干热河谷地区土壤物理性质对土壤侵蚀的影响.pdf

干热河谷地区土壤物理性质对土壤侵蚀的影响干热河谷地区土壤物理性质对土壤侵蚀的影响 李强 李占斌 鲁克新 李鹏 张华丽 西安理工大学水资源研究所 710048 摘摘 要要 本文针对干热河谷地区严重的水土流失问题 在测定分析了该地区林地 草地 耕地和荒地采集 的土样土壤物理特性的基础上 初步研究了干热河谷地区土壤主要物理性质对土壤侵蚀的影响 结果表明 土壤物理性质是影响土壤侵蚀和土壤抗蚀性能的内在因素 干热河谷地区的土壤具有明显的贫瘠化土壤特征 不同土地利用方式下的土壤物理性质差异性比较明显 林地和草地的土壤物理性质良好 能有效地发挥保 持水土的作用 缓解了土壤侵蚀的发生发展 而大面积农耕地和荒地的土壤物理性质极差 促进了该地区土 壤侵蚀的发生发展 干热河谷地区不同土地利用类型坡地的土壤抗蚀能力大小顺序为林地 草地 耕地 荒地 关键词关键词 金沙江 干热河谷 土地物理性质 土地利用 土壤侵蚀 影响 中图分类号 中图分类号 S157 1 S151 9 文献标识码 文献标识码 A Effect of Soil Physical Properties on Soil Erosion in dry and hot valley Region of Jinshajiang River Li Qiang Li Zhanbin Lu Kexin LiPeng ZhangHuali Institute of Water Resources Xi an University of Technology Xi an 710048 Abstract According to the serious soil erosion in the dry and hot valley region of Jingshajiang watershed based on the indoor experimental analysis on the soil physical properties of soil samples collected from different land use slopes such as forestland grassland cultivated land and bared land in the dry and hot valley region the effects of soil physical properties under different land uses on soil erosion in dry and hot valley region of Jinshajiang River were studied in the paper The results showed that soil physical properties were soil internal factors which had a significant effect on soil erosion and soil anti erodibility The soils in the dry and hot valley region of Jinshajiang River are distinctly characterized by soil impoverishment In addition the soil physical properties under various land uses were greatly different The better soil physical properties of forestland and grassland had a effective role on soil and water conservation which reduced the occurrence of soil erosion but the extremely bad soil physical properties of the large area cultivated land and bared land existed in the dry and hot valley region of Jinshajiang watershed accelerated the formation and