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桂西南喀斯特峰丛洼地流域生境质量时空变化及驱动机制

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生态与农村环境学报 2024年第7期 877-887页

作者：张亚丽黄柱军田义超林俊良陈亮北部湾大学资源与环境学院北部湾海洋地理信息资源开发利用重点实验室

生境质量是区域生态系统生命有机体可持续发展的生存条件和基础，更是区域生态环境保护和土地利用规划政策制定的重要理论基础。桂西南峰丛洼地流域是珠江流域重要的生态屏障，也是我国重要的水源涵养区和生物多样性优先保护区。基于200... 详细信息

生境质量是区域生态系统生命有机体可持续发展的生存条件和基础，更是区域生态环境保护和土地利用规划政策制定的重要理论基础。桂西南峰丛洼地流域是珠江流域重要的生态屏障，也是我国重要的水源涵养区和生物多样性优先保护区。基于2000、2010和2020年土地利用及驱动力因子数据，利用CA-Markov模型模拟预测2030年自然发展情景、粮食安全情景和生态保护情景下的土地利用格局，并在此基础上，基于InVEST模型对研究区2000—2020及2030年不同情景下生境质量进行评估。结果表明：(1)2000、2010和2020年生境质量平均指数分别为0.776、0.785和0.793,生境质量水平整体较高。(2)2030年自然发展、粮食安全和生态保护情景下生境质量平均指数分别为0.798、0.779和0.807,生态保护情景下高生境质量区域面积增加最多，自然发展情景下次之，耕地保护情景下高生境质量区域面积占比则低于2010和2020年。(3)土地利用类型是桂西南峰丛洼地流域生境质量空间分异的主导因素，其后依次为NDVI、高程、坡度和石漠化程度，气候环境的综合解释力较小。为了改善喀斯特区域生态环境，应严格执行国土空间规划划定的各项保护边界，合理控制建设用地发展规模，优化生态补偿机制，落实退耕还林、退耕还草等生态修复政策。

关键词：生境质量时空变化驱动机制峰丛洼地

干湿交替条件下喀斯特峰丛洼地土壤裂隙发育规律

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应用生态学报 2023年第2期34卷 387-395页

作者：罗舒玉邓羽松陈洪松王金悦廖达兰广西大学林学院南宁530004 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站广西环江547100

选择喀斯特峰丛洼地石灰岩、白云岩发育的耕地、果园、林地土壤模拟干湿交替试验,结合数字图像处理技术,研究了干湿交替条件下土壤表面裂隙发育规律。结果表明:随干湿交替的进行,裂隙平均宽度以快-缓-慢的速率不断减小,在相同土地利用... 详细信息

选择喀斯特峰丛洼地石灰岩、白云岩发育的耕地、果园、林地土壤模拟干湿交替试验,结合数字图像处理技术,研究了干湿交替条件下土壤表面裂隙发育规律。结果表明:随干湿交替的进行,裂隙平均宽度以快-缓-慢的速率不断减小,在相同土地利用条件下呈现石灰岩>白云岩,在成土母岩相同的条件下呈现果园>耕地>林地土壤的规律。前4次干湿交替,白云岩发育的土壤破碎化程度、连通度高于石灰岩,裂隙发育玫瑰图存在显著差异;在后续循环中,大部分土样破碎化程度均增加,以母岩主导的差异逐渐减小,裂隙发育玫瑰图趋近,连通度呈现林地>果园>耕地的规律;在第4次循环后干湿交替使土体结构严重破坏,在这之前以毛管孔隙度、非毛管孔隙度等理化性质主导裂隙发育,之后裂隙发育更多取决于土壤的有机质含量及砂粒组成。

关键词：干湿交替土壤裂隙喀斯特白云岩石灰岩峰丛洼地

基于机器学习算法的喀斯特峰丛洼地石漠化程度评估

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中国水土保持科学 2023年第5期21卷 51-61页

作者：张亚丽田义超王栋华北部湾大学资源与环境学院广西钦州535011 北部湾大学北部湾海洋地理信息资源开发与利用重点实验室广西钦州535011 桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林541004

