Question

重要环境地质指标释义

Answer 1

根据上述沙漠化调查和监测环境地质指标，下面按国际地质指标释义形式介绍沙漠化的环境地质指标。

一、沙丘的形成与活化

名称：沙丘的形成与活化

简介：沙丘和沙席是在各种气候和环境控制因素作用下形成的，其中包括风速和风向、湿度和堆积量。大陆环境下沙丘系统和沙席是由风力作用搬运或再运移的沉积物形成的。新形成的沙丘是由气候变化和/或人类扰动使沉积物重新活动而产生的。源自许多沙漠边缘沙丘迁移以及温带地区半固定、固定沙丘的活化（如塔克拉玛干沙漠东南缘，毛乌素沙地等）。沙丘形态或位置的变化可指示干旱程度、风速和风向的变化（参见风蚀、风积作用）或人类的扰动。利用干旱度指标和沙丘活动性指标（沙丘活动性指标是指现有风能与降水量—潜在蒸发量比值的比率）能够把沙丘的变化与气候变化联系起来。

意义：运动着的沙丘可能会掩埋房屋、场地，阻塞变通。半干旱至半湿润地区的沙丘活动，使牧场和农业的可耕地面积减少。它们也是干旱性变化的一个很好的指标。沙丘通过提供地貌和水文对生物增减的控制，在许多生态系统（北方的生态、半干旱地区、沙漠区）中起着重要的作用。

人为或自然原因：沙丘形态的变化和沙丘的运动可能是由干旱程度的变化（旱灾的周期）引起的。广泛的变化也可能是因风模式的改变以及人文活动诱发的，例如过度放牧对植被造成的破坏，以及不合理的耕作生产、生活方式。

适用环境：沙丘分布广泛于中纬度干旱、半干旱、半湿润的沙漠、沙地区，零星分布于盆地内古河道发育地带。

监测场地类型：活动沙丘的边缘，半固定沙岗和植被稳定的固定沙丘。

空间尺度：块段至景观/区域尺度。

测量方法：沙席和沙丘区大小、形状和位置的变化可以通过重复地面勘查监测，活动及固定沙丘和残遗沙丘的测量则利用航空摄影或卫星图像进行监测。

测量频率：监测沙丘与干旱周期有关变化的测量频率应是5～10年一次，当发现移动时，应加大监测频率。

数据和监测的局限性：往往缺乏气候记录，尤其是风的资料。

过去与未来的应用：能够建立干旱、半干旱、半湿润地区过去50年中沙丘活动性的记录，并能将这些记录与温度和降水量记录联系起来。已有第四纪残遗沙丘的古记录（包括古风向）可以评价未来的气候变化对风成系统的潜在影响。

可能的临界值：沙丘活动指数M>50。其他的临界值可能以活动沙丘区对农业耕地以及相关地下水位的容许极限为基础。

主要参考文献：

十九世纪美国大平原上活动沙丘的沙：来自早期考察者计算的证据.第四系研究，43：118-124.

沙漠地貌学.伦敦：UCL出版社.

沙丘的地貌.伦敦：Roottedge.

Cooke，R.，A.Warren and A.Gaudie.1993.Desert geomophology.London：USL Press.

Lancaster N.1995.Geomophology of desert dunes.London：Roottedge.

Muhs，D.R.and V.T.Holliday.1995.Active dune sand on the Great Plains in the 19th Century：evidence from accounts of early explorers.Ouaternary Research，43：118-124.

Nordstorn，K.E.，N.Psuty and B.Carter.1990.Coastal dunes：form and process.Dhichester，John Wiley and Sons.

