藏东南区梯田和复合坡耕地土壤侵蚀对有机碳和全氮空间分布格局的影响

[目的] 查明青藏高原东南部地区坡耕地土壤侵蚀空间分布格局及其对土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)顺坡迁移过程的影响,为该区土地资源利用及土壤资源保护提供科学依据。[方法] 利用¹³⁷Cs核素示踪技术,结合现场调查,研究藏东南地区梯田系列和复合坡耕地土壤侵蚀空间分布格局差异;采用相关分析,探明坡面土壤¹³⁷Cs面积浓度与同样深度(30 cm) SOC、TN面积浓度之间的相关性。[结果] ①在整个梯田系列内,土壤¹³⁷Cs面积浓度从坡顶到坡脚呈离散分布格局,上部梯田下坡部位土壤¹³⁷Cs面积浓度明显高于紧邻的下部梯田上坡土壤,且上坡梯田表现为土壤侵蚀,而下坡和坡脚梯田则表现为土壤沉积;在单个梯田景观内,土壤侵蚀速率主要呈上部坡位高,下部坡位低的趋势; ②复合坡坡耕地土壤侵蚀速率表现为先波动减少,然后逐渐增加的趋势,即坡顶部位土壤侵蚀速率相对较高,顺坡向下逐渐变小,在坡中部和下部表现为沉积,在坡脚部位土壤侵蚀速率又逐渐增加; ③梯田系列和坡耕地土壤¹³⁷Cs面积浓度与SOC,TN面积浓度之间均具有显著的相关关系(p＜0.05)。[结论] 在藏东南地区,梯田有效地改变了该区的土壤侵蚀空间分布格局,土壤¹³⁷Cs示踪技术可以较好地示踪该区坡耕地土壤、SOC和TN顺坡迁移和空间再分布状况,防控耕作侵蚀的危害也应当得到与水蚀同样的重视。     

坡耕地土壤有机碳再分布特征及其迁移累积平衡

利用137Cs和飞灰示踪技术,研究坡耕地黑土近50年和近100年来土壤再分布过程,计算坡耕地土壤有机碳(SOC)迁移和累积平衡。结果表明:利用SOC的深度分布特征鉴定坡脚和坡足原始埋藏土壤的表面分别位于地表下70和80cm,其埋藏层的SOC含量分别比与其接壤的上覆土层SOC含量高5.2和0.4gkg。坡顶、坡肩和坡背均遭受侵蚀,年平均侵蚀的土壤厚度为0.2、5.0和2.2mmyr。坡脚和坡足部位飞灰到达的深度分别为70和80cm,与埋藏层表面相吻合。坡脚飞灰出现于埋藏A层之中,表明沉积区在蒸汽机车开始使用前已被开垦为农田(或已有侵蚀和堆积发生)。根据137Cs和飞灰分布深度构建了不同年代的坡型,结果表明侵蚀部位剥蚀的土壤多堆积在坡脚和坡足,且搬运的土壤物质先累积于坡脚,随着景观坡度变缓,土壤累积逐渐向坡足过渡。研究区(1m宽)坡顶、坡肩和坡背近百年来由于土壤侵蚀共失去683kgSOC,其中60%(418kgSOC)沉积在坡脚和坡足等低洼部位,其中有257kgSOC是近50年累积的。     

桂西北倒石堆型岩溶坡地土壤的137Cs分布特点

为了查明岩溶坡地土壤的137Cs分布特点,以判别137Cs法是否适用于岩溶坡地土壤流失量的测定,在桂西北开展了倒石堆型岩溶坡地土壤137Cs分布特点的研究.结果表明,无侵蚀的岩溶坡地土壤137Cs空间分布具有土壤的137Cs面积活度远低于区域本底值、表层土壤<2 mm样品的137Cs比活度高、137Cs空间分布变异大等特点.产生这种现象的主要原因是:(1)粒度粗,土层薄,137Cs吸附总量有限;(2)岩溶坡地裸石面积比例大,137Cs降尘核爆期间流失比例高;(3)土壤中碳酸盐颗粒的溶蚀,促进了吸附137Cs尘埃的洗失等.合理解释无侵蚀岩溶坡地表层土壤的137Cs面积活度低于137Cs本底值的现象,对评价137Cs法测定岩溶坡地土壤流失量的适用性至关重要.研究表明,不宜用现行的137Cs示踪方法测定岩溶坡地的土壤流失量.     

