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紫色土区水力侵蚀对土壤有机碳的影响及SOC预报模型研究

赵晓莅  
【摘要】: 紫色土是一种特殊的土类,我国紫色土的面积为16万km~2,四川盆地分布最为集中,紫色土面积占耕地总面积的68%。紫色土分布区雨量丰富,降雨集中,暴雨频繁,地表植被覆盖差,使得紫色土区的土壤侵蚀非常严重。 土壤侵蚀对土壤生产力的影响是水土保持研究热点领域。土壤侵蚀主要通过影响土壤养分如有机碳含量来影响土壤生产力。本研究以四川遂宁水土保持试验站内的解家湾小流域17年的降雨、被覆率、径流泥沙观测资料为基础,分析紫色土区土壤有机碳流失与坡度、耕作措施、植被覆盖度、降雨因素等土壤侵蚀影响因子之间的关系,以探求水力侵蚀对四川紫色土区土壤有机碳的影响,同时应用灰色环境预测模型对水力侵蚀引发的紫色土区土壤有机碳流失进行预测和评价。主要结论如下: (1)分析发现:在水力侵蚀条件下,紫色土土壤有机碳的流失随着坡度的增加而逐渐增加,并且以1.0、0.2倍的速度递增,平均每年流失3.8357 t/km~2。 (2)通过比较分析,发现在相同坡度和降雨条件下,横坡等高加档沟垄对土壤有机碳流失的贡献比斜坡耕作要小,比传统的习惯性顺坡沟垄耕作更小,而土地深翻后休闲裸露则最易引发土壤有机碳的流失。在降雨为55.2mm条件下,“顺坡沟垄”和“横坡沟垄”耕作引发土壤有机碳流失分别比“无植被休闲裸露”耕作减轻45.0576%和90.1310%;“横坡沟垄”耕作有机碳流失比“顺坡沟垄”耕作减轻82.0375%。 (3)水力侵蚀条件下植被覆盖度对紫色土区土壤有机碳流失呈负向影响,即随着植被覆盖度的逐渐增大,土壤有机碳的流失量减少、流失程度减轻。这表明植被覆盖度对土壤有机碳流失的影响具有逐渐性。 对拟合所得逻辑斯蒂模型进行灵敏度分析发现,植被覆盖度在66%左右时对紫色土土壤有机碳的影响有一个突变点,即植被覆盖度达到66%左右后土壤有机碳流失量突然下降。因此,要想从植被覆盖的角度来控制土壤有机碳的流失,则应该将地表植被覆盖度维持在66%及其以上。 (4)降雨对紫色土区土壤有机碳流失的影响主要通过降雨量参数来体现,而降雨强度参数对其影响不大。分析原因,可能是由于该地区土地利用类型主要为有一定坡度级的坡耕地,降雨通过在地表形成强大冲刷径流而产生坡面水力侵蚀,从而造成严重的土壤有机碳流失。 降雨对紫色土区土壤有机碳流失的影响存在强烈的季节性,一年之内呈现出一个以汛期为峰顶的“单峰态”变化形式。 (5)对解家湾小流域的年土壤有机碳流失数据(1985~1991)建立了GM(1,1)模型,即:SOC~((0))(t+1)=-23.8855(e~(-0.4158t)-e~(-0.4158(t-1))),(t=0,1,2,…,7)其中SOC~((0))(1)=SOC~((0))(0)。 模型后验差检验精度等级达到1级,平均模拟相对偏差小于20%,并且模型模拟预测值的精度也很好。该模型能很好地描述和表征解开展综合治理紫色土区土壤有机碳在水力侵蚀作用下的独特演变规律。


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