其他资料来源：农业与环境署、地质调查所、沙漠研究所、国际第四纪研究联合会

（INQUA）、国际地貌学家协会（IGA）。

有关的环境和地质问题：活动沙丘可能侵入并破坏农业生产耕地、影响交通运输干线。人类为稳定沙丘作出了努力。沙的运移使地表蒸发量降低，可影响浅层地下水位。

总体评价：沙丘是干旱、半干旱、半湿润地区地表形态与环境变化极为重要的指标。

二、地表岩土组成

名称：地表岩土组成

简介：地表出露着各种岩土类型，其中松散堆积物的抗风化能力最差。在干旱、半干旱和部分半湿润地区的少雨多风条件下，岩土类型的不同其产沙能力具有较大的差异。一般说来，碳酸岩、喷发岩类（灰岩、白云岩、玄武岩、流纹岩等等）分布区为不产沙区；抗风化能力较差的中生代晚期及第三纪半固结碎屑岩为少量产沙区；松散的第四纪堆积物，特别是第四纪晚期河流湖滨相富沙沉积物分布区是土地沙漠化的大量产沙区。我国现代沙漠及沙漠化土地则主要分布在大量产沙区及周遍生态环境较脆弱地带。

意义：地表岩土的固结程度以及松散堆积物的粒级组分等物理特性，是判断土地沙漠化发生发展的基础环境地质指标。特别是在预测土地沙漠化可能发生的潜在地域时，地表岩土组成及其物理特性具有指示意义。

人为或自然原因：自然成因。

适用环境：干旱、半干旱及部分半湿润地区。

监测场所类型：毛乌素沙地中北部等（侏罗、白垩纪地层分布区）少量产沙区；第四系分布区。

空间尺度：块段至景观/中尺度至区域尺度。

测量方法：结合地质图编绘，野外进行侏罗、白垩纪地层表面“糠砒砂”的抗风化物化测试。

数据和监测的局限性：地表岩土组成受自然和人为影响较强，抗风化强度难以监测。

过去与未来的应用：预测未来气候环境变化时，易发生土地沙漠化和可能产沙的重点地区。

可能的临界值：参照岩石类型地质单元分界。

主要参考文献：

董光荣，金炯，申建友等.1990.晚更新世初以来我国陆地生态系统的沙漠化过程及其成因.见：刘东生编.黄土·第四纪地质.全球变化（第二集）.北京：科学出版社，91-101.

樊自立，马映军.2002.塔里木盆地水资源利用与生态平衡及土地沙漠化.中国历史地理论丛，17（3）：27-32.

龚家栋，程国栋，张小由等.2002.黑河下游额济纳地区的环境与演变.地球科学进展，17（4）：491-496.

吴波，慈龙骏.1998b.毛乌素沙地荒漠化的发展阶段和成因.科学通报，43（22）：2437-2440.

新疆荒地资源综合考察队.1985.新疆重点地区荒地资源合理利用.乌鲁木齐：新疆人民出版社.

赵哈林，赵学勇，张铜会，吴薇等.2003.科尔沁沙地沙漠化过程及其恢复机理.北京：海洋出版社.

中国科学院塔克拉玛干沙漠综合科学考察队.1994.塔克拉玛干沙漠地区土壤和土地资源.北京：科学出版社.

朱震达，王涛.1992.中国沙漠化研究的理论与实践.第四纪研究，（2）：97-106.

Acton，D.F.&L.J.Gregorich（eds）1995.The health of our soil-toward sustainable agriculture in Canada.Centre for Land and Biological Resources Research，Ottawa：Agriculture and AgriFood Canada.

Rodriguez-Iturbe I.Plants and soil moisture dynamics：a theoretical approach to the ecohydrology of water-controlled ecosystems.Cambridge：Cambridge University Press，2003.

有关的环境和地质问题：在自然和人类作用下可能发生水土流失。

总体评价：地表岩土组成是环境和人为作用下的产物，其变化会影响地表和地下水质量。

三、土壤物质组分含量

名称：土壤物质组分含量

简介：从地学角度来看，土壤层既是地表沉积物经风化和生物作用产生的风化壳层。也是反映气候、水分、植被和地形等环境要素的地质标志。一般对土壤物质含量的分析主要包括：物理性粘粒和有机质、氮、磷的数量变化等。我国东部科尔沁沙地，内蒙伊克昭蒙及腾格沙漠东南缘沙坡头等地的实践工作都证明：土壤物质含量指征及其变化量，可以用来确定土地沙漠化发展阶段或程度。