~(137)Cs示踪采煤沉陷坡土壤侵蚀及其对土壤养分的影响

为更好地理解矿区土壤退化机理,该文利用137Cs技术研究了焦作矿区具有15a沉陷历史的采煤沉陷坡土壤侵蚀特征及其对土壤养分的影响。沉陷坡137Cs含量从坡顶到下坡逐渐降低,及至坡脚急剧增大且表现出最高的值。基于137Cs本底(1 645 Bq/m2),沉陷坡坡顶至下坡表现为土壤侵蚀,而坡脚为土壤沉积。沉陷坡土壤侵蚀高达3.75 kg/(m2·a),属于中度侵蚀。沉陷坡土壤黏粒含量沿下坡方向增加,表明水蚀的分选性搬运。与对照区相比,沉陷坡侵蚀区土壤总有机碳(total organic carbon,TOC)、水溶性有机碳(water-soluble organic carbon,WSOC)、全氮、碱解氮、全磷、有效磷含量均出现了显著降低(P0.05);沉积区除WSOC显著降低(P0.05)外,其他养分含量变化不明显(P0.05)。在沉陷坡的侵蚀区,TOC与WSOC含量沿下坡方向逐渐减小,表现出与137Cs一致的分布格局;其他养分含量的坡面变化与137Cs分布不一致。相较于对照区,WSOC/TOC与碳氮比、碳磷比在沉陷坡侵蚀强烈的坡位分别出现了显著增大与降低(P0.05)。研究结果表明:1)焦作矿区自采煤沉陷坡形成以来发生了较严重的水蚀;2)侵蚀引起的土壤再分配影响沉陷坡土壤碳、氮、磷动态,其中,土壤再分配对土壤碳动态的影响最强;3)在土壤侵蚀作用下,采煤沉陷坡侵蚀强烈的坡位土壤有效态碳、氮、磷养分潜在的侵蚀风险大。采煤沉陷坡土壤侵蚀及其对土壤养分的不利影响应引起矿粮复合区土地整治的关注。     

南方红壤丘陵区侵蚀沟道内土壤团聚体及有机碳特征

为了更好的揭示特殊地形下水蚀过程对土壤结构和有机碳含量分配的影响，选取典型南方红壤丘陵区-青原山小流域为研究区，采用核素137Cs示踪技术研究小流域侵蚀沟道的水土流失现状，分析了沟道侵蚀对土壤团聚体稳定性及有机碳含量的影响。结果表明：侵蚀沟道的坡顶处137Cs含量最高，且高于背景值，属于沉积区，而坡上、坡脚属于中度侵蚀，坡中属于轻度侵蚀；侵蚀沟道顺坡而下侵蚀过程依次表现为绝对沉积、绝对侵蚀、相对沉积和绝对侵蚀，其中植被和地形因子是主导因素；沉积区相比于侵蚀区平均质量直径（Mean Weight Diameter，MWD）和大团聚体含量（粒径≥0.25 mm）更高，侵蚀区中相对沉积的坡中有着更稳定的土壤团粒结构；沉积区各个粒径的土壤团聚体有机碳含量均高于侵蚀区，侵蚀区的土壤团聚体有机碳更趋向于均匀分配，土壤理化性质的空间差异也会影响土壤团聚体有机碳含量。侵蚀沟道中土壤侵蚀模式与传统坡面并不一致，土壤结构及相关碳组分主要受地形和植被支配下的土壤侵蚀程度影响。关键词：土壤；侵蚀；侵蚀沟道；团聚体；有机碳；137Cs     

