三峡库区植物篱对土壤理化性质及抗蚀性的影响

三峡库区坡耕地水土流失严重,已经威胁到库区生态环境及库区安全。利用长期定位小区试验,通过对2种植物篱及对照处理的对比分析,研究不同植物篱对坡耕地土壤理化性质及土壤侵蚀的影响。结果表明：黄荆和紫背天葵2种植物篱处理在不同程度上均改良了土壤物理性质,不同位置土壤养分指标表现为带内最高,带间最低,带上和带下介于两者之间。对照处理土壤养分指标均表现为从坡顶向坡脚逐渐富积的特点。不同植物篱带内土壤抗蚀性的强弱分别为：黄荆（79.2%）〉紫背天葵（15.3%）〉CK（8.7%）,除了砂粒、粉粒和粘粒含量外,植物篱带内土壤抗蚀指数与其他土壤理化性质间均具有显著或极显著的相关性。植物篱带内土壤抗蚀指数随着土粒浸水时间的增加而减小,两者呈三次多项式函数关系。2种植物篱处理中黄荆改良土壤理化性质、减轻土壤侵蚀的效果优于紫背天葵。     

三峡库区植物篱系统土壤颗粒分形特征及其与土壤理化性质的关系

在对长江三峡库区坡耕地植物篱系统调查样地土壤样品颗粒分析的基础上,对植物篱系统内土壤颗粒分布及土壤分形维数与土壤物理性质和土壤养分含量的关系进行了研究,结果表明:（1）乔木类、草本类和灌木类植物篱带间坡耕地土壤砂粒含量比其对应的植物篱带内土壤沙砾平均含量分别高10.4%,13.7%和9.2%;而黏粒含量在植物篱带内富集,其平均含量比植物篱带间坡耕地土壤黏粒含量分别高14.3%,19.5%和10.7%;（2）土壤分形维数与土壤黏粒和土壤粉粒含量具有显著（P < 0.01）的正相关关系,而与土壤砂粒含量显著负相关。（3）土壤分形维数与土壤孔隙度、含水量和土壤饱和导水率极显著正相关,而土壤容重与分形维数呈显著负相关关系。土壤分形维数与土壤有机质、土壤全氮、土壤有效氮、土壤全钾、土壤有效钾、土壤全磷含量和阳离子交换量显著相关,而土壤有效磷含量和土壤分形维数相关性不显著。     

不同植物篱对紫色土区坡耕地表层土壤理化性质的影响

为探究植物篱措施对坡耕地表层土壤理化性质的作用,基于遂宁水土保持试验站长期定位观测数据,结合野外采样和室内分析,对比分析了香根草和新银合欢植物篱定植3a后径流小区表层土壤理化性质的变化。结果表明:植物篱小区表层土壤砂粒含量是对照组的49%~92%,0.25mm水稳性团聚体含量是对照组的110%~119%,表明植物篱能够改善土壤表层的颗粒组成和团聚体含量,且10°小区较15°小区变化更为显著。植物篱小区表层土壤总孔隙度为50.2%~53.2%,空白对照组总孔隙度为45.5%~48.5%;非毛管孔隙度要显著高于对照组,而毛管孔隙度低于对照组;和对照组相比,植物篱小区表层土壤SOC及TN含量显著增加,土壤TP及TK含量显著减少,15°坡耕地及植物篱上侧较显著。植物篱措施能够显著增加土壤表层的SOC和TN含量,土壤TP和TK含量略有减少,故植物篱小区应适当增加磷钾养分的补充。总体来看,植物篱对坡耕地表层土壤颗粒组成和团聚体的作用大于养分,能显著改善土壤物理结构,其中香根草植物篱对土壤物理结构的改善作用强于新银合欢植物篱。在今后对植物篱措施的应用过程中,应采取相应措施保持土壤结构的稳定性和养分平衡。     

植物篱对石灰土坡耕地理化性质及磷素流失的影响

在三峡库区香溪河流域典型石灰土坡耕地通过修建标准径流小区,设置栀子花(灌木)和黑麦草(草本)植物篱,研究不同类型植物篱对石灰土坡耕地耕层土壤理化性质及磷素流失特征的影响。结果表明:植物篱系统可有效的增加土壤耕层细颗粒含量和减小土壤容重,从而改善土壤分形特征,增强土壤疏通性及含水量,达到增大石灰土坡耕地土壤抗蚀性指数和防治土壤养分流失的目的;2种类型植物篱在不同深度耕层、植物篱带内和带间对石灰土坡耕地理化性质及磷素流失的影响表现出一定的差异性,但总体上差异不显著;土壤耕层黏粒含量与土壤中Ca_8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca_(10)-P的含量均达到了极显著正相关(r=0.772,0.805,0.603,0.682,0.738),土壤容重与土壤黏粒含量存在显著的负相关关系(r=-0.648),表明植物篱系统是通过对土壤黏粒的有效阻滞和富集,从而减小石灰性土壤容重和磷素的流失,实现改善石灰土坡耕地土壤理化性质和防治农业面源污染的效果。     

