喀斯特流域侵蚀和矿质养分流失及其与石漠化程度的响应

土地退化、水土流失和土地石漠化是喀斯特地区环境生态问题的突出表现，其中的核心科学问题是物质循环和能量迁移特征及制约这一特征的水循环过程。本项目利用同位素地球化学手段重点研究贵州不同石漠化程度的典型小流域水循环系统各个环节水体中矿质养分（Ca、Mg、K等）和硫酸根（SO42-）的来源、输入和释放通量，计算和探讨流域风化侵蚀程度与矿质养分流失和石漠化程度之间的响应关系。为喀斯特流域水循环过程中元素循环的深入研究，为我们理解和解释我国西南喀斯特地区生态系统退化（流域侵蚀→水土流失（养分流失）→石漠化）发生的过程和机制提供科学理论基础。

本项目选择贵州省境内中度石漠化、无石漠化程度的小流域生态系统为研究对象，以流域水循环系统中元素的地球化学循环为对象，借助元素和同位素地球化学（87Sr/86Sr、13/12C）研究方法和手段，对大气降水、地下水、植被、土壤、岩石中矿质养分（Ca、Mg、K等）循环进行系统，辨识自然过程与人为活动对流域风化程度与矿质养分之间的关系，以及与石漠化程度之间的响应关系，为我们理解和解释从流域侵蚀水土流失石漠化发生的过程和程度提供科学理论基础。.研究结果表明：岩性和地形是喀斯特小流域风化成土作用的控制因素，生物和其他因素只是对其风化成土产物的理化性质进行了一些改造。矿质养分在碳酸盐岩土壤中的富集特征主要与矿质元素自身淋溶或者沉积以及Si的淋失或沉积有关。风化成土过程中矿质营养元素的行为主要受到母岩中这些元素的分布和地貌位置控制，其次还受到土壤的pH值、元素本身的性质以及植被条件的影响。不同土壤剖面（森林、灌丛、草地、农田）中有机碳和有机氮含量具有明显的相关性，表明土壤氮素主要以有机氮的形式存在于有机质土壤中。土壤中有机质的13C值随深度分别明显不同，茂兰喀斯特原始森林地区13C变化范围为-22.8‰ ~ -29.9‰，而普定地区13C变化范围为-24.8‰ ~ -29.0‰，土壤剖面的成土演化史制约有机质稳定同位素组成剖面分布的主要因素。由于不同土壤剖面发育历史及地表植被不同，土壤有机质13C值均先随剖面深度的增加而升高，达到最大值后逐渐降低并趋于稳定。.本项目首次测定了贵阳地区大气降水的88/86Sr比值。贵阳地区雨水的87Sr/86Sr比值变化范围为0.708-0.727，平均值为0.711；88/86Sr比值变化范围为0.215‰-0.333‰，平均值为0.296‰。本项目首次测定了贵州喀斯特地区地下水、土壤、植被、岩石的87Sr/86Sr以及88/86Sr比值。贵州二叠纪碳酸盐岩的87Sr/86Sr比值为0.708，88/86Sr比值为0.403‰。茂兰地区地下水的87Sr/86Sr比值为0.708，88/86Sr比值变化范围为0.11‰-0.27‰，明显不同于基岩的Sr同位素组成，表明二次沉积过程中，稳定Sr同位素发生了分馏。因此稳定Sr同位素有可能作为示踪陆生环境的二次沉积过程的新工具。不同土壤剖面Sr同位素组成变化不大，其平均87Sr/86