中国北方荒漠化形成发展的地质环境研究

摘要

我国北方地区不仅荒漠化土地面积大、发展变化大，与之有关的各种地质灾害频繁发生。今年4月底前北方地区已经发生了9次强沙尘暴，首都北京在4月16日一夜之间降尘量达30万吨!据估计，我国荒漠化危害的直接经济损失约642亿元/年。2004年北方地区风蚀荒漠化占全国风蚀荒漠化土地总面积183.94万km<'2>的97％以上，形势非常严峻。由于历史上的原因，荒漠化的地质环境背景研究重视不够，片面强调人为因素，造成许多地方治理成本高而收效甚微。开展土地荒漠化的地质环境研究，对于丰富我国荒漠化调查研究的理论、提出科学合理的荒漠化防治对策措施等均具有重要意义。 基于对北方地区地质环境和各种地质营力对荒漠化形成发展的控制特征的研究，参照当前主要的荒漠化分类体系，首次提出了荒漠化土地类型的地质成因分类，包括风力作用下的荒漠化土地(风蚀荒漠化)、流水作用下的荒漠化土地(水蚀荒漠化)和物理化学作用下的荒漠化土地(土地盐渍化)。据风蚀荒漠化的形成特点将其划分为沙漠化(风力堆积型)和戈壁化(风力侵蚀型)等两个基本类型。风力堆积型沙漠化根据风沙的移动特征可分为就地起沙型和风沙侵入型和侵蚀残积型。根据水蚀荒漠化地区岩性特征，将其分为石灰岩地区以内的石漠化和以外的岩漠化以及黄土区的土漠化。根据化学成分的不同，将土地盐渍化划分为盐渍化、碱化等两种类型；根据成因还可分为灌溉型(次生盐渍化)、非灌溉型和残余积盐型等。荒漠化土地所处的地质构造和地貌部位，也是荒漠化土地分类的重要依据，例如冲积平原型、高原洼地型、平原洼地型、河流滩地型、山地残坡积型、高原残坡积型、梁峁型、塬面型、河流谷地型等。荒漠化土地的地质成因分类丰富了土地荒漠化的理论研究，为从地质学角度探讨土地荒漠化的形成和发展提供了理论基础。 根据地质构造、地貌、气候、水文和水文地质条件特征，将北方地区划分为7个一级荒漠化地质环境区和23个二级荒漠化地质环境区。7个一级荒漠化地质环境区是：①内陆干旱盆地荒漠化地质环境区、②中西部高原荒漠化地质环境区、③中东部高原荒漠化环境地质区、④黄土高原荒漠化地质环境区，⑤东部平原荒漠化地质环境区，⑥青藏高原(东北部)荒漠化地质环境区和⑦山地荒漠化地质环境区等。荒漠化地质环境分区是环境地质调查与研究和荒漠化土地治理分区的基础。 全新世以来的气候环境变化是北方地区土地荒漠化形成发展的主要因素。西部内陆盆地以干旱气候为主要特征，中部高原是受季风系统中夏季风和冬季风的消长变化影响最为显著的地区，东部地区则以暖湿气候为主，受夏季风控制。气候格局的形成造就了荒漠化土地的分布，气候的波动则是沙漠化发展或逆转的控制因素。末次问冰期以来一直持续的大约以1500a为周期的气候振荡对中国北方地区的沙漠化有重要的影响或控制作用。北方地区约在10000aBP、8000aBP、5500aBP、4000aBP、3000aBP、1500aBP的沙漠化过程分别与北大西洋第7、5、4、3、2和1次的浮冰事件相应，沙漠化扩大过程与全球气候变化的主要事件相一致。同时，北方不同地区10世纪或百年以来的人类活动，对荒漠化的影响起到了重要的决定性作用。新生代的构造隆升对全球气候变化有重大的影响。在我国，青藏高原隆升是造成北方地区气候环境变化的根本。