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贵州喀斯特区小流域尺度生态治理的水土流失机制研究

胡顺光  
【摘要】: 喀斯特地区水土流失研究是中国水土流失研究中的重点领域,深入研究喀斯特生态环境的自然和社会条件下水土流失的机制组合特征,探讨水土流失机制的时空分布规律,能为水土流失防治宏观决策的制定提供理论依据和基础信息资料。针对贵州喀斯特生态环境脆弱,水土流失严重,水土流失的破坏性巨大,在贵州喀斯特地区开展水土流失机制研究具有重要的现实意义。 选择贵州喀斯特生态治理区的清镇王家寨-羊昌洞小流域、贞丰顶坛小流域、毕节石桥小流域、遵义龙坝小流域、沿河梨子水小流域作为研究区,参照中科院南京土壤研究所土壤理化性质分析方法以及水利部水土流失因子调查方法,从2006年4月至2007年12月,对研究区内64个样方分4月、8月、12月六次野外取样和监测进行基础数据的收集,并利用SPSS、EXCEL、MAPGIS、PHOTOSHOP等分析软件对基础数据与图件资料进行分析处理。研究喀斯特地区水土流失的地质、地貌、土壤、植被、气候影响机制;水土流失机制在喀斯特地貌环境结构、喀斯特河段背景、喀斯特生态环境的空间差异;水土流失机制在不同石漠化等级、不同土地利用方式、不同治理模式的时间动态变化规律;最终实现对喀斯特地区水土流失机制的模型构建。论文力求在水土流失地貌因子的宏观分析与微观分析结合以及按小流域划分不同单元分类研究喀斯特区水土流失规律两个方面实现创新,取得的研究成果有: ①不同颗粒组成的土壤微结构提供了土壤抗冲蚀性的重要指标。各类土壤颗粒中差异最大的为0.01mm颗粒,相差达26%。黏粒(0.001mm)含量较大,都在20%以上,将直接使土壤的渗透能力下降;喀斯特地区土壤上、下层稳渗速率差异显著,上层平均稳渗速率为下层平均稳渗速率的3.13倍;土壤自然含水量的大小随植被类型而差异显著;土壤自然含水量与植被的生长状况关系较密切,土壤的田间持水量与毛管持水量显著相关说明喀斯特地区土壤水分易流失的特点;土壤上层稳渗速率随0.25mm的团聚体含量增加而增大;土壤崩解率与土地的利用方式以及植被的生长状况关系密切。 ②植被是水土流失动态变化最重要的指示因子;在其他条件基本一致的情况下,水保效应表现为林、灌、草地灌丛、草地经果林、草地天然草地紫花苜蓿地幼皇竹草地玉米地,组合型配置模式明显比单一植被的水保效果好,特别是乔、灌、草三者结合的植被配置水保效果更为理想;植被覆盖率与土壤侵蚀模数之间关系y =31.998-0.0027x~2 - 0.1413x ,其中y为土壤侵蚀模数,x为植被覆盖率,相关系数r=0.793,置信度水平47.07%;枯枝落叶层厚度、枯枝落叶层的持水量及其持水率都直接影响水土流失,最大持水率与有效持水率相关性显著,相关系数达0.875。 ③喀斯特地貌类型演变顺序为高原山地→高原盆地→高原峡谷,由高原山地经高原盆地到高原峡谷的阶段实际上是地貌溯源侵蚀由尚未波及的滞后阶段发育到了已达及并处于旺盛下切侵蚀阶段,地貌的差异造成了地表次生物质(风化产物、坡积、冲积等)、营力的强度、地形起伏大小、地貌形态特征、河系发育状况以及土壤、植被、光、热、水、气的变化,自然也使土地类型和土地利用发生变化,从而导致影响水土流失的自然与人为因素的变化。土壤、植被水土流失动态因子在不同生态环境结构中表现出空间差异性。水土流失机制综合作用大小关系为喀斯特高原山地喀斯特高原峡谷喀斯特高原盆地,喀斯特上游河段喀斯特下游河段喀斯特中游河段。野外水土流失因子调查表明,喀斯特区平均坡度大小关系为高原山地(20.917°)高原峡谷(19.167°)高原盆地(15.947°),平均坡度对水土流失的调控作用明显。 ④乌江的上、中、下游河段,水土流失量的大小存在明显的差异,上游下游中游。分别从地质、地貌、气候差异对比发现,乌江流域上、中、下游的风化壳厚度依次减小,岩性分布上游为碳酸盐岩、紫色岩、玄武岩区,中游为碳酸盐岩、页岩区,下游为碳酸盐岩区,侵蚀基准面依次降低,河床的弯曲率依次减小,沟谷密度下游区最大,人为坡改梯工程布设中游区最好,年均降雨量下游中游上游,不同河段背景水土流失因子对比分析认为,降雨因素不是喀斯特地区导致水土流失差异的主要因素,按对水土流失贡献率大小依次为:人为工程措施、风化壳厚度、岩性、侵蚀基准面、沟谷密度、河床弯曲率。 ⑤水土流失机制动态变化规律有,土壤、植被与小气候动态因子的变幅关系为强度石漠化样地中度石漠化样地轻度石漠化样地潜在石漠化样地,坡改梯水保林经果林梯坪地置荒地坡耕地,生态农业生态畜牧业。水土流失各动态影响机制中土壤因子的土壤流失量、土壤温度,植被因子的植被覆盖率、植物生物量,小气候因子的光照、气温与相对湿度动态变化明显;水土流失的季节变化显著,野外的监测数据表明,从4月份进入雨季到10月份雨季结束,此段时期的水土流失明显加强,占全年的90%以上,冬季12月份到来年春季4月份的水土流失很微弱;各喀斯特生态治理小流域植被覆盖与土壤侵蚀模数比较结果为:清镇王家寨小流域、清镇羊昌洞小流域、贞丰顶坛小流域、毕节石桥小流域、遵义龙坝小流域、沿河梨子水小流域植被覆盖率从2006年到2007年的增幅分别为25.6%、18.1%、9.8%、15.2%、4.5%、1.2%,土壤侵蚀模数降幅分别为12.6%、6.2%、20.1%、12.8%、8.7%、5.7%。 ⑥对水土流失机制进行模型分析认为,植被因子指标(Zx)、地表物质因子指标(Wx)、地形因子指标(Dmx)、降水因子指标(Px)、人为因子指标(Rx)与水土流失的关系最为密切,分别选择植被因子中的植被覆盖率、地表物质因子中的土壤厚度与裸岩率、地形因子中不同坡位的平均坡度、降水因子中年降水量、雨季6、7、8月降水量、最大30日降水量及最大一日降水量、人为因子中的坡改梯措施所占比例等参考指标,最终建立宏观估算模型为: A_x=2.29+7.18/(9/Z_x+5/W_x+7/(1/3×(S_1+S_2+S_3)/100)+3/ (log(1+1.5G_r×(1-Mr)/100))+4/(log(1+1.5G_r×M_r/100))+3/ (ln((P_y+P_6+P_7+P_8+P_(30)+10P_d)/6)))


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