Đồng tiến hóa của xu hướng phi tuyến giữa thảm thực vật, đất, và địa hình theo độ cao và hướng dốc: Một nghiên cứu điển hình ở các "đảo trời" phía nam Arizona

Journal of Geophysical Research F: Earth Surface - Tập 118 Số 2 - Trang 741-758 - 2013
Jon D. Pelletier1, G. Barron-Gafford2,3, David D. Breshears2,4, P. D. Brooks5, Jon Chorover6, M. Ďurčík5, C. J. Harman5, Travis E. Huxman2,3, Kathleen A. Lohse7,4, Rebecca A. Lybrand6, T. Meixner5, Jennifer C. McIntosh5, S. A. Papuga4, Craig Rasmussen6, Marcel G. Schaap6, Tyson L. Swetnam4, P. A. Troch5
1Department of Geosciences, University of Arizona, Tucson, Arizona, USA
2Biosphere 2 University of Arizona Tucson Arizona USA
3Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of Arizona, Tucson, Arizona, USA
4School of Natural Resources and the Environment University of Arizona Tucson Arizona USA
5Department of Hydrology and Water Resources, University of Arizona, Tucson, Arizona, USA
6Department of Soil, Water, and Environmental Sciences University of Arizona Tucson Arizona USA
7Department of Biological Sciences, Idaho State University, Pocatello, Idaho, USA

Tóm tắt

Tóm tắtPhản hồi giữa động lực học của thảm thực vật, quá trình hình thành đất và sự phát triển địa hình ảnh hưởng đến "vùng quan trọng" — bộ lọc sống của chu kỳ thủy văn, địa hóa, và chu trình đá/trầm tích của Trái đất. Đánh giá tầm quan trọng của những phản hồi này, đặc biệt rõ nét trong các hệ thống hạn chế nước, vẫn là một thách thức cơ bản xuyên ngành. Các "đảo trời" ở miền nam Arizona cung cấp một thí nghiệm tự nhiên được xác định rõ ràng liên quan đến những phản hồi này bởi vì lượng mưa trung bình hàng năm thay đổi đáng kể theo hệ số năm trên khoảng cách khoảng 10 km ở những khu vực có kiểu đá (đá granit) và lịch sử kiến tạo tương tự. Tại đây, chúng tôi tổng hợp dữ liệu phân bố không gian có độ phân giải cao về Chuyển đổi Năng lượng và Khối lượng Hiệu quả (EEMT: năng lượng có sẵn để điều khiển phong hoá đá gốc), sinh khối trên mặt đất, độ dày đất, độ dốc địa hình theo quy mô sườn đồi, và mật độ thoát nước trong hai dãy núi như vậy (Santa Catalina: SCM; Pinaleño: PM). Tồn tại sự tương quan mạnh giữa các biến thảm thực vật - đất - địa hình, biến đổi phi tuyến theo độ cao, vì vậy những phần thấp, khô, ấm của các dãy núi này được đặc trưng bởi sinh khối trên mặt đất tương đối thấp, đất mỏng, chất hữu cơ trong đất tối thiểu, dốc đứng, và mật độ thoát nước cao; ngược lại, ở độ cao cao hơn, mát mẻ, ẩm ướt hơn, có sinh khối cao hơn một cách hệ thống, đất dày hơn giàu chất hữu cơ, dốc hơn nhẹ nhàng, và mật độ thoát nước thấp hơn. Để kiểm tra xem các phản hồi eco-pedo-địa hình có điều khiển mô hình này hay không, chúng tôi đã phát triển một mô hình tiến hóa cảnh quan kết hợp quá trình hình thành đất và phát triển địa hình trên quy mô thời gian địa chất, với tốc độ phụ thuộc rõ rệt vào mật độ thảm thực vật. Mô hình tự tổ chức thành các trạng thái tương tự như đã quan sát ở SCM và PM. Kết quả của chúng tôi nhấn mạnh tầm quan trọng tiềm năng của các phản hồi eco-pedo-địa hình, trung gian bởi độ dày đất, trong các hệ thống hạn chế nước.

