降雨过程中红壤表土结构变化与侵蚀特点

【摘要】：土壤侵蚀已成为我国中亚热带红壤丘陵区土壤退化的重要形式,是该地区农业可持续发展的主要制约因素之一,研究红壤侵蚀过程和机理对于区域土壤侵蚀防治、生产发展和环境保护有重要意义。降雨侵蚀过程中,降雨和径流为这一过程提供能量,土壤是作用的对象,因此,侵蚀过程与土壤自身性质相互作用是认识降雨侵蚀机理的一个重要环节。本研究以鄂南丘陵区第四纪粘土、花岗岩和泥质页岩发育的红壤为研究对象,应用室内分析和模拟降雨方法研究了降雨过程中表土结构变化和坡面侵蚀过程,在此基础上,系统分析了表土结构变化与坡面侵蚀过程之间的内在联系,获得以下结果: 第一,应用湿筛法,LB(Le Bissonnais)法和单雨滴打击法系统研究了土壤结构的稳定性,分析它与土壤相关性质的关系。结果表明:测定方法和衡量指标不同,土壤稳定性排序不同;土壤中不同形态的铁铝硅氧化物是保持土壤结构的主要胶结因子,有机质对团聚体的稳定作用并不明显。 湿筛法对不同母质红壤团聚体稳定性测定结果是:花岗岩第四纪粘土泥质页岩。对同种母质红壤,依侵蚀程度不同,第四纪粘土红壤结构稳定性是中度强度轻度,花岗岩红壤则是轻度中度强度。土壤稳定性颗粒分布因土壤而异,花岗岩红壤中5mm和2-5mm的稳定性颗粒高达40%以上,泥质页岩红壤0.25mm稳定性颗粒达到65%以上,第四纪粘土红壤稳定性颗粒分布差异较大,0.25mm颗粒分布范围为36%～86%。总的表现是稳定性较高的土壤其稳定性大颗粒含量较多,泥质页岩和第四纪粘土红壤的稳定性是通过团聚体的水稳性体现,而花岗岩红壤则是含有较多较大粒径的砾石。 LB法研究结果表明降雨条件下土壤团聚体的破坏机制首要的是干土快速湿润导致的团聚体内部空气爆破而破坏,其次是外力作用(反复振荡)和缓慢湿润过程对土壤团聚体的破坏。不同破坏机理下团聚体的破坏强度为快速湿润机械振荡慢速湿润处理,且团聚体的稳定性随团聚体粒径减小而增大。 本研究土壤有机质含量较低(小于20.0g/kg),土壤团聚体稳定性与Fe_d,Al_d,Al_o,Si_o和clay%之间存在显著或极显著正相关关系,但与有机质,pH,CEC以及铁铝硅氧化物的活化度之间相关关系不明显。 第二、首次系统研究了土壤侵蚀与土壤表面结构的相互关系,并借用数字图像处理技术对侵蚀过程中表土孔隙的大小、形状、面积百分比等微形态特征进行了研究和探讨。侵蚀过程中,表土结构变化因土壤不同存在一定差异。泥质页岩红壤易形成结皮且结皮厚度及致密程度随降雨时间延长不断增加;轻度侵蚀的第四纪粘土红壤表土结构较易破坏并形成结皮,但发育程度较差,处于形成-破坏-形成的交替过程中,中度和强度侵蚀的第四纪粘土红壤表土结构稳定性较强,大团聚体破坏较