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地质条件控制的喀斯特基岩-土壤-植被空间分布特征研究

文献类型:学位论文

作者莫小妹
答辩日期2024
文献子类硕士
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院地球化学研究所
导师王世杰、彭 韬
关键词喀斯特,沉积环境,岩土组构,植被恢复,岩性
其他题名Study on the spatial distribution characteristics of karst bedrock-soil-vegetation controlled by geological conditions
英文摘要

喀斯特地区因表层土壤贫瘠、严重侵蚀退化与石漠化问题,生态环境尤为脆弱。喀斯特区地貌差异复杂,在不同沉积环境下,喀斯特区碳酸盐岩沉积岩性差异显著,在岩性背景限制影响,喀斯特基岩类型、结构、裂隙发育程度等因素影响土壤的理化性质,进而决定其肥力水平和水分保持能力,从而塑造特定的土壤-植被组合类型。喀斯特与非喀斯特区在水土条件与植被变化上的显著差异,使得喀斯特区植被恢复挑战重重,是生态修复工作的核心。然而,以往研究侧重于土壤与植被对于气候变化,对基础地质条件的影响仅作浅尝辄止的探讨,而未充分揭示不同沉积环境下岩性对土壤及植被生长的具体影响,沉积环境变迁引发的基岩差异及其对上覆土壤植被系统的深层次作用机制尚待深入研究。因此,本研究基于贵州省岩相古地理图、贵州省岩性图等专题地图以及2001-2022的MODIS NDVI数据、2013-2021的生物量数据,并结合区域实验数据,利用MATLAB、ArcGIS,运用趋势分析以及空间叠加分析方法,探究不同岩相下碳酸盐岩沉积分布特征及喀斯特区不同岩性背景孕育的地貌类型、土壤结构差异及其植被生长限制性,并深入分析不同碳酸盐岩类型岩土结构差异性以及对长时间尺度下植被恢复的影响,以期为贵州石漠化治理、植被恢复相关政策的制定提供科学依据,对贵州省生态安全以及促进西部大开发的深层次发展具有重要意义。主要研究结论如下:
(1)海洋环境对碳酸盐沉积的分布起决定性作用:纯碳酸盐岩(连续性石灰岩与白云岩)在台地相和台地边缘相占比达到80%以上,当陆相沉积作用加强时,碳酸盐岩的沉积会转而向开阔台地相增强。连续性石灰岩于台地相沉积达到80%以上,而连续性白云岩偏好于台地边缘沉积。这些沉积相均为潮下低能带,表明在从深到浅的过渡带及高盐度环境中,碳酸盐岩展现出显著的适应性和丰富的沉积形态。
(2)岩相对岩性的制约作用直接导向了地貌类型的生成。岩相分布决定了基岩性质,基岩在气候与构造作用下塑造出多样地貌。纯碳酸盐岩于平缓产状且湿润气候中易发育为锥峰、塔峰,而不纯者则形成穹丘,根据不同的岩性沉积及前期工作,对贵州省地貌区进行了区域划分,且认为在沉积过程中海相沉积更易于形成锥峰、塔峰,而陆相更多的形成穹丘或馒头山。
(3)自2001年至2022年,贵州省植被整体处于增长趋势,植被改善面积占比达94.54%,其中明显改善面积占比为71.46%,以西部的碳酸盐岩区的表现出相对较快的增长趋势,而东部碎屑岩地区,多维持稳定的现状或是微幅改善,石灰岩地区植被恢复效果显著,其次为碎屑岩,白云岩地区植被恢复滞后且退化严重其结果与典型区域一致。利用典型区域研究发现,不同岩性区域改善程度为石灰岩(98.85%)>碎屑岩(84.72%)>白云岩(78.98%)。
(4)贵州省森林地上生物量的空间分布显著受控于地质岩性差异,表现为非喀斯特地带生物量显著高于喀斯特区。在喀斯特区内,经过一定的生态治理手段后,近十年的恢复进程中,喀斯特区石灰岩的生物量是迅速增长的,且生物量则明显优于白云岩分布区。
(5)陈旗小流域自然恢复样地土壤厚度调查揭示,阳坡和阴坡的土壤厚度均呈现下坡>中坡>上坡递减规律,尤以下坡厚度远超中上坡,有力证实地形坡位对土壤厚度分布及植被恢复的间接影响。此外,石灰岩与白云岩土壤水分动态受岩土比、风化层厚度等共同调控,二者水分响应机制有显著差异。其中,白云岩土壤含水量随风化层增厚显著提高,显示厚风化层对水分保持的重要性,而石灰岩土壤保水性更优,为植被提供优越水分条件。
研究认为未来应深化对不同岩性区域土壤改良、植被恢复及可持续林业模式的研究。碎屑岩地区宜人工造林、恢复草地,辅以科学采伐,实现生态与经济效益双丰收。石灰岩区因土壤少、水分弱,建议结合自然恢复与人工干预,种植高附加值名木,如香樟、侧柏等,兼顾生态与经济价值。白云岩区土壤贫瘠,植被恢复难,初期以灌草自然恢复与人工种草为主,实施草畜一体化管理,旨在短期内改善生态与经济效益。
 

语种中文
页码97
源URL  
专题地球化学研究所_研究生
推荐引用方式
GB/T 7714
莫小妹. 地质条件控制的喀斯特基岩-土壤-植被空间分布特征研究[D]. 中国科学院地球化学研究所. 中国科学院大学. 2024.

入库方式: OAI收割

来源:地球化学研究所

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