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西南喀斯特地区不同石漠化程度土壤性状及生态效应研究

周炼川  
【摘要】:我国西南喀斯特地区的石漠化问题已经严重制约了当地经济与社会的发展。土壤系统是喀斯特地区石漠化系统的重要组成部分,土壤质量的恶化是石漠化的本质。因此,探索石漠化过程中土壤性状的变异对合理利用土壤资源、维护喀斯特生态系统稳定性具有重要意义。 本文选择了贵州省具有典型石漠化特征的普定县和荔波县为试验区,以不同石漠化程度的土壤为研究对象,定点监测了研究区不同土层深度及不同时间的铵态氮、硝态氮和有效磷等土壤养分和水分的含量,分析了这些速效养分和水分的时空变异状况及水肥相关性。同时,还研究了石漠化过程对土壤物理性质和硝态氮穿透的影响,试图为喀斯特地区土壤退化下的生态修复提供科学依据。 本文的主要研究结果如下: (1)研究了土壤基本参数的变异规律,结果表明:非石漠化土壤容重较低,粘粒、砂粒配比适当,结构系数高达94.87%,保水保肥能力较强。随着石漠化的发展,土壤容重总体呈增大趋势,孔隙度变小,粘粒含量增多,水稳性团聚体数量减少,结构系数降低。土壤有机质含量与容重、砂粒含量、5mm团聚体含量及结构系数的相关系数分别为-0.9251、0.8489、0.9028和0.8524,均达到极显著水平。 (2)在2007年7月到2009年5月期间,对供试土壤中铵态氮和硝态氮含量的时空变异进行了研究。结果表明:土壤氮素含量大小顺序依次为:非石漠化潜在石漠化中度石漠化轻度石漠化。土壤剖面中表土层氮素含量总体上高于心土层。中度石漠化土壤氮素含量时间变异规律较为杂乱,其余土壤氮素含量均表现为夏季高,冬季低的特点。除中度石漠化土壤外,其余土壤有机质与铵态氮和硝态氮含量呈线性相关,相关系数分别为0.6704和0.9154,均达到极显著水平;铵态氮和硝态氮含量也呈极显著的线性相关,相关系数为0.7601。 (3)对试验期间的供试土壤中有效磷含量的时空变异进行了研究。结果表明:土壤有效磷含量大小顺序依次为:非石漠化潜在石漠化中度石漠化轻度石漠化。土壤剖面中表土层有效磷含量高于心土层。除中度石漠化土壤外,有效磷含量的时间变化表现为夏冬季均高,一年之中呈双峰曲线变化趋势,总体上呈现出先增后减再增的规律。土壤有效磷与有机质和粘粒含量均呈极显著线性相关,相关系数分别为0.8008和-0.8852。 (4)采用室内土柱模拟的方法,研究了硝态氮在典型土壤中的垂直运移规律,并应用CXTFIT2.0数学模型对其进行了模拟。结果表明:随着石漠化的发展及土层深度的增加,土壤出流速度减慢,硝态氮的穿透过程推迟,而穿透曲线峰值大小正好相反。各土层中硝态氮的穿透曲线都呈不对称分布,曲线尾部均存在一定的拖尾现象。用CXTFIT2.0模型对试验结果进行了模拟,所得的穿透曲线模拟值与实测值呈极显著的正相关关系,相关系数均在0.8以上,说明CXTFIT2.0模型不但可以较好地模拟硝态氮在土壤中的运移状况,还可以推算出研究区溶质运移的参数。土壤结构系数是影响硝态氮穿透过程的主要因素。结构系数越小,硝态氮穿透土壤所需的时间就越长,穿透曲线峰值就越低。土壤容重、有机质及粘粒含量对硝态氮穿透也有一定影响。 (5)对试验期间的土壤含水量的时空变异进行了研究。结果表明:土壤表层含水量大小顺序依次为:非石漠化潜在石漠化轻度石漠化中度石漠化。中度石漠化土壤心土层含水量高于表土层,其余土壤含水量总体上随土层深度增加而减少。土壤含水量均表现为夏季高,冬季低的特点,与研究区降雨特征呈现同步性,其中非石漠化土壤表层含水量在2008年7月达到最高值为589.1g·kg。除中度石漠化土壤外,土壤含水量与铵态氮和硝态氮含量呈极显著线性正相关,与有效磷则无显著相关性。


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