植物篱对紫色土区坡地土壤可蚀性变化影响

基于土壤分形维数及 EPIC 模型,研究紫色土区坡耕地不同土地利用方式下定植新银合欢植物篱对坡面土壤分形特征及可蚀性的影响作用.结果表明:定植植物篱能提高坡面土壤粘粒含量,对坡面小区土壤整体的可蚀性没有明显影响.土壤分形维数与砂粒、粉粒含量呈负相关,与粘粒含量呈正相关;土壤可蚀性 K 值与粉粒含量呈极显著的正相关,相关系数为0.957;与分形维数、砂粒含量、粘粒含量及有机碳含量呈负相关,相关系数分别为:-0.589,-0.668,-0.603,-0.286.     

三峡库区皇竹草植物篱对坡面土壤分形特征及可蚀性的影响

基于土壤颗粒分形维数及EPIC模型研究定植皇竹草植物篱,对三峡库区坡耕地土壤分形特征及土壤可蚀性的影响作用。结果表明：植物篱对坡面土壤粘粒的拦截作用显著,粘粒在篱前富集含量升高;土壤分形维数与土壤砂粒含量呈负相关,与粉粒、粘粒含量呈正相关,总体上表现为：粘粒〉砂粒〉粉粒,土壤颗粒分形维数值受细颗粒含量的影响作用显著;土壤可蚀性K值与土壤砂粒含量呈极显著的正相关,相关系数为0.870;与土壤粉粒含量、粘粒含量、有机碳含量、团聚度及土壤颗粒分形维数呈负相关,相关系数分别为-0.538,-0.739,-0.603,-0.486,-0.538;有机质及粘粒含量的高低是反映库区土壤抗侵蚀能力强弱的有效指标。皇竹草植物篱带间距对三峡库区坡耕地土壤颗粒分形特征及可蚀性的影响作用总体上表现为：4.5 m带间距〉5.5 m带间距〉7.5 m带间距。库区10°坡耕地篱带间距布设在6 m以内时,植物篱对改善坡面土壤分形特征、降低坡面土壤可蚀性、控制农业面源污染的作用最显著。     

三峡库区坡耕地植物篱对土壤特性的影响研究

植物篱在减少坡耕地径流、控制土壤侵蚀和降低非点源污染方面具有重要的作用。采用中国科学院万州典型区生态环境监测重点站监测的三峡库区坡耕地皇竹草植物篱小区和对照小区连续6年的监测资料,研究了坡耕地皇竹草植物篱对土壤特性的影响,结果表明植物篱能有效地改善坡耕地土壤结构、提高土壤养分含量。植物篱的实施有利于三峡库区坡耕地的可持续利用。     

三峡库区等高植物篱的控蚀效益及其机制

 水土流失是影响长江中上游地区社会、经济持续发展的关键限制因素。等高植物篱农作措施具有很好的控制土壤侵蚀功效,但还缺乏较为系统的定量研究。根据1993年在三峡库区典型流域建设的5个植物篱小区,对径流、土壤侵蚀的多年连续观测数据分析,结果表明:4种试验植物篱均有很好的水土保持效果,从植物篱栽植的第4年起,水土效益呈现出较为稳定的态势。同对照相比,植物篱小区土壤侵蚀量下降18·4%～70·0%,径流下降幅度为17·2%～70·8%。马桑、黄荆较香根草、新银合欢有着更为突出的控制侵蚀效果,但不同植物篱之间水土保持效益的差异没有达到统计显著水平。植物篱小区内,局部的径流流速变化是导致侵蚀产沙变化的根本原因,即在植物篱条带的上坡位置,径流流速下降,而在条带的下坡位置,径流流速增加。经过流速的一减一增,使得在小区出口的径流流速及径流量同对照小区相当的情况下,条带上坡位置由于流速下降,径流携沙能力下降,而导致泥沙侵蚀本身的减少和已经侵蚀泥沙的淤积,并最终使侵蚀量大幅下降。     

三峡库区植物篱技术对坡耕地土壤肥力的影响

通过三峡库区25°紫色土坡耕地的定位试验观测,探讨了植物篱技术对坡耕地土壤肥力的影响。结果表明,植物篱技术科学合理地解决了坡耕地用地和养地的问题,一方面通过植物篱根系吸收土壤深层养分并以刈割茎叶返还土壤,促进了养分的循环与再分配,发挥了养分泵的功能;另一方面通过植物篱的阻滞和坡面覆盖,减少了由径流与侵蚀泥沙携带的养分损失,有效地改善了土壤肥力性状。     