青藏高原使西风环流发生变化，一方面使水汽多以固态形式降在高原及山体西侧，到达北方高原及东部平原地区的降水明显减少；另一方面使西风急流发生分支绕流，造成高原北侧的西风环流终年呈反气旋性质，加强西北的干旱气候。青藏高原隆升加强了西伯利亚一蒙古高压，造成北方冬季风强盛，导致西北地区冬半年气候异常干燥、大风频繁。 水环境是控制荒漠化形成发展的决定性因素。内陆干旱盆地荒漠化的发展，一是取决于周围山地降雨和融雪所形成的地表和地下水径流的多少；在较短时间尺度上，人类活动导致水资源的重新分配是造成内陆河中上游人工绿洲区荒漠化程度减轻、下游天然绿洲区荒漠化迅速加剧的主要因素。河流的改道是促使冲积平原生态环境变迁、荒漠化发展的重要原因。内陆干旱盆地的植物生长所需的水分主要依靠地下水供给，地下水对荒漠化发生发展起到决定性作用。当潜水埋深>6.0m时，植被开始衰败，沙漠化程度增加。中部高原处于季风边缘的半干旱地带，生态环境相当脆弱，土地荒漠化程度与降雨量存在明显的关系，地下水对荒漠化的影响减弱。在人类活动强烈影响下，植被破坏严重，冬春季节短暂的干旱就会造成土壤的极其干燥，为沙漠化扩大造成有利因素。黄土高原的水蚀荒漠化主要与气候和地表水环境有关，夏季的集中降雨和黄土区水的入渗速度低形成较强的地表径流是水蚀荒漠化主要土壤侵蚀形式。地下水的埋藏深度是决定土地盐渍化的重要因素，在内陆干旱区则更加明显。当地下水埋深小于2m时，地表蒸发强烈，土壤积盐迅速。一般当潜水埋深>3.5m时就不会产生盐渍化。目前，严重缺水地区利用较高矿化度的地下水灌溉也是造成北方地区土地盐渍化迅速发展的原因之一。 不同类型沉积物是决定荒漠化类型的主要因素。残积物、坡积物和洪积物分布区的低洼地带常形成沙漠化，地势较高的剥蚀地区形成砾漠化。现代和古河流阶地上的沙质堆积物是冲积物分布区沙漠化的物质基础。北方(古)湖盆地区是沙漠、沙漠化土地及沙尘暴的主要分布区或发源地，也是盐渍化土地的集中分布区。现代或古湖泊的化学沉积物也是构成盐尘暴的重要来源。第四纪风沙堆积的广泛发育是土地沙漠化的根源之一。以流动沙丘为主的塔克拉玛干、腾格里、巴丹吉林、库布齐等沙漠的边缘地带是沙漠化发生的主要地区；以固定沙丘或半固定沙丘为主的地区，如古尔班通古特沙漠，科尔沁、浑善达克、呼伦贝尔等沙地土地沙漠化以沙丘的活化或固定、沙地或沙漠边缘的扩张或缩小为特征。黄土堆积的则是水蚀荒漠化最主要的物质基础。此外，中新生代砂岩分布区不仅是土地沙漠化和水土流失最为严重的地区，如陕西和内蒙古交界处的砂岩分布区，也是黄河泥沙的主要来源。总之，本研究以资料综合为主，结合重点地区剖面、沙漠化变化的深入剖析，系统研究了中国北方土地荒漠化形成的地质成因类型与特征、气候变化及其周期性、第四纪地表沉积物、不同环境地质分区水文和水文地质系统等地质环境要素对荒漠化的控制作用，提出了内陆干旱盆地、中部高原和东部平原三种不同类型的土地荒漠化地质成因模式。在此基础上，提出了我国荒漠化防治的五项原则和若干对策建议。五项原则即地质环境背景决定荒漠化治理方案、生态环境自然恢复优先、资源有限高效利用和社会经济可持续发展，以及系统工程原则，这是使我国向经济节约型、知本型、环境和谐型社会发展的重要途径。

