水蚀风蚀交错区退耕还林还草对土壤水分和养分的影响

摘要

为了探讨黄土高原水蚀风蚀交错区“退耕还林（草）”政策的实行对土壤剖面水分和养分分布的影响，在神木市六道沟小流域设立不同土地利用类型野外观测试验，测定了位于梯田的裸地、农地、苜蓿地、柠条地和撂荒地及位于坡地的农地、苜蓿地、撂荒地的土壤剖面水分含量、土壤养分含量，研究了土壤深层剖面水分和养分动态。通过土地利用方式的转换，探究退耕植被对土壤剖面水分的消耗过程及退耕地重新种植农作物后土壤干层的恢复过程，同时考虑水蚀与风蚀交错区的特殊地貌特征，研究了风沙土深剖面水分运动特征及降水通过其快速补给流域浅层地下水的过程。研究结果表明： （1）受退耕还林（草）的影响，土地利用类型的改变对土壤有机质和全氮含量的影响达到显著水平（P＜0.05），且农地退耕为灌木地和草地使碳氮含量不同程度地增加；不同土地利用对各养分影响深度不同，对有机质含量的影响深度达40 cm，对全氮含量的影响深度达60 cm，坡耕地撂荒对全氮影响程度最大；坡地各土地利用类型对速效磷含量的影响深度超过采样深度（200 cm），对其影响程度大于梯田各土地利用类型。对比表层0~10 cm各土地利用类型的养分随退耕时间的变化，在坡地撂荒地，2016年有机质和全氮含量显著高于2010年（P＜0.05）；在梯田撂荒地，2016年全氮含量显著高于2013年（P＜0.05）；其余各土地利用类型随年限增加有机质和全氮有增加趋势，但未达显著水平。 （2）土地利用类型的改变对土壤剖面水分分布影响显著。对比梯田和坡地各土地利用类型下土壤剖面水分含量分布，发现梯田苜蓿地和梯田柠条地土壤剖面水分在300~600 cm出现明显耗竭，且雨季后土壤水分最深入渗至220 cm，坡地苜蓿地土壤剖面水分在两个丰水年降水最深入渗至260 cm。柠条和苜蓿都是深根系高耗水植物，对土壤剖面养分提高有效，但显著消耗土壤储水。在两个丰水年，2016年土壤储水量相比上一年明显增加，2017年土壤储水量增加幅度相比2016年增加幅度小，撂荒地、苜蓿地和柠条地0~200 cm剖面水分有明显恢复。 （3）典型农地退耕种植苜蓿及将10年生苜蓿地翻耕种植黄豆的土地利用方式转变试验表明，在连续的2个丰水年（2016年降水量为704 mm，2017年降水量为651 mm）， 10年生苜蓿地翻耕种植黄豆使得由于前期种植苜蓿造成的300 cm以下的土壤干层得到有效恢复，300~500 cm土层土壤含水量达到0.15-0.20 cm3·cm-3，土壤储水量明显增高，在2016年季末土壤水分恢复深度达到300 cm（土壤水分含量达到0.15 cm3·cm-3），至2017年季末土壤水分恢复深度已超过观测深度（500 cm，土壤水分含量达到0.20 cm3·cm-3）。农地退耕种植苜蓿后，2017年土壤储水量最大降低幅度仅为6.1%，但在2017年季末（10月）土壤水分消耗深度为200 cm，大于土壤水分入渗深度（120 cm），说明耗竭过程已经开始。随黄豆和苜蓿种植年限的延长，土壤剖面水分恢复与消耗深度均可能持续加深。 （4）黄土高原水蚀风蚀交错区降水年际差异大，在连续4年观测期间，最大年降水量约是最小年降水量的2倍，水分入渗过程受降水量影响明显。在区域平水年（2014年）或干旱年（2015年），粗质地土壤剖面含水量仅在300 cm以内深度波动，300~600 cm水分含量变化微弱。但是，丰水年2013年和2016年生长季末剖面水分含量显著高于生长季初，得益于较充足的降水和粗质地土壤的高入渗率，降水大量转化为土壤水快速向下入渗运移。在观测期间的2个丰水年，降水入渗深度超过观测深度（600 cm），HYDRUS-1D模型模拟显示2013年和2016年植物生长季末降水最深入渗运移至1100 cm和1200 cm，年末已经超过模拟深度1500 cm，远超过根层，水分继续向深层运移，可能补给浅层地下水。该区黄土与风沙土交互堆积形成的特殊地貌条件下，风沙土剖面可能是流域浅层地下水补给的“特殊通道”。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题目的与意义

1.2 国内外研究综述

第二章 研究内容与试验方法

2.1 研究目标与内容

2.2 试验方法

2.3 数据分析与处理

第三章 水蚀风蚀交错区不同土地利用方式对土壤水分和养分的影响

3.1 各养分指标在土壤剖面分布特征

3.2 土壤剖面水分运动特征

3.3 土壤水分和养分循环

3.4 本章小结

第四章 土地利用方式转变对土壤剖面水分和养分运移的影响

4.1 土壤干层

4.2 丰水年土壤水分消耗与恢复

4.3 土壤储水量动态变化

4.4 土壤水分消耗深度与补充深度比较

4.5 土壤剖面养分分布特征

4.6 本章小结

第五章 水蚀风蚀交错区粗质地土壤剖面水分运动及浅层地下水补给可能性模拟

5.1 六道沟小流域降水特征与土壤水分运动

5.2 土壤0~600 cm剖面水分运动模拟

5.3 模型验证

5.4 土壤深剖面0~1500 cm水分运动模拟

5.5 浅层地下水补给可能性

5.6 本章小结

第六章 主要结论与进一步研究的问题

6.1 主要结论

6.2 进一步研究的问题

参考文献

致谢

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