Từ khóa

#Động lực học thảm thực vật #hình thành đất #phát triển địa hình #vùng quan trọng #hệ thống hạn chế nước #đảo trời Arizona #vấn đề xuyên ngành #EEMT #hình thái đất #mật độ thoát nước #phản hồi eco-pedo-địa hình

Tài liệu tham khảo

Anderson R. S., 1989, Quantitative Dynamic Stratigraphy, 349

10.1029/JB092iB12p12857

10.1007/s00442-011-2165-z

Briggs J. C., 2004, Foundations of Biogeography: Classic Papers with Commentaries, 5

Brown J. H., 2004, Foundations of Biogeography: Classic Papers with Commentaries, 1145

10.2136/vzj2010.0132

10.1016/j.geoderma.2012.11.015

10.1086/626663

10.1086/626891

10.3354/cr022099

10.1130/B25260.1

Dickinson W. R.(1991) Tectonic setting of faulted Tertiary strata associated with the Catalina core complex in southern Arizona Geol. Soc. Am. Spec. Pap. 264 Boulder Colorado 106p.

10.1029/2009JF001302

10.1130/B22103.1

10.1029/2009JF001267

10.1146/annurev.earth.31.100901.141314

10.1029/RF004p0313

10.1038/41056

10.1002/esp.209

10.1130/G21868.1

10.1002/esp.1859

10.1038/ngeo1380

10.1130/G30159A.1

IAEA(2004) Isotope Hydrology Information System The ISOHIS database Available online athttp://isohis.iaea.org.

10.1029/2004JF000249

10.1029/TR039i006p01076

10.1002/esp.1954

Leopold L. B.andT.MaddockJr. (1953) The hydraulic geometry of stream channels and some physiographic implications U.S. Geological Survey Professional Paper 252 Reston Virginia 57 pp.

10.1016/j.apgeochem.2011.03.036

McIntosh R. P., 1986, The Background of Ecology: Concepts and Theory

10.3996/nafa.3.0001

10.1016/S0016-7061(98)00115-3

10.1038/336232a0

10.1002/(SICI)1096-9837(199702)22:2<107::AID-ESP680>3.0.CO;2-U

10.1130/B30128.1

10.1016/j.geomorph.2010.06.001

10.1029/2012WR012452

10.1130/L3.1

10.1029/2008WR007319

10.1029/2011JF001976

10.1029/2010JF001801

10.1029/2007JF000977

Rasmussen C., 2008, Mass balance of carbon cycling and mineral weathering across a semiarid environmental gradient, Geochim. Cosmochim. Acta, 72, A778

10.2136/sssaj2007.0051

10.2136/sssaj2003.0283

10.1007/s10533-010-9476-8

10.1016/j.epsl.2004.05.019

10.1130/B26283.1

10.1029/1998WR900090

10.1029/2003JF000034

Spencer J. E. andS. J.Reynolds(1989) Middle Tertiary tectonics of Arizona and adjacent areas in Jenney J.P. and Reynolds S.J. eds. Geologic Evolution of Arizona Ariz. Geolog. Soc. Digest 17 pp.539–573.

10.1029/2005JF000405

10.1029/98WR01474

10.1016/S0169-555X(00)00056-8

10.1130/B25928.1

Van Devender T. R., 1990, Packrat middens: the last 40,000 years of biotic change, 134

10.1016/j.catena.2009.08.003

10.2475/ajs.273.4.335

10.2307/1936291

10.1071/SR04158

10.1007/s11442-007-0399-9

10.1016/j.geomorph.2009.11.026

10.1016/j.geoderma.2008.05.029

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Geophysical Research F: Earth Surface

Tập 118 Số 2

741-758

Thông tin tác giả