紫色土丘陵区土壤及养分流失机制与预测模型研究

【摘要】：土壤及养分流失机制与预测模型研究是当前土壤侵蚀和非点源污染研究领域的核心内容,也是多学科目前共同关注的焦点。紫色土是主要分布于我国且集中分布于长江中上游地区的一种侵蚀型的高生产力岩性土,该区域是我国重要的粮食基地,但强烈的水土及养分流失不仅导致该地区土地生产力退化,而且给下游水体带来了日趋严重的泥沙和化学污染等环境问题,同时为长江防洪安全及水利设施安全埋下了隐患。 本研究结合中欧合作项目,以川中紫色土丘陵区三个具有不同集水面积、物理特征和土地利用方式的典型小流域为研究对象,通过对流域三年间野外降雨、径流、土壤及养分流失等过程连续的全方位的观测,结合流域土地利用的变化,从流域尺度揭示了紫色土丘陵区径流产生机制,阐明了土壤及养分流失对不同雨型、空间尺度、土地利用和流域种植模式变化等的响应特征,分析了其主要影响因子,并提出了相应的预测模型,旨在为紫色土丘陵区小流域水土及养分流失治理和非点源污染的管理、评价与调控提供科学依据。 通过研究,取得的主要结论及创新点如下: 1. 紫色土丘陵区小流域降雨产流机制为典型的蓄满产流机制,径流成分包括地表径流、壤中流和地下径流。次降雨径流过程表现为与高强度降雨过程相对应的大流量短历时的单峰形地表径流与滞后于地表径流低流量长历时的壤中流和地下径流过程的复合形式,壤中流和地下径流的各单峰以24 小时为周期出现。 2. 通过对0~2.5 cm,0~5 cm,0~10 cm土层土壤养分含量的测定与对比,论证了监测紫色土丘陵区小流域地表径流过程土壤养分流失时的土样采集深度。监测林地利用为主小流域地表径流过程土壤养分流失时的土样采集深度以小于2.5 cm为佳;对于其他土地利用类型的流域而言,除土壤磷素流失监测时要求与林地的相似外,其他种类养分的监测可选用0~5 cm的采样深度。 3. 紫色土丘陵区小流域次降雨径流过程含沙量变化表现为锯齿状平缓下降形、对数递减形和峰状起伏形三种形式;间歇型降雨侵蚀过程中径流含沙量最高(9.58±10.90