干熱河谷地區(qū)土壤物理性質對土壤侵蝕的影響

1、李強李占斌魯克新李鵬張華麗(西安理工大學水資源研究所,710048摘要:本文針對干熱河谷地區(qū)嚴重的水土流失問題,在測定分析了該地區(qū)林地、草地、耕地和荒地采集的土樣土壤物理特性的基礎上,初步研究了干熱河谷地區(qū)土壤主要物理性質對土壤侵蝕的影響。結果表明:土壤物理性質是影響土壤侵蝕和土壤抗蝕性能的內在因素;干熱河谷地區(qū)的土壤具有明顯的貧瘠化土壤特征;不同土地利用方式下的土壤物理性質差異性比較明顯,林地和草地的土壤物理性質良好,能有效地發(fā)揮保持水土的作用,緩解了土壤侵蝕的發(fā)生發(fā)展,而大面積農(nóng)耕地和荒地的土壤物理性質極差,促進了該地區(qū)土壤侵蝕的發(fā)生發(fā)展;干熱河谷地區(qū)不同土地利用類型坡地的土壤抗蝕能力大小

2、順序為林地草地耕地荒地。關鍵詞:金沙江;干熱河谷;土地物理性質;土地利用;土壤侵蝕;影響中圖分類號:S157.1 S151.9 文獻標識碼:AEffect of Soil Physical Properties on Soil Erosion in dry and hot valley Region of Jinshajiang RiverLi Qiang Li Zhanbin Lu Kexin LiPeng ZhangHuali(Institute of Water Resources, Xian University of Technology, Xian, 710048Abstract:

3、 According to the serious soil erosion in the dry and hot valley region of Jingshajiang watershed, based on the indoor experimental analysis on the soil physical properties of soil samples collected from different land use slopes such as forestland, grassland, cultivated land and bared land in the d

4、ry and hot valley region, the effects of soil physical properties under different land uses on soil erosion in dry and hot valley region of Jinshajiang River were studied in the paper. The results showed that, soil physical properties were soil internal factors which had a significant effect on soil

5、 erosion and soil anti-erodibility. The soils in the dry and hot valley region of Jinshajiang River are distinctly characterized by soil impoverishment. In addition, the soil physical properties under various land uses were greatly different. The better soil physical properties of forestland and gra

6、ssland had a effective role on soil and water conservation, which reduced the occurrence of soil erosion, but the extremely bad soil physical properties of the large area cultivated land and bared land existed in the dry and hot valley region of Jinshajiang watershed accelerated the formation and de

7、velopment of soil erosion, as a result, the main sites where soil and water loss occurred in dry and hot valley region of the Jinshajiang River were cultivated land and bared land. The magnitude of soil antierodibility of different land uses was as following: forestland grassland cultivated land bar

8、ed land. Keywords: dry and hot valley region Jinshajiang River soil physical properties land use soil erosion effect0 前言金沙江干熱河谷是我國西南地區(qū)的特殊生態(tài)系統(tǒng)類型,干熱河谷長800km,區(qū)域面積3260km2。該地區(qū)熱量豐富,光照充足,降水少而且集中,蒸發(fā)量大,旱季土壤水分虧缺嚴重,水資源缺乏,旱洪災害頻繁,海拔高差懸殊,地貌類型多樣,水土流失嚴重,從而導致了這一特殊區(qū)域的土壤結構差,生物生產(chǎn)力不高,植被恢復困難,覆蓋率低1,2。另外,近年來自然因素和社會因素的綜合影響使

