云南大石坝水库流域土壤侵蚀与沉积泥沙来源的关系研究

摘要

云南滇池流域是我国农业生产最具发展潜力的地区之一，但近几十年来，由于人口膨胀，经济快速发展以及长期对耕地资源的不合理开发利用，滇池流域土壤侵蚀十分严重。土壤侵蚀会导致土壤退化、土壤养分流失，土壤侵蚀产生的泥沙进入水体极易诱发淤积危害、水体富营养化等问题，进而严重影响到生态系统的稳定性。因此，对流域土壤侵蚀的研究以及泥沙来源的定量化分析有利于流域生态环境健康稳定的发展。137Cs核素示踪技术作为一种新的土壤侵蚀研究方法，为土地利用/土地覆盖变化(LUCC)与土壤侵蚀关系的研究注入了新的活力。复合指纹识别技术作为一种综合研究流域土壤侵蚀和泥沙输移的新方法，则实现了对流域内各物源区输沙率的定量分摊。本文选择滇池北岸大石坝水库及其流域作为研究区域，利用137Cs示踪技术与复合指纹识别技术综合研究大石坝水库不同时期不同土地利用下的土壤侵蚀状况，为流域生态环境的治理以及退耕还林、退耕还草政策的实施提供新的理论依据。研究结果表明:
　　(1)该流域137Cs随土壤颗粒移动再分布现象明显，各地土壤遭受到了不同程度的流失。利用类型为耕地的侵蚀样点中，北坡137Cs平均含量远小于南坡且变异系数大于南坡，得出坡位因素是使耕地土壤流失发生分异的关键因素。利用类型为林地的侵蚀样点中，北坡生态公益林与南坡商品林137Cs平均含量相当，且北坡生态公益林变异系数远小于南坡商品林，此结果异于上述耕地，因而对于林地而言，坡位不再是影响林地土壤流失发生差异的关键因素，林地类型对土壤流失影响很大。同时，137Cs在垂向上的分布也表明土地利用方式影响137Cs的再分布。土壤流失与土壤养分含量关系密切，水体富营养化治理过程中要注意加大对耕地的治理。
　　(2)通过137Cs示踪技术研究土壤侵蚀速率得出以下结论:土地利用方式不同，土壤侵蚀强度有所差异，林地以微度侵蚀和轻度侵蚀为主，耕地的侵蚀模数远远大于林地;局部微地貌以及坡位的变化也会带来土壤侵蚀强度的分异，一般情况下，坡中部土壤侵蚀模数大于坡下部。大石坝土壤侵蚀强度的空间分异表明流域土壤侵蚀空间变化大，南坡西南部土壤侵蚀比较严重，而北坡西北部土壤侵蚀比较轻。整体而言，北坡土壤侵蚀状况比南坡严重。大石坝流域土壤侵蚀与营养盐的空间分异表明土壤侵蚀容易造成TOC和TN的流失。土壤侵蚀也容易造成TP的流失，然而人为施肥可使土壤侵蚀与TP的负相关性变的不明显。大石坝流域土壤侵蚀与重金属的空间分异表明Cu元素在空间上的变化比较小，而Fe和Mn两种元素在空间上的分布较为复杂且二者的空间变化较为相似，造成二者空间分异的原因主要是人为因素，土壤侵蚀对土壤中Fe和Mn的影响不大。
　　(3)利用复合指纹技术确定不同土地利用类型对水库沉积物泥沙的贡献率，得出以下结论:整个沉积阶段，水体沉积物中2/3的泥沙来自耕地，仅有1/3来自林地，这与先前得出的耕地侵蚀速率大于非耕地侵蚀速率结论一致;同样，整个沉积阶段，商品林对沉积物的贡献率为18.48％，生态公益林林对沉积物的贡献率为14.13％，尤其是沉积物表层至20cm深度内，商品林对沉积物的贡献率为12.12％，而生态公益林对沉积物的贡献率几乎为0，也就是说水体沉积物中来源于生态公益林的泥沙微乎其微，此结论与先前得出的林地类型也是影响土壤侵蚀速率的关键因素结论一致。因此，在生态脆弱区，退耕还林的过程中要充分考虑林地类型，适当控制商品林的规模，以达到最好的水土保持效果。
　　(4)利用复合指纹分析技术确定不同时期源地土壤对沉积物贡献率，结果表明沉积物泥沙来源明显呈现两阶段变化:1984年以前，大石坝水库沉积物泥沙主要来源于水库周边林地;1984年后则与之相反，沉积物泥沙主要来源于水库周边耕地，来自于林地的泥沙很少。1984年前后泥沙来源的显著差异充分表明80年代中期以来嵩明县退耕还林（草）政策的实施对减少区域土壤侵蚀的作用是显著的，退耕还林有效遏制了该区严重的水土流失状况，同时对于治理大石坝水库的富营养化，改善大石坝水库地区的生态环境也起到了至关重要的作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 国内外研究进展

1．2．1 土壤侵蚀研究方法研究进展

1．2．2 137Cs技术示踪土壤侵蚀研究进展

1．2．3 小流域泥沙来源研究进展

1．3 研究目标与内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第2章 研究区域概况及实验方法

2．1 研究区域概况

2．2 样品采集

2．3 实验方法

2．3．1 137Cs和210Pb核素测定

2．3．2 总氮(TN)测定

2．3．3 总磷(TP)测定

2．3．4 总有机碳(TOC)分析

2．3．5 重金属分析

2．4 研究方法

2．4．1 137Cs土壤侵蚀模型选择

2．4．2 复合指纹识别技术

2．5 数据处理与分析

第3章 流域不同土地利用方式下137Cs分布的空间分异

3．1 背景值的确定

3．2 流域137Cs分布的空间分异研究

3．3 不同土地利用下137Cs剖面分布特征与土壤养分分异研究

3．3．1 不同土地利用下137Cs剖面分布特征研究

3．3．2 不同土地利用下土壤流失与土壤养分之间的关系

3．4 本章小结

第4章 流域土壤侵蚀强度的分异

4．1 流域土壤侵蚀强度的分异研究

4．1．1 流域不同土地利用类型土壤侵蚀强度分异

4．1．2 流域不同地形地貌部位土壤侵蚀强度的分异

4．1．3 流域不同林地类型土壤侵蚀强度分异

4．2．4 流域土壤侵蚀强度的空间分异

4．3 土壤侵蚀与土壤养分、重金属之间空间分布的关系探讨

4．4 小结

第5章 沉积物泥沙来源的复合指纹分析

5．1 各源地土壤性质统计分析

5．2 沉积物沉积过程特征

5．2．1 沉积物沉积年代确定

5．2．2 沉积物理化性质变化分析

5．3 复合指纹技术确定沉积物泥沙来源

5．3．1 指纹识别因子的筛选

5．3．2 多元判别分析确定最优因子组

5．3．3 复合指纹识别技术确定沉积物泥沙来源

5．4 不同源地土壤对沉积物的贡献率分析

5．4．1 不同土地利用类型对沉积物泥沙贡献率分析

5．4．2 不同时期源地土壤对沉积物贡献率分析

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 不足与展望

参考文献

致谢