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缙云山林地土壤侵蚀物理力学机制研究

储小院  
【摘要】: 该论文结合国家自然科学基金“基于分形理论的三峡库区林地土壤结构特征与土壤侵蚀关系研究”,进行了重庆缙云山林地土壤侵蚀物理力学机制的研究,以期为三峡库区土壤侵蚀研究及三峡库区的植被建设和生态环境可持续发展提供科学依据。 该研究以缙云山典型林分—针阔混交林、常绿阔叶林、竹林、灌木林和农地(对照)作为研究对象,首次采用分形理论综合定量地研究了缙云山林地土壤结构特征,结果为:林地土壤颗粒表面分维(Dj)为混交林最优(2.936),竹林最差(2.908);微团粒分维(Dw)为灌木林最优(2.582),农地最差(2.718);团粒分维(Dt)为混交林最优(2.706),农地最差(2.762);孔隙分维(Dk)为灌木林最优(2.773),竹林最差(2.466)。运用非线性预测法得出林地土壤组成、理化性质指标与土壤结构分维存在非线性关系:γ=αDjβ1Dwβ2Dtβ3Dkβ4,颗粒表面分维的影响要大于微团粒分维和孔隙组分维,但小于团粒分维。 采用统计分析、典型相关分析、灰色关联度、逐步回归、主因子分析、模糊聚类等方法,对林地土壤侵蚀物理力学机制和影响因素进行了研究,结果为:典型林地渗透性为灌木林最强,农地最差,初渗率主要受表层土壤颗粒表面分维和团粒分维影响,与其呈负相关,其次是表层土壤微团粒分维和孔隙分维,稳渗率受团粒分维、颗粒表面分维影响作用大于孔隙分维,微团粒分维影响最小,与孔隙分维呈正相关,与其它三者呈负相关。土壤水分入渗过程中,入渗率主要受孔径1.5mm的孔隙影响,其次是孔径为0.4~0.9mm的孔隙,以及0.4mm的孔隙。典型林地抗分散性为灌木林地最强(抗蚀指数78.4%),农地最差(抗蚀指数42%);抗蚀指数随时间的动态变化模型为:S=at2+bt+c;灌木林土壤抗蚀性最强,竹林最差,土壤抗蚀性评价最佳指标为团粒结构破坏率。典型林地土壤抗剪强度为针阔混交林常绿阔叶林灌木林竹林农地,其主要决定于微团粒分维,其次主要受土壤容重、干密度、粘聚力和硬度的综合影响。典型林地土壤抗冲指数随时间变化特征为幂函数关系K=at-b;土壤抗冲指数与坡度的关系为:K=0.0755e0.0755x,农地土壤抗冲性受坡度影响最为强烈,竹林最小;针阔混交林土壤抗冲性最强,农地土壤抗冲性最弱;土壤抗冲能力主要受孔隙分维、团粒分维、大孔隙平均半径和稳渗率四个指标影响,其次为大孔隙断面积比、结构颗粒指数和有机质。典型林地土壤侵蚀临界切应力为针阔混交林最大(1.257N/m2),农地最小(0.824 N/m2),临界切应力主要决定于土壤的抗剪强度,是反映土壤侵蚀能力的一个重要指标。 从土壤渗透性、抗分散性、抗剪性与抗冲性四个方面筛选抗侵蚀性指标,采用层次分析法(AHP)、综合评分法对典型林地土壤抗侵蚀性能评价结果为:灌木林(1.260)针阔混交林(1.169)常绿阔叶林(1.106)竹林(1.066)农地(1.042)。灌木林地土壤抗侵蚀性能最强,农地土壤抗侵蚀性能最差。 该论文较为全面和深入地研究了缙云山林地土壤侵蚀物理力学机制,提出了土壤抗侵蚀的土壤因素评价指标体系,并得出了缙云山不同典型林地类型土壤抗侵蚀性能,填补了缙云山林地土壤侵蚀物理力学综合研究与评价的空白。


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