9、干熱河谷地區(qū)已經(jīng)十分脆弱的生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞,加重了該地區(qū)的水土流失。水土流失已成為制約干熱河谷地區(qū)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的主要因素。作者簡介:李強,1982年7月生,男,陜西延安人,碩士研究生,主要從事土壤侵蝕與水土保持等方面的研究;長期以來,由于干熱河谷環(huán)境本身的特殊性和復雜性,我國有關干熱河谷地區(qū)土壤侵蝕的研究工作極為薄弱。而干熱河谷地區(qū)土壤侵蝕的必要科學數(shù)據(jù)的缺少對干熱河谷地區(qū)的水土保持和生態(tài)恢復工作的開展造成極為不利的影響。雖然國內部分學者對干熱河谷地區(qū)土壤侵蝕3,4、土壤質量演變5,6、土壤退化7,8作過一些研究,但在土壤侵蝕與土壤理化性質之間的關系、土壤侵蝕過程及發(fā)生規(guī)律等方面還缺

10、乏系統(tǒng)深入的認識,尤其是有關干熱河谷地區(qū)土壤物理性質對土壤侵蝕的影響方面的研究更是少見。土壤侵蝕可以導致土壤退化,集中表現(xiàn)為土壤的一系列理化性狀變差,特別是土壤物理性質的明顯惡化;同時,土壤物理性質的好壞在某種程度上又能反映土壤侵蝕的強弱。本文針對干熱河谷地區(qū)嚴重的水土流失問題,通過分析干熱河谷地區(qū)土壤物理性質對土壤侵蝕的影響,以期為干熱河谷地區(qū)的生態(tài)恢復與重建提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1研究區(qū)概況研究區(qū)位于地處金沙江干熱河谷的四川省寧南縣白鶴灘鎮(zhèn)新建村的后山坡地上。地貌類型為山地,海拔在7403919m之間。該地區(qū)屬亞熱帶西南季風氣候區(qū),氣候溫和,年平均氣溫19.3,年降雨量960.5m

11、m,干濕季分明,115月為旱季,610月為雨季,雨季降水約占全年降水的90%,旱季氣候極度干燥,蒸發(fā)量大。主要土壤類型為由紫色砂頁巖、礫巖及少量花崗巖、花崗片麻巖和石英巖風化形成的燥紅土,燥紅土土層薄,石礫含量較高,保水性差且有效養(yǎng)分缺乏。自然植被主要為南亞熱帶中山峽谷稀樹灌叢和灌草叢。降水較為集中、潛在蒸發(fā)量大、自然分布的喬灌木樹種少、水土流失嚴重、生態(tài)環(huán)境脆弱是該區(qū)生態(tài)環(huán)境建設的主要障礙因素9。1.2土壤采集及測定依據(jù)該地區(qū)不同的土地利用方式及地貌形態(tài)差異,選擇耕地、荒地、林地、草地四種典型的土地利用類型坡地為研究對象,并在每個不同土地利用類型坡地上按對角線法布設5個采樣點,利用環(huán)刀法在上

12、述不同土地利用類型坡地的采樣點上分別采集4個表土土樣,每個樣品重約1.0kg。在實驗室內測定土樣的主要土壤理化性質如土壤機械顆粒組成、容重、有機質、pH、總孔隙度、毛管含水量、微結構組成及含量等,具體測定方法和步驟詳見文獻10,11。為了減少試驗誤差,取每種土地利用類型的3個土樣測定的相同物理性質指標結果的平均值作為最終分析結果。圖樣采集地點基本情況及測定得到的部分土壤理化指標見表1。表1 供試土壤基本情況Tab.1 Basic status of soils used in experiments土地利用類型采樣點采樣個數(shù)侵蝕狀況PH有機質(g/kg全N(%全P(%CEC(cmol/kg荒地

13、坡底部20 強7.33 40.2 0.016 0.035 22.53耕地坡上部20 中7.56 31.5 0.012 0.031 20.28林地坡下部20 弱 6.98 78.3 0.025 0.043 27.46草地坡中部20 中7.13 65.2 0.035 0.039 23.622結果與分析2.1土壤顆粒組成對土壤侵蝕的影響機械組成是構成土壤結構體的基本單元,并與其成土母質及其理化性狀和侵蝕強度密切相關12。該地區(qū)的土壤主要以燥紅土為主,燥紅土的土壤顆粒主要集中于0.25mm0.05mm 和0.001mm這兩個粒級范圍內。有學者認為隨著土壤退化的加劇,0.25mm0.05mm細砂粒逐漸減

