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岷江上游干旱河谷区土壤质量评价及侵蚀特征研究

伏耀龙  
【摘要】:土壤的理化性质是影响土壤肥力的内在条件和综合反映土壤质量的重要组成部分,而土地利用管理是影响土壤性质变化的主要因素。深入了解不同土地利用方式对土壤物理化学性质的影响,是合理利用土地资源,改进土地利用方式,发展可持续农业的前提,也是生态脆弱区植被恢复的关键。本研究采用野外调查采样,实地放水冲刷和室内测定分析的试验方法,以岷江上游干旱河谷区不同土地利用类型和典型小流域坡面土壤作为研究对象,研究了不同土地利用方式下土壤肥力特征和人为活动对土壤质量的影响,探讨了该区域坡面径流侵蚀产沙的机理和养分随径流流失的影响因素,对于深入了解该地区土壤质量的变化规律,进行水土流失治理以及开展农业可持续发展具有重要的指导意义。主要研究结果如下: 1.岷江上游干旱河谷区土层普遍较薄且富含砾石;土壤的潜在肥力较高,有效肥力偏低,其中有机质,全氮和全钾含量均达到高肥力水平,自然土壤中有机质和全氮含量比耕作土壤高,磷素则供应不足,耕地必须通过施肥提高磷含量以满足植物生长需求;土壤多呈中性偏碱性,且具有逐渐碱化的趋势;不同土地利用方式之间土壤理化性质(有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量等)均表现为差异显著(P<0.01)。土壤质量综合指数(IQ)表现为灌木林地(64.79%)>耕地(46.82%)>荒草地(43.65%)>裸地(40%)>园地(25.35%),土壤退化指数(ID)表现为园地(77.76%)>耕地(43.2%)>荒草地(14.85%)>灌木林地(0)>裸地(-26.07%)。利用土壤质量综合指数(IQ)与土壤退化指数(ID)2种定量化方法进行土壤质量评价结果不完全一致,表明这两种指数不能等效地评价该区不同土地利用类型下的土壤质量,相比而言,土壤质量综合指数因为考虑了选择指标的权重被认为是评价本研究区土壤质量状况的一种更合理方法。 2.岷江上游干旱河谷区土壤质地主要为粉壤土、壤土和砂质壤土3种类型,所占比例分别为74.5%,18.6%和5.3%;土壤颗粒体积分形维数在2.5011~2.7825之间,其中粉壤土壤土砂壤土;耕地较原生植被灌木林地的土壤颗粒体积分形维数大,相同土地利用方式下分形维数随海拔降低而下降;土壤颗粒体积分形维数与黏粒(<0.002mm)和粉粒(0.002~0.05mm)含量以及土壤全钾含量呈极显著正相关关系,与砂粒(>0.05mm)含量呈极显著负相关关系,而与土壤有机质,全氮,全磷,速效磷和速效钾含量的相关性不显著。土壤质地越粗分形维数越小,土壤质地越细分形维数越大,土壤粒径分布分形维数可以作为表征土壤结构的重要指标。 3.采用野外实地放水冲刷的试验方法,对岷江上游干旱河谷区龙坝沟流域不同土地利用方式(灌木林地、荒草地、耕地和裸地)下土壤抗冲性进行测试研究,分析土壤侵蚀产沙相关因素,结果表明:不同土地利用方式下放水冲刷试验径流量、径流含沙量存在较大差异,径流含沙量随着产流时间的延长,呈现规律性递减趋势。荒草地和小麦耕地的径流含沙量较小,且能在最短时间内趋于稳定,而裸地的含沙量在整个冲刷过程中最大,趋于稳定的时间滞后于其他几种土地利用方式。土壤抗冲系数均随冲刷时间延长呈波状上升变化趋势;土壤抗冲性从大到小依次为:荒草地、小麦耕地、灌木林地、玉米耕地、裸地;土壤的颗粒组成与土壤抗冲性能具有显著相关关系,土壤抗冲系数与粉粒体积分数呈显著负相关(相关系数为-0.992,P<0.01),与砂粒体积分数呈显著正相关(相关系数为0.925,P<0.01),与黏粒含量呈负相关关系,相关系数为-0.796,与土壤有机质含量关系不显著。 4.岷江上游是我国水能资源丰富的地区之一,也是四川省发展特色干旱河谷农业的重要基地,水电站工程建设、陡坡开垦过程中,严重扰动了原有的土壤结构层次,地面的植被被破坏,从而造成了严重的新增水土流失,人为加速了该地区土壤侵蚀过程。本研究以径流侵蚀产沙为突破口,采用野外实地人工放水冲刷试验方法,对该区域开发建设中人为扰动坡面侵蚀产沙规律进行了模拟研究,结果表明:坡度为5°、10°和15°条件下,流量为2L·min~(-1)、3L·min~(-1)、4L·min~(-1)和5L·min~(-1)时径流量(W)与放水流量(Q)呈线性关系,关系式为W=31.999Q-46.497,相关系数r=0.9466,产沙量(Ms)与放水流量(Q)呈对数函数关系,其关系式为Ms=1137.657Ln(Q)+524.252,相关系数r=0.9535;坡度是影响原生地面径流产沙量的最主要因素,径流量、产沙量与坡度呈线性相关,随着坡度增大,径流量和产沙量都在线性增加;产沙量与径流量关系相当密切,呈直线相关关系变化,即随着径流量的增大,产沙量也在增大,其关系式为Ms=0.028W+0.343,相关系数r=0.9589。对人为扰动地面侵蚀产沙规律进行了模拟研究,为有效防止区域水土流失提供基础的理论数据,对于该区农业开发和生态建设有着重要的科学价值与现实意义。 5.坡面径流是土壤泥沙和营养元素流失的动力和载体,冲刷过程中,径流首先选择性的携带土壤细颗粒,导致泥沙中细颗粒的增加,黏粒含量增多,与原地土壤相比,泥沙中细颗粒特别是黏粒含量显著增加,导致泥沙黏粒的富集;土壤有机质和全氮多与土壤细颗粒结合在一起,在径流冲刷过程中,泥沙黏粒的富集就会导致泥沙有机质和全氮的富集;坡度直接或者间接地影响着径流流速和侵蚀模数,从而对泥沙养分的富集产生着显著的影响;土壤中钾素分为难溶性和易溶性两种类型,在径流冲刷过程中,一部分钾溶解在径流液中,一部分被吸附保留在泥沙中,泥沙中的速效钾含量较原地土壤中的速效钾含量低,但不同坡度和放水流量条件下表现出和有机质,全氮一样的富集规律,即坡度相同,放水流量(冲刷强度)增大,泥沙速效钾的富集率有一定的减少,放水流量不变,随着坡度的增加,泥沙速效钾富集率均有减小的趋势。


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