喀斯特石漠化区域水土流失严重,生态环境脆弱。准确定量评估喀斯特区域石漠化程度,对水土流失防治和生态环境治理具有重要的意义。基于遥感数据、气象数据和野外调查等数据,结合特征选择方法和优化算法对支持向量机参数优化,采用最佳模... 详细信息

喀斯特石漠化区域水土流失严重,生态环境脆弱。准确定量评估喀斯特区域石漠化程度,对水土流失防治和生态环境治理具有重要的意义。基于遥感数据、气象数据和野外调查等数据,结合特征选择方法和优化算法对支持向量机参数优化,采用最佳模型评估桂西南峰丛洼地流域的石漠化程度。结果表明:Boruta构建的特征集具有最佳的降维效果和最高的拟合精度,裸岩率和植被覆盖度在石漠化程度评估中贡献率较高,其次是坡度;优化算法可以有效辅助支持向量机的超参数调优,混合评估模型的总体精度均达到93%,Kappa系数均达到0.90。其中,萤火虫优化算法、粒子群和万有引力搜索优化的支持向量机模型具有较高的评估精度和运行效率,适合应用于大区域的石漠化程度评估;研究初期(2001—2010年)重度石漠化、极重度石漠化呈现出大面积连片分布,后期(2010—2020年)由于国家石漠化治理效果显著,极重度石漠化呈局部零星分布,该流域内石漠化呈改善的趋势。本研究有效地提高了石漠化程度分类准确性,为大范围的石漠化程度监测提供新的思路和方法。

关键词：石漠化支持向量机优化算法特征选择机器学习峰丛洼地

桂西北喀斯特峰丛洼地区表土孢粉与现代植被关系研究——以环江县蒙峒洼地为例

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地理科学 2023年第11期43卷 2060-2068页

作者：李立学郝秀东欧阳绪红薛美玲劳月英秦琳娟韦嘉胜南宁师范大学北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室广西南宁530001 南宁师范大学广西地表过程与智能模拟重点实验室广西南宁530001 广西红树林研究中心广西红树林保护与利用重点实验室广西北海536000 自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室中国地质科学院岩溶地质研究所广西桂林541004 中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室江苏南京210008

本文以广西环江典型喀斯特峰丛洼地为研究区,选取6种不同土地利用类型的37份表土样品进行研究。研究发现:①共鉴定孢粉类型68科/属,孢粉组合中针叶类占优势,占比为27.40%~59.12%,其中以松属为主;蕨类次之,占比为15.67%~55.29%,以芒萁属... 详细信息

本文以广西环江典型喀斯特峰丛洼地为研究区,选取6种不同土地利用类型的37份表土样品进行研究。研究发现:①共鉴定孢粉类型68科/属,孢粉组合中针叶类占优势,占比为27.40%~59.12%,其中以松属为主;蕨类次之,占比为15.67%~55.29%,以芒萁属、凤尾蕨属及水龙骨科为主;然后为草本(占比为9.31%~41.17%),以禾本科、苋科/藜科、菊科为主;阔叶乔木类含量最低,为0.28%~16.01%,以栗属、栎属、豆科和大戟科为主;表土孢粉组合基本能反映洼地周围植被的总体特征。②草本花粉在水稻田含量最高,达41.17%,主要以水稻型禾本科(≥40μm)为主;次生林、撂荒地及玉米地的蕨类孢子含量较高,分别达55.29%、44.50%和40.50%。③主成分分析可以较好的区分水稻田、玉米地、次生林、桔林、撂荒地,但桑林不能被区分出来,可能与桑属为风媒花粉,以及采样时间、花粉保存条件等有关。④非农用地孢粉质量浓度明显高于农用地,可能与其植被类型、表层土壤扰动差异等有关。该研究结果可以为广西喀斯特石漠化地区的生态恢复、第四纪古环境与古植被重建研究提供参考依据。

关键词：表土孢粉组合桂西北喀斯特峰丛洼地现代植被

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峰丛洼地演化过程及锥峰岩体卸荷特征研究

峰丛洼地演化过程及锥峰岩体卸荷特征研究

作者：刘晨曦贵州大学

学位级别：硕士

在社会经济发展过程中,岩溶洼地的开发利用逐渐增多,由于岩溶洼地场区内地形地貌复杂,峰洼之间高差大,在洼地发展演化过程中,岩体卸荷作用强烈,处于峰丛洼地斜坡部位的卸荷裂隙,时常会成为促进洼地斜坡失稳和形态改变的主要因素。因此,... 详细信息