development of soil erosion as a result the main sites where soil and water loss occurred in dry and hot valley region of the Jinshajiang River were cultivated land and bared land The magnitude of soil antierodibility of different land uses was as following forestland grassland cultivated land bared land Keywords dry and hot valley region Jinshajiang River soil physical properties land use soil erosion effect 0 前前 言言 金沙江干热河谷是我国西南地区的特殊生态系统类型 干热河谷长 800km 区域面积 3260km2 该地区热量丰富 光照充足 降水少而且集中 蒸发量大 旱季土壤水分亏缺严 重 水资源缺乏 旱洪灾害频繁 海拔高差悬殊 地貌类型多样 水土流失严重 从而导致 了这一特殊区域的土壤结构差 生物生产力不高 植被恢复困难 覆盖率低 1 2 另外 近 年来自然因素和社会因素的综合影响使干热河谷地区已经十分脆弱的生态环境遭到严重破坏 加重了该地区的水土流失 水土流失已成为制约干热河谷地区社会经济可持续发展的主要因素 作者简介 李强 1982 年 7 月生 男 陕西延安人 硕士研究生 主要从事土壤侵蚀与水土保持等方面的研究 通讯地址 西安理工大学 748 信箱 联系电话 029 82312651 E mail liqiang8276 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1 长期以来 由于干热河谷环境本身的特殊性和复杂性 我国有关干热河谷地区土壤侵蚀 的研究工作极为薄弱 而干热河谷地区土壤侵蚀的必要科学数据的缺少对干热河谷地区的水 土保持和生态恢复工作的开展造成极为不利的影响 虽然国内部分学者对干热河谷地区土壤 侵蚀 3 4 土壤质量演变 5 6 土壤退化 7 8 作过一些研究 但在土壤侵蚀与土壤理化性质之 间的关系 土壤侵蚀过程及发生规律等方面还缺乏系统深入的认识 尤其是有关干热河谷地 区土壤物理性质对土壤侵蚀的影响方面的研究更是少见 土壤侵蚀可以导致土壤退化 集中 表现为土壤的一系列理化性状变差 特别是土壤物理性质的明显恶化 同时 土壤物理性质 的好坏在某种程度上又能反映土壤侵蚀的强弱 本文针对干热河谷地区严重的水土流失问 题 通过分析干热河谷地区土壤物理性质对土壤侵蚀的影响 以期为干热河谷地区的生态恢 复与重建提供理论依据 1 材料和方法材料和方法 1 1 研究区概况研究区概况 研究区位于地处金沙江干热河谷的四川省宁南县白鹤滩镇新建村的后山坡地上 地貌 类型为山地 海拔在 740 3919m 之间 该地区属亚热带西南季风气候区 气候温和 年平 均气温 19 3 年降雨量 960 5mm 干湿季分明 11 5 月为旱季 6 10 月为雨季 雨季降 水约占全年降水的 90 旱季气候极度干燥 蒸发量大 主要土壤类型为由紫色砂页岩 砾岩及少量花岗岩 花岗片麻岩和石英岩风化形成的燥红土 燥红土土层薄 石砾含量较高 保水性差且有效养分缺乏 自然植被主要为南亚热带中山峡谷稀树灌丛和灌草丛 降水较为 集中 潜在蒸发量大 自然分布的乔灌木树种少 水土流失严重 生态环境脆弱是该区生态 环境建设的主要障碍因素 9 1 2 土壤采集及测定土壤采集及测定 依据该地区不同的土地利用方式及地貌形态差异 选择耕地 荒地 林地 草地四种 典型的土地利用类型坡地为研究对象 并在每个不同土地利用类型坡地上按对角线法布设 5 个采样点 利用环刀法在上述不同土地利用类型坡地的采样点上分别采集 4 个表土土样 每 个样品重约 1 0kg 在实验室内测定土样的主要土壤理化性质如土壤机械颗粒组成 容重 有机质 pH 总孔隙度 毛管含水量 微结构组成及含量等 具体测定方法和步骤详见文献 10 11 为了减少试验误差 取每种土地利用类型的 3 个土样测定的相同物理性质指标结果 的平均值作为最终分析结果 图样采集地点基本情况及测定得到的部分土壤理化指标见表 1 表 1 供试土壤基本情况 