土壤环境因子对土下岩溶溶蚀速率的影响——以重庆金佛山国家自然保护区为例

通过野外溶蚀试片和测量土壤CO2浓度、水分、孔隙度、pH值和有机质含量的方法,探讨不同土地利用方式下土壤环境因子及其相互耦合对岩溶溶蚀速率的影响。研究结果表明,金佛山国家自然保护区不同土地利用方式下的平均溶蚀速率差异显著,总体表现为:竹林地>林地>草地>灌丛地>灌草丛地。不同土地利用方式下的土壤pH值与溶蚀速率呈很好的负相关,土壤水分含量、孔隙度与溶蚀速率呈正相关。山顶岩溶作用明显强于山下,这与重庆市百年一遇的大旱不无关系。土壤环境中CO2浓度、水分、孔隙度、pH值和有机质含量影响着岩溶溶蚀速率,同时这些土壤环境相互耦合也影响着岩溶溶蚀速率。     

山区岩溶作用对土地利用方式的响应——以金佛山碧潭泉和水房泉两区岩溶系统为例

不同的土地利用方式可使土地理化性质产生一系列的变化和差异,从而影响到岩溶作用的方向和强度。通过野外溶蚀试片实验法,对金佛山典型岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域岩溶生态系统的5种典型土地利用方式下的土壤溶蚀速率进行雨季短时间尺度变化的野外观测。2006年7月中旬开始,重庆地区罕遇43天高温无雨的特殊天气,测试结果表明不同土地利用方式甚至同一土地利用方式下不同海拔的岩溶区石灰岩试片溶蚀速率都存在较大差异,碧潭泉域雨季绝对溶蚀量仅为水房泉域的13.3%,6个测试点土下溶蚀量由大到小依次为水房泉竹林地、水房泉林地、水房泉草地、碧潭泉林地、碧潭泉灌草丛、碧潭泉耕地。在研究时间内降雨量、温度和土壤CaCO3含量差异的基础上,金佛山两泉域岩溶作用主要有两个控制因素:土壤CO2浓度、土壤有机质。     

发展中的板块边界:天山-贝加尔活动构造带

不同的土地利用方式可使土地理化性质产生一系列的变化和差异,从而影响到岩溶作用的方向和强度。通过野外溶蚀试片实验法,对金佛山典型岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域岩溶生态系统的5种典型土地利用方式下的土壤溶蚀速率进行雨季短时间尺度变化的野外观测。2006年7月中旬开始,重庆地区罕遇43天高温无雨的特殊天气,测试结果表明不同土地利用方式甚至同一土地利用方式下不同海拔的岩溶区石灰岩试片溶蚀速率都存在较大差异,碧潭泉域雨季绝对溶蚀量仅为水房泉域的13.3%,6个测试点土下溶蚀量由大到小依次为水房泉竹林地、水房泉林地、水房泉草地、碧潭泉林地、碧潭泉灌草丛、碧潭泉耕地。在研究时间内降雨量、温度和土壤CaCO3含量差异的基础上,金佛山两泉域岩溶作用主要有两个控制因素:土壤CO2浓度、土壤有机质。     

云南石林地质公园土岩、土根界面过程和土下溶蚀速率

综合考虑土下界面过程对溶蚀速率的影响,不仅有助于客观评价不同土地利用下土壤溶蚀速率的差异及其控制因素,也有助于判别特定气候条件下区域或流域尺度的现代岩溶作用与碳循环强度。在云南石林世界地质公园,选择近原生滇青冈林(密枝林地)、云南松林地(人工辅助恢复林)、荒草地、石漠地等4种土地利用类型及不同界面开展为期2年的标准溶蚀试片(试片为圆形,直径40 mm,厚约3 mm)试验研究,同步测定土壤理化性质、水分、土壤CO_2。结果表明石林不同土地利用土下(土壤界面)平均溶蚀量为82.3 mg/a,最大年溶蚀量位于密枝林土下50 cm,达285.7 mg/a,最小年溶蚀量位于石漠地土下10 cm,为17.4 mg/a。总体上,土下年平均溶蚀量从大到小依次为密枝林地(182.6 mg),荒草地(76.4 mg),云南松林地(46.5 mg)与石漠地(23.8 mg)。土岩界面附近土下年溶蚀量为17.7～68.8 mg/a,均值为44.7 mg/a,从小到大依次为灌丛稀疏林(17.7 mg),石漠地(47.6 mg)与荒草地(68.8 mg)。土根界面附近土下溶蚀量为43 mg/a。土下溶蚀量要大于岩面溶蚀量,密枝林土下溶蚀量远远大于其它三种土地利用类型,荒草地和密枝林土下溶蚀量随土壤深度均呈现增加的趋势,尤其是后者的增幅相当显著,说明随着植被的正向演替可极大地促进岩溶作用的进行,提高碳酸盐岩溶蚀速率。石漠地岩土界面溶蚀速率约为岩面或正常土下溶蚀速率的2倍,为石柱水平土蚀凹槽的形成提供了岩溶作用动力学证据。利用密枝林地(原生性植被样本)土下溶蚀速率推断,石林形成鼎盛期的土下溶蚀速率为35.1～46.8 mm/ka。     

