论文部分内容阅读
三峡库区地貌类型复杂,是长江上游四大重点水土流失片区之一,现已成为严重危害流域生态环境和阻碍社会经济发展的一个重要因素。坡地作为三峡库区土壤侵蚀的主要地类,其土层极易完全流失或形成粗骨土,导致土地生产力下降。三峡水库建成后,库区人地矛盾更加突出,面临着以水土保持为中心的生态环境建设与社会经济持续发展的双重压力。因此,急需探寻一种符合可持续发展的水土流失综合治理措施。本研究以具有典型代表性的重庆市开县南山桥沟小流域为试点,通过野外调查取样、室内测定等方法,分析三峡库区小流域林草治理措施下,对土壤特性、土壤侵蚀、土壤有机碳及活性有机碳组分的影响,并与不同林草治理措施对降雨侵蚀动力的影响结果进行比较,探讨三峡库区典型植被治理类型构建后水土流失规律、表现特征,以及土壤肥力、土壤抗蚀性、土壤有机碳与活性有机碳组分间的综合响应关系,最终,根据结果筛选出防治水土流失效果较好的林草治理措施,为三峡库区的水土流失防治,合理构建水土保持防护体系提供科学依据。主要的研究结果如下:1.土壤侵蚀导致土壤和土壤养分的流失,而林草治理措施能够减少土壤养分流失。不同林草治理措施下0-20cm土壤中的有机质含量最高,且各种林草治理措施类型下(裸地对照除外)0-20cm表层土壤的有机质含量均与其下层土壤存在显著性差异。栾树+黄花槐、植物篱和封山育林措施下土壤剖面0-10cm、10-20cm、20-30cm三层土壤有机质的总量均比对照裸地的相应土层有明显的提高。在各种林草治理措施中,以栾树+黄花槐措施下土壤有机质含量最高。不同林草治理措施下土壤全氮的平均含量在0.264-0.634g·kg"1之间。0-30cm土层土壤全氮平均含量以栾树+黄花槐措施下最高,植物篱措施、封山育林措施次之,土壤剖面各层次全氮含量和总有机碳的变化趋势基本一致。土壤碱解氮除传统农作措施和对照裸地在各土壤剖面间无显著差异外,其余林草治理措施土壤剖面的碱解氮含量均表现出了表聚现象,且从表层向下呈现递减趋势。不同林草治理措施下土壤剖面全磷含量及分布具有一定差异,且随土层深度的增加波动较大。土壤全磷在不同林草治理措施下土壤剖面的分布状况与有机碳和全氮呈正相关。有效磷含量随土壤深度的增加呈下降趋势(对照裸地除外),植物篱措施下土壤有效磷含量在各土层均大于其他各林草治理措施。适宜的林草治理措施能够维持并提高土壤养分含量,本研究中以栾树+黄花槐措施最好。2.土壤结构稳定性直接影响土壤侵蚀的程度,土壤团聚体是维持土壤结构的重要组成。不同林草治理措施下非水稳性团聚体的百分含量基本表现为:大于5mm>5-2mm>1-0.5mm>2-1mm>0.25-1mm>0.5-1mm>小于0.1mm。各林草治理措施与传统农作和对照裸地相比,微团聚体中粒径较大(0.25-0.005mm)的土壤微团聚体含量较高,从总体上看,林草治理措施对于土壤结构的团聚作用较好,通过团聚体的进一步团聚作用,土壤团聚体含量高于传统农作和对照裸地。不同林草治理措施下水稳性团聚体测定结果表明,林草治理措施有利于>0.25mm水稳性大团聚体总量的增加,但不同林草措施效果不同;土壤平均重量直径在0.37-1.59mm间,栾树+黄花槐措施下在0-30cm各土层均表现最高,说明栾树+黄花槐措施下的土壤结构稳定性、抗侵蚀能力相对较强;土壤的分形维数的变化范围在2.404-2.85,除裸地对照,传统农作土壤团粒结构分形维数最大,显著高于其他措施,表明传统农作相对其他林草措施对土壤结构破坏率高,不利于土壤团聚体含量增加和土壤结构稳定性的提高。不同林草治理措施下土壤容重平均值在1.42g·cm-3,各土壤层次的容重均以栾树+黄花槐措施下最小,而除对照裸地外,10-30cm土层以传统农作下土壤容重最大。