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不同坡度条件下紫色土坡面土壤侵蚀特征研究

王茹  
【摘要】:紫色土质地松软,结构松散,抗蚀性差,是仅次于我国北方黄土的强侵蚀性土壤,三峡库区以紫色土为主要耕作土壤,水土流失十分严重。伴随着剧烈的土壤侵蚀的发生,库区耕地表层土壤养分大量流失,造成土地生产力的下降。大量侵蚀泥沙及土壤养分流入长江流域及三峡库区,造成受纳水体的大面积富营养化,严重威胁河道安全。库区严重的水土流失亟待治理。然而,自然状态下坡面土壤侵蚀是一个极其复杂的过程,是降雨、地形、植被、土壤特性等诸多因子相互影响、相互作用的物理变化及化学反应过程。为研究库区坡耕地土壤侵蚀规律,为库区土壤侵蚀预报、退耕还林、还草和坡地改良提供理论依据,本文以紫色土为试验土壤,在重庆市万州区生态环境监测重点站内进行人工模拟降雨试验,保持雨强、土壤性质等侵蚀影响因子一致,调节坡度,比较5°、15°和25°坡面产流产沙及表层土壤养分流失特征。研究表明: (1)坡面产流特征:在一次降雨过程中,降雨前期坡面平均入渗率较大,但随着产流时间的延长,土壤水分逐渐饱和,坡面平均入渗率不断减小,最终反映为产流强度及坡面累计产流量的增加。降雨强度恒定为1.737mm/min时,坡面平均入渗率随坡度的增大而减小,坡面产流强度则增强。坡面平均入渗率、坡面产流强度和坡面累积产流量等产流特征与产流历时间的关系可用幂函数进行表达,其中坡面累积产流量与产流历时有极显著的相关关系,坡度为25°时,相关性最高。 (2)坡面产沙特征:相同降雨过程中,产流初期,各坡度条件下的侵蚀泥沙量均陡增至峰值,后随产流时间的延长逐渐减少,在产流后期泥沙流失量趋于稳定,其中以15°和25°时的曲线变化最为明显;坡度对坡面侵蚀泥沙量有重要影响,雨强一定,坡度越大,坡面侵蚀泥沙的流失量越大,坡度为5°、15°和25°时,对应的坡面泥沙流失量浮动范围分别是5.00-15.26g、23.05-95.49g、40.23-108.02g,泥沙流失峰值量出现的时间亦相应提前。侵蚀泥沙中大颗粒的砂粒含量均随产流历时的增加呈现先增加后降低的趋势,侵蚀泥沙中颗粒的粉粒含量随着产流历时的增加呈现增加的趋势,侵蚀泥沙细颗粒的粘粒含量随着产流历时的增加呈现先减小后增加的趋势,不同坡度下侵蚀泥沙机械组成的波动性有显著差异,但随坡度的变化,泥沙机械组成无明显变化规律。 (3)泥沙养分流失特征:降雨过程中,随着产流时间的延长,侵蚀泥沙全量养分、有效养分及有机质含量均表现出先增大至峰值后逐渐减小,最终趋于平稳的变化趋势。其中侵蚀泥沙有机质和全钾的含量较全氮、全磷有明显地波动变化。相同降雨过程中,坡度对泥沙全量养分、有效养分及有机质含量无明显影响趋势,泥沙全氮含量和全磷含量表现为15°25°5°,泥沙有机质含量表现为5°25°15°,而泥沙全钾含量最大值发生在15°的坡面,25°和5°下的泥沙全钾含量曲线在一次降雨过程中发生胶着。泥沙各养分含量到达峰值的产流时间随坡度的增加均有所提前,峰值前后泥沙养分与产流历时的应变关系符合幂函数变化。 任一坡度条件下,侵蚀泥沙量与侵蚀泥沙中各养分的含量都存在不同程度的正相关关系,尤其在坡面坡度为15°和25°时表现较为明显。而侵蚀泥沙机械组成与泥沙中各养分含量之间的相关性则无明显规律:坡度为5°时,侵蚀泥沙各养分含量与泥沙砂粒、粉粒、粘粒含量均没有显著相关关系;坡度为15°时,仅侵蚀泥沙全氮、有效磷含量与泥沙砂粒、粉粒、粘粒含量有显著相关关系;坡度为25°时,除有机质、全氮、速效钾外,其他泥沙养分都与泥沙砂粒、粉粒、粘粒含量有显著相关关系。 (4)径流养分流失特征:3个坡度下(5°,25°,15°)的径流总氮、总磷在产流过程中均表现出较明显的变化规律,即产流初期,径流总氮、总磷浓度陡增至峰值,随着产流的进行逐渐减小,产流后期保持平稳的变化趋势。径流总氮、总磷浓度与产流历时间间有幂函数变化的应变关系。随着坡度的增大,径流总氮浓度及径流总氮流失量整体有增加的趋势,产流过程中径流总氮峰值浓度随坡度的增大也有所增大,峰值浓度出现的时间也相应提前。但坡度起伏间径流总磷区别于径流总氮明显的变化特征,3个坡度下的径流总磷变化曲线部分重合,径流总磷浓度大体上为15°25°5°,径流总磷流失量表现为25°15°5°。 坡度为5°、15°和25°时,径流强度与径流总氮浓度和径流总磷浓度都没有明显的相关性,而与径流总氮流失量和总磷流失量相关性明显。


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