重庆中梁山碳酸盐岩溶蚀速率对季节的响应研究

在重庆市中梁山岩溶槽谷,选取林地、园地、耕地和菜地4种不同土地利用类型,通过野外下三叠统嘉陵江组白云质灰岩石试片的溶蚀试验分析不同土地利用方式下溶蚀速率对季节的响应关系。结果表明:不同土地利用方式将造成土壤性质发生不同的变化,进而对岩石的溶蚀速率产生明显的影响。但无论是从夏半年还是从全年来看,试片的溶蚀速率的大小变化均表现为:林地>菜地>耕地>园地。夏半年在全年的试片溶蚀作用过程中贡献较大,其绝对溶蚀量占全年比例都大于50%;除林地、菜地和园地土下50cm试片外,其余试片的夏半年溶蚀速率都大于全年溶蚀速率。究其原因,主要是由于夏半年气温高,降水量大,使土壤中CO2和水分等增加,从而有利于岩溶作用的进行      

亚高山表层岩溶泉域土壤溶蚀速率季节变化及碳汇量估算——以重庆金佛山水房泉流域为例

利用标准溶蚀试片法测定了重庆金佛山水房泉流域林地、草地和灌丛三种土地利用类型不同深度年溶蚀速率。结果表明,不同土地利用类型、不同季节、不同土壤深度的溶蚀速率具有很大的差异。通过对各土地利用类型下不同季节不同深度土壤有机质、土壤CO2浓度和土壤pH分析发现:土壤有机质和pH相互耦合共同对溶蚀速率产生影响,有机质含量越高,则pH值越低,溶蚀速率就越大;三种土地利用方式下土壤CO2浓度与溶蚀速率具有一定的相关性,夏秋季土壤CO2浓度较冬春季高,相对应地,其土下溶蚀速率也比冬春季大。最后利用试片溶蚀数据对泉域内年碳汇量进行了估算,结果约为:25.595t/a。      

不同土地利用土下溶蚀速率季节差异及其影响因素——以重庆金佛山为例

不同土地利用土壤往往具有不同的水分和CO2特征,进而影响到土下岩溶作用的强度和方向。以重庆金佛山为例,选择两个不同高程的岩溶泉流域,研究了流域内典型土地利用土壤水和土壤CO2的变化,土壤水分特征及土下溶蚀速率,并分析了土下岩溶作用的主要驱动因子。结果表明土下溶蚀作用主要发生在夏季:碧潭泉和水房泉流域不同土地利用土下雨季平均溶蚀量分别占年溶蚀量的65.5%和71.9%。进一步证实土壤CO2和土壤水的滞留时间是驱动岩溶作用的两个关键因子,土壤水传导能力可能是控制旱季土下溶蚀速率的决定性因素。     

