宁南黄土高原、浙中红壤丘陵区土壤侵蚀特征研究

摘要

本研究以宁夏南部黄土高原和浙中红壤丘陵区为研究区域，利用径流小区，人工模拟降雨等技术研究了不同区域水土流失的特征。结果表明： l.宁南黄土高原王洼流域较大的蒸发量导致坡面土壤早期的干旱，当与较大的降雨量相遇可能是导致黄土高原坡面土壤易产生侵蚀的主要原因。宁南黄土高原王洼流域的降雨侵蚀力分布特征呈现单峰形，降雨侵蚀力分布特征决定了宁南黄土高原土壤侵蚀多发生在6-9月。影响坡面土壤侵蚀的因子，以雨强和降雨侵蚀力变异幅度最大，变异可达35．79-75．86﹪。次降雨量和降雨动能变异较小，只有25．72-3L24﹪。 2.林、灌、草等土地利用模式土壤侵蚀状况明显低于农作措施，复合农业措施比单一农作更有利于降低坡面土壤侵蚀。各种土地利用方式下坡面土壤侵蚀均表现为随坡面坡度增加、侵蚀模数、径流系数、径流模数逐渐增加。流域土壤养分整体上表现为草地>农地>梯田>林地>沟道。土壤中速效磷的分布有显著差异，变异系数可达178.56﹪。土壤速效磷总体趋势为：沟道地>上坡耕地>下坡耕地>草地>梯田>林地。 3.流域土壤养分随土层深度的增加，有逐渐下降的趋势。流域内全磷受母质影响，在土壤中以稳定态存在，而有效磷的含量的空间分布较为复杂，易受随机因素影响。在整个研究区域，土壤全氮、速效钾、全磷具有中等相关性，由施肥、作物、管理水平等随机因素引起的空间相关性起很大的作用：土壤速效磷、有机质、速效氮具有弱相关性，其空间变异性是由施肥等人为活动削弱了结构性因素造成的自相关作用。 4.红壤丘陵区的降雨侵蚀力与降雨量季节分布的不均匀性是由于不同时期的降雨特征和降雨侵蚀力的构成因素决定的。可用EI30来描述降雨侵蚀力特征，但当采用多年平均数据来描述降雨侵蚀力特征变化时，有可能会掩盖个别月份间的差异性。在浙中红壤丘陵区，易引起土壤侵蚀的发生，主要是小于40mm雨量的降雨，其降雨侵蚀力的大小40MJ／(ha．mm／h)，是引起土壤侵蚀的主要驱动力，如何有效控制由40mm降雨引起的土壤侵蚀，是防治红壤侵蚀的主要目标。 5.与顺坡农作方式相比，采用黄花菜和百喜草植物篱笆的处理，年径流量为顺坡农作的5L81﹪、45.57﹪。在采用水平梯化的1-2年时间内，由于土壤坡改梯后，土壤坡面土壤的强烈扰动，导致遇降雨后，坡面依然会产生较高的径流量。和顺坡农做相比，土壤年径流量明显增加，增加幅度可达到顺坡农作的L32倍。在15。坡地上，只要有作物覆盖，就能够有效控制径流流失，相应也会减少泥沙流失量。在水平梯化后，采取何种措施减少因人为扰动造成的径流，是水平梯化农田后的关键问题。 6.受径流筛选作用的影响，悬移质中泥沙细颗粒的富集会导致土壤养分含量富集。随降雨强度的变化，径流冲刷能力改变后，径流对泥沙颗粒的分选作用增强。在施用相同数量的磷肥条件下，随施磷肥时间的延长，土壤固磷作用的增强，土壤磷素受降雨径流影响流失的风险降低，施磷肥时间的长短是影响土壤磷素流失的主要因子之一。土壤磷素的流失与土壤施磷肥浓度、施磷肥时间有密切关系，磷肥的施入对土壤全磷的增加幅度并不明显，但能够显著增加土壤速效磷的含量，施磷肥短时间后遇雨，容易导致土壤中速效磷随土壤流失。 7.坡度小于15。时，林、农林、农、农+工程这四种模式的土壤侵蚀模数、径流系数没有明显的差异。在坡度为15。时侵蚀模数分别达到1707．46t．km～．yr-I、2127．3t．km．yrq、2144.81t．km～．yr-1、1847．06t．km～．yr-l，是坡度小于10。时土壤侵蚀模数的10．78倍、11.33倍、8.55倍、9．44倍。不同农业模式在不同时期其水土流失的程度不同，但所有农业模式在其发展前期，水土流失较严重，农林复合模式到中期土壤侵蚀趋于稳定。当坡度小于10。，纯林和农林模式后期能明显减少水土流失。流域内不同农业模式下土壤侵蚀表现为侵蚀与沉积交错出现的趋势，其侵蚀与沉积量的大小取决与植被覆盖率、坡度、农业活动的强弱等因素。复合结构的农业模式优于单一结构的农业模式，农业模式的水土保持效果与其本身群落、物种结构有密切关系。 8.农业模式的水土保持效果与其本身结构有密切关系。坡面、小流域尺度土壤侵蚀的空间分异表现为侵蚀与沉积交错出现，沉积量与侵蚀量的大小与植被覆盖率、坡度、农业活动的强若等因素有关；坡面、小流域之间水土流失存在的尺度效应，根据坡度、等地形因素发展农业模式和建立植物篱笆、调整农业活动时间避免农时活动与降雨、保持农业坡地植物多样性是红壤坡地防止土壤侵蚀的重要途径。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1 研究的背景意义

