紫色丘陵区土壤可蚀性模拟研究

摘要

土壤可蚀性是土壤侵蚀敏感性评价的重要指标，也是土壤预测预报模型的重要参数。紫色土丘陵区由于生态环境脆弱，垦殖率高，坡耕地多等特点，水土流失较严重，对紫色土的土壤可蚀性研究是了解和掌握土壤侵蚀的基础。通过野外人工模拟降雨和室内土壤理化性质测定，分析了模拟降雨力学特征和水土流失特征，研究了紫色土土壤可蚀性，分析土壤性质与可蚀性的关系，旨在探讨紫色土土壤可蚀性的测算及取值，为进一步研究紫色土的侵蚀机理，建立预测模型提供一定的理论基础。研究结果表明： (1)野外人工模拟降雨强度最大为62.86mmh-1，最小为33.20mmh-1，最大30min降雨强度在42.14-81.40mmh-1，降雨历时在60min左右。模拟降雨试验的降雨均匀系数最小为0.796，最大为0.921，降雨均匀性满足要求。在降雨过程中，利用色斑法测定了雨滴大小，雨滴中数直径D50最小为1.09mm，最大为3.65mm，分析表明模拟降雨喷头的直径决定了雨滴大小及分布。运用SPSS中的非线性回归过程，结合天然降雨的观测资料，对模拟降雨与天然降雨的相似性进行了探讨，建立了检验模拟降雨相似性的模型：e’=5.039+14.3721ogI’，结果表明模拟降雨的降雨强度与雨滴单位降雨动能符合由天然降雨拟合的e’—I’模型，降雨相似性满足要求。模拟降雨的径流量、泥沙量和含沙量过程都具有一定的波动性。 (2)试验区土壤为砂粉土，砂粒(1～0.05mm)含量为36.69％，粉粒(0.05～0.005mm)含量为41.15％，枯粒(＜0.005mm)含量为22.16％。采用三次样条插值法将以我国制的粒径资料转换成美国制，插值效果较好。土壤有机质含量平均为10.37gkg-1，土壤pH在8.2～8.4，土壤为石灰性紫色土。风干土团聚体中＞0.25mm的含量为94.59％，＞0.25mm的水稳性团聚体含量为45.03％，结构破坏率达52.39％，团聚体稳定性指数ASI平均为1.76，表明试验区内土壤团聚体稳定性较差。土壤前5min平均入渗率为15.33mmmin-1，稳定入渗率为2.98mmmin-1，土壤入渗过程符合y=axb的幂函数，方程的模拟效果达极显著水平。 (3)根据降雨、径流泥沙记录，运用通用流失方程，测算出模拟降雨下的紫色土土壤可蚀性最大值为0.0317，最小值为0.0025，10次模拟降雨条件下土壤可蚀性K值平均为0.0121thm2hMJ-1hm-2mm-1(0.09158shth100ft-1sht-1in-1)。利用土壤的理化性质测定资料，通过诺谟方程计算的土壤可蚀性平均为0.0521，EPIC模型估算的土壤可蚀性为0.0468，采用Shirazi公式计算的土壤可蚀性为0.0438。土壤可蚀性估算值远远大于实测值，而土壤可蚀性实测值与三种方法的估算值之间存在较好的线性关系，可通过建立线性方程对估算值修正。根据资料需求程度和拟合精度，认为EPIC模型估算土壤可蚀较佳。 (4)采用相关分析法，分析了土壤可蚀性与土壤质地、有机质含量、土壤结构及渗透性的相关性。运用主成分分析提取了4个主成分，这4个主成分的方差累积贡献达89.73％。第1主成分包含的是土壤有机质含量、机械组成和微团聚体组成类信息；第2主成分主要包含的是土壤结构中水稳性团聚体特征；第3个主成分主要提取的是土壤渗透性特征；第4个主成分提取的信息较分散，主要是机械组成中枯粒含量信息。在主成分分析的基础上，选取机械组成中＜0.001mm粘粒含量(CLAY)、有机质含量(OM)、＞0.5mm水稳性团聚体含量(WSA＞0.5)和稳定入渗率(INFsat)作为自变量，对土壤可蚀性进行线性回归分析。回归方程为：K=0.003CLAy-0.0540M-0.001WSA＞0.5-0.027INFsat+0.638或K=0.619CLAY-3.6920M-0.203WSA＞0.5-2.965INFsat(p=0.015)。可根据土壤机械组成、有机质含量、团聚体特征及入渗资料，采用上式估算紫色丘陵区土壤可蚀性。 (5)人工模拟降雨在土壤可蚀性研究中得到了广泛应用。在研究中需考虑模拟降雨和比尺模型的相似性，只有与天然降雨的雨滴和雨强处于同一尺度时，能较好地模拟自然条件下的水土流失。土壤可蚀性作为评价土壤对侵蚀的敏感性的重要指标，其动态变化受到土壤理化性质的影响。应加强对野外标准径流小区资料的观测整理和分析，结合人工模拟降雨确定紫色土的土壤可蚀性的取值范围及其动态变化规律，为土壤侵蚀预测预报提供准确的参数。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章文献综述

1.1土壤侵蚀模型研究

1.2土壤可蚀性研究现状

1.3土壤可蚀性研究问题与展望

第2章研究方案及试验设计

2.1研究方案

2.2试验设计

2.3数据处理与分析

第3章模拟降雨下水土流失特征

3.1模拟降雨的力学特征

3.2模拟降雨下径流特征

3.3模拟降雨下泥沙特征

3.4小结

第4章土壤基本理化性质

4.1土壤质地

4.2土壤有机质含量

4.3土壤结构特征

4.4土壤入渗特征

4.5小结

第5章土壤可蚀性测算及修正

5.1降雨侵蚀力指标的确定与计算

5.2土壤可蚀性指标的确定与计算

5.3土壤可蚀性估算值修正

5.4小结

第6章土壤可蚀性影响因素

6.1土壤理化性质与土壤可蚀性

6.2土壤理化性质与土壤可蚀性综合分析

6.3小结

第7章结论与讨论

7.1结论

7.2讨论

参考文献

附录

致谢

参与科研课题及论文发表情况