衡山县位于湖南省中部偏东,湘江中游,因南岳衡山得名。地处东经112o27'-112o57',北纬26o58'-27o28',之间,北界湘潭、湘乡,西南与衡阳县接壤,西北与双峰县毗邻,东隔湘江与衡东相望,南与衡南相接,中部的北、东、南三面环绕南岳区。南北纵长54.5公里,东西横跨48公里,总面积934平方公里,占湖南省总面积的0.46%。
衡山地形内高外低,将祝融峰围在中间,地势向西北、东南逐渐降低,形成两个倾斜面。以山、丘、岗为主,兼有河溪、平原,其地貌组合具有带状阶梯式分布特点,全衡山县山地约占11.4%,丘陵约 占42.3%,岗地约占24.8%,平原约占21.5%。
衡山县境内有湘江干流64.85公里。有湘江支流38条,总长达444.8公里。其中一级支流10条177.5公里;二级支流17条186.2公里;三级支流8条78.9公里;溪流3条26.1公里。
南岳衡山自然保护区总体水质较好,水体总硬度属极软水,含盐量小,pH值适中,各种有害毒物含量甚微。
南岳衡山自然保护区山体大多为燕山期花岗岩体,属酸性岩基侵入体中粗粒结构,含黑云母较多,裂隙发育不丰富,岩石透水性弱,含水性较差,且表层覆盖土较薄,一般认为地下水比较贫乏。
南岳衡山国家级自然保护区森林土壤由于植被覆盖度高,以及花岗岩含有大量的正长石和云母矿物,因此,土壤中全氮、全钾含量高,磷缺乏。
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