Tab 1 Basic status of soils used in experiments 土地利 用类型 采样点 采样个数 侵蚀状况 PH 有机质 g kg 全 N 全 P CEC cmol kg 荒地 坡底部 20 强 7 33 40 2 0 016 0 035 22 53 耕地 坡上部 20 中 7 56 31 5 0 012 0 031 20 28 林地 坡下部 20 弱 6 98 78 3 0 025 0 043 27 46 草地 坡中部 20 中 7 13 65 2 0 035 0 039 23 62 2 结果与分析结果与分析 2 1 土壤颗粒组成对土壤侵蚀的影响土壤颗粒组成对土壤侵蚀的影响 机械组成是构成土壤结构体的基本单元 并与其成土母质及其理化性状和侵蚀强度密 切相关 12 该地区的土壤主要以燥红土为主 燥红土的土壤颗粒主要集中于 0 25mm 0 05mm 和 0 001mm 这两个粒级范围内 有学者认为随着土壤退化的加剧 0 25mm 0 05mm 细砂粒 逐渐减少 1 0 1 0 25 0 25 0 05 0 05 0 01 0 01 0 005 0 005 0 002 0 002 0 001 0 001 荒地 21 56 23 15 20 41 8 08 3 28 5 95 7 28 10 29 耕地 17 39 29 19 21 42 4 16 3 23 6 56 4 79 13 26 林地 12 39 18 15 15 89 7 84 6 95 10 45 16 87 22 46 草地 14 06 17 79 19 62 6 49 8 21 8 38 13 82 19 63 由表 2 可以看出 干热河谷地区不同土地利用类型的土壤机械组成具有明显差异 随着 土壤侵蚀的加剧 土壤中 0 001mm 的粘粒含量逐渐递减 在耕地和荒地上 土壤侵蚀剧烈 粘粒含量较低 而林地和草地因土壤侵蚀轻微 粘粒含量均高于耕地和荒地 干热河谷地区 的土壤中草地 耕地 荒地 这是由于人类活动的干扰 严重地破 坏了土壤表面的植被 使土壤侵蚀加剧 土壤中细小颗粒和有机质含量减少 土壤结构和土 壤孔隙度变化的结果使非毛管孔隙度变化规律不明显 不利于荒地和耕地大空隙的形成 14 15 所以荒地和耕地的非毛管孔隙度偏小 由此可见 干热河谷地区土壤侵蚀引起土壤总孔 隙度和毛管孔隙度的变化 毛管持水量的大小能够直接反映土壤接纳降雨量和减少地表径流量的能力 同时对土壤 侵蚀的发生发展有显著影响 由表 3 可知 不同土地利用类型下毛管持水量差异明显 表现 为林地 草地 耕地 荒地 与荒地相比 林地 草地和耕地都分别有所增加 表明良好的植被 条件与合理的土地利用能够有效地保持水土 增加土壤蓄水量 提高土壤的抗蚀能力 表 3 不同土地利用类型土壤水分物理特性 Tab 3 The Soil Moisture Physical Characteristics of different land uses 土地利 用类型 容重 g cm 3 总空隙度 毛管孔 隙度 非毛管孔 隙度 毛管持 水量 荒地 1 48 39 28 37 53 1 75 7 56 耕地 1 36 41 46 40 31 1 15 8 31 林地 1 21 49 12 44 24 4 88 12 42 草地 1 28 46 03 42 84 3 19 10 62 2 3 土壤结构特性对土壤侵蚀的影响土壤结构特性对土壤侵蚀的影响 通常采用测定土壤团聚体的方法鉴别土壤的结构性 通过调查所取土样团聚体的分析 结果来看 表 4 无论是林地 草地还是耕地 荒地 干筛各级的结果分布都较均匀 各 级团聚体所占比例较为适宜 其中林地和草地土壤中 1 0 05mm 团聚体占的比例最高 土壤 结构性好 耕地和荒地的较低 土壤结构性差 大 多数土壤及其利用类型的水稳性团聚体 含量表现为 团聚体的直径越小 含量越高 其占总团聚体的百分数也就愈大 林地和草地 的各级水稳性团聚体的含量比较平衡 而耕地和荒地的土壤中0 05mm 的干燥时的总团聚体数量和水稳性总团聚体均表现为林地 草地 耕地 荒地 的规律性 表明土壤总团聚体含量是随着侵蚀程度的增加而减少的 表 4 土壤微团聚体组成 Tab 4 The contents of soil microaggregate 土壤团聚体组成 粒径 mm 土 地 利 用 类 型 1 0 25 0 25 0 05 0 05 0 01 0 01 0 