意义：土壤物质组分含量的变化是土地沙漠化过程的重要标志，是反映沙漠地区环境变化的重要信息。物理性粘粒是表征土壤塑性、保水能力的分界线，其含量高，意味着土壤物理性能好，保水、保肥能力高。土壤有机质一方面反映了植物残体的养分归还能力，另一方面也反映了地面植物生长的情况。所以土壤有机质和物理性粘粒在评价沙漠化土壤特征中具有重要作用。

在研究风蚀沙漠化问题时，通过对沙漠化土壤物质含量的研究，深入、全面了解沙漠化过程的发展规律和沙化土壤退化的演变过程，认清沙漠化危害，将为预测沙漠化发展趋势和采取相应的防治措施提供可靠的科学依据。

人为或自然原因：土壤物质组分含量是人类改造土地或风蚀、水蚀等自然现象改变土地的结果和表现。

适用环境：干旱、半干旱地区，半湿润地区等不同自然地带的沙漠化土地。

监测场地类型：未沙漠化及沙漠化土地。未沙漠化土壤物质组分含量可以作为背景值。

空间尺度：区域尺度/小比例尺。

测量方法：常规物理分析、化学分析。

测量频率：3～5年。

数据与监测的局限性：不同地区原生土壤养分的本底值不尽相同，故不同地区各类沙漠化土地的土壤指征不可能一样，很难定量的确定沙漠化各发展阶段的土壤指征。

数据与监测的局限性：胡孟春（1991），根据野外大量调查样点统计资料整理出科尔沁地区土地沙漠化单要素分类指标：以科尔沁沙漠地区内蒙古奈曼旗为试验点，无论是草地还是旱作农田，发生沙漠化后土壤养分含量均明显下降（表3-14）。土壤养分是作物赖以生长、繁殖的物质保障，其含量的多少直接关系到其生物量的高低。显然，土地沙漠化后，土壤养分环境的恶化是植物（作物）生长、发育和繁殖受阻的重要原因之一。

表3-14 沙漠化过程中草地和旱作农田土壤养分含量的变化

刘玉平（1998）在对毛乌素沙漠化草场实验研究中，也成功地用土壤的物质含量指标与土壤质地一起完成了土壤概况的评价工作。

姚洪林（2002）认为：在土地沙漠化过程中，土壤指标的变化不是单一的，而是多个指标都在发生作用。其中起主要作用的指标是土壤有机质和小于0.01mm的物理性粘粒。不同沙漠化程度土壤的基本特征如下：

流动沙地：土壤有机质0.02%～0.08%，全氮0.003%～0.001%，速氮1.8～2.14ppm，全磷0.016%～0.02%，速磷3.75～7.2ppm。0.25～0.05mm沙粒为64.5%～83.5%，小于0.01mm的物理性粘粒0.8%～2.4%，小于0.001mm的粘粒0.6%～1.5%。

半固定沙地：土壤有机质0.39%～0.84%，全氮0.011%～0.033%，速氮2.08～2.93ppm，全磷0.028%～0.04%，速磷15.7～22.7ppm。0.25～0.05mm沙粒为67.2%～75.5%，小于0.01mm的物理性粘粒3.25%～5.58%，小于0.001mm的粘粒1.35%～4.35%。

固定沙地：土壤有机质1.81%～3.52%，全氮0.011%～0.047%，速氮1.14～3.57ppm，全磷0.029%～0.051%，速磷12.94～37.2ppm。0.25～0.05mm沙粒为56.6%～76.6%，小于0.01mm的物理性粘粒2.85%～10.3%，小于0.001mm的粘粒1.4%～6.6%。

可能的临界值：物理性粘粒——直径小于0.001mm的粘粒<1.00%、有机质含量<1.00%。

主要参考文献：

关有志.1992.科尔沁沙地的元素、粘土矿物与沉积环境，中国沙漠，12（1）：9-15.

胡孟春.1991.科尔沁土地沙漠化分类定量指标.中国沙漠，11（3）：57-61.

