三峡库区紫色土小流域土壤可蚀性K值研究

摘要

紫色土作为我国特有的一种土壤类型，其土质地松软，结构松散，易风化，抗蚀性较差，保水保土能力弱，是一种侵蚀型的高生产力岩性土，也是长江及其主要支流泥沙的主要来源。为了具体衡量紫色土被降雨侵蚀力分离、冲蚀和搬运难易程度，及其侵蚀敏感性，土壤可蚀性K值成为了反映土壤这一特性的关键指标之一。
　　 为了更好的了解紫色土土壤侵蚀的机理特征以及土壤侵蚀的空间相应和与土地利用类型的关系，本文以重庆市万州典型区生态环境监测重点站内的戴家沟紫色典型小流域为研究对象，通过勘测，采集，测定分析小流域土壤样品，并基于土壤可蚀性的两类计算模型(EPIC模型和NOMO模型)，对小流域的紫色土土壤可蚀性分别从流域空间位置和土地利用现状两个角度，进行了系统全面的计算和分析，比对两种模型计算下土壤可蚀性K值在流域空间和土地利用类型上的两种相应特征进行了对比分析和评估，分析结果表明：
　　 (1)基于EPIC模型和NOMO模型下，在小流域尺度下土壤可蚀性K值的主要影响因素是土壤不同粒径的颗粒组成特征和有机质含量特征，而这两类特征参数主要受到土地利用类型和流域位置的影响。
　　 (2)根据EPIC和NOMO模型的参数因子(土壤颗粒因子和土壤有机质因子)分析表明，从土壤颗粒因子的角度分析：在同一流域位置上，不同土地利用类型下土壤颗粒的含量特征存在差异性，其中以砂粒含量为例可以看出在全流域位置上，以农耕地为代表的玉米地砂粒含量(36.70-20.7％)的变化幅度最大，红薯地砂粒含量(39.70-24.21％)的变化幅度次之，荒草地的砂粒含量(61.20-46.21％)的变化幅度和马尾松林地含量(50.20-35.81％)的变化幅度相对较低，而柑桔林地(55.25-41.33％)砂粒含量的变化幅度则相对最低；而在不同流域位置，同一土地利用类型的土壤颗粒特征中，主要表现出随着流域空间位置的变化，砂粒、粉粒和粘粒含量也出现了不同程度的增减，其中六种土地利用类型的土壤颗粒特征从上游到下游都大体表现出，砂粒含量逐渐减小，粉粒、粘粒含量逐渐增加变化趋势。而从土壤有机质因子的角度分析，从流域上游到下游，荒草地、马尾松林地、柑桔林地以及玉米地的有机质变化规律都为下游>中游>上游的趋势，而槐树林地则表现为上游>下游>中游。
　　 (3)根据不同土壤可蚀性模型的指标因子与K值的相关性分析，可以发现，基于EPIC模型条件下，计算出的小流域紫色土土壤可蚀性K值(KEPIC)，相对与土壤有机质含量程度对KEPIC值的影响程度(相关系数R=-0.683**)，土壤颗粒组成中砂粒、粉粒以及粘粒的变化程度对.KEPIC值的影响(相关系数分别为0.941**、-0.935**和-0.838**)更为明显，因此在EPIC模型中，可蚀性KEPIC值的大小主要与土壤颗粒特征关系更为密切。而基于NOMO模型条件下，土壤可蚀性K值(KNOMO)中，与KNOMO值关系较为密切的因子主要是粉粒、粘粒以及有机质含量，但是由于EPIC和NOMO模型在土壤可蚀性K值的评价侧重点和评价标准不同，导致了同一影响因子在不同K值模型中的影响程度和相关关系存在差异，但是对于有机质含量这一指标，可以作为反应基于EPCI和NOMO模型下衡量土壤可蚀性K值强度的一个即显著相关性指标，说明有机质对土壤的可蚀性的抑制有较好的促进作用。