在社会经济发展过程中,岩溶洼地的开发利用逐渐增多,由于岩溶洼地场区内地形地貌复杂,峰洼之间高差大,在洼地发展演化过程中,岩体卸荷作用强烈,处于峰丛洼地斜坡部位的卸荷裂隙,时常会成为促进洼地斜坡失稳和形态改变的主要因素。因此,研究岩溶峰丛洼地演化过程中的卸荷影响范围及锥峰岩体卸荷特征对于洼地斜坡岩体稳定性分析及未来岩溶洼地关键性工程选址都具有重要参考意义,本文基于对研究区的野外地质调查,并结合研究区地质背景,对研究区峰丛洼地的成因背景进行了分析研究,并依据对研究区锥峰野外详细的裂隙统计调查资料为基础,对峰丛区内不同方位锥峰其卸荷变形现象、卸荷裂隙分布情况做了分析总结。再结合峰丛洼地发育机理对研究区洼地内锥峰进行数值模拟,以详尽分析峰丛洼地下切过程中锥峰的卸荷影响范围,岩体卸荷过程中的应力特征及裂隙演化过程,取得了以下几个成果:(1)岩溶峰丛洼地发育背景研究基于区域地质资料及野外地质调查,对影响峰丛地貌发育的区域地质构造、岩性、气候水文条件等综合分析,研究区内沉积厚度巨大且质地较纯的碳酸盐岩是研究区峰丛洼地发育的物质基础;区内地质构造发育为峰丛洼地的形成提供了良好的发育平台和空间;研究区洼地的形成主要受溶蚀作用影响,洼地地下水主要由大气降水补给,洼地与基准面海拔落差大,水力梯度高,加之研究区温暖湿润的气候条件给研究区洼地的形成提供了强有力的动力条件,有利于峰丛发育的内源水下蚀,促使峰丛洼地得以持续演化。(2)岩溶峰丛洼地形成过程研究将研究区洼地的演化历史划分为了三个阶段,分别为成岩阶段,地壳隆起及构造骨架形成阶段,构造间歇性活动阶段。经加里东运动后,研究区进入长期稳定的沉积岩积累阶段,即成岩阶段;后期经印支运动后,研究区开始隆起为陆,海相沉积历史结束,以褶皱为主的构造形迹促使地表被侵蚀形成溶沟、溶槽等,经历表层岩溶化过程。随后历史上各期构造运动使得位于斜坡地带上的研究区地形破碎,断层、节理、褶皱均较发育,产生的地表裂隙和地下裂隙空间,为研究区岩溶管道的形成及集中溶蚀创造了条件。随着地表水及地下水的长时间溶蚀-侵蚀,岩溶通道形成后将进一步促进研究区峰丛洼地的集中溶蚀及规模的扩大,进而形成如今的峰丛洼地地貌。(3)峰丛洼地锥峰卸荷特征研究依据对研究区锥峰地质背景研究及前期详细的裂隙统计资料为基础,对陶家寨研究区内卸荷破裂现象及特征进行总结分析,陶家寨峰丛区内主要发育三种类型的裂隙,分别为沿陡倾裂隙发育的张拉及拉剪型裂隙,缓剪陡张型裂隙,洼底水平应力集中形成的压剪裂隙。综合现场地质调查结果分析,影响研究区洼地锥峰卸荷作用的因素主要与四个方面相关,分别为岩性储能条件,锥峰形态特征,坡体结构特征,峰丛洼地发育演化。(4)峰丛洼地及锥峰演化过程数值模拟研究从峰丛洼地的发育机理出发,将峰丛洼地的溶蚀及剥蚀下切过程对应于数值模型的开挖过程,依据研究区典型洼地剖面对洼地演化模型进行概化,运用PFC2D软件对洼地在下切演化过程中峰边坡的位移场、裂隙演化规律及应力特征进行了分析研究,从洼地演化模型的位移演变模拟结果来看,边坡岩体的位移会随着洼地的下切演化而逐步增大,从整体来看,坡表的位移要大于坡体内部位移。高大锥峰位移变形主要集中在坡体后缘及中部的浅表层;孤立锥峰表现为朝洼底方向的持续蠕动位移,浅表层变形最大;垭口处位移量相对前两者最小,主要集中于坡顶。从洼地下切过程中的浅表层及深层应力分布来看,锥峰浅表层应力形式以拉裂为主;坡体前缘因处于洼地底部,应力形式以压剪为主;坡体中部应力受夹层影响,应力形式表现为拉裂和压剪共存;坡体后缘应力形式以拉裂为主。从洼地下切过程中裂隙扩展情况来看,锥峰裂隙扩展增量与洼地下切阶段有较大关联,软弱岩层的露出及洼地下切后期临空条件对岩体卸荷更有利时,裂隙增量越大,发育程度越剧烈。从裂隙成因的分布情况来看,在坡体后缘及中部拉张性裂隙最发育,压剪性裂隙主要分布于夹层内部。

