基于地质建造的岷江上游干旱河谷区下段土壤特征和植被时空变化

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.029

摘要/Abstract

摘要：

为探讨岷江上游干旱河谷区地质建造对土壤性质的控制以及对植被分布的制约,支撑生态保护修复分区治理工作,本文以岷江上游干旱河谷区下段为研究区,采用地质建造调查、元素分析测试和遥感解译方法,结合土地利用数据,从地质建造类型、土壤特征、土地利用和植被覆盖度方面分析地质建造单元对土壤和植被的影响。结果表明:第四纪松散堆积建造区土壤层厚、养分丰富,由于人类活动改造作用较强,区内植物种类以经济作物为主;三叠纪复理石建造区土壤层较厚,养分丰富,基岩构造裂隙较发育,富水性较好,适宜灌木和少量乔木生长,该区植被覆盖度高;泥盆纪泥页岩-碳酸盐岩建造土壤层较厚、土壤钙等养分含量高,分布大量喜钙侧柏;志留纪泥砂质-碳酸盐建造区区发育非贯穿性裂隙,受构造作用影响浅表层的岩石风化破碎程度高,水土极易流失,以低矮灌木和草地为主;元古宙中酸性岩浆岩建造区土壤层薄,裂隙发育,土壤中磷等养分含量较高,土壤层含水率最低,以灌丛植物生长为主;中元古代火山岩-熔岩建造区发育闭合状裂隙,含水性差,仅适合灌草丛生长,植被覆盖度偏低。

关键词: 地质建造, 土壤特征, 植被覆盖度, 时空演变, 干旱河谷

Abstract:

This study aims to explore the controls of geological formation on soil properties and constraints on vegetation distribution in the arid valley of the upper reaches of Minjiang River, in order to support the ecological protection and restoration of sub-area management. Taking the lower part of the upper reaches of Minjiang River arid river valley as an example, this study employed the geological formation survey, elemental analysis, remote sensing, and combining with the land-use data, to analyze the influence of geological formation on soils and vegetations, specifically regarding soil characteristics, land-use, and vegetation coverage. The results show that the Quaternary loose accumulation formation area has thick and nutrient-enriched soils, but with strong anthropogenic modifications, and the plant species in the area are dominated by cash crops. The soil layer in the Triassic complex marble formation is relatively thicker and more enriched in nutrients. The structural fractures in the bedrock are more developed with enriched water, which is suitable for the growth of shrubs and a small amount of trees, and this area has a high vegetation coverage. The Devonian mud shale-carbonate formation has a thick soil layer, with high concentration of calcium element and other nutrients. Silurian silty sandy-carbonate formation develops abundant non-penetrating fractures caused by structural activities. The shallow surface layer of the rock shows high degree of fragmentation due to weathering, and soil-wate loss is very easy to be dominated by the growth of low shrubs and grasslands. The soil layer in the intermediate-acidic magma rocks is thin, but with fissure development, and high content of phosphorus and other nutrients in the soil. This soil layer has the lowest water content and is dominated by the growth of scrub plants. The Middle Paleozoic volcanic-lava formation area develops closed fractures with poor water content, which is only suitable for the growth of shrubs and grasses.

Key words: geological formation, soil characteristics, vegetation coverage, spatial and temporal evolution, arid river valley

中图分类号:

P642.1

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图/表 16

图1 研究区地理位置、地层岩性概况图(据四川省地质局第二区域地质测量队《1：20万茂汶幅、灌县幅区域地质调查报告》修改) Q h p a l.第四系冲洪积层; Q h e l d.第四系残坡积层; Q h a l.第四系冲积层;T3zh.三叠系上统侏倭组;T2z.三叠系中统杂谷脑组;T1b.三叠系下统波茨沟组;P2.二叠系上统;P1.二叠系下统;C+P.二叠系+石炭系;DWG2.泥盆系危关群上组;DWG1.泥盆系危关群下组;DYL2.泥盆系月里寨群上组;DYL1.泥盆系月里寨群下组;SMX5.志留系茂县群第五组;SMX4.志留系茂县群第四组;SMX3.志留系茂县群第三组;SMX2.志留系茂县群第二组;SMX1.志留系茂县群第一组;O.奥陶系;∈.寒武系;Zzdn.震旦系上统灯影组;Zzd.震旦系上统陡山沱组;PtHN2.中元古界黄水河群中段;PtHN1.中元古界黄水河群下段;γ.花岗岩;δ.闪长岩