毛管孔隙度越大,土壤中有效水的储存容量就越大,不同林草治理措施下,各土层土壤毛管孔隙度较对照裸地有一定程度的升高;其中以自然恢复措施下最高;其次为封山育林措施;土壤非毛管孔隙度越多,土壤通透性越好,对降雨的贮存量就越大。不同林草治理措施下,土壤非毛管孔隙度基本表现为随土壤深度增加而减少,且以20-30cm土层的非毛管孔隙度下降较为剧烈。林草治理措施能够改善土壤结构,减缓土壤侵蚀速度,不同林草治理措施对土壤侵蚀的调节效果具有显著差异,在本研究中以栾树+黄花槐措施治理效果最好。3.土壤侵蚀过程中,土壤中大部分有机碳随径流、泥沙发生迁移和再分布,致使土壤有机碳含量急剧下降。不同林草治理措施下,土壤有机碳含量均表现为随着土壤深度的增加而降低的趋势。从剖面层次来看,同一土层不同林草措施下土壤有机碳均高于对照裸地,在0-10cm土层,栾树+黄花槐,植物篱、封山育林、自然恢复、经济林及传统农作措施下,土壤有机碳含量分别比对照裸地增加了249.76%、207.24%、123.09%、57.12%、46.74%和39.54%;在10-20cm土层,分别增加了199.46%、153.08%、120.93%、和13.94%。不同林草治理措施下土壤C/N值均随着土壤深度的增加呈下降的趋势,且不同土层间差异较大。整体上来看,在0-30cm的剖面上,以栾树+黄花槐措施下土壤的C/N值最高,其次是植物篱措施,而以传统农作和对照裸地下土壤平均C/N值最低。不同林草措施下土壤团聚体有机碳含量随着土层深度的增加均逐渐减少,呈现较明显的梯度变化。0-10cm土层各粒级团聚体有机碳含量,均以传统农作和对照裸地下最低:20-30cm土层各粒级团聚体有机碳含量显著低于0-20cm土层。各林草措施下大于0.25mm水稳性团聚体含量与土壤有机碳含量之间呈正相关,且达极显著水平。4.在土壤有机碳中,以活性有机碳对土壤侵蚀更为敏感。土壤活性有机碳组分含量大小顺序基本表现为:栾树+黄花槐>植物篱>封山育林>自然恢复>经济林>传统农作>对照裸地。同一林草治理措施下,颗粒有机碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳和微生物生物量有机碳含量均随土层深度的增加呈下降的趋势,其中0-10cm土壤有机碳及各活性有机碳组分含量显著高于20-30cm。活性有机碳组分与土壤可蚀性K值均呈极显著负相关关系,表明通过不同林草治理措施的治理可改变土壤性状,从而影响土壤抗蚀能力,且土壤活性有机碳组分可作为表征土壤侵蚀的一个指标。5.通过对不同林草治理措施下野外自然降雨监测结果可以看出,林草治理措施显著影响降雨侵蚀动力,并对坡耕地径流侵蚀量产生较大的影响。林草治理措施中,均以裸地对照样地产流、产沙量最大,而以栾树+黄花槐和植物篱措施的产流、产沙最小,水土保持效果最为明显。以洪峰流量模数和径流深表示的坡面径流侵蚀功率与侵蚀产沙量呈正相关关系,说明径流侵蚀功率能够较好的模拟侵蚀动力;以径流侵蚀功率/侵蚀量表示不同林草调控措施对侵蚀结果的影响,可以成为评价植被侵蚀动力调控效应的指标。6.土壤侵蚀、土壤理化性质、土壤活性有机碳之间具有较强的内在作用关系,通过相关分析、主成分分析及通径分析表明,不同林草治理措施下土壤活性有机碳组分与土壤理化指标间具有较强的相关性,通过主成分分析确定土壤有机质、碱解氮、有效磷、C/N、容重、总孔隙度、毛管孔隙度、粘粒含量、MWD和分形维数可以作为不同林草治理措施下土壤活性有机碳与土壤性质关系的简化指标,且分析表明这些指标对四种土壤活性有机碳组分以有机质、总孔隙度、碱解氮的直接和间接影响较大。