刘玉平，慈龙骏.1998.毛乌素沙地草场荒漠化评价的指标体系［J］.中国沙漠，18（4）：366-372.

申建友，董光荣，李长治等.1992.沙漠化与土壤物质含量变化.中国沙漠，12（1）：40-48.

王葆芳，刘星晨，王君厚，丁国栋.2004.沙质荒漠化土地评价指标体系研究.干旱区资源与环境，18（4）：23-28.

王涛，吴薇，赵哈林等.2004.科尔沁地区现代沙漠化过程的驱动因素分析.中国沙漠，24（5）：519-528.

姚洪林.2002.内蒙古沙漠化土地评价指标研究［J］.内蒙古林业科技，（3）：19-23.

朱震达，刘怒，邸醒民.1989.中国的沙漠化及其治理.北京：科学出版社.

有关的环境和地质问题：土壤物质含量的改变可能引起植被的死亡。

总体评价：土壤物质含量是环境和人为作用的灵敏指标：变化会影响土地质量、植被生长。监测土壤物质含量变化可有助于预测未来土壤沙漠化和用于农业、林业等目的的价值。

四、地下水位、水化学

名称：地下水位、水化学

简介：地下水是干旱、半干旱和部分半湿润地区最宝贵的生态资源，其水位埋深的变化，影响者地表植物的生长和土地沙漠化过程。另一方面，地下水的水质，尤其是水中的含盐量、矿化度对土壤水化学组分和地表植物的生存、生长产生较大的影响。塔里木河区植被与地下水质的相关研究表明，当潜水矿化度<5g/l时，胡杨、红柳长势较好，当矿化度>5～6g/l时，胡杨开始出现枯萎，矿化度>30g/l时胡杨全部死亡，矿化度>70g/l时还可见到稀疏生长的红柳。

人为或自然原因：地下水位可因气候变化而发生自然变化，其埋深的变化可以作为预测地表环境及植物生长环境的间接指标。另外，人类过量抽取使地下水位急剧下降，造成地表土地沙漠化。河北坝上局部暖棚蔬菜种植地区，大量地下水的摄取，造成湖泊干枯，出现大面积的土地沙漠化过程。

适用环境：任何抽取地下水用于人类饮用、灌溉、工业用途的地方，或影响生态系统的区域。

空间尺度：从块段到景观/区域尺度。

监测场所类型：可以代表特定含水层的钻井、水井或泉。

测定方法：到达潜水面的深度是采用人工测定、水位自动记录仪或压力传感器监测的。标准水文地质方法被用来计算水量平衡。在计算现实补给速率时必须考虑到近几十年的气候变化和地表生态系统变化。

测量频率：用来反映季节性及每年变化的最小间隔期为月。评价古含水层状态的间隔应当为大约5年。

资料和监测局限性：水位需要在几十年里按季节和每年来测定，以便确定总体趋势。人工方法的总精度约1cm，但是采用自动方法可以将精度提高。

过去与未来的应用：古水体可以作为过去气候变化的“档案馆”。

可能的临界值：为抽水速率超过补给速率时就越过了某个界限，则可持续的可再生资源变为不可再生，并使其变弱的资源。当某个水井的抽水速率超过旁侧入流速率时，该水井就会干枯，因而也就越过了某个界限，尽管当停止抽水或当补给量加大时情况本身可以反过来。

主要参考文献：

地下水.新泽西州 Englewood Cliffs：Prentice Hall 出版社.

地下水介绍.伦敦：Allen and Unwin出版社.

定量地质学.纽约 Academic出版社.

西北地区地下水生态环境临界指标体系与深层承压水合理利用研究.“九五”国家重点科技攻关项目96-912-01-03S报告.

deMrsily，G.1986.Quantitative hydrology.New York：Academic Press.

Freeze，R.D.and J.A.Cherry 1979.Groundwater.Englewad Cliff，NJ：Prentice-Hall.

Price，M.1985.Introducing groundwater.London：Allen and Unwin.