Fig.1 Overview map of the stratigraphic lithology and geographic location of the study area

表1 地质建造类型划分

Table 1 Classification of geological formations

地质建造单元	涉及的地质单元	主要岩性	地质建造环境	面积(km²)
第四纪松散堆积建造	第四系	—	河流-湖泊相	55.48
三叠纪复理石建造	波茨沟组、杂谷脑组、侏倭组	变质石英砂岩、板岩	浅海-滨海相	9.42
石炭纪—二叠纪碳酸盐建造	二叠系上统、二叠系下统、石炭系	深灰色灰岩	浅海相	3.17
泥盆纪泥页岩-碳酸盐岩建造	危关群、月里寨群	结晶灰岩、千枚岩	浅海相	68.92
志留纪泥砂质-碳酸盐建造	茂县群	炭质千枚岩、石英砂岩	浅海相	97.40
奥陶纪碳酸盐建造	奥陶系	结晶灰岩夹千枚岩	浅海相	1.13
寒武纪火山碎屑岩建造	寒武系下统	碳酸盐岩夹砂岩、页岩	俯冲-碰撞	0.36
震旦纪碳酸盐岩建造	陡山沱组、灯影组	砂页岩、砂岩、页岩	滨海相	4.51
元古宙中酸性岩浆岩建造	元古宙黑云花岗岩、元古宙石英闪长岩、元古宙斜长花岗岩	黑云花岗岩、石英闪长岩、斜长花岗岩	俯冲-碰撞	19.64
中元古代火山岩-熔岩建造	黄水河群	火山碎屑岩、熔岩组合	俯冲-碰撞	9.59

图2 研究区地质建造图

Fig.2 Map of geological formation in the study area

表2 数据来源

Table 2 Data information and sources

数据	数据源	数据集
干旱河谷区范围	山地科学数据中心	西南地区干旱河谷区范围^[27]
地层岩性	四川省地质调查院	岷江流域地质灾害详细调查成果集成报告
土壤数据	-	2019年四川省耕地等数据
土地利用(1995年、2001年、2009年、2020年)	https://zenodo.org/	The 30 m annual land cover datasets and its dynamics in China from 1990 to 2021^[28]
遥感数据(1995年、2001年、2009年、2020年)	美国地质勘探局USGS(https://earthexplorer.usgs.gov/)	Landsat5 TM、Landsat8 OLI

表3 土地利用类型分类体系

Table 3 Classification system for land-use types

编码	一级类名称	CLCD类型
1	耕地	农田
2	林地	林地
3	灌丛	灌丛
4	草地	草地
5	水域	水域、湿地
6	建设用地	不透水面
7	未利用土地	荒地、冰雪覆盖地

图3 不同地质建造的植被覆盖情况与风化壳特征 (a)(b)第四纪松散堆积建造区;(c)(d)三叠纪复理石建造区;(e)(f)泥盆纪泥页岩-碳酸盐岩建造区;(g)(h)志留纪泥砂质-碳酸盐建造区;(i)(j)中元古代火山岩-熔岩建造区;(k)(l)元古宙中酸性岩浆岩建造区

Fig.3 Vegetation coverage and weathered crust characteristics for different geological formations

表4 不同地质建造上土壤养分元素含量均值

Table 4 Mean values of the soil nutrient content in different geological formations