石漠化治理对土壤中CO2、CH4变化特征及碳汇效应的影响

为探究石漠化治理对土壤中CO2、CH4变化特征及碳汇效应的影响,采用气相色谱法对重庆市南川石漠化治理示范区土壤中CO2、CH4浓度进行观测,结合土壤温度、土壤含水率、土壤容重和土壤有机碳对石漠化治理区（试验区）和对比区（未经过石漠化治理的荒草地）进行研究,并用溶蚀量数据估算岩溶区碳汇量。结果显示:土壤中CO2浓度随土壤深度的增加先增加后减小,变化范围为393～7 400 mg·L-1;而土壤中CH4浓度随土壤深度的增加先减小后增大,变化范围为1.13～3.42 mg· L-1。试验区土壤中CO2浓度均值为2 131 mg· L-1,CH4浓度均值为1.94 mg· L-1 ;而对比区土壤中CO2浓度均值为2 338 mg· L-1,CH4浓度均值为2.10 mg·L-1。土壤温度、土壤有机碳与土壤中CO2浓度变化趋势呈显著正相关关系,而与土壤中CH4变化趋势呈显著负相关关系,说明土壤温度和土壤有机碳是影响土壤中CO2、CH4浓度的主要因素;土壤温度与土壤中CO2浓度呈正相关关系且相关性随石漠化治理而变弱,说明经过石漠化治理土壤温度对土壤中CO2浓度的影响减弱。试验区岩溶试片溶蚀速率大于对比区,且经过石漠化治理,由岩溶作用产生的碳汇可提高0.66～9.42 t·km-2·a-1 ;说明石漠化治理对于岩溶区碳汇起到了促进作用。      

亚高山不同植被类型区的雨季岩溶溶蚀速率研究

关于岩溶溶蚀速率,前人在研究中肯定了岩溶区内CO2浓度的时空变化对溶蚀速率的驱动作用,然而不同的植被条件产生的土壤理化性质差异和变化对溶蚀速率的方向和强度也具有较大的影响.通过野外溶蚀标准试片法,测试得出重庆金佛山岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域4种典型植被类型下的5个测试点的雨季绝对溶蚀量和平均面积溶蚀量.测试结果表明不同植被条件甚至同一植被类型下不同海拔下岩溶区石灰岩标准试片的溶蚀速率都存在较大差异,5个测试点溶蚀量由大到小依次为水房泉竹林地、水房泉林地、水房泉草地、碧潭泉林地、碧潭泉灌草丛.通过测试点的土壤基本理化性质分析得出以下结论:在研究区研究时间内的降雨量、温度差异的基础上,除了土壤CO2浓度,土壤有机质也是控制金佛山两泉域岩溶速率的主要因素之一.     

亚热带岩溶森林类型和坡位对碳酸盐岩溶蚀的影响

文章采用标准溶蚀试片法对比两种亚热带岩溶森林不同坡位的碳酸盐岩溶蚀速率,并分析其与土壤CO₂含量(pCO₂)和土壤含水量的对应关系。结果表明：青冈林的平均溶蚀速率(5.22±0.99mg·cm^-2·a^-1)显著高于化香树林(3.58±2.59 mg·cm^-2·a^-1);青冈林的土下溶蚀速率在垂直剖面上先增加后递减,峰值位于土下20 cm,而化香树林的随土壤深度增加而增加;青冈林不同坡位的溶蚀速率差异不显著,而化香树林中坡显著高于上坡和下坡;不同森林类型坡位间的溶蚀速率未表现一致规律。森林类型间溶速率差异与土壤含水量有较好的对应而与土壤pCO₂相反,森林内坡位间及土壤垂直剖面的溶蚀速率差异与土壤pCO₂有更好对应性。亚热带不同岩溶森林类型间溶蚀速率差异显著,可用土壤含水量较好解释;不同坡位间差异没有一致规律,但可用土壤pCO₂较好解释。     

Impact of land use covers upon karst processes in a typical Fengcong depression system of Nongla, Guangxi, China

The direction and intensity of karst processes can be deeply affected by soil physical and chemical variations which were resulted from land use. Taking Nongla Fengcong depression area, Mashan County, Guangxi as an example, authors discussed the impact of land use on karst processes based on the data of field limestone tablet. The results showed that the corrosional rates at varied soil depth are quite different. Corrosional rate in woodland and orchard is mostly bigger than 20 mg/a, which is much higher than that in tilled land and shrub. Generally, corrosional rate decreased from orchard, woodland, tilled land, fallow land and shrub successively, in which soil organic matter (OM) and soil pH are two major controlling factors: corrosion process is controlled remarkably by soil OM in woodland and orchard. The higher the organic matter content is and the less the pH value is, the higher the corrosional rate is. Owing to lower organic matter content, the corrosional rate is mainly affected by soil CO₂ in tilled land and shrub.     