1.2 研究的现状及存在的问题

1.3 研究内容

第二章国内外研究现状

1. 坡地土壤侵蚀研究进展

1.1 坡面产流产沙与垂直分布

1.2 坡耕地植被覆盖和土地利用方式对土壤侵蚀影响研究

1.3 土地利用方式对土壤侵蚀的影响

2. 坡地土壤养分流失研究

2.1 磷的移动及有效性衰减

2.2 土壤中磷的流失机制

第三章黄土高原土壤侵蚀研究

1. 材料与方法

1.1 研究区域概况

1.2 研究区农业模式划分

1.3 土壤储水量测定方法

1.4 径流小区径流泥沙测定方法

1.5 样品采集及分析方法

2. 结果与讨论

2.1 降雨量及蒸发量的分布特征

2.2 降雨量及降雨侵蚀力分布特征

2.3 影响坡面土壤侵蚀的相关因子分析

2.4 不同土地利用方式下土壤侵蚀变化特征

2.5 不同土地利用措施下土壤侵蚀月变化特征

2.6 草本植物土地利用方式下土壤侵蚀特征

2.7 影响因子与径流、泥沙的相关关系

2.8 不同土地利用方式对土壤水热特性的影响

2.9 不同土地利用方式下土壤磷素形态差异

2.10 不同土地利用方式土壤酶活性特征

本章小结

第四章黄土高原流域土壤侵蚀研究

1 研究区域概况与研究方法

1.1 研究区域概况

1.2 研究方法

1.3 土壤养分分析方法

1.4 统计分析方法

2. 结果与讨论

2.1 不同土地利用类型下的养分比较

2.2 不同土地类型下土壤养分间的相关性分析

2.3 不同利用方式下各层间的土壤养分比较

2.4 不同土地类型下不同土层土壤养分分布特征

2.5 不同土地利用方式下土壤养分分布特征

2.6 流域土壤养分的空间变异

2.7 土壤养分数据的概率分布特征

2.8 土壤养分空间变异的传统统计特征分析

2.9 土壤养分半方差分析

本章小结

第五章红壤区不同土地利用模式下土壤侵蚀

1. 材料与方法

1.1 研究区域概况

1.2 研究区农业模式划分

1.3 径流小区设计

1.4 径流泥沙测定方法

1.5 设备及材料

1.6 试验地点及土壤理化性状

1.7 人工模拟降雨试验设计

1.8 试验布设

1.9 土壤培养

1.10 观测项目

1.11 观测方法

2. 结果与讨论

2.1 降雨量的年季分布特征研究

2.2 降雨侵蚀力的年季分布特征

2.3 次降雨量与次降雨侵蚀力的频数分布特征

2.4 次降雨侵蚀力与降雨因子的相关分析

2.5 降雨侵蚀力模型

2.6 径流小区不同土地利用方式下的侵蚀特征(径流、泥沙)

2.7 不同土地利用方式下径流对土壤颗粒的筛选作用

2.8 径流小区筛选泥沙颗粒全磷及速效磷分布特征

2.9 径流过程样泥沙全磷及速效磷分布特征

2.10 模拟降雨条件下泥沙、径流及养分变化特征

2.11 模拟降雨试验泥沙全磷、速效磷的分布特征

2.12 模拟降雨时段过程样固相全磷、速效磷的分布特征

2.13 模拟降雨时段过程样水相全磷的分布特征

2.14 不同类型农业模式的水土流失规律

本章小结

第六章土壤侵示踪方法研究

1. 引言

2. 径流小区土芯布样位置图

3. Eu定位土芯中子活化技术研究

3.1 Eu土芯布样、取样方法

3.2 中子活化分析

3.3 坡面粗糙度测定方法

3.4 坡面侵蚀针布设方法

4. 结果与讨论

4.1 径流小区年坡面土壤粗糙度变化异质性规律

4.2 径流小区年坡面土壤容重变化异质性规律

4.3 坡面土壤侵蚀空间异质性差异比较特征研究

4.4 坡面土壤侵蚀模型建立研究

4.5 区域土壤侵蚀差异比较

参考文献

附：攻读博士学位期间参与的课题、撰写和发表的论文

博士后期间参与的课题、撰写和发表的论文

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致谢