巖溶山地生態(tài)系統(tǒng)退化機(jī)制及恢復(fù)重建

前言

　　隨著人口的增加和工業(yè)化的發(fā)展，人類對可再生資源的過度利用，導(dǎo)致大面積植被遭受到不同程度的破壞，許多類型的生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重退化，環(huán)境污染、森林破壞、水土流失和荒漠化等生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)破壞和功能喪失問題在全球范圍內(nèi)日益嚴(yán)重，并對人類的生存和持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此，人類面臨著加強(qiáng)對生態(tài)環(huán)境的管理、避免濫用自然資源和重新恢復(fù)和發(fā)展退化生態(tài)系統(tǒng)的迫切任務(wù)。20世紀(jì)60年代以來，減緩和防止自然生態(tài)系統(tǒng)的退化萎縮，恢復(fù)和重建受損的生態(tài)系統(tǒng)，越來越受到國際社會的廣泛關(guān)注和重視。巖溶山地環(huán)境整治是地學(xué)研究的前沿課題，脆弱的巖溶山地生態(tài)環(huán)境問題是當(dāng)前國際地學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。巖溶生態(tài)系統(tǒng)也是因不合理開發(fā)利用而普遍出現(xiàn)嚴(yán)重退化的生態(tài)系統(tǒng)類型之一。作為世界上生態(tài)破壞最嚴(yán)重的國家之一，我國也正面臨恢復(fù)和重建退化巖溶生態(tài)系統(tǒng)這一特別緊迫的任務(wù)。巖溶山地是我國分布比較廣泛的生境。中國巖溶區(qū)面積344.30萬km2，占國土面積的35.93％，以西南地區(qū)巖溶面積為最大，其碳酸鹽類巖石出露面積達(dá)41.05萬km2，是世界上最大的巖溶連續(xù)帶，且多為山地，占西南地區(qū)總面積的30.00％。重慶市面積為8.24萬km2，碳酸鹽巖出露面積32 038.14km2，占重慶總面積的38.9％，主要集中于渝東北和渝東南各區(qū)縣，其中碳酸鹽巖面積占土地面積50.0％以上的區(qū)縣有萬盛、南川、武隆、彭水、黔江、酉陽、秀山、巫溪、城口，占30％以上的區(qū)縣有豐都、奉節(jié)、巫山，涪陵和石柱分別為28.1％和28.5％，為類似于地中海型具溶洼－丘峰的侵蝕－溶蝕亞熱帶裸露巖溶景觀。重慶市境內(nèi)石灰?guī)r山地土地資源以石山坡地為主，土壤侵蝕嚴(yán)重，植被逆向演替，覆蓋率低，保水能力差，干旱缺水。

內(nèi)容概要

本書比較系統(tǒng)地研究了重慶巖溶山地脆弱生態(tài)過程及其恢復(fù)重建技術(shù)。主要內(nèi)容有：基于GIS的重慶巖溶山地景觀格局分析；重慶巖溶山地氣候變化及其對巖溶生境的影響，包括近40年的氣候變化、氣候變化對植被和水文水資源的影響；重慶典型巖溶山地生境退化機(jī)理，包括土壤物理退化及其機(jī)理、土壤化學(xué)演變及其機(jī)理、土壤種子庫和土壤質(zhì)量變化；重慶巖溶地區(qū)生態(tài)脆弱特性與恢復(fù)重建技術(shù)研究。    本書可供資源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、生態(tài)、地理、水土保持等專業(yè)領(lǐng)域的高等院校師生、科研院所研究人員、政府部門管理和技術(shù)人員參考。

作者簡介

　　謝德體，男，1957年9月出生于四川開江，1988年7月畢業(yè)于西南農(nóng)業(yè)大學(xué)土化系，獲博士學(xué)位。現(xiàn)為西南大學(xué)二級教授、博士生導(dǎo)師、農(nóng)業(yè)資源利用一級學(xué)科學(xué)術(shù)負(fù)責(zé)人、重慶市數(shù)字農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、國務(wù)院學(xué)位委員會學(xué)科組成員、全國博士后流動站評審專家、重慶市學(xué)科技術(shù)帶頭人、西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院院長、國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦科技顧問、中國土壤學(xué)會常務(wù)理事、重慶土壤學(xué)會理事長。　　主持和主研科研項(xiàng)目100余項(xiàng)，獲國家科技進(jìn)步三等獎1項(xiàng)，省部級科技進(jìn)步一等獎2項(xiàng)，二等獎4項(xiàng)，三等獎5項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇，撰寫出版專著、教材10余部，已培養(yǎng)碩士、博士100余名。

書籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  研究綜述    1.1.1  巖溶區(qū)土壤的形成與演化    1.1.2  巖溶植被生態(tài)特征與演替    1.1.3  巖溶生態(tài)脆弱性評價    1.1.4  巖溶區(qū)的生態(tài)恢復(fù)與重建  1.2  研究背景與意義  1.3  研究目標(biāo)  1.4  主要研究內(nèi)容    1.4.1  基于GIS的重慶巖溶山地的景觀格局分析    1.4.2  重慶巖溶山地氣候變化及其對巖溶生境的影響    1.4.3  重慶典型巖溶山地生境退化機(jī)理    1.4.4  重慶巖溶山地退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建關(guān)鍵技術(shù)研究  1.5  研究區(qū)域和樣地選擇    1.5.1  研究區(qū)概況    1.5.2  樣地選擇及其基本狀況  參考文獻(xiàn)第2章  重慶巖溶山地生態(tài)環(huán)境特征分析  2.1  重慶巖溶山地碳酸鹽地層分布    2.1.1  重慶市碳酸鹽地層    2.1.2  重慶市碳酸鹽巖分布狀況    2.1.3  重慶巖溶山地基本特征    2.1.4  重慶巖溶山地分區(qū)  2.2  重慶巖溶山地地形地貌特征  2.3  重慶巖溶山地的氣候與水文特征    2.3.1  水文及水資源    2.3.2  氣候  2.4  重慶巖溶山地的土壤與植被特征    2.4.1  土壤特征    2.4.2  植被特征  2.5  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第3章  重慶巖溶山地景觀格局分析  3.1  材料與方法    3.1.1  景觀嵌塊體類型劃分    3.1.2  景觀指數(shù)選擇    3.1.3  重慶巖溶山地景觀圖繪制  3.2  結(jié)果與分析    3.2.1  重慶巖溶山地景觀格局總體狀況分析    3.2.2  重慶巖溶山地土壤景觀格局狀況分析    3.2.3  重慶巖溶分區(qū)景觀格局特征分析  3.3  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第4章  近40年重慶巖溶山地氣候變化  4.1  材料與方法    4.1.1  氣象資料    4.1.2  研究方法  4.2  結(jié)果與分析    4.2.1  氣候的空間規(guī)律    4.2.2  氣溫的變化    4.2.3  降水的變化    4.2.4  年平均最低、最高氣溫的變化    4.2.5  氣候趨勢預(yù)測  4.3  結(jié)論與討論  參考文獻(xiàn)第5章  重慶巖溶山地氣候變化對植被的影響  5.1  研究方法    5.1.1  數(shù)據(jù)來源    5.1.2  數(shù)據(jù)分析  5.2  結(jié)果與分析    5.2.1  植被與氣候在多年平均水平上的關(guān)系    5.2.2  植被和氣候年際變化的關(guān)系    5.2.3  植被指數(shù)NDVI的動態(tài)變化  5.3  結(jié)論與討論  參考文獻(xiàn)第6章  重慶巖溶山地氣候變化對水文水資源的影響  6.1  研究方法    6.1.1  資料收集    6.1.2  數(shù)據(jù)分析  6.2  結(jié)果與分析    6.2.1  降水變化對徑流量的影響    6.2.2  降水變化對水文極值干旱和洪澇的影響    6.2.3  氣溫變化對蒸發(fā)的影響    6.2.4  氣候變化對水文水資源的影響  6.3  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第7章  重慶市巖溶山地土壤物理退化及其機(jī)理  7.1  材料與方法    7.1.1  野外調(diào)查    7.1.2  室內(nèi)分析  7.2  結(jié)果與分析    7.2.1  土壤結(jié)構(gòu)退化    7.2.2  土壤水分性能變化  7.3  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第8章  重慶巖溶山地土壤化學(xué)演變及其機(jī)理  8.1  材料與方法    8.1.1  野外調(diào)查    8.2.2  室內(nèi)分析觀測  8.2  結(jié)果與分析    8.2.1  重慶巖溶山地土壤肥力變化    8.2.2  土壤交換性鹽基總量、pH和CaCO3    8.2.3  土壤生化活性的變化    8.2.4  重慶山地土壤性質(zhì)的演變關(guān)系    8.2.5  土地利用及地形因子對土壤容重和土壤養(yǎng)分的影響    8.2.6  土壤性狀指標(biāo)的相關(guān)性分析    8.2.7  土壤性狀指標(biāo)的主因子分析    8.2.8  分維值與土壤養(yǎng)分的關(guān)系  8.3  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第9章  重慶巖溶山地土壤種子庫  9.1  研究方法    9.1.1  取樣及處理    9.1.2  計(jì)算公式  9.2  結(jié)果與分析    9.2.1  重慶巖溶山地土壤種子庫    9.2.2  重慶山地土壤種子庫演替  9.3  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第10章  重慶巖溶山地土壤質(zhì)量變化  10.1  土壤退化指數(shù)的建立  10.2  重慶巖溶山地土壤退化評價  10.3  巖溶低山丘陵區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化程度的定量確定  10.4  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第11章  重慶退化巖溶生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)恢復(fù)與重建措施  11.1  退化巖溶生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)恢復(fù)與重建的基本原理    11.1.1  退化巖溶生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)恢復(fù)與重建的概念    11.1.2  退化巖溶生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)恢復(fù)與重建的理論基礎(chǔ)    11.1.3  退化巖溶生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)恢復(fù)與重建的原則、方法和目標(biāo)  11.2  巖溶山地生態(tài)系統(tǒng)脆弱特性    11.2.1  基底性脆弱    11.2.2  界面性脆弱    11.2.3  波動性脆弱    11.2.4  生態(tài)退化恢復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)多  11.3  巖溶山地生態(tài)恢復(fù)重建的土地利用模式    11.3.1  巖溶山地生態(tài)重建理念    11.3.2  巖溶山地生態(tài)重建思路    11.3.3  巖溶山地土地利用空間層次模式  11.4  巖溶山地生態(tài)恢復(fù)重建技術(shù)和模式案例分析  11.5  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第12章  結(jié)論與展望  12.1  主要結(jié)論    12.1.1  基于GIS的重慶巖溶山地景觀格局分析    12.1.2  重慶巖溶山地近40年的氣候變化    12.1.3  重慶巖溶山地氣候變化對生態(tài)環(huán)境的影響    12.1.4  重慶巖溶山地土壤物理退化及其機(jī)理    12.1.5  重慶巖溶山地土壤化學(xué)演變及其機(jī)理    12.1.6  重慶巖溶山地土壤種子庫    12.1.7  重慶巖溶山地土壤質(zhì)量變化    12.1.8  重慶巖溶山地土壤生態(tài)退化機(jī)理與重建  12.2  本書的特色  12.3  展望彩色圖版