005 0 005 0 002 0 002 0 001 0 05 荒 地 14 51 13 28 4 47 4 18 6 12 24 59 31 85 25 79 耕 地 16 52 15 72 3 52 5 09 7 98 22 54 28 63 32 24 林 地 35 19 27 63 6 62 2 19 4 75 8 33 15 29 62 82 草 地 27 23 26 11 8 15 6 81 2 29 11 15 18 26 53 34 不同利用方式下 0 25mm 或 0 05mm 的团聚体的稳定度为林地 草地 耕地 荒地 表 4 虽然耕地的团聚体稳定度小 但其总团聚体含量高 因而土壤流失量较小 荒地的团聚 体不仅含量低 而且稳定度小 遇降水极易崩解破碎 形成单个土体 堵塞土壤孔隙 影响 水分下渗 形成较大的坡面径流量 致使土壤侵蚀加剧 因此 土壤团聚体稳定度可以用来 评价土壤的抗蚀性能 2 4 土壤物理特性对土壤抗蚀能力的影响土壤物理特性对土壤抗蚀能力的影响 从表 5 可看出 荒地和耕地的土壤砂粘比均高于林地或草地 土壤砂粘比愈大 表明土 壤抗蚀能力愈弱 用 0 001mm 的分散系数评价土壤抗蚀性 国内外已有许多研究 16 17 因 为耕地 林地 草地 通常分散率愈大 土壤的抗蚀能力愈弱 因此其抗蚀能力则表现为林地 草地 耕地 荒地 考虑到土壤持水能力和粘粒含量与土壤水 分入渗速率有关 进而影响到径流和土壤侵蚀 为此文中引用土壤侵蚀系数来反映土壤的抗 蚀性能 分析结果表明 耕地和荒地的土壤侵蚀系数大于林地或草地 其中荒地的侵蚀系数 最小 这表明在土壤抗蚀能力方面林地最强 草地 耕地次之 荒地最小 表 5 不同土地利用类型的土壤抗蚀性能比较 Tab 5 The comparison of soil antierodibility of different land uses 砂粘比 土地利 用类型 表层 低层 结构体破 坏率 分散率 团聚度 侵蚀系数 荒地 0 2 0 13 58 98 72 95 20 32 2 47 耕地 0 2 0 16 41 85 69 22 35 97 2 62 林地 0 005 0 009 31 75 34 61 52 38 4 62 草地 0 013 0 006 35 26 41 47 46 95 3 08 3 结结 论论 通过对金沙江干热河谷地区 4 种不同土地利用方式下土壤物理特性与土壤侵蚀关系的 研究表明 1 干热河谷地区不同土地利用类型的土壤机械组成具有明显差异 随着土壤侵蚀的加 剧 土壤中 0 001mm 的粘粒含量逐渐递减 在耕地和荒地上 土壤侵蚀剧烈 粘粒含量较 低 而林地和草地土壤侵蚀轻微 粘粒含量均高于耕地和荒地 说明随着土壤侵蚀的加剧 土壤中草地 耕地 荒地 土壤的毛管持水量的变化规律较一致 其 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 4 排列顺序为 林地 草地 耕地 荒地 3 干热河谷地区土壤中直径 0 25mm 或 0 05mm 的干燥时的总团聚体数量和水稳性 总团聚体均表现为林地 草地 耕地 荒地的规律性 表明土壤总团聚体含量是随着侵蚀程度 的增加而减少的 4 干热河谷地区土壤的分散率表现为荒地 耕地 林地 草地 通常分散率愈大 土壤 的抗蚀能力愈弱 因此其抗蚀能力则表现为林地 草地 耕地 荒地 参参 考考 文文 献献 1 李艳梅 王克勤 刘芝芹 等 云南干热河谷不同坡面整地方式对土壤水分环境的影响 J 水土保持 学报 2006 20 1 16 19 2 陈奇伯 王克勤 李艳梅 等 金沙江干热河谷不同类型植被改良土壤效应研究 J 水土保持学报 2003 17 2 67 70 3 王道杰 崔鹏 王军 等 燥红土不同土地利用类型土壤侵蚀特征 J 水土保持学报 2006 20 5 24 27 4 范建容 刘淑珍 周从斌 等 元谋盆地土地利用土地覆盖对冲沟侵蚀的影响 J 水土保持学报 2004 18 2 130 132 5 杨子生 贺一梅 李云辉 等 近 40 年来金沙江南岸干热河谷区的土地利用变化及其土壤侵蚀治理 研究 J 地理科学进展 2004 23 2 16 25 6 拜得珍 纪中华 杨艳鲜 等 3 种复合种植模式对退化红壤质量恢复的初探 J 水土保持学报 2005 19 1 161 163 7 何毓蓉 周红艺 张保华 等 金沙江干热河谷典型区土壤退化机理研究 J 水土保