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《西南大学》 2011年
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紫色土区控制面源污染植物篱模式及带间距研究

马云  
【摘要】:紫色土区地质比较破碎,生态脆弱,农业耕作多以坡耕地种植为主,水土流失较为严重,特别是三峡水库建成后,日趋严重的面源污染已成为亟待解决的问题。植物篱措施在控制面源污染、提高农地生态系统养分利用率等已成为坡地土壤资源保护性利用的重要方式之一。通过标准小区观测法结合室内实验分析,开展了紫色土区10°、150坡耕地上,于2010年4月定植的香根草、新银合欢植物篱经过一个雨季,定植前后对坡面产流、产沙,土壤养分分布、物理性质、土壤可蚀性的影响作用,对控制坡面水土流失、农业面源污染以及推导分析植物篱临界带间距的研究,研究结果表明: (1)植物篱对坡面径流的拦截效应表现为:香根草植物篱新银合欢植物篱。香根草植物篱对10°小区坡面产流的拦截效应好于15°的。产沙量曲线变化特征基本与产流量曲线变化特征一致。各个小区在产流初期,其产沙量随着产流量的增大随之增大,随着植物篱定植时间的增加,产沙量也随着减少,变化渐均趋于稳定。 (2)小区坡度为10°时,植物篱对坡面土壤OM、TK、TP、AN、AK含量变化特征的影响作用总体上表现为:香根草植物篱新银合欢植物篱;而对坡面土壤TN、AP含量变化的影响作用总体上表现为:新银合欢植物篱香根草植物篱;小区坡度为15°时,坡底土壤变化特征与10°小区相似,坡底相对于本底值而言,均在一定程度上呈现出富集,而坡中、顶均在-定程度上减小,且减小的幅度明显大于10°小区相应坡位上的。坡度影响因子对坡面土壤养分变化特征同样有很大程度的影响作用总体上表现为:10°15°。 (3)坡面土壤粒径较小的土壤颗粒从坡顶到坡底发生迁移,坡底相对于坡顶及坡中而言,细颗粒含量相对增加。土壤粉粒在坡面上的迁移变化均从坡顶到坡底流失量依次减小的。定植植物篱对坡面土壤粘粒的拦截作用显著,粘粒在篱前富集,土壤粘粒含量升高。植物篱对于坡面粘粒的分布特征的影响作用大体上表现为:香根草植物篱新银合欢植物篱。香根草植物篱在定植初期,对于10°坡面土壤砂粒的影响作用要明显大于15°的。植物篱对控制土壤粒径0.02mm土壤细粒的流失作用效果明显,在坡底、坡中位置,篱前土壤颗粒0.02mm质量分数明显增大。香根草植物篱对控制坡面土壤颗粒0.02mm的土壤细粒的流失作用总体上表现为:10°15°。土壤含水率、容重与其相应本底值相比变化量的变化特征呈负相关性,但植物篱对坡面土壤容重和含水率的影响作用不显著。 (4)定植植物篱的小区其土壤颗粒分形维数都有了不同程度的升高,且与粘粒变化特征基本一致,植物篱对土壤颗粒分形维数影响作用总体上表现为:香根昔植物篱新银合欢,10°15°。此外,分形维数变化量与土壤砂粒、粉粒及粘粒变化量分别呈线性负相关、正相关、正相关,相关系数分别为:-0.840、0.638、0.899。从拟合方程来看,土壤颗粒与分形维数的相关性总体上表现为:粘粒砂粒粉粒。定植植物篱后,10°植物篱小区的分散系数都有了不同程度的减小,新银合欢植物、香根草对于坡面粘粒的拦截及富集作用明显,其影响作用总体上同样表现为:香根草植物篱新银合欢,10°15°。 (5)紫色土区坡面水土流失的控制的关键是对坡面土壤粘粒含量的控制。定植植物篱对于坡面土壤可蚀性K值的影响作用总体上表现为:香根草植物篱新银合欢,10°150。土壤可蚀性K值与土壤砂粒含量、微团聚体粒径0.002mm分散系数呈显著的正相关性,相关系数分别为0.980、0.836;与土壤粉粒、粘粒、有机碳含量、团聚度及土壤颗粒分形维数呈显著的负相关性,相关系数分别为:-0.925、-0.833、-0.787、-0.716、-0.807。土壤砂粒、粉粒、粘粒、有机碳、有机质含量、团聚度与土壤可蚀性K值相关性最为密切,且有机质及粘粒含量的高低是反映土壤抗侵蚀能力强弱的有效指标。 (6)为了分析确定紫色土区植物篱控制面源污染合适的带间距,该研究基于坡面水流动力学分析了紫色土区新银合欢植物篱带间距对10°、15°农耕地面源污染的控制机理。结果表明:紫色土区在天然降雨条件下,为保证植物篱带间距能有效地控制篱带间的土壤流失,坡面发生细沟侵蚀时的径流流速应不大于颗粒粒径0.02mm土粒的起动流速。通过对坡面细沟发育过程推导表明,紫色土区坡度为10°、15°的坡面布设植物篱时带间距最大分别应为13.73、9.00 m。当坡面开始产生细沟侵蚀时的径流流速与颗粒粒径0.02mm土粒的起动流速刚好处于临界状态时,10°、15°坡面产生细沟侵蚀的径流流速分别为0.183、0.190 m/s。坡面表土养分流失主要是通过土壤颗粒流失的,植物篱控制坡面土壤颗粒的流失对控制农业面源污染具有重要意义。
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