黔南州各县、市均有较严重的石漠化分布;2015年其无石漠化面积在2010年的基础上有所上升,而重度石漠化面积在2010年的基础上有所下降、石漠化程度有所减弱,黔南州中西部、东南部石漠化较为严重.黔南州生态环境脆弱,在石漠化治理过程中要坚持生态治理模式,促进经济社会可持续发展.

喀斯特植物群落果实类型和种子散布特征的研究,对于理解喀斯特植物群落更新与拓展特征,进而揭示喀斯特石漠化地区恢复植被的自然扩展机制及制定植被恢复规划具有重要意义.该研究以石林地质公园不同群落类型为对象,研究不同群落的果实类型谱与种子散布谱,以揭示果实类型与种子散布方式对恢复植被的影响.采用石林地质公园不同群落各1 hm2样地记名计数法调查的维管束物种名录,依据Flora of China对物种果实的描述确定其果实类型;根据文献、数据库以及果实、种子形态性状确定种子散布方式.结果表明:(1)石林地质公园282种维管束植物共16种果实类型(含孢子),其中瘦果、蒴果、浆果和核果的物种比例均大于10％.木本植物、草本植物、藤本植物的优势果实类型分别为核果、瘦果和浆果.石林地质公园各群落的木本植物、草本植物和藤本植物的果实类型谱差异不显著.在原生林、次生林、灌丛、灌草丛和人工辅助云南松林不同群落中,浆果和核果的物种比例减少,瘦果、颖果和蒴果的物种比例增加.(2)石林地质公园植物种子以动物传播为主,其次为风传播.在原生林、次生林、灌丛、灌草丛和人工辅助云南松林不同群落中,风传播的物种比例增加了73％-87％,动物传播(包括鸟类传播)减少了31％-36％.(3)物种的种子散布方式直接影响到植被恢复物种和恢复策略的选择.基于恢复目标,选择自然传播能力强的乡土物种或地带性植被关键种,辅以传播廊道,有助于喀斯特的植被恢复.

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.

基于定点回顾实验设计,通过对比分析2005年初(退耕还林还草初期)和2014年底典型喀斯特峰丛洼地小流域土壤碳氮格局变化,探讨石漠化治理工程实施后,植被恢复对土壤碳氮积累和碳氮空间格局的影响.研究结果发现:退耕还林还草10a后,示范区土壤有机碳(SOC)含量显著增加1.3g/kg,但土壤全氮含量无显著变化;就空间格局而言,退耕还林还草初期土壤碳氮高值聚类区主要分布在坡脚旱地和荒地(荒草)类型区,退耕还林还草10a后其高值聚类区主要分布在荒地(灌丛和荒草)类型区,而10a前后土壤碳氮的低值聚类区始终分布在洼地旱地类型区;2005年和2014年土壤有机碳半变异函数的拟合模型相同,均为球状模型,在退耕还林还草10a后空间异质性增强,土壤有机碳的空间格局受土壤母质和植被结构的影响增强;而土壤全氮半变异函数的拟合模型不同,由指数模型变为球状模型,在退耕还林还草10a后空间异质性减弱,土壤全氮的空间格局受随机因素影响增强.研究结果对石漠化区域土地利用结构的优化调整具有重要的科学参考和实践指导意义.

2000年以来,国家在中国西南喀斯特地区开展一系列生态治理工程,该地区退化生态系统得到一定程度的恢复,而2008年开展石漠化综合治理工程以来该地区的植被覆盖和生产力如何变化尚不清楚.本研究利用遥感增强型植被指数(EVI)和总初级生产力(GPP)数据,研究2000-2015年西南喀斯特地区植被EVI年均值和GPP年总量的时空变化特征,重点探讨2008年以来石漠化综合治理工程、气候变化等因素对植被覆盖及生长的影响,进而评估石漠化综合治理工程的成效.结果表明,2000-2015年西南喀斯特地区植被EVI总体显著增加,其中2008-2015年植被EVI均值和变化率分别比2000-2007年高6.9％和85.7％,EVI显著增加的区域占西南喀斯特地区的13.4％;该区域GPP年总量亦呈显著增加趋势(20.58 gC m-2 a-1).2008-2015年气温和降水对植被EVI变化趋势的贡献仅占28.3％,退耕还林还草等生态恢复措施、大气CO2浓度、大气氮沉降的增加可能是该区域植被覆盖显著增加的主要贡献因子.在100个首批石漠化综合治理试点县中,大部分试点县植被EVI的变化趋势受非气候因子的影响,其中治理面积大的县受非气候因子的影响显著高于治理面积小的县,表明石漠化综合治理工程的实施有效地促进了试点县植被覆盖的增加.