紫色土坡耕地土壤物理性质空间变异对土壤侵蚀的响应

为了研究不同坡度和坡长的耕地上土壤侵蚀对土壤物理性质空间变异的影响,通过地形测量、137 Cs示踪、土壤物理性质分析等方法对川中丘陵紫色土区土壤物理性质对土壤侵蚀的响应进行了研究,结果表明：在中等坡度（16.60%～25.10%）的梯坡地上,耕作侵蚀处于主导地位,是导致耕层土壤物理性黏粒含量和容重在梯坡地上总体差异不大（CV＜6.3%）,且与137Cs含量不相关的主要原因;在已退耕还林的陡梯坡地上（35.60%）,水蚀占据主导地位,导致耕层土壤物理性黏粒含量和容重均与137Cs的含量显著相关。在长坡耕地上(10.10%),具有分选搬运能力的水力侵蚀占据主导地位,致使耕层土壤物理性黏粒含量与137Cs的含量具有显著的相关关系,而容重却与137Cs含量没有显著的相关关系。川中丘陵区坡耕地上,耕作侵蚀和水蚀共同作用于土层深度,使土层深度在坡顶、上坡最浅,在坡脚最深,顺坡向下逐渐增加。因此,在川中丘陵区不同坡长的坡耕地上,占主导地位的土壤侵蚀类型导致坡耕地上土壤物理性质出现相应的变化。     

基于土壤~(137)Cs监测的土壤侵蚀与有机质流失——以密云水库为例

本文运用137Cs核素示踪技术,研究北京重要的水源供应地密云水库周边地区及白河上游地区土壤侵蚀状况与有机质流失状况及其相互之间的量变关系。试验结果表明:0～20cm土层中山坡上137Cs含量低于坡中、坡下,但若山顶具有缓坡或山角下具有陡坡则137Cs含量变化规律相反。根据水利部标准与土壤137Cs监测结果,密云水库周边大部分地区基本属于轻度侵蚀和中度侵蚀,部分地区侵蚀情况严重,达到了剧烈侵蚀的程度。不同土地利用方式对土壤有机质分布有很大影响,有机质含量分布为灌丛>林地>果园>农田;上游地区有机质含量高于水库周边地区土壤,表明人为活动加剧了土壤侵蚀和有机质的流失。对于景观单一,地域较小的采样区进行三次曲线数学模拟,其相关系数高达0.9左右,表明在监测土壤137Cs、210Pb含量变化的同时,可以利用小区域数学模型直接预报预测土壤有机质含量的变化。     

黄土坡面的土壤侵蚀波动性

 通过对黄土高塬沟壑区不同土地利用情况下土壤侵蚀的137Cs法研究,发现从坡顶到坡脚,土壤剖面的137Cs含量呈现强、弱交替的波动变化。通过对土壤侵蚀波动性的分析以及与其他研究成果的对比分析,发现随着坡长的增加,土壤侵蚀在坡面上总是呈现出一定的波动性,并由坡面细沟侵蚀的变化规律所决定。坡面土壤侵蚀的波动性可分为2种类型:一种是受人类活动影响较大的耕作型;另一种是受人类活动影响较少的自然型。     

龙门山地震带坡耕地土壤侵蚀对有机碳迁移的影响

坡耕地土壤再分布对土壤有机碳(SOC,soil organic carbon)迁移的作用机制研究已成为土壤侵蚀学研究的热点,然而目前极少有研究关注地震后生态脆弱的龙门山地震带坡耕地土壤侵蚀机理及其导致的土壤有机碳再分布规律。该研究选择龙门山地震带内(都江堰市)一块陡坡耕地和一个梯田系列,采用137Cs法和野外调查,对比分析强震导致田埂垮塌和未受损情况下坡耕地土壤侵蚀空间变化特征和有机碳运移变化机理。结果表明,该区黄棕壤有效137Cs背景值为1 473 Bq/m2;坡度较小的坡式梯田内部上坡表现为侵蚀,下坡表现为沉积,同时,上部梯田的侵蚀速率高于下部梯田,但整个梯田系列净侵蚀量非常小,这表明梯田之间由于缺乏田埂的保护,水力也起着侵蚀、搬运上坡梯田土壤的作用,但是整个坡式梯田系列可以起到较好的保土作用,同时,坡式梯田内部主要以耕作侵蚀为主,是造成梯田上部坡位土壤流失严重的主要原因;陡坡耕地的地形为复合坡,由于田埂垮塌导致其土壤侵蚀速率显著高于坡式梯田系列,在整个坡面上,除了坡顶土壤侵蚀速率高之外,下坡坡度变大(曲率较大)的部位土壤侵蚀速率也非常高,同时,土壤沉积也发生在2个坡位(中下坡坡度较缓的部位和坡脚部位);在梯田系列和陡坡耕地上,SOC与土壤137Cs的空间变化规律较为一致。研究结果表明,在龙门山地震带,质量较好的石埂梯田仍然发挥着较好的土壤保持效果,同时,耕作侵蚀是该区坡耕地上一种重要的土壤侵蚀形式,在制定相应的土壤保持措施时,必须充分考虑耕作侵蚀的作用,才能有效地控制土壤侵蚀,此外,该研究结果还表明采用137Cs核素示踪技术可以比较科学地解释该区域的土壤侵蚀速率和SOC的空间变异规律。     

