喀斯特生态系统裸露岩体集水径流及其生态水文效应研究

Rock outcrop (ROC)，as individual or group, is very common in karst ecosystems. ROCs receive, and then redistribute waters and water dissolved materials to nearby soil patches. However, quantitative data on water and its inside materials, and their ecological significance is rare reported. Answering those questions is essential for understanding the changing mechanism of karst ecosystem, and for formulation countermeasures on rock desertification. This research is designed to collect and measure water received by ROCs and their subsequent exports to the soil in a rock desertification ecosystem， a secondary forest ecosystem, and an anthropological forest ecosystem; to determine the organic carbon, N,P,K, Ca in the water collected in different seasons and rainfall event; to monitor soil water content, and to survey flora and environmental variables in nearby. The purpose is to understand the changing pattern of water received and exported, of material exported by ROCs at events, seasonal, annual level,to evaluate the impact on soil water, organic matter and nutrients of nearby soil patches, and the impact on flora changes. Finally, this research will lay down scientific foundations for defining the ecological functions of ROCs quantitatively, for uncovering the relationship among ROCs-soil-flora in karst, and the mechanism of karst ecosystem development, and for formulating countermeasures to combat rock desertification.

喀斯特生态系统中各种形态的裸露岩体随处可见, 但其岩面集水、径流、内含物及其在喀斯特生态系统中的功能鲜见报道，而这个问题直接关乎喀斯特生态系统演化机制的阐明与石漠化治理方略制订。本项目设计云南亚热带石漠化、次生森林和人工林内的裸露岩体岩面集水、径流、内含物、植物群落、岩体周边土壤水分、养分的定点定时多年定量观测分析，从单次集水、季节、年度变化角度阐述裸露岩体集水、径流及其对喀斯特生态系统的土壤水分、养分的时空影响，对植物群落演变的贡献，进而量化评价裸露岩体在喀斯特生态系统中的生态学功能，丰富喀斯特生态系统的裸露岩体-土壤-水分养分-植物群落相互关系的系统知识，为亚热带喀斯特演化和石漠化治理与评价提供新的分析视角和科学基础。

基金申请人（沈有信）及其课题组严格按照申请书设计的研究内容，技术路线和研究方法，在云南石林县的喀斯特半湿润常绿阔叶林区域及其演变的石漠化、灌木林区和人工林区域，设置了研究样地，测量了露石的物理指标及其与土斑的关系，调查了露石石面附着物、石冠腐殖土及其着生的高等维管植物；安装了石面径流装置和降水收集装置（30套）、安装了土斑水分的原位监测探管（1 m 深，35套）并定期完成监测任务；四次采集各装置收集的降水和径流水，测定其中的pH,N,P,K,Ca, Mg, C等内含物；采集距离露石不同远近的土壤样品、收获植物生物量，判定露石对植物和土壤的影响范围。结果显示，1)石漠化、人工林和半湿润常绿阔叶林内的裸露岩面将其承接降水的35%-50%以径流输出方式输出到土斑；2）露石集水、径流及其主要内含物数量随雨量、季节、年度而发生变化，三类系统差异显著；3）露石周围的土壤水分具有高度空间异质性及其时间稳定性特征；4）露石对周围植物生物量、土壤水分和养分的影响距离≈75cm, 此范围内，露石越大，其周围的植物地上生物量和地下生物量越大。这些结果表明，喀斯特露石承接降水并将其中的一部分输出到临近的土斑，影响土斑的水分，养分及其植物的生长。累计发表18篇论文，按时超额完成预定的8篇论文任务，获得1项国家授权专利。这些首次定量研究露石在岩溶生态系统中的生态水文效应的结果，将为揭示岩溶生态系统的运行规律，为石漠化治理提供新的视觉与证据。