石漠化环境地质指标体系

如题所述

一、石漠化地质环境调查指标体系

石漠化的形成是自然和人为原因的综合结果,自然方面表现为气候、地质、水文、地貌类型、植被、土壤等,人为方面为掠夺式的土地利用方式、大规模的砍伐森林、工业活动等。石漠化指标涉及地学、气候学、生物学、经济学等领域。

根据石漠化环境变迁的因果关系,石漠化调查指标体系将遵循影响(Cause)—状态(State)—后果(Result)框架构建,即“CSR模型”。由此划分出状态、影响、后果3类指标(表2-4)。

(一)影响指标

主要与形成石漠化的自然背景条件及驱动力有关,影响指标相关的类别有岩石、水文、地貌、气候、社会经济等5类,其中水文类包括地下水资源和表层岩溶水指标;地貌类别指标包括地貌类型和地形坡度;气候类别指标包括降雨量与降雨强度;与人为因素有关的驱动力指标如人均耕地、陡坡耕地率、土地垦殖率、土地承载力等归为社会经济类别。

1.岩性

碳酸盐岩所形成的独特的二元结构和地貌、土壤特征是岩溶石漠化产生的主要自然原因,碳酸盐岩受到溶蚀后,可溶物被带走,不溶物才形成土壤,碳酸盐岩的不溶物含量不超过10%,一般小于5%,从而导致土壤浅薄,土被不连续。长期强烈的岩溶化作用形成大量的岩溶洼地、裂隙、地下管道、洞穴系统等,造成地表地下双重空间结构。这不仅导致地表水漏失,使地下水深埋,枯季地表干旱缺水,雨季在重力和水的作用下,土粒沿垂直和水平方向上搬运到低洼或地下空间中,甚至由地下河带到更远的地方。形成了土少、水少、石多、干旱的严酷生境。对岩性特征的评价考虑以下几个参数:溶蚀速度、酸不溶量、孔隙度和泥质含量。

2.水文

表层岩溶带是由于强烈的岩溶化过程,在表层碳酸盐岩形成各种犬牙交错的岩溶个体形态和微形态并组合构成不规则带状的强岩溶化层,其下界为岩溶不发育的岩石。由于表层岩溶带的裂隙发育随着深度的增加而迅速减缓直至停止,使得表层岩溶带能够形成含水层,具有赋存和调蓄地下水的功能。构成岩溶地区特殊的上部以表层岩溶水系统为主体与下部以地下河管道为主体的二元水文地质结构。

在岩溶平原区,地下水位埋藏较浅的地方,地下水位、水质可作为监测指标,而在峰丛洼地、峰丛谷地和岩溶峡谷区,由于地下水埋深大,难以为植被所利用。而使表层岩溶带变得重要起来,其不但可以延缓降雨入渗水在表层带停留的时间,使其更多为植被所利用,并可形成表层间歇泉,支撑起其上覆的生态系统,因此选择表层岩溶水作为调查指标。

表2-4 石漠化地质环境调查指标

3.气候

西南岩溶区气候暖湿,多年平均降雨量1000~2000mm,尽管降水充沛,但降雨过于集中,短历时高强度的暴雨多,枯季地表干旱缺水,而暴雨来临,地下管道来不及排泄,又造成洪涝灾害,以至于许多农田往往是旱涝交加。降雨的时空分布以及降雨量大小,不仅影响了整个水循环系统,而且直接影响了植被的成活率和农作物的收成。

4.社会经济

石漠化形成的人为方面原因主要为掠夺式的土地利用方式、大规模的砍伐森林、工业活动等。土地利用方式、土地承载力、陡坡耕地率、人均耕地、土地垦殖率可作为评价石漠化发展趋势的指标。

(二)状态指标

其提供在某时间内,环境退化的状态或其某一方面的状况。这类指标与环境质量有关,由物理的和自然环境的特征来描述。分为土壤和植被两类,土壤类包括土壤状态和土被覆盖率;植被类有植被群落结构、植被覆盖率和土壤种子库。

