西南石山地区岩溶生态系统元素迁移动态典型研究

  西南石山地区岩溶生态系统迁移动态典型研究具有广阔的应用前景,成就领先。成果以论文的形式发表,已在专业核心刊物发表论文5篇,主要进展包括:(1)驱动元素迁移的岩溶动力条件的动态变化岩石的溶解过程,既是固结在岩石中元素的迁移过程,也是元素成为离子态的活化过程。而元素在土壤和岩溶沉积物中的富集则是有效性降低的过程。碳酸盐岩中元素的迁移或沉积与岩溶动力条件如水分、CO、温度、有机质等的变化密切相关。该项目通过对广西弄拉、桂林研究点的岩溶动力条件(温度、水文、土壤CO等)的逐日或月监测表明,土壤空气CO含量表现出明显的季节变化和日变化,冬季土壤空气CO较低,变化范围一般0.1-0.5%,春季随着气温升高,微生物活动加强,土壤CO浓度升高至1-2%,夏季雨热同期,生物作用非常活跃,土壤CO可比冬季升高一个数量级,一般在2-3%,最高可达6%,秋天,虽然气温高,但雨水明显减少,生物的活动性降低,所以,土壤CO降低至1%左右;土壤CO的日变化幅度不如季节变化明显,但也有深夜最低,上午相对较高的变化规律。对土壤有机质的淋失试验表明,土壤有机碳淋失通量的动态过程因土壤有机质含量而不同,但都有开始淋失快、然后淋失较慢的动态过程,并有与系统Ca元素迁移动态存在明显的相关性,相关系数r2在74%以上。反映,土壤有机质对元素迁移也有很大影响。(2)岩溶生态系统元素迁移的季节变化动态:每当夏季气温升高,微生物活动加强,土壤CO浓度升高数倍至一个数量级时,下伏灰岩的溶蚀作用也大致同步加强,可溶岩元素迁移的量增加,虽然有大暴雨的稀释冲淡作用,但夏季岩溶水中的浓度明显高于冬季;土壤中元素的有效态也比其它季节高。岩溶区元素迁移动态往往与岩溶作用的强度相对应,岩溶作用越强,可溶成分迁移量越大,但难溶成分则相对积累。研究表明,岩溶区Ca,Mg元素迁移量最大,其迁移情况是与岩溶动力条件最紧密相关的元素,Si,Al,Fe以及稀土元素则是伴随岩溶作用而相对富集的元素。(3)不同岩溶生态系统元素迁移差异,森林环境的碳循环可加速元素迁移和某些难溶成分的活化。例如,弄拉兰电堂茂密森林区(60年代开始封山育林,涵养土壤厚达2.5m)与上弄拉稀疏林区(85年封山育林涵养土壤厚0.5m)相比,浅层土壤中CO浓度高出0.7%,而水的Ph值则相对较低,由于茂密森林区有较多的CO溶解于水中,驱动元素迁移的结果,岩溶表层泉水中的Ca,Mg,Al,P,Fe,Cu,Co的浓度比稀疏林区高得多。桂林和弄拉土壤剖面的元素的对比分析结果,弄拉森林环境土壤的阳离子交换量和微量元素的有效态明显高于桂林试验场裸露石山环境,说明森林环境比石山环境具有比石叠石山环境较好的提供植物养分的能力。(4)南方岩溶环境元素的有效态:研究表明,尽管岩溶区土壤中的元素受偏碱性的影响而有效态及有效率比较低,但相对来说,岩石背景含量高的元素,其土壤中的有效态含量明显较高。碳酸盐岩的主要成分Ca和Mg的有效率非常突出。Mn,Na,Cu虽然不是碳酸盐岩的主要成分,但在弄拉地区的含量相对高于其它纯灰岩区。而且,由于周围岩石的岩溶作用产生的岩溶水向土壤渗流可增加土壤中Ca,Mg,Zn,Fe,Cu,Mn等离子的含量,故岩石旁的土壤中微量元素的有效态相对略高。岩溶作用对岩溶区土壤的元素有效态有很大影响。(5)岩溶生态系统元素迁移的生态效应:植被抽样调查表明,弄拉共有维管束植物77科126属212种,其中种子植物72科120属206种及种下类群;而桂林丫吉试验场只有维管束植物32科70属128种,其中种子植物29科67属124种及种下类群。弄拉植物种的多样性大大高于一般岩溶区,究其原因,一个重要方面,是其岩石和土壤的微量元素含量丰富,植物体中的很多微量元素含量与岩土中的全量呈显著的相关性。另一方面,岩溶动力作用强,提高了环境营养元素的有效态。土壤中微量元素全量及其有效态处于有利于植物生长的适宜范围。调查还表明,很多特有植物的地质环境有特点,如弄拉的中药材双钩藤仅生长20平方米的钙质页岩上;名贵药材青天葵生长在具有三分阳光、七分荫的碳酸盐岩岩石旁,岩溶生态系统的元素迁移,形成富Ca的岩溶水和土壤水环境。大量含Ca溶液则易与土壤中游离的胡敏酸结合形成比较稳定的胡敏酸钙,从而有利于土壤中有机质的累积。所以,在中国南方地区,岩溶区土壤中的有机质含量往往明显高于周围的红壤、黄壤和砖红壤。在桂林试验场岩溶洼地、马山弄拉、广西弄岗和贵州茂兰岩溶土壤表层有机质的含量一般都在10%以上,最高可达15-34%,而南方的红壤和砖红壤的有机质一般在6%以下。评价情况:国土资源部国际合作与科技司于2001年10月23日对该项目组织评议,并通过验收。评议组对该项目给予高度评价,认为研究成果总体上为达到国内领先水平并已取得实际经济效益的优秀成果,具有广阔的应用前景。
 
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