~(137)Cs技术研究岩溶高原湿地小流域土壤侵蚀特征

运用137Cs技术研究了威宁草海沙河小流域不同土地利用方式和地貌部位的土壤侵蚀特征。结果表明:研究区137Cs的背景值为879Bq·m2;农耕地土壤剖面中137Cs中呈均匀分布,非农耕地土壤剖面中呈指数递减分布;不同土地利用方式下,137Cs的面积活度值从大到小为灌丛地人工草地农耕地,土壤侵蚀模数值为农耕地草地灌丛地;不同地貌部位土壤中,137Cs面积活度值从大到小为下坡中坡上坡,侵蚀模数值变化为上坡中坡下坡。小流域年均侵蚀模数为:1254.9t·(km2·a)-1,灌丛地侵蚀模数为462.6t·(km2·a)-1,人工草地为630.4t·(km2·a)-1,农耕地为3311.8t·(km2·a)-1。因此,在小流域水土流失综合治理过程中,农耕地是治理的重点。     

黄土丘陵侵蚀坡地土壤呼吸初步研究

利用Li-8100红外气体分析仪和^137Cs示踪技术测定了黄土高原侵蚀撂荒坡地不同侵蚀坡位的土壤呼吸速率。结果表明：土壤呼吸速率在没有侵蚀的坡顶部与坡下部土壤堆积区之间存在极显著差异,坡顶部与坡中部轻度侵蚀区土壤呼吸速率无显著差异。对两个影响土壤呼吸的因素——5cm土壤温度和土壤含水量的分析表明：不同侵蚀坡位土壤呼吸速率日变化曲线形式相同,为“单峰”曲线;5cm土壤温度是影响土壤呼吸速率日变化的主要因素,但其作用随土壤含水量减小而减小;影响土壤呼吸速率日间变化的主要因素为土壤含水量,二者呈显著线性正相关（P=0．043,0．050,0．042）,坡顶、坡中、坡下的相关系数依次为0．891、0．878、0．892;日均5era土壤温度与土壤呼吸速率无相关关系。研究结果对于深入探讨黄土高原侵蚀土壤有机碳循环具有一定作用。     

基于~(137)Cs示踪法的太湖流域典型山地土壤侵蚀规律分析

在生态环境敏感区—太湖周边选择两个地质构造不同的山体,运用137Cs示踪法分析了137Cs分布和土壤侵蚀规律。结果表明:沉积岩山体黄棕壤的137Cs含量表层大于底层,岩浆岩山体黄红壤137Cs含量中部高,表层和底层低。岩浆岩山体坡面的土壤侵蚀变化情况为:坡顶>坡上部>坡中部>坡底;沉积岩山体坡面土壤侵蚀变化为:坡中部>坡下部>破上部。研究区土壤侵蚀整体而言为微度或轻度侵蚀,在太湖周边区域未经人为扰动的山体表土移动运输程度很小,不会对山前平原和太湖水体造成明显影响,土壤流失不显著。     

