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粤北岩溶山区土地石漠化研究

作　者: 张素红
导　师: 高尚玉；李森
学　校: 北京师范大学
专　业: 自然地理学
关键词: 石漠化土壤侵蚀侵蚀速率时空格局 137Cs法模拟试验粤北
分类号: P931.5
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

石漠化是普遍发生在亚热带喀斯特背景下的土地退化过程,其显著特征为土壤严重侵蚀、基岩裸露、植被退化、土地生产力下降,制约着当地的经济发展,被列为我国严重的生态环境问题之一。粤北岩溶山区处于我国西南岩溶区的东部边缘,北江源头及上游水源涵养区,其石漠化威胁到珠江下游地区的生态安全。本文通过遥感影像判读、解译,土壤中137Cs含量测定及损失量分析,降水侵蚀观测与模拟试验,对粤北岩溶山区近30年来石漠化时空格局特征、不同等级石漠化土地土壤侵蚀速率、侵蚀特征作了探讨。(1)以1974、1988、2004年遥感影像为基础,绘制出3期石漠化土地分布图,2004年,研究区石漠化面积534.56 km2,占研究区总面积的3.85%。30年来粤北石漠化一直处于逆转状态,比1974年减少68%,后期(1988-2004)逆转速度高于前期(1974-1988)。重度石漠化与中度石漠化土地比重持续上升,景观破碎度增大,具备较强的发展潜力和扩张趋势。(2)石漠化是岩性、地貌、坡度、土壤、植被、降水以及人为扰动等诸多因子综合作用的结果。粤北石漠化土地主要集中在碳酸盐岩分布区,其分布范围多与石灰土分布区重合,中度、重度石漠化土地与坡耕地的分布密切相关。不合理的人为活动是造成石漠化发展的最主要原因。(3)137Cs示踪法测定粤北石漠化地区多年平均土壤侵蚀模数为2433.2 t km-2 a-1,远高于喀斯特地区土壤允许侵蚀量。耕作土壤侵蚀模数高于非耕作土壤,坡耕地侵蚀模数高达4968.3 t km-2 a-1。随石漠化程度增加,土壤侵蚀速度逐渐增加,但由于可供侵蚀的土壤量有限,石漠化末期土壤侵蚀量逐渐降低。高处的土壤物质不断被流失,低凹处接受堆积。土壤分布逐渐趋于斑块化,残存在低洼之处,是维系受损的岩溶生态系统存在的基础。(4)土壤侵蚀小区一年的降水侵蚀观测记录显示,2005年5月-2006年4月一年间不同人为扰动下的土壤侵蚀量分别为:未扰动草坡,67.92 t km-2 a-1;耕地,1756.96 t km-2 a-1,是草坡侵蚀量的25.87倍;裸地,2455.37 t km-2 a-1,是草坡侵蚀量的36.15倍。虽然喀斯特地区土壤分布的特殊性决定了其绝对侵蚀量低,但在一些土层厚、土壤分布连续的小区域,土壤侵蚀模数会高于其他条件相同的非喀斯特区域。(5)有植被覆盖的未扰动草坡地及耕地的侵蚀量与次降水量的相关性高,而裸地侵蚀量则与连续30分钟最大雨强相关性更高,较好的植被覆盖可以抵御短时间的强降水。植被覆盖率是影响土壤侵蚀量高低的主要因素:裸地的次降雨土壤侵蚀量大约是草坡地的60倍,耕地次降雨土壤侵蚀量平均约是草坡地次降雨侵蚀量的15倍,因受人为耕作活动的干扰,变化幅度很大。(6)人工降雨试验结果显示研究区地表产流具有超渗产流的特征。雨强低时,地表产流量及土壤侵蚀量随降水时长增加,增量变化不大;高雨强时二者的增量很大。裸地侵蚀量的变化与可供侵蚀的土壤量相关,在短时间内迅速增大,表层土壤很快被地表径流冲刷带走,土壤面积减少,之后由于土壤源减少,土壤侵蚀量增量逐渐减小。草坡的侵蚀变化与裸地相反,降水前期土壤侵蚀量变化不大,后期地表径流量增加,流水侵蚀力超过植被保护强度,土壤侵蚀量骤增。耕地的侵蚀量随降水时间持续增加,波动不大。(7)随着石漠化的发展,表层土壤中胶结性差的松散砂粒易于随水流失,粉砂与粘粒的比重略有上升,土壤容重增大,孔隙度降低,土壤通透性下降,结构恶化。土壤侵蚀使土壤中养分迅速流失,土地退化严重。石漠化的发展导致土壤理化性质的恶化,既制约着植被的生长发育,又加大地表径流产生的可能,促进石漠化的进一步发展,形成相互反馈的恶性循环。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-13