章節(jié)摘錄

　　1.1.1 巖溶區(qū)土壤的形成與演化　　1.1.1.1 成土過程　　巖溶區(qū)多以石山的形式出現(xiàn)，所以又稱為石山地區(qū)、石灰?guī)r區(qū)或喀斯特區(qū)。石灰?guī)r的礦物組成主要是方解石、白云石與粘土礦物、石英，石灰?guī)r的溶蝕風(fēng)化過程主要是CaCO3與MgCO3的淋溶而將一部分含F(xiàn)e、Al的黏土礦物殘留下來的過程，殘留量一般為1～3g／kg，隨酸不溶解物含量而變。由于石灰?guī)r溶蝕慢，酸不溶解物含量低，其風(fēng)化成土速率很慢。據(jù)研究，貴州灰?guī)r每千年風(fēng)化殘留物僅2.4 7mm，即需4000年左右才能形成1cm厚的土層，較一般非巖溶區(qū)成土慢10～40余倍，在濕、熱氣候的廣西巖溶山地形成1cm的土層大致也需2500～8500年的時間，因此有研究者提出石灰?guī)r區(qū)土壤并非由石灰?guī)r形成的觀點(diǎn)（陳朝輝等，1997）。但碳酸鹽巖風(fēng)化成土作用是我國南方巖溶區(qū)土壤資源的一種重要成土機(jī)制，王世杰等（1997）對3個以石灰?guī)r為基巖的風(fēng)化剖面研究表明，因泥質(zhì)物含量較高，為11％～39％，形成1m厚的殘積土，僅需溶蝕2～5m碳酸鹽巖，所需時間為28000～84000千年?？偟膩碚f，碳酸鹽巖分布區(qū)成土速率取決于碳酸鹽巖中泥質(zhì)物含量及碎屑巖夾層的比例?！　〗邓翘妓猁}溶蝕的重要動力，但研究表明，土壤碳成為驅(qū)動和制約表層帶巖溶系統(tǒng)碳轉(zhuǎn)移的動力學(xué)機(jī)制（袁道先，2000），植被恢復(fù)，土壤CO2濃度升高數(shù)倍至一個數(shù)量級時，下伏石灰?guī)r的溶蝕作用也同步加強(qiáng)；石灰?guī)r地面地衣、藻類、苔蘚繁殖，形成一種巖石淺表層有機(jī)多孔層，使溶蝕作用的表面積由28.2 6％增加到75.3 0％。石灰?guī)r出露后巖溶系統(tǒng)演進(jìn)趨勢為石質(zhì)巖溶－生物巖溶－土壤巖溶－生態(tài)系統(tǒng)巖溶，最終成為以生物活動和土壤媒體過程為主導(dǎo)的巖溶生態(tài)系統(tǒng)（潘根興等，1999），從這一意義說，碳酸鹽巖環(huán)境中石山的形成是生態(tài)系統(tǒng)的退化和巖溶地球化學(xué)系統(tǒng)的退化。

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