目录

文摘

英文文摘

声明

1、绪言

1.1开展北方荒漠化地质环境研究的意义

1.1.1土地荒漠化是当前全球最主要的生态环境问题

1.1.2我国是世界上受土地荒漠化严重威胁的国家之一

1.1.3北方地区是我国最主要的土地荒漠化分布区域

1.2国内外研究现状及存在问题

1.2.1土地荒漠化的主要调查研究方法

1.2.2最近的研究进展与发展方向

1.2.3存在问题

1.3主要研究内容与技术路线

1.3.1主要研究内容

1.3.2技术路线

1.4论文的创新点

2、北方地区荒漠化地质成因分类

2.1提出地质成因分类的依据

2.1.1现代土地荒漠化是地质历史时期地质环境演化的继续

2.1.2荒漠化形成发展过程中主要地质营力

2.2荒漠化地质成因类型

2.2.1荒漠化成因类型分类概述

2.2.2荒漠化地质成因分类的原则

2.2.3荒漠化地质成因分类

2.3主要荒漠化地质成因类型特征概述

2.3.1风蚀荒漠化

2.3.2水蚀荒漠化

2.3.3土地盐渍化

2.4荒漠化地质成因分类的地学意义

2.4.1关于土地荒漠化的一些认识

2.4.2荒漠化地质成因分类的地学意义

3、北方荒漠化地质环境分区、现状和发展趋势概述

3.1北方荒漠化地质环境分区

3.1.1影响荒漠化地质环境分区主要因素

3.1.2荒漠化地质环境分区

3.2主要地质环境分区荒漠化现状与发展趋势

3.2.1北方荒漠化现状概述

3.2.2主要地质环境分区荒漠化现状概述

3.3北方荒漠化地质环境分区的意义

4、北方第四纪晚期气候变化与土地沙漠化

4.1概述

4.1.1北方地区风成沙是沙漠与气候环境演化的重要记录

4.1.2气候环境变化的代用指标选择

4.1.3主要剖面特征

4.2北方地区晚更新世以来气候环境变化特征

4.2.1西部内陆干旱盆地地区

4.2.2中部高原地区

4.2.3东部地区

4.2.4近150年来全球变化与近现代北方气候

4.3气候变化特征对土地荒漠化的控制作用

4.3.1西部地区

4.3.2中部地区

4.3.3北方东部地区

5、气候变化的周期性与土地沙漠化

4.1全球气候变化的周期性研究现状

4.2北方主要沙漠化过程与千年尺度气候变化的周期性

4.3气候变化的小尺度周期性与土地沙漠化防治

6、构造地貌对中国北方荒漠化的控制

6.1北方地区晚新生代以来构造运动与地貌格局

6.1.1中国北方构造-地貌单元划分

6.2构造地貌变化对气候环境的影响

6.2.1新生代构造抬升对全球气候变化的影响

6.2.2青藏高原隆升对北方地区气候环境的影响

6.3北方地区现代地貌对荒漠化的控制作用

6.3.1风蚀荒漠化(沙漠化)

6.3.2水蚀荒漠化与土地盐渍化

6.4基于构造地貌的典型区沙漠化土地地质成因分类研究

6.4.1沙地内部就地起沙型沙漠化

6.4.2河流谷地就地起沙型沙漠化

6.4.3风化残积就地起沙型沙漠化

6.4.4风沙侵入型土地沙漠化

6.4.5不同地质成因类型土地沙漠化沙物质C-M图特征

7、地表沉积物对土地荒漠化的控制

7.1北方地区沉积物成因类型

7.1.1沉积物分类

7.1.2沉积物成因类型的区域分布规律

7.2沉积物成因类型对荒漠化的控制作用

7.2.1残积物、坡积物和洪积物

7.2.2冲积物和湖积物

7.2.3风沙堆积和黄土堆积

7.2.4其它类型沉积物

8、北方地区水环境对荒漠化的控制作用

8.1西部内陆盆地

8.1.1水环境系统划分与特征

8.1.2主要内陆盆地水环境系统特征

8.1.3主要内陆盆地水环境系统对土地荒漠化的控制作用

8.2中部高原地区

8.2.1水环境系统划分

8.2.2主要高原水环境系统特征

8.2.3主要高原水环境系统对土地荒漠化的控制作用

8.3东部冲积平原

8.3.1西辽河平原

8.3.2松嫩平原

8.3.3华北平原北部

9、湖泊变化对土地荒漠化的影响

9.1新疆的湖泊变化与土地荒漠化

9.1.1博斯腾湖

9.1.2艾比湖

9.1.3艾丁湖

9.1.4玛纳斯湖

9.2其他地区主要湖泊变化与土地荒漠化

9.2.1青海湖

9.2.2呼伦湖

9.2.3乌梁素海

9.2.4岱海

10、北方荒漠化地质成因模式

10.1内陆干旱盆地型土地荒漠化地质成因模式

10.1.1土地荒漠化的主要控制因素

10.1.2荒漠化土地分布规律

10.1.3内陆干旱盆地型土地荒漠化成因模式

10.2中部高原型土地荒漠化地质成因模式

10.2.1、中部高原型土地荒漠化主要控制因素

10.2.2荒漠化土地分布规律

10.2.3中部高原型土地荒漠化成因模式

10.3东部平原区土地荒漠化地质成因模式

10.3.1东部平原型土地荒漠化主要控制因素

10.3.2土地荒漠化区域分布规律

10.3.3土地荒漠化成因模式

11、荒漠化防治对策建议

11.1荒漠化防治历史回顾

11.1.1国际上荒漠化防治的主要对策措施

11.1.2我国荒漠化防治成就

11.1.3荒漠化防治的主要教训

11.2土地荒漠化防治原则

11.2.1地质环境决定治理方案原则

11.2.2生态自然恢复优先原则

11.2.3资源有限与高效利用原则

11.2.4社会经济可持续发展原则

11.2.5系统工程的原则

11.3 21世纪50年代前的地质条件变化预测

11.3.1气候变化预测

11.3.2地质条件变化预测

11.4荒漠化防治对策建议

11.4.1内陆干旱盆地山前绿洲带

11.4.2中东部地区

11.4.3黄土高原地区

11.4.4青藏高原东北部

12、结语

12.1主要结论

12.2应当深入研究的问题

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参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