第一章绪论  13-24
  1.1 选题意义  13-14
  1.2 研究进展  14-21
    1.2.1 石漠化概念与分级分类研究  15-16
    1.2.2 石漠化的成因  16-17
    1.2.3 石漠化的影响  17-18
    1.2.4 石漠化区域的环境治理与生态重建  18-21
  1.3 研究目标、内容与方法  21-24
    1.3.1 研究目标  21
    1.3.2 研究内容  21-22
    1.3.3 研究方法与技术路线  22-24
第二章研究区概况  24-31
  2.1 区域自然地理概况  25-30
    2.1.1 地质地貌  27
    2.1.2 气候  27
    2.1.3 水文  27
    2.1.4 土壤  27-28
    2.1.5 植被  28-30
  2.2 社会经济现状  30-31
第三章粤北岩溶山区石漠化土地时空格局  31-48
  3.1 粤北岩溶山区石漠化土地类型的划分  31-34
  3.2 卫星影像处理  34-36
  3.3 近30 年来粤北石漠化景观格局的变化分析  36-42
    3.3.1 石漠化景观动态变化分析  36-39
    3.3.2 景观格局指数选择依据  39-40
    3.3.3 粤北石漠化景观格局变化特征  40-42
  3.4 粤北石漠化土地分布特征  42-46
    3.4.1 粤北石漠化土地现状  42-43
    3.4.2 粤北石漠化土地分布的自然背景  43-46
      3.4.2.1 坡度因子影响  43-45
      3.4.2.2 岩性与地貌因子影响  45
      3.4.2.3 土壤因子影响  45-46
      3.4.2.4 降水因子影响  46
  3.5 小结  46-48
第四章粤北岩溶山区土壤侵蚀速率估算  48-60
  4.1 ~(137)Cs示踪法原理  48-49
  4.2 样品采集与分析方法  49-50
  4.3 粤北石漠化地区~(137)Cs分布及土壤侵蚀速率  50-58
    4.3.1 研究区背景值特征  50-52
    4.3.2 研究区土壤~(137)Cs分布特征  52-56
    4.3.3 石漠化地区土壤侵蚀速度  56-58
      4.3.3.1 非耕作土壤侵蚀速度估算  56-57
      4.3.3.2 耕作土侵蚀速度估算  57-58
  4.4 小结  58-60
第五章粤北石漠化过程试验研究  60-75
  5.1 降水侵蚀观测试验  60-68
    5.1.1 研究方法  60-63
      5.1.1.1 试验区概况  60-61
      5.1.1.2 试验设计  61-63
    5.1.2 试验结果分析  63-65
      5.1.2.1 土壤养分与机械组成  63
      5.1.2.2 不同土地利用类型下的土壤流失  63-65
    5.1.3 土壤侵蚀不均衡性  65-66
    5.1.4 土壤养分流失分析  66-68
  5.2 土壤侵蚀模拟试验  68-73
    5.2.1 设备与方法  68-69
      5.2.1.1 试验装置  68
      5.2.1.2 雨强率定  68
      5.2.1.3 试验设计  68-69
    5.2.2 人工降雨试验结果分析  69-73
      5.2.2.1 地表产流比较  69-70
      5.2.2.2 土壤侵蚀量比较  70-73
  5.3 小结  73-75
第六章总结与讨论  75-79
  6.1 结论  75-77
  6.2 讨论  77-79
参考文献  79-86
致谢  86-87
攻读博士学位期间发表的学术论文及科研工作情况  87

粤北岩溶山区土地石漠化研究

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