亚热带高原表层喀斯特带结构和植被的协同演进机制研究

The relation between epikarst structures and plant vegetations is a key in the evolution of the karst geological ecosystem. The program proposes that there is a synergic evolution between plant communities succession and change of the epikarst zone structures，which is important to the epikarst structure stability. The program designs the paired sample plots of karst original forests, secondary forests and karst rocky desertificated lands respectively in uncovered karst area and covered karst area. The program chooses the study subjects of karst plant communities and epikarst zone's interfacial structures including soil surface, stony surface and soil-stony surface and carries out the following tasks: (1) study on the spatial relation between the epikarst interfacial patterns and corrosion-infiltration ones and its impacts to soil formation and erosion/loss; (2) study on the spatial patterns between the calcicole, lithophilous and seasonal tolerant-drought plants and the epikarst interfacial structures, and its intrinsic mechanism;(3) study on the process that the plant vegetation's succession changes the epikarst interfacial structures, and the ways that the succession promotes the stability of the epikarst structures. So, the interaction between the plant vegetation succession and change of the epikarst structures are discovered with the key factors; and the theoretical and technological basis is provided for developing effective plant technology of eco-controlling rocky desertificated lands.

表层喀斯特结构和植被的关系是喀斯特地质生态系统演化的关键要素，项目提出表层喀斯特结构和植被之间存在着协同演进，该过程是表层喀斯特结构稳定的关键。分别在覆盖喀斯特和裸露喀斯特的表层喀斯特，设置原生林、次生林、喀斯特石漠化地配对试验样地，以表层喀斯特的土质界面、石质界面、土石界面与植物群落为研究对象，开展三项内容研究：（1）表层喀斯特界面格局和渗透溶蚀格局的空间关系及对土壤形成和流失的影响；2）喀斯特植物的喜钙、石生和季节性耐旱习性、种群格局与表层喀斯特界面格局之间的空间关系与内在机理；（3）植被演替改变表层喀斯特界面结构的过程与促进表层喀斯特结构稳定的方式。以此揭示植被演替和表层喀斯特结构变化之间相互作用和关键要素，为喀斯特石漠化生态治理的有效植物技术开发提供理论和技术支持.

喀斯特系统稳定性是喀斯特科学研究的关键问题，应用地貌、群落调查、多样性指数、土壤理化分析与实验监测等对照研究了热带和亚热带喀斯特表层带的裸地与森林系统的界面结构效应。喀斯特表层带的石界面、土石界面、土界面、水岩界面既影响植被过程，又受植被演替影响。界面系统构成喀斯特内部环境梯度，形成异质性结构。界面形态与参数是气候、植被、水位、土壤变化的记录。林内与裸地石界面溶坑密度、直径和深度差异显著，林内土下石芽高度低于林外，林内石芽/柱侧向溶蚀深度高于林外，湿地/水体侧向溶蚀深度高于坡地。石界面对地面降雨再分配，增加地面降雨P/(1-Sr石面比)，土石界面是消化通道，塑造喀斯特地面新形态。喀斯特溶原通过界面系统融合水平过程与垂直过程，转化为溶丘洼地-石林-暗河-泉水地貌结构，洼地是喀斯特水土资源形成或流失的重要通道。.植被通过林冠截留等调节喀斯特表层带降雨的界面过程，减少林内地面流（1-p截留率）/（1-Sr）。研究区石芽/柱区土流失速率1.07±0.700cm/a，水土流失的降雨阈值坡耕地9.8mm、石灰岩灌丛15.2mm。研究区径流小区监测水土流失厚度1.15×10-2mm/ka-4.6×10-2mm/ka。试片溶蚀率2.10-14.57cm/ka，具有界面效应。碳酸盐岩溶蚀成土概率与水土流失率对比表明喀斯特表层带土壤和养分有其他来源。.喀斯特森林的物种结构与植物性状有界面效应，界面系统构成群落内部环境梯度，但弱于气候带效应，并在顶极群落/地带性植被阶段弱化或消失。界面系统影响珍稀濒危植物种群格局，喀斯特植物群落的种群格局影响退化植被恢复策略。.植被演替稳定喀斯特系统的关键点是改变了喀斯特界面系统过程。林冠截留减少石界面水流，森林植被的土壤养分与水分流动的增效功能具有界面格局，同界面养分增效顺序原生林为次生林、灌丛、裸地的2至20倍。森林植被促进喀斯特系统的自维持。这是喀斯特整体保护利用与生态修复的理论与技术基础。