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喀斯特地区多为湿润的亚热带季风气候,南方喀斯特森林是一种特殊森林生态系统,生态系统对外界干扰显得脆弱和敏感,系统的抗逆能力、稳定性和自我恢复能力较低,在人为干扰及土地不合理利用下,植被覆盖率迅速下降,造成严重的水土流失,生物多样性减少,环境质量退化,形成奇特的石漠化景观。本文以贵州中部喀斯特石漠化区作为研究区域,从土壤-水环境质量的变化研究石漠化的发生及其演变规律,探讨石漠化过程中土壤-水系统的变化及生态环境的影响,主要结论如下:
1.喀斯特石漠化过程中不同植物群落下土壤有机质、粘粒、氮磷钾含量出现差异,随着群落退化度的明显提高,土壤出现粘质化,有机质含量急剧下降,植物可利用养分的数量减少,土壤质量明显退化,提高了喀斯特石漠化对生态环境影响的潜能。喀斯特石漠化区土壤有机质、粘粒、氮磷钾含量与植被覆盖率、土地复垦率之间均存在显著的相关性,随着植被覆盖率下降、土地垦殖率增加,引起土壤质量明显退化,加剧了石漠化发生的强度和速度。石漠化过程中土壤质量的明显下降是加速生态环境恶化的重要前提,在一定程度上可用土壤有机质、物理性粘粒、有效氮磷钾含量作为指示石漠化过程中土壤质量变化对生态环境影响的预警指标,来判断喀斯特存在石漠化的可能性。以土壤有机质、物理性粘粒、有效氮磷钾含量作为评价指标,初步将石漠化过程中土壤质量变化对生态环境潜在影响的程度分为3个等级:即第1类型土壤,有机质>10.0﹪、物理性粘粒40﹪~50﹪、有效氮>350mg.kg-1、有效磷>10mg.kg-1、有效钾>120mg.kg-1,这类土壤对生态环境未产生潜在的影响;第2类型土壤,有机质10.0﹪~5.0﹪、物理性粘粒50﹪~70﹪、有效氮200~350mg.kg-1、有效磷5~10mg.kg-1、有效钾>90mg.kg-1,这类土壤对生态环境可能产生一定的影响,应为喀斯特石漠化的一般治理区;第3类型土壤,有机质<5.0﹪、物理性粘粒>70﹪、有效氮<200mg.kg-1、有效磷<5mg.kg-1、有效钾<90mg.kg-1,这类土壤对生态环境可能产生明显的影响,应为喀斯特石漠化的重点治理区。2.喀斯特石漠化后,土壤出现粘质化,有机质含量急剧下降,土壤毛管孔隙度下降,干旱季节表层和次表层土壤的含水量明显减少,改变了生态系统的水分运动规律。喀斯特地表径流中离子浓度大小排序为HCO3->SO42->Ca2+>Mg2+>K+、NO3-、Cl->Na+>NH4+>PO43-,地表径流水化学类型以HCO3-Ca型为主;随着石漠化程度的增加,地表径流中PO4-3输出量明显增加,其次是Ca2+、NO3-,这部分养分的流失造成土壤养分水平下降,同时影响受纳水体的环境质量。地下径流离子组成与地表径流总体相似,但HCO3-、Ca2+、Mg2+的含量高于地表径流,而K+、NH4+含量低于地表径流;石漠化发生后,地下径流中HCO3-、Mg2+浓度明显减少,岩溶作用减弱,而NH4+、NO3-浓度明显增加,对地下水质产生一定的影响。
3.喀斯特森林生态系统降雨中离子浓度大小的排序为SO42->K+、Ca2、HCO3->Na+、Mg2+、Cl->NO3-、NH4+>pO43-,而径流中离子浓度的大小排序为HCO3->SO42-、Ca2+>Mg2+、Cl>K+、Na+、NO3->NH4+>pO43-;岩溶水离子组成与径流总体相似,但岩溶水中HCO3-、Ca2、Mg2+的含量和电导率明显增加高于地表径流。随着喀斯特森林群落从阔叶林群落向灌木林群落、灌草群落方向演替,其岩溶水中HCO3-和Ca2+比例明显减少,而SO42-比例出现明显增加。喀斯特岩溶水的HCO3-、Ca2+含量与森林覆盖率之间存在显著的正相关,而K+、NH4+含量则存在显著的负相关。HCO3-含量是影响岩溶水电导率的最重要因子,其次是Ca2,再次是K+、Mg2+;岩溶水电导率可以作为评价喀斯特森林群落退化对生态环境影响的数量指标。
Changesofsoil-plantsystemsintheprocessofkarstrockydesertificationanditsenvironmentalimpactevaluationLIUFang(TheStateKeyLaboratoryofEnvironmentalGeochemistry,InstituteofGeochemistry,ChineseAcademyofSciences,Guiyang,550002)