关键词：峰丛洼地卸荷特征洼地演化数值模拟

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桂北喀斯特峰丛洼地橘园土壤入渗特征

农业现代化研究 2023年第1期44卷 161-172页

作者：余佳峻付智勇方荣杰司琴徐勤学桂林理工大学环境科学与工程学院广西环境污染控制理论与技术重点实验室广西桂林541004 桂林理工大学环境科学与工程学院广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心广西桂林541004 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室湖南长沙410125 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站广西环江547100

广西(桂)是我国柑橘果园面积和喀斯特峰丛洼地分布最广的省份。目前,对广泛分布的喀斯特峰丛洼地橘园土壤的入渗特征还缺乏了解。为了更好的支撑喀斯特峰丛洼地柑橘产业与生态可持续发展,本文以桂林地区典型白云岩峰丛洼地小流域为研究... 详细信息

广西(桂)是我国柑橘果园面积和喀斯特峰丛洼地分布最广的省份。目前,对广泛分布的喀斯特峰丛洼地橘园土壤的入渗特征还缺乏了解。为了更好的支撑喀斯特峰丛洼地柑橘产业与生态可持续发展,本文以桂林地区典型白云岩峰丛洼地小流域为研究对象。采用改进的表置式环式入渗仪结合染色(亮蓝)示踪方法开展土壤入渗试验,定量刻画了洼地和梯田橘园土壤基质入渗与优先流入渗特征。结果表明:(1)基质入渗是该地区橘园水分入渗的主要方式;(2)基质稳定入渗速率差异显著且表现为洼地橘园(91.60~145.75 mm/h)大于梯田橘园(35.02~44.78 mm/h),优先流稳定入渗速率差异同样显著且表现为洼地橘园(79.78~118.30 mm/h)大于梯田橘园(12.63~23.18 mm/h);(3)优先流入渗在空间上具有很强的变异性,土壤染色面积并不是随土层的深入而递减;(4)梯田染色深度(17.4 cm)显著小于洼地(25.5 cm),梯田染色区域主要集中在表层土壤,0~5 cm范围内的染色面积占总染色面积的61.23%,洼地相同范围内染色面积仅占38.95%;(5)梯田与洼地相比,优先流路径更少,优先流发育程度更低,潜在的增加了橘树对土壤水分的可利用量。本研究结果有助于了解喀斯特峰丛洼地橘园的水文过程,并为峰丛洼地橘园的土壤水分管理提供借鉴。

关键词：喀斯特峰丛洼地橘园基质入渗优先流入渗定量测算

峰丛洼地岩溶泉流量和水化学变化过程中地面径流的作用

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水利学报 2012年第9期43卷 1050-1057页

作者：常勇吴吉春姜光辉于奭南京大学地科院水科学系江苏南京210093 中国地质科学院岩溶地质研究所岩溶动力学重点实验室广西桂林541004 联合国教科文组织国际岩溶研究中心广西桂林541004

峰丛洼地地区分布大量封闭洼地，暴雨过程中洼地内产生的地面径流通过落水洞进入岩溶管道，最终组成岩溶泉的一部分。本文选取典型的峰丛洼地地貌区——桂林丫吉试验场为研究区，通过修建径流小区监测地面径流量，结合示踪试验等手段探... 详细信息

