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在喀斯特地区,碳酸盐岩石的溶蚀和风化会在地表浅层形成孔隙、裂隙等独特的岩溶地貌。一些被土壤填充的孔(裂)隙会形成相对稳定的小生境,可以支撑植物的生长,为其提供水分和养分。本文以被土壤充填的地表浅层的岩溶地下孔(裂)隙为研究对象,在野外调查的基础上,选择典型岩溶孔(裂)隙,通过野外取样和室内实验,研究赋存土壤的颗粒组成、养分、持水性能、下渗等特征;选择典型石漠化治理区,研究主要造林植物对岩溶裂隙水的利用情况。通过研究,可以丰富对岩溶区生境的认知,为揭示脆弱的喀斯特,特别是石生环境条件下支撑植物生长的原因提供参考,为喀斯特地区植被恢复技术研究及土壤改良等提供依据,促进喀斯特地区的生态修复和治理。主要结论如下:(1)碳酸盐岩(孔)裂隙垂直剖面上土壤中的黏性颗粒(<0.002mm)含量为25.60%~76.67%,土壤颗粒的分形维数范围在2.53~2.86。白云岩(孔)裂隙从表层至下层,土壤分形维数逐渐升高;而石灰岩(孔)裂隙中从表层至下层,土壤分形维数有降低的可能。碳酸盐岩浅层(孔)裂隙中黏粒含量和分形维数呈线性关系,即y=0.006x+2.414,R2=0.908。碳酸盐岩(孔)裂隙的地表土壤(S)较地下空间各层土壤(U1、U2、U3)砂粒含量显著偏大(p<0.05),黏粒含量显著偏小(p<0.05),粉粒含量差异不显著;而地下空间各层土壤(U1、U2、U3)之间土壤颗粒差异不显著。而土壤颗粒组成变异系数偏大,反映了不同区域碳酸盐岩(孔)裂隙土壤的空间异质性较大。(2)岩石(孔)裂隙土壤pH值变化范围为6.66~8.50,基本上属于中性至弱碱性,表层土壤的pH值略小;土壤全氮含量最变化范围0.400g/kg~3.710g/kg,变化幅度较大,从表层土壤至裂隙地下土壤中,全氮含量大致呈现一个逐渐减少的趋势;土壤全磷含量最变化范围0.156g/kg~1.152g/kg,白云岩裂隙从表层土壤至裂隙地下土壤中,全磷含量大致呈现一个逐渐减少的趋势,而石灰岩裂隙中变化规律较为复杂;土壤全钾含量最变化范围0.561g/kg~33.771g/kg,裂隙中变化规律不太明显。(3)碳酸盐岩(孔)裂隙的地表土壤(S)较地下空间各层土壤(U1、U2、U3)pH值偏小,S层与U1、U2层差异不显著,但是与U3层差异显著(p<0.05),地下空间各层土壤(U1、U2、U3)差异不显著;全氮含量偏大,差异比较显著(p<0.05),而地下空间各层土壤(U1、U2、U3)之间全氮含量差异不显著;全磷含量偏大、全钾含量偏小,不同赋存空间上差异均不显著。赋存在碳酸盐岩(孔)裂隙地下空间的土壤pH均值为7.48,全氮含量均值为0.698g/kg,全磷含量均值为0.588g/kg,全钾含量均值为9.554g/kg,属于全氮含量相对缺乏,全磷全钾含量相对适宜的中性偏弱碱性土壤。(4)从整体上看,碳酸盐岩(孔)裂隙土壤最大持水量变化范围为37.67%~56.35%,毛管持水量变化范围为30.18%~49.07%,田间持水量变化范围为28.77%~46.87%,土壤持水能力变化范围较大。地表土壤(S)与地下空间各层土壤(U1、U2、U3)相比,S层较U1、U2层最大持水量、毛管持水量、田间持水量相对偏小,较U3层偏多;各层间差异并不显著。(5)典型孔(裂)隙中土壤的最大持水量、毛管持水量、田间持水量整体都表现为随黏粒含量的增大而增大,呈线性关系,拟合后方程分别为y=0.694x+10.35(R2=0.843)、y=0.619x+9.629(R2=0.867)、y=0.55x+9.989(R2=0.856)。(6)采用Kostiakov模型对典型孔(裂)隙的雨水入渗过程进行拟合可以取得良好效果,平均拟合系数为0.913,对照样地土面拟合系数为0.887。与土壤中的砂粒含量相比,岩溶裂隙中土-岩界面更易成为雨水的下渗通道。被土壤充填的裂隙对雨水具有较好下渗调蓄作用。(7)威宁县草海附近近16年年平均降水量为858.7mm,年降水量最大为1313.9mm,降水量最小为619.3mm,从水文年上看,属于降水量偏枯的年份。当地属于典型季风型气候区,降水δ18O表现了旱季偏正、雨季偏负的特征,裂隙泉水变化幅度不大,具有一定的稳定性,在雨季和旱季中,火棘土壤中δ18O含量较女贞附近土壤中δ18O含量偏正。(8)在雨季,女贞对土壤水利用比例最高(60.81%),火棘对裂隙水利用比例最高(44.69%);在旱季,女贞和火棘对裂隙水利用比例均为最高,分别为44.74%、58.23%。在旱季,女贞对岩溶裂隙水的利用比例较雨季提升了近30%,与火棘对岩溶裂隙水的利用比例差距已经缩减至15%,较雨季有了很大提升,显示出植树造林3年来,女贞的根系已经可以较好利用岩溶裂隙水,选择女贞进行生态修复效果比较良好。(9)土壤组成及养分特征、土壤持水及入渗性能、植物根系水分利用特征在岩溶地下孔(裂)隙赋存土壤的生态水文效应中权重分别是0.078、0.287和0.635。在生态修复过程中,应优先选择根系发达,对岩溶裂隙水利用效率高的植物。在石漠化治理初期种植根系发达的豆科植物,可以促进岩溶地下孔(裂)隙中土壤氮素的积累,改善土壤质量,有利于恢复为森林等顶级生态群落。