喀斯特山地土地利用方式对土壤团粒的影响——以重庆黔江为例

土壤结构恶化是土壤侵蚀性退化的普遍现象和结果,在喀斯特地区表现尤为突出。本文以重庆黔江区为例,分析了四种不同的土地利用方式下,土壤团聚体的组成、稳定性及其影响因素。结果表明:研究区土壤颗粒组成主要集中在<0.05mm的范围内,土壤粘粒(<0.001mm)含量普遍较高;土壤经人为开垦利用转变为耕地后,表层土壤颗粒砂化明显;土地利用方式不同,风干团聚体含量相差不大,而水稳性团聚体组成和稳定性差异较大,＞5mm和＞1mm水稳性团聚体含量由大到小为:灌草坡＞林地＞退耕地＞耕地,＞0.25mm团聚体含量由大到小为:灌草坡＞退耕地＞林地＞耕地。灌草坡的水稳性团聚体含量最大,稳定性最强,耕地最差。有机质是影响水稳性团聚体的主要因素,因此,增加有机质的含量是恢复和改良喀斯特山地土壤结构状况的关键      

不同土地利用类型下土壤碳酸酐酶剖面分异特征研究

利用pH计法来研究西南岩溶区4类土地利用类型11个样地20cm、40cm和60cm土层碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase,CA)的剖面分异特征,并与非岩溶样地进行对比。结果表明:西南岩溶区不同土地利用类型不同土层的CA活性存在较大差异。在林地中,40cm和60cm土层的CA活性明显高于20cm土层;而在乔灌丛、灌丛和耕地中,土壤CA活性表现出60cm土层处最高,20cm土层处最低,并与弃耕地不同土壤层CA活性变化趋势截然相反,这是因为弃耕地受人类活动干扰导致土壤CA活性出现逆转。进一步分析还可以看出林地、乔灌丛、灌丛和耕地4种土地利用类型下土壤CA活性总体呈现出随植物根系深度增加而增加的变化趋势,从而说明土地利用类型是导致土壤碳酸酐酶剖面产生分异的主要因素,并为进一步研究土壤CA在自然界碳酸盐岩风化过程中的作用提供了科学依据。     

岩溶地区不同利用方式土壤土力学特性垂直变化特征

以黔中岩溶地区不同利用方式的土壤为研究对象,采用野外调查和室内试验相结合的方法,研究了土壤黏聚力c、内摩擦角φ及紧实度随不同土壤利用方式、不同土层深度的变化特征。结果表明:土壤黏聚力c总体随土层深度不断增大,在0-35 cm内受不同土壤利用方式的影响比较明显;土壤内摩擦角φ在0-50 cm土层内,呈“S”形变化,受母质影响显著,三种不同土壤利用方式总体变化趋势基本一致;林地、灌草地、坡耕地土壤在垂直剖面上都存在着上松下紧的状况,在0-20 cm内,坡耕地土壤紧实度均小于林地和灌草地,20 cm以下坡耕地和灌草地土壤紧实度基本一致,但均大于林地,三者均保持着不断增大的趋势。研究表明:植被生长对于改善土壤力学性能具有一定的影响。因而通过加强植被保护与管理和调整坡耕地利用方式是改善土壤力学性能,防治土壤侵蚀和控制石漠化的主要手段。      

吉林西部不同土地利用类型的土壤有机碳垂向分布和碳密度

土壤碳库在陆地生态系统碳循环中起着关键性的作用。在对吉林西部进行为期6年（2004－2009年）的环境调查基础上,采集了217个土壤剖面,获取了2 170个土壤样品的平均容重、含水率和有机碳含量,分析了不同土地利用类型下土壤有机碳（SOC）的垂向分布特征、原因和机理。结果表明：不同土地利用类型的土壤有机碳垂向分布表现出截然不同的特征,大致可分为“下降型”、“上升型”和“不变型”3种。呈下降型的草地、农田、湿地等SOC含量主要富集在0~30 cm耕作层,并随深度增加而快速下降;滩地为上升型,良好的水文条件和相对茂盛的植物为有机质提供了有利条件;不变型包括盐碱地、林地和沙地,SOC含量处于全区最低水平。不同土地利用类型的土壤有机碳密度差异很大,从大到小依次为水田、草地、旱田、湿地、退化草地、滩地、林地、沙地、盐碱地,其中水田为（169.25±17.70） t/hm²,盐碱地为 （26.50±10.00） t/hm²。植被生物量和土壤理化性质是影响土壤有机碳含量的主要因素。     