　　 (4)分析EPIC模型和NOMO模型中，六种土地利用类型土壤可蚀性K值的空间响应特征以及对比分析可以发现，采用EPIC模型计算得出，在整个小流域上，土壤表层KEPIC值的大小关系为：荒草地>柑桔林地>马尾松林地>槐树林地>红薯地>玉米地，同时对于同一土地利用类型土壤可蚀性的空间响应特征的差异显著性发现，荒草地、马尾松林地、柑桔林地和槐树林地各自的土壤可蚀性KEPIC值在上、中下游都表现出显著性差异(P<0.05)的特征。而采用NOMO模型计算出的土壤可蚀性KNOMO值的大小关系在整个流域表现为：玉米地>红薯地>马尾松林地>槐树林地>柑桔林地>荒草地，而与EPIC模型相似的是，除了以农地为代表的玉米地和红薯地各自在流域不同位置KNOMO值差异不显著(P<0.05)之外，其它四种土地利用类型土壤各自的KNOMO值在不同的流域位置也表现出差异显著性的特征。而对于两种可蚀性模型在评价六种土地里利用类型土壤可蚀性K值的空间响应特征中表现出的差异性和相似性，其原因可能因为两种土壤可蚀性模型所关注的焦点不同造成的，如EPIC模型侧重于土壤颗粒特征和养分特征，而NOMO模型不单涉及到土壤颗粒特征和养分特征，同时也关注到了土壤颗粒特征而产生的土壤结构的宏观表现，如渗透等级和结构指数等。而另外一方面也说明对于同一类土地利用类型土壤可蚀性空间变异的差异显著性判断，EPIC模型和NOMO模型具有相似的评价结果和分析作用。
　　 (5)分析EPIC模型和NOMO模型中，不同流域位置土壤可蚀性K值的土地利用响应特征及其特征间的对比发现，基于EPIC模型下，整个流域位置上，对比分析六种土地利用类型土壤可蚀性K值的空间响应特征可以发现，在上游和中游位置，荒草地和柑桔林地的KEPIC相对最高，整个小流域马尾松林和槐树林地的KEPIC相对较低，在整个流域位置上以农耕地为代表的红薯地和玉米地的KEPIC则相对最低。而从差异显著性分析可以看出，在上游和下游位置，荒草地、柑橘林地、槐树林地以及马尾松林地两两之间KEPIC值的大小都体现为差异显著性，中游位置荒草地和柑桔林地KEPIC值大小之间差异显著，槐树林地和马尾松林地KEPIC值大小之间差异显著，在整个流域上，红薯地和玉米地的KEPIC值差异不显著；而对于NOMO模型下，整个流域中红薯地和玉米地的KNOMO相对最高，分别为(0.0864-0.0754、0.0845-0.0746)，而马尾松林地的KNOMO值则相对偏低，分别为(0.0770-0.0553)，而对于整个流域位置上，荒草地和槐树林地的KNOMO值则最低分别为(0.0784-0.0498、0.0766-0.0589)。
　　 从差异显著性分析可以看出，在上游和中游位置，玉米地和红薯地之间的KNOMO值差异不显著、槐树林地和马尾松林地的KNOMO值之间差异也不显著，但在上游和下游位置的玉米地和红薯的KNOMO值则都表现出显著性差异。可蚀性指标KEPIC值和KNOMO值对于土地利用类型响应特征的差异与空间响应特征差异的原因相似，除了与两种土壤可蚀性模型所关注的焦点不同以外，还可能与小流域土地利用类型差异、人为干扰程度以及植被自身根系特征对土壤的改造程度不同有一定的关系。
　　 因此研究紫色土典型小流域土壤可蚀性K值空间及其土地利用的响应特征分布规律，对于探讨土壤可蚀性在小流域尺度下的影响机理有一定的研究意义，同时也为以三峡库区内基于土地利用和空间变异的土壤可蚀性为基础的土壤侵蚀预报模型的建立和检验提供了一定的数据基础和理论指导，这对于更加全面的认识土壤可蚀性这一土壤特性和进一步为预报土壤侵蚀强度提供了一定的基础和实践意义。