14、少,1.0 1-0.25 0.25-0.05 0.05-0.01 0.01-0.005 0.005-0.002 0.002-0.001 0.001荒地21.56 23.15 20.41 8.08 3.28 5.95 7.28 10.29耕地17.39 29.19 21.42 4.16 3.23 6.56 4.79 13.26林地12.39 18.15 15.89 7.84 6.95 10.45 16.87 22.46草地14.06 17.79 19.62 6.49 8.21 8.38 13.82 19.63由表2可以看出,干熱河谷地區(qū)不同土地利用類型的土壤機械組成具有明顯差異。隨著土壤侵蝕的加

15、劇,土壤中0.001mm的粘粒含量逐漸遞減。在耕地和荒地上,土壤侵蝕劇烈,粘粒含量較低;而林地和草地因土壤侵蝕輕微,粘粒含量均高于耕地和荒地。干熱河谷地區(qū)的土壤中草地耕地荒地。這是由于人類活動的干擾,嚴重地破壞了土壤表面的植被,使土壤侵蝕加劇,土壤中細小顆粒和有機質含量減少,土壤結構和土壤孔隙度變化的結果使非毛管孔隙度變化規(guī)律不明顯,不利于荒地和耕地大空隙的形成14, 15,所以荒地和耕地的非毛管孔隙度偏小。由此可見,干熱河谷地區(qū)土壤侵蝕引起土壤總孔隙度和毛管孔隙度的變化。毛管持水量的大小能夠直接反映土壤接納降雨量和減少地表徑流量的能力,同時對土壤侵蝕的發(fā)生發(fā)展有顯著影響。由表3可知,不同土地

16、利用類型下毛管持水量差異明顯,表現(xiàn)為林地草地耕地荒地。與荒地相比,林地、草地和耕地都分別有所增加,表明良好的植被條件與合理的土地利用能夠有效地保持水土,增加土壤蓄水量,提高土壤的抗蝕能力。表3 不同土地利用類型土壤水分物理特性Tab.3 The Soil Moisture Physical Characteristics of different land uses土地利用類型容重(g/cm3總空隙度(%毛管孔隙度(%非毛管孔隙度(%毛管持水量(%荒地 1.48 39.28 37.53 1.75 7.56耕地 1.36 41.46 40.31 1.15 8.31林地 1.21 49.12 44

17、.24 4.88 12.42草地 1.28 46.03 42.84 3.19 10.622.3土壤結構特性對土壤侵蝕的影響通常采用測定土壤團聚體的方法鑒別土壤的結構性。通過調查所取土樣團聚體的分析結果來看(表4,無論是林地、草地還是耕地、荒地,干篩各級的結果分布都較均勻、各級團聚體所占比例較為適宜,其中林地和草地土壤中10.05mm團聚體占的比例最高,土壤結構性好;耕地和荒地的較低,土壤結構性差。大多數(shù)土壤及其利用類型的水穩(wěn)性團聚體含量表現(xiàn)為,團聚體的直徑越小,含量越高,其占總團聚體的百分數(shù)也就愈大。林地和草地的各級水穩(wěn)性團聚體的含量比較平衡,而耕地和荒地的土壤中0.05mm的干燥時的總團聚體

18、數(shù)量和水穩(wěn)性總團聚體均表現(xiàn)為林地草地耕地荒地的規(guī)律性,表明土壤總團聚體含量是隨著侵蝕程度的增加而減少的。表4 土壤微團聚體組成Tab.4 The contents of soil microaggregate土壤團聚體組成(%(粒徑:mm土地利用類型1-0.25 0.25-0.05 0.05-0.01 0.01-0.005 0.005-0.002 0.002-0.001 0.05荒地14.51 13.28 4.47 4.18 6.12 24.59 31.85 25.79耕地16.52 15.72 3.52 5.09 7.98 22.54 28.63 32.24林地35.19 27.63 6.6