中国季风区土壤137Cs背景值研究

 通过测定山东沂蒙山区、江苏苏南丘陵区以及云南滇池流域背景点样品中土壤137Cs活度,探讨了土壤剖面中137Cs的分布状况,发现不同地区不同质地的土壤137Cs 的分布深度有所不同。非耕地137Cs活度呈指数型分布,且与分布深度表现出很强的相关关系;耕地中137Cs活度呈深度分异上的均一性。确定了这几个地区137Cs的背景值分别为1 737.1、1847.2和918.0 Bq/m2。地区土壤137Cs背景值的确定使得 137Cs示踪技术研究土壤侵蚀退化状况、侵蚀和沉积的空间分布成为可能,为土壤资源的可持续利用、土壤侵蚀的经济损益评估及水土保持措施评价等提供有力的技术支持。     

川中丘陵区坡耕地侵蚀空间分布的WEPP模型和137Cs法研究

当前核素示踪技术和侵蚀产沙模型联合应用于侵蚀空间分异规律研究甚少且主要集中在流域尺度上。本研究利用WEPP模型和137Cs核素示踪技术估算了川中丘陵区简阳县贾家村附近两块坡耕地的侵蚀速率,进而对两种方法估算的侵蚀速率在坡面上的空间分布规律进行了分析。研究表明用137Cs核素示踪法测算的两块坡耕地的侵蚀速率随坡长增加而呈波动变化特征,用WEPP模型估算的坡耕地和坡耕地的土壤侵蚀速率随坡长增加而增大。坡耕地I顶部极高的137Cs计算的侵蚀速率和极低的WEPP模型计算的侵蚀速率表明人工刨地耕作逐渐把该坡耕地顶部的耕作土迁移至下部并将坡顶变成该坡耕地内最贫瘠的部分。用WEPP模型模拟的侵蚀速率与用137Cs计算的侵蚀速率在量上和空间分布上都有较大的不同,这说明在川中丘陵区用WEPP模型来估算传统耕作方式下坡耕地的侵蚀速率存在一定的局限性。     

黄土丘陵区典型峁坡土壤侵蚀空间分异特征

选择黄土高原丘陵沟壑区典型峁坡,采用137 Cs示踪技术,通过对不同坡向和坡位土样137 Cs含量的测定,分析了峁坡137 Cs空间分布特征及土壤侵蚀的空间分异。结果表明,不同坡向峁坡侵蚀差异明显,各坡向平均侵蚀速率大小依次为:北坡西南坡东北坡西坡西北坡南坡东南坡东坡,各坡向侵蚀强度均表现为强度侵蚀;峁坡各坡向不同坡位的侵蚀差异也非常明显,坡下部侵蚀量最大,坡面中上部次之。侵蚀速率顺坡呈波动变化趋势,且侵蚀强度表现为中度、强度以及极强度侵蚀,以强度侵蚀为主。     

旋耕机耕作对紫色土碳氮垂直分布过程的影响

利用在土壤表面人为添加钛铁矿粉以示踪表层土壤垂直和顺坡再分配过程,通过对比耕作前与模拟耕作20次、40次土壤有机碳和全氮垂直分布特征,研究紫色土旋耕机等高耕作所产生的土壤顺坡和垂直搬运耦合作用对有机碳、全氮垂直分布过程的影响机制。结果显示:强烈耕作后坡顶侵蚀深度超过原土壤剖面厚度,但土壤剖面厚度依然与耕作深度相当,这是由于耕作对坡顶土壤起着顺坡搬运(耕作侵蚀)和垂直搬运(破碎母岩)的双重作用。磁性示踪剂的深度分布显示出耕作引起表层土壤垂直向下迁移,但不同坡位垂直分布机制不同。坡顶土壤有机碳和全氮浓度明显减小,这是由于强烈的耕作侵蚀向下坡搬运耕层土壤,同时耕作垂直搬运引起母岩碎屑向耕层混入产生稀释作用;坡趾表层0—5 cm土壤有机碳和全氮浓度减小,但是5—20 cm明显增加,表明耕作侵蚀引起来自上坡的低浓度土壤在坡趾堆积。这些结果表明旋耕机等高耕作下土壤同时发生顺坡传输与垂直迁移,两者相互作用导致耕作侵蚀区和耕作沉积区呈现出明显不同的有机碳、全氮垂直分布模式。     