夏季黄土丘陵区不同土地利用方式土壤CO2分布特征及影响因素

为了解不同土地利用方式对土壤剖面CO2含量的影响,分析了吕梁山西侧黄土丘陵区不同土地利用类型（果树林地、大田作物地、荒地）土壤理化性质和不同深度的CO2分布特征及其影响因素。其结果表明:果树林地、大田作物地和荒地三种不同土地利用方式全磷、全钾含量差别不大,大田作物地土壤有机碳含量（2.95±1.19 g·kg-1）>荒地（2.63±1.36 g·kg-1）>果树林地（2.38±0.78 g·kg-1）,而大田作物地土壤无机碳含量（14.36±5.17 g·kg-1）>果树林地（14.16±1.32 g·kg-1）>荒地（12.40±4.04 g·kg-1）;同样,土壤全氮含量在大田作物地中含量最高,在其他两种土地利用方式中全氮含量大致相同。不同土地利用方式对土壤剖面CO2体积分数的影响较大,果树林地0～20 cm深度土壤CO2含量高于大田作物地和荒地,其原因:一方面为果树林地地表调落物较多,表层有机碳积累较多,在微生物分解作用下,形成了大量的CO2,另一方面,果树林地人为扰动小,而大田作物地人为扰动较大,土壤 CO2浓度更大程度上取决于农田的耕作管理措施和种植作物的品种。三种土地利用方式在土壤 80 cm 处土壤CO2含量均突然下降,其原因可能为雨水下渗吸收了土壤CO2 后与下部碳酸盐矿物发生作用,即碳酸盐矿物的溶蚀过程消耗吸收土壤CO2。土壤温、湿度也影响了土壤CO2的产生,但相关性均不显著,其原因为研究区土壤呼吸对温度响应高度依赖于土壤含水量,土壤CO2的产生速率更多受水热因子耦合作用的影响。      

岩溶山区土地利用方式对土壤活性有机碳及其分布的影响

对重庆中梁山不同土地利用方式下的0～50cm土壤活性有机碳含量和分布进行研究。结果表明:不同利用方式土壤有机碳(SOC)含量大小顺序为:竹林＞菜地＞草地＞林地＞园地＞弃耕地,且均表现为0～20cm层大于20～50cm层;土壤溶解性有机碳(DOC)含量平均值大小顺序为:林地＞竹林＞弃耕地＞草地＞园地＞菜地,土壤溶解性有机碳占土壤有机碳的比例随土层深度增加而增加;土壤易氧化有机碳(EOC)含量及其剖面分布与土壤有机碳含量变化相一致,相关分析表明,两者的相关性达到极显著水平(R=0.852,P＜0.0001),对土壤有机碳变化反应敏感。      

半干旱岩溶区土壤次生碳酸盐比例及对岩溶碳汇计算的影响

定量评价半干旱岩溶区土壤次生碳酸盐比例和来源有助于认识土壤系统影响岩溶作用的机理。选取山西晋中盆地西南,吕梁山东侧的半干旱岩溶区马跑神泉小流域为研究对象,通过对林地、退耕地、灌丛地土壤剖面进行分层取样并测定碳酸盐含量及其δ13C、CO2浓度及其δ13C值,分析其随深度的变化规律和控制因素;并结合研究区碳酸盐岩的δ13C值计算3个剖面各层土壤次生碳酸盐所占比例。研究结果表明:3个土壤剖面的碳酸盐含量、CO2浓度在0~50 cm土层随深度增加而增加,在50~70 cm土层随深度增加而减少;土壤碳酸盐δ13C值、δ13CCO2值在0~50 cm土层随深度增加而偏负,在50~70 cm土层随深度增加而偏重;土壤碳酸盐含量及其δ13C值主要受次生碳酸盐比例控制,而土壤CO2及其δ13CCO2值在上层主要受大气CO2和土壤有机质分解生成的CO2共同影响,下层还受土-岩界面岩溶作用过程制约;退耕地、林地、灌丛剖面次生碳酸盐所占比例的均值分别为52%、42%和32%,证实北方半干旱岩溶区土壤中存在原生碳酸盐向次生碳酸盐转化过程。