地质建造	N	P	Al₂O₃	Na₂O	K₂O	CaO	MgO	TFe₂O₃	Cu	Mn	Zn	B
地质建造	(g/kg)	(μg/g)	(%)	(%)	(%)	(%)	(%)	(%)	(μg/g)	(μg/g)	(μg/g)	(μg/g)
第四纪松散堆积建造	0.88	752.42	13.18	1.20	3.19	9.54	2.57	5.36	35.27	647.38	85.72	70.05
三叠纪复理石建造	1.08	560.00	12.84	0.97	3.14	10.85	2.22	4.48	42.20	561.33	74.80	64.90
泥盆纪泥页岩-碳酸盐岩建造	1.07	463.87	9.40	0.54	2.00	30.13	2.90	3.05	16.63	356.65	58.60	66.93
志留纪泥砂质-碳酸盐建造	1.05	683.22	14.00	1.15	3.69	7.09	2.86	5.55	36.91	603.94	86.42	86.18
中元古代火山岩-熔岩建造	0.42	492.00	12.57	1.54	3.51	7.19	3.63	4.56	23.83	710.75	67.40	64.50
元古宙中酸性岩浆岩建造	0.48	805.33	12.22	3.21	2.43	4.31	3.97	7.24	23.07	1079.00	82.37	23.60

表5 不同地质建造单元植被覆盖度面积比例平均值(%)

Table 5 Mean values of the proportion of area covered by vegetations in different geological formation units (%)

地质建造类型	低覆盖度	中低覆盖度	中覆盖度	中高覆盖度	高覆盖度
第四纪松散堆积建造	6.05	15.70	28.40	28.30	21.55
三叠纪复理石建造	0.42	6.88	23.20	32.10	37.40
泥盆纪泥页岩-碳酸盐岩建造	2.05	9.15	21.83	31.83	35.14
志留纪泥砂质-碳酸盐建造	1.19	15.32	27.41	30.81	25.27
中元古代火山岩-熔岩建造	6.45	10.05	19.38	33.38	30.74
元古宙中酸性岩浆岩建造	5.30	9.43	17.57	29.40	38.30

图4 不同类型土地利用面积统计图

Fig.4 Statistical map of the area with different types of land-use

图5 不同地质建造单元土地利用面积比例统计图

Fig.5 Statistical map of the proportion of land-use area of different geological formation units

图6 研究区不同时期土地利用分布图(1995—2020年)

Fig.6 Distribution of land-use types in the study area in years of 1995,2001,2009 and 2020

图7 不同时期(1995—2020年)研究区六类地质建造土地转移桑基图(单位:km2) (a)第四纪松散堆积建造;(b)三叠纪复理石建造;(c)泥盆纪泥页岩-碳酸盐岩建造;(d)志留纪泥砂质-碳酸盐建造;(e)中元古代火山岩-熔岩建造;(f)元古宙中酸性岩浆岩建造

Fig.7 Sankey map of six types of geologically constructed land transfers in the study area in years of 1995,2001,2009 and 2020(Unit: km2)

图8 不同等级植被覆盖度面积统计结果

Fig.8 Statistics for the area with different classes of vegetation coverage

图9 不同时期(1995—2020年)研究区植被覆盖等级分布图

Fig.9 Distribution of vegetation coverage classes in the study area in years of 1995,2001,2009 and 2020

图10 1995、2001、2009和2020年研究区六类地质建造不同等级植被覆盖度面积百分比 (a)第四纪松散堆积建造;(b)三叠纪复理石建造;(c)泥盆纪泥页岩-碳酸盐岩建造;(d)志留纪泥砂质-碳酸盐建造;(e)中元古代火山岩-熔岩建造;(f)元古宙中酸性岩浆岩建造

Fig.10 Percentage of area with different levels of vegetation coverage for the six types of geological formations in the study area in years of 1995, 2001, 2009 and 2020

图11 研究区土壤表层-基岩元素分布图

Fig.11 Distribution of soil surface-bedrock elements in the study area

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