用137Cs示踪法研究密云水库周边土壤侵蚀与氮磷流失

运用137Cs核素示踪技术,研究密云水库周边地区及白河上游地区土壤侵蚀与氮、磷流失状况及其相互之间的量变关系.研究结果表明:从土壤表层(0～20 cm)137Cs分布规律基本符合地形地貌的变化规律,山坡上部的137Cs含量低于山坡中部与坡下部,但是如果山顶具有缓坡或山角下具有陡坡,则137Cs含量变化规律相反.根据土壤137Cs监测数据结果判定该地区基本属于轻度侵蚀和中度侵蚀,部分地区侵蚀情况达到剧烈程度.不同景观与土地利用方式对土壤氮、磷分布有巨大影响:有机质、全氮、水解氮含量均是以灌丛土壤最高,林地次之,与流域内137Cs分布规律相符合;而农田中全磷、速效磷含量最高.不同区域土壤养分含量不同:水库上游地区土壤氮素、磷素含量均低于水库周边地区.证明不合理的人为活动严重的增强了土壤侵蚀程度与养分流失量.回归模拟了土壤中137Cs、(210Pb)与全氮、全磷、水解氮、速效磷含量之间的数学模型.这些模型在区域较小、景观单一的范围内可以定量分析、预报预测各采样区的全磷和有效态氮、磷含量的变化趋势.简化了监测与分析测试程序.扩大了核素示踪技术的应用范围.     

监测土壤流失的标线法及其测定犁耕运移土壤的尝试

介绍了监测土壤流失和堆积的一种新方法——标线法和在贵州普定喀斯特坡地开展试验研究测定犁耕侵蚀的结果。坡度3°、坡长24.2 m的石灰土旱坡地10次犁耕的试验结果表明:坡顶犁耕侵蚀速率0.67 cm/a,和实际情况相符;顺坡犁耕通量52.6 kg/(m.a),和其他研究者用小石子或137Cs、210Pbex核素示踪法测得的值基本一致。标线法具有简便易行、价值低廉和标线隐蔽性强、不易被发现破坏的特点,所测结果是可靠的。此法解决了侵蚀针或标桩法可能干扰径流和风流场的问题,且不妨碍犁耕,可广泛应用于流水侵蚀、风蚀和犁耕侵蚀的长期监测。标线法测得的是土壤点侵蚀和堆积量值,非常适用于侵蚀随坡长变化的研究。     

基于137Cs示踪的南方红壤丘陵区不同土地利用管理方式的侵蚀效应

南方红壤丘陵区因土壤侵蚀严重而成为生态脆弱地带.通过137Cs示踪技术,采用相关土壤侵蚀定量模型,对南方典型红壤丘陵区不同土地利用与管理方式下不同地貌部位的土壤侵蚀及其导致的侵蚀效应进行了研究.结果表明:研究区的137Cs的背景值为(1 920±125.6) Bq/m2;137Cs含量在不同土地利用管理方式和地貌部位存在明显的分异;侵蚀强度总的变化趋势表现为:荒山＞本地松林、水保林＞桔园＞桔园改苗圃地＞苗圃,因侵蚀而导致的土壤有机质和其他理化性状也表现出大致相同的变化特征;而不同地貌部位的侵蚀模数则表现为坡顶相对较小,坡中和坡底则相对较大.     

川北山区坡耕地土壤活性有机碳对土壤侵蚀的响应

为探明侵蚀对坡耕地土壤活性有机碳的影响,利用137 Cs示踪技术,并结合土壤理化分析,研究了川北山区坡耕地土壤侵蚀所引起的土壤再分配对土壤有机碳与活性有机碳空间变异性的影响。结果表明,川北山区坡耕地土壤侵蚀是水蚀和耕作侵蚀共同作用的结果,强烈的耕作导致坡上部发生严重的土壤侵蚀;侵蚀对坡耕地土壤有机碳与活性有机碳分布影响较大,土壤有机碳与活性有机碳含量与137 Cs含量呈显著正相关,坡上部土壤有机碳与活性有机碳含量贫瘠,而在坡下部相对富集。因此,山区坡耕地土壤肥力的空间分布特征在今后的土地施肥管理中应引起关注。