峰丛洼地地区分布大量封闭洼地，暴雨过程中洼地内产生的地面径流通过落水洞进入岩溶管道，最终组成岩溶泉的一部分。本文选取典型的峰丛洼地地貌区——桂林丫吉试验场为研究区，通过修建径流小区监测地面径流量，结合示踪试验等手段探讨暴雨期间岩溶泉S31流量和水化学变化过程中这部分地面径流的作用。2010年径流小区监测结果显示当日降雨量大于64．4mm／d时研究区才产生地面径流，地面径流系数在O．48％-0．71％之间。选取5月19日降雨径流过程进行水均衡分析和离子质量守恒计算。S31泉域水均衡分析显示地面径流仅占S31泉总流量0．65％，不能显著影响S31泉流量变化。离子质量守恒模型结果表明暴雨期间S31泉电导率变化主要由裂隙水造成，虽然地面径流含有大量雨水，但对S31泉电导率影响有限。因地面径流的产生条件高和比例小，在适当降雨条件下可以忽略岩溶泉流量和水化学变化中地面径流的作用。

关键词：峰丛洼地地面径流水均衡水化学

土地利用方式对峰丛洼地石漠化区土壤酶活性及肥力的影响

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西南林业大学学报(自然科学) 2023年

作者：刀明宽刘云根王妍姚平邵晗张水琳马丽娜张凌恺西南林业大学生态与环境学院西南林业大学云南省山地农村生态环境演变与污染治理重点实验室

选取典型峰丛洼地石漠化区不同土地利用方式中土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶3个酶指标，有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷5个肥力指标，利用土壤酶指数法（SEI）和土壤肥力综合指数法（IFI），对石漠化地区土壤酶活性及肥力进行分析。结... 详细信息

选取典型峰丛洼地石漠化区不同土地利用方式中土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶3个酶指标，有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷5个肥力指标，利用土壤酶指数法（SEI）和土壤肥力综合指数法（IFI），对石漠化地区土壤酶活性及肥力进行分析。结果表明：不同土地利用方式酶活性存在显著差异（P乔灌草地（0.517）>玉米地（0.479）>猕猴桃地（0.381）>核桃地（0.369）>撂荒地（0.348）；不同土地利用方式土壤肥力存在显著差异（P灌草地（0.868）>玉米地（0.733）>核桃地（0.665）>乔灌草地（0.476）>猕猴桃地（0.421）；除猕猴桃地外，峰丛洼地石漠化区其他土地利用方式土壤酶活性和肥力存在显著相关性（P峰丛洼地石漠化区土地的修复和合理利用，对于撂荒地应极力减少人为干扰，对于有人为干扰的灌草地、乔灌草地、玉米地、核桃地、猕猴桃地，可通过施加合理的人工措施来提高土壤质量，灌草地可以作为峰丛洼地石漠化区生态恢复过程中优先考虑的土地利用类型。

关键词：峰丛洼地石漠化土地利用酶活性土壤肥力相关性综合指数

喀斯特峰丛洼地水体水化学演化与硝酸盐来源及途径研究

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喀斯特峰丛洼地水体水化学演化与硝酸盐来源及途径研究

作者：陆萌贵州民族大学

学位级别：硕士

由于传统能源的过度开发,近年来人们越来越重视水能。水库作为有效利用水资源的重要手段,在饮水、灌溉、防汛抗旱等方面发挥着重要作用。然而,利用水库往往导致营养物质和水文条件的相互作用导致水质问题,特别是由于喀斯特地区的特殊结... 详细信息