19、2 2.19 4.75 8.33 15.29 62.82草地27.23 26.11 8.15 6.81 2.29 11.15 18.26 53.34不同利用方式下,0.25mm或0.05mm的團聚體的穩(wěn)定度為林地草地耕地荒地(表4。雖然耕地的團聚體穩(wěn)定度小,但其總團聚體含量高,因而土壤流失量較小?；牡氐膱F聚體不僅含量低,而且穩(wěn)定度小,遇降水極易崩解破碎,形成單個土體,堵塞土壤孔隙,影響水分下滲,形成較大的坡面徑流量,致使土壤侵蝕加劇。因此,土壤團聚體穩(wěn)定度可以用來評價土壤的抗蝕性能。2.4土壤物理特性對土壤抗蝕能力的影響從表5可看出,荒地和耕地的土壤砂粘比均高于林地或草地。土壤砂粘比愈大,表明

20、土壤抗蝕能力愈弱。用0.001mm的分散系數(shù)評價土壤抗蝕性,國內外已有許多研究16,17,因為耕地林地草地。通常分散率愈大,土壤的抗蝕能力愈弱,因此其抗蝕能力則表現(xiàn)為林地草地耕地荒地?？紤]到土壤持水能力和粘粒含量與土壤水分入滲速率有關,進而影響到徑流和土壤侵蝕,為此文中引用土壤侵蝕系數(shù)來反映土壤的抗蝕性能。分析結果表明,耕地和荒地的土壤侵蝕系數(shù)大于林地或草地,其中荒地的侵蝕系數(shù)最小。這表明在土壤抗蝕能力方面林地最強,草地、耕地次之,荒地最小。表5 不同土地利用類型的土壤抗蝕性能比較Tab.5 The comparison of soil antierodibility of different

21、 land uses砂粘比土地利用類型表層低層結構體破壞率(%分散率(%團聚度(%侵蝕系數(shù)(%荒地0.2 0.13 58.98 72.95 20.32 2.47耕地0.2 0.16 41.85 69.22 35.97 2.62林地0.005 0.009 31.75 34.61 52.38 4.62草地0.013 0.006 35.26 41.47 46.95 3.083 結論通過對金沙江干熱河谷地區(qū)4種不同土地利用方式下土壤物理特性與土壤侵蝕關系的研究表明:(1干熱河谷地區(qū)不同土地利用類型的土壤機械組成具有明顯差異。隨著土壤侵蝕的加劇,土壤中0.001mm的粘粒含量逐漸遞減。在耕地和荒地上,土

22、壤侵蝕劇烈,粘粒含量較低;而林地和草地土壤侵蝕輕微,粘粒含量均高于耕地和荒地。說明隨著土壤侵蝕的加劇,土壤中草地耕地荒地。土壤的毛管持水量的變化規(guī)律較一致,其排列順序為:林地草地耕地荒地。(3干熱河谷地區(qū)土壤中直徑0.25mm或0.05mm的干燥時的總團聚體數(shù)量和水穩(wěn)性總團聚體均表現(xiàn)為林地草地耕地荒地的規(guī)律性,表明土壤總團聚體含量是隨著侵蝕程度的增加而減少的。(4干熱河谷地區(qū)土壤的分散率表現(xiàn)為荒地耕地林地草地。通常分散率愈大,土壤的抗蝕能力愈弱,因此其抗蝕能力則表現(xiàn)為林地草地耕地荒地。參考文獻1 李艷梅,王克勤,劉芝芹,等. 云南干熱河谷不同坡面整地方式對土壤水分環(huán)境的影響J. 水土保持學報,

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