1.土壤

石漠化的过程实质上就是土地退化的过程。土壤的分布、厚度、养分含量和组成以及土壤的结构、pH值都直接影响了植被的种类和演化。

土壤结构和质地的变化是土地荒漠化过程中最为普遍而有代表性的现象,随着荒漠化的发展,土壤机械组成愈来愈粗,由机械组成的变化和差异,可以判断土地荒漠化的强弱和发展趋势。

土壤持水能力的调查,有助于制订合理的土地整改措施,增强岩溶山地土壤的抗旱性能。

土壤有机质决定着土地的农作物产量。可以作为指示石漠化过程中土壤质量变化指标,来判断存在石漠化的可能性及程度,预警生态环境的变化。

土壤中氮磷钾数量主要反映土壤养分水平及植物可利用养分量的变化,对土壤生态系统有重要的控制作用。

pH值既反映了大气、土壤和水—岩石作用,也反映了像采矿、土地清理、农业、酸雨、生活垃圾和工业废物这样的人类活动影响。其变化影响了许多在土壤里或地下水中发生的化学和生物作用。

2.植被

植被生态系统一方面通过对水资源的调蓄,保证有限的水资源得以利用,另一方面,使土壤抗侵蚀能力增强,加速石山区的风化成土过程。植被覆盖率是石漠化景观直接的指标之一,不同的植被群落组成代表着不同的植被演替阶段,预示了石漠化发展过程;土壤种子库,尤其是关键种的种子库动态是岩溶生态环境的重要指标,因为它代表了植被恢复的潜力和趋势。

(三)后果指标

后果指标是各种驱动力和影响因素对地质环境作用的结果,如基岩裸露率、土壤侵蚀率、生物产量等。

基岩裸露是石漠化最直观的结果表示,基岩裸露率数据不仅具有代表性和可操作性,而且是通过实地调查和遥感技术容易获得的信息。

土壤侵蚀与石漠化互为因果,土壤侵蚀加速了石漠化的进程,石漠化又使土壤侵蚀加剧,因此土壤侵蚀率是预测石漠化趋势重要指标。

生物产量的高低也是衡量石漠化过程的指标。

二、石漠化监测指标

通过石漠化典型线路调查和典型地区石漠化的研究,掌握石漠化的类型特点及区域环境、经济情况,尤其是近20多年来人类活动对石漠化的影响以及石漠化对人类生存环境的威胁情况,在调查指标体系的基础上,从演化趋势和防治对策中抽取主控因子,以压力→状态→响应框架为主线构建监测指标(表2-5)。

石漠化监测指标是从地质学的角度表达在自然的和人为的压力下石漠化这一过程和现象,描述岩溶系统的质量现状,研究岩溶系统的生态功能和生态过程,包括物质转化、养分循环、能量流动与信息传递特征,并推测系统发展趋势,以及模拟、判断石漠化治理对策和措施的效果。监测指标是表示石漠化的变量,而不一定是控制石漠化本身的变量。

在许多典型岩溶石漠化区都开展了石漠化地质环境指标的测量工作,如在广西马山县弄拉屯不同石漠化程度区开展了表层岩溶泉水水量水质、土壤水分、土壤养分以及植被演替过程的监测,揭示了不同石漠化环境区涵养水源的能力和植被种类退化的过程。

刘方等人对贵州中部的北盘江(花江)峡谷区、清镇峰林区和花溪峰丛区三个典型石漠化区进行了土壤状态监测。结果表明随着植被群落退化度的明显提高,土壤出现粘质化,有机质含量急剧下降,植物可利用养分的数量减少,土壤质量明显退化,石漠化过程中土壤质量的明显下降是加速生态环境恶化的重要前提。

表2-5 石漠化监测指标

李阳兵等人研究了重庆市岩溶低山10种不同土地利用系统的土壤种子库特点,包括耕地、弃耕地、果园、灌草坡、人工林和次生林等不同土地利用方式,结果表明,研究区种子以草本为主,随土地利用强度增加,种子类和数量减少,与地面农田杂草相似性增加,土壤种子库出现质和量方面的锐减,从土壤种子库角度说明研究区生态退化严重。

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