粤北岩溶山区岩石－土壤－植物系统钙迁移循环过程及其生态效应

本研究基于岩溶动力学和地球系统科学理论，选择粤北典型岩溶山地和丘陵为研究对象，针对岩溶动力学中钙循环研究的不足，以石灰岩溶蚀（钙流失）、沉积（钙富集）过程中钙在岩石－土壤－植物系统中迁移的形态、路径、数量变化及循环过程，降雨－地表径流－入渗过程及生物循环过程对钙迁移变化的影响和主要岩溶植被群落对岩溶富钙环境的生态适应性为主要研究内容，通过野外模拟实验、野外定位观测、室内模拟实验和分析，最终确定粤北岩溶环境R－S－P系统基于钙元素的相互协同关系。对粤北典型岩溶环境的钙循环研究不仅为岩溶动力学理论提供支撑，还可以补充完善岩溶水动力过程和碳循环研究，使我国南方岩溶环境研究更系统、全面和科学；研究成果将为严重退化岩溶环境的保护、生态恢复和治理提供科技支撑，对于石漠化的预测预报、防治和评价，特别是为岩溶山区土地资源利用、农业生产、林业发展提供技术储备。

选择粤北岩溶山地和丘陵为研究对象，以钙在岩石－土壤－植物系统中迁移变化及循环为研究内容，基于溶蚀试验，地表径流钙流失试验，地形、土地利用、石漠化对钙迁移影响试验，确定岩溶环境R－S－P系统钙的相互协同关系，结果表明：溶蚀是钙元素迁移、转化的初始源，方解石含量越高，溶蚀量越大，岩石裸露和降雨量是影响溶蚀的另外两大因素，含云灰岩、云灰岩在地表和土壤30cm深的单位降雨溶蚀量分别为19.00×10-3t/km2.mm、9.22×10-3t/km2.mm、4.51×10-3t/km2.mm和3.44×10-3t/km2.mm；降雨是溶蚀的初始动力，地表径流是钙迁移的主营力，在41-50mm/h中等雨强下，地表径流流失的钙离子在中度石漠化样地超过1.2mg/mm；地形是影响钙迁移的另一要素，在岩溶山地，钙由山顶向下迁移最终通过底部落水洞流入地下河，这一过程使土壤全钙流失量达到2.10g/kg；在峰林丘陵区，丘顶，峭壁、坡麓、干旱沟谷是在坡面径流与垂直渗漏作用下的钙流失区，坡麓底部的积水洼地为钙富集区，从丘顶到积水洼地土壤全钙增加了29.58g/kg，而从坡麓到干旱沟谷，土壤全钙减少了22.90 g/kg；无论是耕地、还是人工经济林地，原有坡面径流路径的改变会切断钙离子迁移路径，减少土壤钙补给，使旱耕地和经济林地土壤钙处于亏损状态；垂直渗漏是钙迁移流失的第二途径，长期的垂直渗漏使大量地表土壤通过裂隙、漏斗、孔穴流入地下或堆积在局部区域，地下土壤是表层土壤总量的1.71-30.3倍，垂直渗漏使全钙、尤其是水溶性钙迁移流失，还加剧了地下岩石的溶蚀；单位降雨造成的红色石灰土壤中Ca2+流失量与降雨量、渗漏液pH均呈正相关，而与雨水pH呈负相关，降雨造成土壤Ca2+净流失量达到2.16×10-5g/mm.kg并使石灰土壤中的Ca2+总量持续减少，红色石灰土壤中水溶性钙含量减少量为7.14×10-5g/mm.kg；植物对岩溶富钙环境的适应性呈多样化且能够吸收土壤中58.44-94.43%的钙，并通过枯落物形式返还土壤，保持土壤钙平衡；石漠化增加了碳酸盐岩溶蚀，减少了土壤和植被对钙的吸收储存量，极重度石漠化环境钙处于流失亏损状态；在自然的岩溶区岩石-土壤-植被系统中，钙形成良好的溶蚀、迁移、储存循环平衡，而土地开垦和石漠化会破和石漠化会破坏钙的补给平衡，导致钙流失。