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喀斯特生态治理区的土壤侵蚀特征空间规律研究

贺祥  
【摘要】: 中国是世界上土壤侵蚀严重国家之一,贵州是我国喀斯特地貌最为典型、集中连片区。由于特殊的地质背景,其土壤侵蚀特征与中国其它区域也存在一定的差异,因此加强对喀斯特山区土壤侵蚀特征的研究具有十分重要的意义。本文从乌江流域的上、中、下游,贵州高原区、峡谷区地貌空间角度,在全省选择了五条典型喀斯特小流域为研究对象,分析研究喀斯特山区土壤侵蚀因子特征的空间差异,分析喀斯特生态治理区石漠化过程土壤质量特征的空间变化。 论文以不同空间的不同等级石漠化样地为基本单元,基于土壤理化特性、生境要素,相关分析、线性回归分析、空间对比分析等方法,利用SPSS等统计软件就土壤侵蚀因子进行系统性、相关性和层次性研究,对土壤侵蚀影响因子进行空间对比分析,系统分析研究喀斯特山区土壤侵蚀特征的空间变化规律,分析石漠化过程土壤质量特征的空间变化规律。研究表明: (1)研究区土壤侵蚀特征存在显著差异:高原区、乌江流域中游土壤侵蚀程度较弱,乌江流域上游、乌江流域下游、峡谷区的土壤侵蚀程度较严重。虽然峡谷区土壤侵蚀模数值不大,但其土层远比高原区薄,土壤抗侵蚀年限低,因此其土壤侵蚀程度较为严重。乌江流域中游是植被覆盖度高,植被保土作用强,土壤侵蚀程度最弱。 (2)峡谷区在坡度25°以后,土壤粘粒含量、饱和渗透率等呈上升趋势,而土壤侵蚀量变化不大或下降趋势,认为峡谷区的土壤侵蚀临界坡度约为25°。高原区地形平坦,陡坡地仅分布在少数的峰林山坡;缓坡与陡坡之间过渡带的土壤年侵蚀深度值0.38(mm/a),是土壤侵蚀量最严重的区域。在25°以后陡坡地,年侵蚀深度值约0.16(mm/a),土壤侵蚀较弱,因此在耕地与陡坡地之间是土壤侵蚀最严重的区域,认为其土壤侵蚀临界坡度也为25°。 (3)对峡谷区坡度、植被覆盖度与土壤侵蚀量研究,发现它们之间有显著的相关性。通过线性回归分析,建立模型方程:0~15°Ms=48.359e-0.402C′,r=0.557,s=0.194;通过模型方程发现,当坡度一定时,随植被覆盖度的增加,土壤侵蚀模数呈下降趋势。高原区陡坡地少,且多是灌草丛地,其减少土壤侵蚀有显著作用;缓坡多是耕作区,植被多是农作物,其植被覆盖度低,保土作用较差。 (4)峡谷区0.05mm砂粒含量比重较小,0.001mm粘粒含量比重较高,约为35%;说明其土壤出现粘质化比较严重。高原区0.05mm砂粒含量大,粘粒含量20%左右。说明其土壤侵蚀程度较低,土壤粘化不严重。土壤总孔隙度均较大,但非毛管孔隙度较小,不利于水分的下渗;表层土壤饱和渗透率约为底层的2倍。表层土浅薄,下层土壤渗透率对地表径流影响非常显著,造成地表径流形成时间早、持续时间长,增加了土壤侵蚀发生的频率。峡谷区土壤水稳性结构体破坏率平均达30%,而高原区水稳性团粒结构破坏率约15%,土壤团聚体结构表明高原区土壤抗蚀性更强。 (5)乌江流域上游坡度与单位面积土壤侵蚀量在a=0.05水平上显著正相关,其相关性系数r=0.799,说明坡度越大,单位面积土壤侵蚀量越大;对不同土地利用类型不同坡度的土壤侵蚀深度,作线性趋势分析可知,土壤侵蚀坡度临界值约为25°。上游、中游、下游的0.05mm砂粒含量分别是20.45%,32.56%,24.69%;0.001mm粘粒含量分别是24.9%,25.11%,22.37%。它们砂粒与粘粒含量相差不显著,中游的机械组成显示其土壤侵蚀程度更弱。对土壤孔隙度研究表明:乌江流域的土壤总孔隙度相差不大,均为50%左右,但上游、下游非毛管孔隙度较小,不利于降雨下渗;中游的土壤孔隙度组合更有利于地表水的下渗,减少地表径流,降低土壤侵蚀。研究表明:上游饱和渗透率最大,但土壤表层和下层渗透率差异也最显著;上、下层土壤饱和渗透有比值分别为上游2.73、中游1.66、下游3.17;上游、下游土壤饱和渗透最不利于地表水的渗透。土壤水稳性团粒结构破坏率分别是上游20.13%,中游16.62%,下游19.50%,说明上、下游土壤团聚能力最弱,土壤抗蚀性较弱。综合可知,贵州喀斯特山区土壤侵蚀临界坡度约为25°。 (6)乌江流域上游植被覆盖度较低,通过径流小区对不同坡度的土壤侵蚀量与植被覆盖度并作相关性分析,得到坡度与土壤侵蚀量、植被覆盖度在a=0.05水平显著意义上的相关,相关系数r=0.779、0.853;乌江流域中游:水保林草地的植被保土作用系数C值为0.67,坡耕地的C值为0.25,平均值C=0.4137。乌江流域下游,对土壤侵蚀年深与植被覆盖度作线性分析得到:0~15°Ms=0.602-0.010/C′; r=0.784, s=0.011;15~25°Ms=0.755-0.002/C′, r=0.992, s=0.00; 25°Ms=0.495-0.006/C,r=0.867,s=0.086;表明植被覆盖度越高土壤侵蚀年深越小。 (7)石漠化过程中土壤质量特征变化规律:0.05mm砂粒含量是原生样地强度轻度中度潜在石漠化;0.001mm粘粒含量是潜在轻度中度强度石漠化原生样地;0.05mm砂粒含量越少,表明土壤受侵蚀严重,砂粒被冲刷侵蚀带走较多;0.001mm粘粒含量越多,表明土壤在侵蚀退化过程中粘化严重。土壤总孔隙度变化是原生样地潜在强度轻度中度石漠化;非毛管孔隙度变化是原生样地强度潜在轻度中度石漠化。0.25mm水稳性团粒结构破坏率的大小顺序是原生林地潜在轻度强度中度石漠化。土壤团聚度越差、结构破坏率越大,土壤颗粒越易发生结构破坏解体,从而导致土壤的抗蚀性差。土壤的营养元素变化总的趋势是原生样地强度轻度潜在中度石漠化;各等级石漠化土壤营养元素远低于原生样地,说明石漠化产生的过程,也是土壤退化的过程。


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