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秦岭南坡斜峪河流域土壤剖面水分空间分布特征

张会丹  
【摘要】:斜峪河位于国家南水北调中线工程丹江口水库水源保护区内,早年间流域内中下游地区毁林开荒、乱砍滥伐现象严重,荒坡面积较大,水土流失较为严重,自2010年实施流域综合治理项目以来林草覆盖率大大提升,森林植被涵养水源的能力得到显著改善。本研究将斜峪河流域分为上、中、下游三个区段,在每个区段内选择一个典型坡面等间距地进行土壤样品采集,采集深度为80cm,随后通过室内样品分析获取该流域不同区段0-80cm土壤剖面水分数据及土壤容重、孔隙度、粒度组成、有机质含量、pH值等理化特性数据,并借助SPSS、GS+、 CANOCO4.5、SAS等统计分析软件系统地探索斜峪河流域不同区段土壤剖面水分的空间分布特征、土壤剖面水分的空间变异特征及土壤理化性质中影响土壤水分空间分布的主要因子等问题,旨在为该流域乃至整个秦岭山区的水源涵养、生态环境保护及农业生产活动提供科学指导。对流域不同区段土壤水分含量的总体统计特征显示,土壤剖面水分含量在7.81%-38.44%之间;土壤水分均值排序为上游(21.16%)下游(18.12%)中游(17.46%);从剖面分布来看,上中下游0-80cm各层平均土壤水分变化在13.91%-22.29%之间;无论在哪—个土壤层次,上游土壤水分含量均大于中下游。。对不同地类下平均土壤水分的统计特征显示除坡耕地外,上中下游不同地类下平均土壤水分含量排序均为乔木林灌木林草地,说明林地涵养水源的能力大于荒草地。不同地类土壤剖面水分特征显示,坡耕地及草地的土壤水分低湿层与生长作物的根系分布相关,而乔木林地、灌木林地地表覆盖度较低,故表层土壤水分含量较低。半变异函数分析结果显示,上中下游0-80cm土层平均土壤水分半变异函数最优模型分别为高斯模型、高斯模型、指数模型,各区段剖面土壤平均水分均表现出强烈的空间自相关性,空间自相关距离分别为24.7m、25.0m、15.5m。0-80cm土层土壤剖面水分半变异函数分析显示,各层土壤水分均呈现出强烈的空间自相关性。对土壤理化性质特征的统计显示,土壤剖面容重均值分布在1.13-1.34g/cm3之间;坡耕地对土壤容重的改良作用最小,乔木林地最大;土壤容重在剖面分布上表现为随深度的增加而增大的趋势。土壤剖面总孔隙度均值分布在49.43%~55.85%之间;灌木林地对土壤孔隙度的改良作用最大,坡耕地最小;剖面变化特征显示,土壤孔隙度随土层深度的增加而减小。粒度组成显示各地类均以粉砂为主。剖面土壤有机质含量分布在12.22%~88.02%之间;不同区段四种地类剖面土壤有机质含量最低的均为坡耕地,其次为草地;坡耕地、乔木林地、草地剖面土壤有机质含量均在上游地区含量最高、灌木林地剖面土壤有机质含量则在下游地区含量最高,剖面土壤pH值在5.75~6.77之间;各区段剖面土壤pH值由大到小排序均为灌木林地坡耕地乔木林地草地。线性趋势显示,土壤水分随容重增加而减小,随孔隙度的增加大致呈增大趋势,与粘粒、粉砂及有机质含量呈正相关关系,与砂粒含量、pH值呈负相关关系。土壤理化性质与土壤水分的CCA排序分析得出,所分析的土壤理化性质中对土壤水分含量影响最大的在上游地区依次为粉粒、粘粒、有机质含量,中游地区依次为有机质、粒度状况,下游地区为容重、孔隙度、有机质含量,因此,土壤有机质含量、粒度状况可作为理化性质中研究土壤剖面水分的重要参考因子。利用SAS多元回归分析对流域上中下游土壤水分含量进行模拟,通过样点实测数据验证模型精度发现,上游地区预测模型精度在89%以上,中游地区在84%以上,下游地区在86%以上,预测模型精度均较高。


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