由于传统能源的过度开发,近年来人们越来越重视水能。水库作为有效利用水资源的重要手段,在饮水、灌溉、防汛抗旱等方面发挥着重要作用。然而,利用水库往往导致营养物质和水文条件的相互作用导致水质问题,特别是由于喀斯特地区的特殊结构。由于大坝建设影响下水文条件的变化,岩溶地区地下水和地表河流之间的水和污染物交换较快,水质动态将更加明显。喀斯特地下水为地球上四分之一的人口提供饮用水。然而,在世界范围内的农业集约化地区,岩溶水普遍受到硝酸盐（NO）的污染,特别是在水文连通性良好的峰丛洼地。山谷洼地含水层特别容易受到人为污染,因为它们的管道和天坑对降雨事件和人为输入反应迅速。识别河谷洼地硝态氮的来源和运移途径,是了解氮循环规律、有效防治NO污染的关键。本文对后寨流域上游子流域,以峰丛洼地为典型地貌类型的岩溶区为研究对象,开展峰丛洼地地区岩溶水库母猪水库（Re）水化学组成演化研究,主要利用长期监测数据集（1981-2002年）和近年来（2013年,2015年,2016年,2017年,2021年和2022年）的水质数据集,并在峰丛洼地地区定点（1个地表流-SS、2个天坑-SH和水库-Re）采集了高分辨率样品,探究峰丛洼地区域硝酸盐来源、运移途径及其对岩溶水库水质影响评价分析。分析了化学成分浓度和稳定同位素(δN-NO和δO-NO)。采用R语言稳定同位素分析模型（SIAR）定量分析了NO源的贡献率。评价了岩溶地区地下水库向地表水库扩建对水质及硝酸盐来源的影响。研究结果表明:（1）通过分析峰丛洼地地区岩溶水库（母猪水库）长时间序列的水化学组成,其结果表明,水库扩建改变了研究区水体的水化学类型,水库扩建前的水化学类型为HCO·SO-Ca·Mg,水库扩建后的水化学类型为HCO-Ca,并且水库的扩建导致了水岩相互作用的减弱和短期内（1-2年）水体硝酸盐输入的增加,长期内（6-7年）水体硝酸盐输入的减少。这说明了水库扩建对水体水质造成了一定的影响,结合研究区降雨量的情况可知,水库扩建在短期内（1-2年）增加了水体硝酸盐污染,而在长期内（6-7年）由于降雨量的减少,水体硝酸盐浓度有所降低,这也表明了喀斯特地区降雨对硝酸盐污染的促进作用。（2）下游站点母猪水库的[NO-N]最高,上游站点落水洞次之,上游站点地表水最低。SIAR来源计算表明,非降雨期,下游站点土壤有机氮的主要来源为土壤有机氮,其次为肥料和上游天坑。降雨期间,土壤有机氮的主要来源为肥料,其次为土壤有机氮和沉降坑。降雨事件加速了肥料渗入地下水。采样点可能发生了轻微的反硝化作用,但没有发生母猪水库和落水洞的同化。综上所述,农业活动仍是研究区[NO-N]的主要影响因素。（3）通过分析峰丛洼地地区岩溶水库（母猪水库）水体的硝酸盐双同位素组成,其结果表明,水库的扩建改变了研究区水体的生物地球化学过程,水库扩建前水体的反硝化作用大于同化作用,水体扩建后水体的反硝化作用小于同化作用。并且水库扩建前后,化肥中的铵、土壤有机氮以及粪便和生活污水均为水体氮素的主要来源。这说明水库扩建导致了水体的反硝化作用减少,并逐渐由反硝化作用转化为同化作用,水体氮素主要来源于化肥中的铵、土壤有机氮以及粪便和生活污水。通过分析峰丛洼地地区岩溶水库（母猪水库）的SIAR模型,其结果表明,水库的扩建轻微地影响了硝酸盐来源贡献率,水库扩建前化肥的贡献率（雨季42.61%,旱季41.39%）与水库扩建后（雨季42.63%,旱季41.58%）差别不大,这可能说明水库扩建在短期内对水体硝酸盐来源的影响不大。综上所述,峰丛洼地地区岩溶水库扩建对水体水化学的影响更明显,而对硝酸盐来源贡献的影响可能需要长时间演变。但化肥、土壤有机氮和上游天坑仍是研究区水体氮素的主要来源,且降雨对硝酸盐淋失存在一定的促进作用,因此,喀斯特峰丛洼地区NO防治的重点应考虑施肥方式、施肥时机和天坑的空间分布。为减少峰丛洼地氮通量,应考虑利用湿地延长水停留时间、利用天坑堵塞氮流失路径等有效的管理措施。

关键词：喀斯特峰丛洼地氮迁移同位素水化学演变