其他资料来源：环境、水/水文公司、地质调查所、国际水文地质学家联合会（ISH）国际水文学科学协会（IAHS）、国际水文规划署（IHP）、世界卫生组织（WHO）。

有关的环境和地质问题：具有大量的与地下水减少有关的环境问题的“备忘录”，包括湿地排水、地质稳定性和土壤盐碱化（参见地下水水质）。城市地区的一个大问题——地下水污染，也减少总的水资源。

总体评价：地下水水位是利用地下水地区的一个基本参数。

五、风蚀、风积

名称：风蚀、风积作用

简介：风蚀是大气圈与土壤圈或岩石圈相互作用并受生物圈和人类活动的干扰而形成的复杂的自然—经济复合过程。风积作用则是在风营力搬运过程中，主要以跳跃或滚动搬运形式的粉细沙粒，在特定的运动休止点开始堆积，形成各种类型的沙丘、沙席。风积与风蚀是风沙运动的近地表的现象，是较干旱地区反映剥蚀—堆积地质作用过程的重要标志。大风作用于地表松散沉积物和脆弱岩层，引起风蚀，携走沉积物和土壤中的细微颗粒。风蚀地质作用主要形成雅丹地貌、风蚀干谷、洼地；风蚀过程常使地下沉积物和植物根系因风蚀出露，减少植被覆盖度，由于细粒物质从地面吹蚀，造成土壤养分不足或植被减少；风积过程常促成地表沙丘、沙席的形成和移动，在一定范围内掩埋田地、阻塞公路，或造成土壤粗化，降低耕田、草场的自然生物产量。

意义：伴随旱灾和干旱化出现的风蚀、风积的形成与地貌形态变化，是衡量沙漠形成和土地沙漠化发展的重要环境地质表征。

人为或自然原因：风蚀、风积是干旱多风地区一种自然现象，它们的作用过程，常改变地表微地貌特征与土壤组分机配，以及植被的生存环境。同时多变的风蚀、风积地表形态对人为活动反映敏感，尤其对诸如耕作和过度放牧等会导致植被减少的人类作用。

适用环境：干旱、半干旱和部分半湿润地区。

监测场所类型：不同自然带沙漠、沙地及生态环境脆弱地区的风蚀、风积地面。

空间尺度：块段至景观/中尺度至区域尺度。

测量方法：辅以航空照片进行典型地带一定范围的地质地貌调查、测量。利用系列图件、航空照片、卫星图像和典型区地面验证方法进行大区域监测。测量频率：5～20年1次。

数据和监测的局限性：风蚀对不同岩土类型和地貌是不一样的，地面粗糙状况（障碍的程度）不同，引起近地面风力削弱程度的差异造成风蚀强度的不同。因此无论是风蚀因子还是由此产生的风蚀过程都具有时间和空间上的随机性，如各等级风速所以不易评价复杂景观的侵蚀强度。

过去与未来的应用：过去的风蚀、风积作用可以通过研究在古侵蚀面上发育的埋藏土壤层和古沙丘来探测。

可能的临界值：沉积物的侵蚀、搬运和堆积是在特定的风速范围内发生的，取决于粒度、胶结和压实程度、含水量、植被和微地貌形态。

主要参考文献：

沙漠地貌.伦敦：UCL出版社.

沙漠环境的地貌学.伦敦：Chapman&Hall出版社.

王涛.中国沙漠与沙漠化.石家庄：河北科学技术出版社，2003.

王训明，董治宝，武生智，陈广庭.土壤风蚀过程的一类随机模型.水土保持通报，2001，21（1）.

吴正.风沙地貌研究论文选集.北京：海洋出版社，2004.

Abrahams，A.D.&A.J.Parsons 1994.Geomorphology of desert environments.London：Chapman&Hall.

Cooke，R.A.Warren&A.Goudie 1993.Desert geomorphology.London：UCL Press.

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有关的环境和地质问题：耕地、草场退化、沙漠化。

总体评价：在干旱和半干旱地区，风蚀、风积是地质环境变化的有价值指标。