喀斯特生态系统健康诊断及其模拟预测

来源 :贵州师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liangdd1984
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碳酸盐岩风化后的残留物是喀斯特区土壤的主要来源,由于喀斯特地区成土速率缓慢、土层浅薄、土壤环境脆弱,碳酸盐岩风化后残留物极少,土壤形成速度极慢,从而导致一系列生态环境问题,威胁到喀斯特地区生态系统健康的恢复与区域可持续发展,因此,土壤问题是喀斯特生态系统健康(Karst Ecosystem Health,简称KEH)诊断研究中首先需要考虑的问题。然而,以往通用普适的生态系统健康诊断方法尚未考虑碳酸盐岩地区土壤厚度及成土速率快慢的问题,并且KEH的空间格局、演变趋势及影响因素也尚不清晰,影响了KEH状况的未来情景模拟及预警预报工作,从而制约了区域生态恢复与可持续发展。为此,本文基于全球喀斯特数据库、气象水文数据以及岩性数据,运用VORS模型、碳酸盐岩溶蚀模型、空间自相关分析法、趋势分析法、地理探测器、Spearman相关分析和偏相关分析等方法,研究2000-2015年全球及喀斯特生态系统健康的时空分布格局,揭示其时空演变特征,探究影响生态系统健康的主要影响因素及驱动机制,并对未来情景进行模拟预测。得到以下主要结论:(1)空间分布上,全球生态系统健康指数高值集中分布于赤道附近和南北回归线以内(0~13°N,0~18°S),该区域最高值达到0.52;在数量上,较为健康的国家所占的比例几乎都在50%以上,然而其所占的面积却远远不足50%。变化趋势上,全球生态系统健康等级改善的区域(45.37%)比退化的区域(53.63%)面积占比少9.26%。(2)发现了全球喀斯特生态系统健康等级低于中等水平的区域面积比例高达75.91%。尽管现在通用的生态系统健康诊断的方法被广泛应用,然而,不考虑成土速率的KEH均高估了90%。此外,喀斯特生态系统健康等级改善的区域(34.46%)比退化的区域(33.08%)面积占比多了1.38%。(3)在全球42%的喀斯特区域,成土速率对生态系统健康起正贡献作用,28%区域起负贡献作用。而在中国喀斯特区,成土速率对生态系统健康起正贡献的区域面积达到57%,负贡献约为28%。总之,不管是全球还是中国喀斯特,SFR对喀斯特生态系统健康的作用主要以正贡献为主。(4)揭示了全球喀斯特地区未来五年里生态系统健康状况是逐渐好转的,然而,当生态系统健康诊断指标体系中不纳入成土速率时,未来5年较为健康等级的区域面积增加比例(6.38%)是纳入成土速率时增加比例(0.87%)的7.3倍,其恢复程度比不考虑成土速率时大得多,由此可见,成土速率可能限制了喀斯特地区生态系统健康的状况。(5)年均降水和土壤湿度在全球范围内对生态系统健康起到关键的影响,其相关性分别为0.574和0.399。在喀斯特地区,成土速率的加入增强了降雨、土壤湿度与生态系统健康指数之间的相关性。交互检测分析结果显示,社会经济因素起到桥梁的作用,它们联系并加强了其他因素的影响。综上,成土速率对KEH的影响是不容忽视的,考虑喀斯特生态系统强烈的地质背景制约特性,将成土速率纳入喀斯特地区生态系统健康诊断与风险识别指标体系中,使其能更准确、更全面地反映喀斯特生态系统健康状况,从而更好地服务于喀斯特区生态系统健康评估与宏观管理。
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