香根草植物篱对三峡库区坡耕地侵蚀分布的影响

为探究植物篱对坡耕地侵蚀分布的影响,设置1个坡度(15°)、3个降雨强度(60,90,120 mm/h)和3种坡面条件(裸坡对照CK、植物篱P和仅有植物篱根系R),采用稀土元素氧化物将坡面分成5段(自上而下),开展室内人工模拟降雨试验。结果表明:随着降雨强度的增加,各坡面条件示踪坡段的侵蚀速率和侵蚀量均有所增加,整体上均表现为CK>R>P的趋势,植物篱可以显著降低坡面各部位的侵蚀速率及其侵蚀量,且使得侵蚀产沙主要集中在坡中部的Ce、La和Yb 3个示踪区。与CK坡面条件相比,R与P坡面条件下Sm和Ce示踪坡段对总侵蚀量的平均贡献率分别减少77.15%,90.38%和30.01%,28.35%,而Yb、La和Eu示踪坡段对总侵蚀量的平均贡献率分别增加54.34%,35.39%和12.39%,40.58%以及101.45%,91.31%。研究结果表明,植物篱造成坡面下部侵蚀贡献减小而中上部侵蚀贡献增加,坡面侵蚀部位整体上移,对坡地侵蚀的空间分布有显著影响。     

三峡库区消落带土壤化学性质变化

为研究三峡库区消落带水淹和未水淹区域土壤化学性质的差异,以及探讨水位涨落对消落带土壤化学性质影响,试验分别于2008年、2009年、2013年的9月,对消落带水淹和未水淹区域土壤(0-5,5-10,10-15cm)的养分含量和pH值进行测定。结果表明:(1)2008年、2009年、2013年消落带未水淹区域各层土壤的速效氮、速效磷、速效钾和有机质含量均大于水淹区域,2013年其含量差异的幅度较大,依次为6.06%~17.01%,40.55%~50.23%,26.90%~46.89%和14.64%~45.51%;较未水淹区域,水淹区域各层土壤的pH值呈缓慢上升趋势。(2)受不同水位涨落周年的影响,各层土壤速效氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、有机质含量均表现为:经历0次水位涨落区域1次水位涨落区域5次水位涨落区域,而土壤pH值变化趋势与其相反;受水位涨落影响后,土壤的全钾含量表现出一定程度的积累。研究表明,水位涨落可导致消落带土壤速效氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、有机质含量的大量流失和pH的显著增高。     

三峡库区紫色土坡耕地表土的可蚀性研究

[目的]揭示三峡库区紫色土坡耕地表土可蚀性特征,为水土保持措施空间配置优化设计提供依据。[方法]以无措施坡耕地为对照,选取紫色土区埂坎、水平沟坡耕地为研究对象,采集表土测试机械组成和有机质含量,利用EPIC(environmental policy-integrated climate)模型计算可蚀性指标,比较3种坡耕地表土的颗粒组成、有机质含量和可蚀性指标。[结果]①紫色土坡耕地表土粉粒含量较高,黏粒含量较低,分别为45.78%～76.29%和6.05%～10.58%。坡面尺度内,埂坎坡耕地上地块下坡位表土粉粒含量明显高于紧邻的下地块上坡位,砂粒含量则相反。地块尺度内,上坡位砂粒含量较高,中下坡位粉粒含量和黏粒含量较高。②紫色土坡耕地表土有机质含量为0.61%～1.48%。坡面尺度内,埂坎坡耕地上地块下坡位表土有机质含量明显高于紧邻的下地块上坡位。地块尺度内,有机质主要在中下坡位富集。③紫色土坡耕地表土可蚀性K值介于0.043 8～0.059 2之间。坡面尺度内,埂坎和水平沟坡耕地下地块上坡位表土可蚀性K值分别比紧邻的上地块下坡位低16.55%和6.30%。地块尺度内,中下坡位的表土可蚀性K值较大,且最高值出现在坡面的3/4处。表土可蚀性K值与粉粒含量呈极显著正相关(p0.01),与砂粒含量呈极显著负相关(p0.01)。[结论]三峡库区紫色土坡耕地表土抗蚀能力较弱,埂坎和水平沟均具有较好的水土保持效果,对提高坡耕地抗蚀性具有一定作用。     

三峡库区不同生境下桑树林地土壤结构稳定性与持水性能

为保证桑树在三峡库区困难立地条件下的正常生长,对该区砾石土、粗骨土、砾质土和扰动土4种生境土壤结构稳定性与持水性能进行诊断,并探讨了各种生境障碍因素的改良途径。结果表明:(1)不同生境土壤物理性质差异显著(p0.05),土壤容重表现为粗骨土生境(1.30g/cm3)砾石土生境(1.23g/cm3)砾质土生境(1.12g/cm3)扰动土生境(1.08g/cm3),砂粒含量为粗骨土生境砾石土生境砾质土生境扰动土生境。(2)不同生境土壤抵御季节性干旱能力差异较大,总库容表现为砾石土生境(97.185mm)砾质土生境(81.139mm)扰动土生境(66.958mm)粗骨土生境(47.353mm);而最大有效库容则为砾石土生境(54.140mm)砾质土生境(47.552 mm)粗骨土生境(36.399 mm)扰动土生境(11.705mm),砾石土生境最好,扰动土最差。(3)不同生境土壤稳定性指数(ASI)表现为粗骨土生境(4.57)砾石土生境(2.44)砾质土生境(2.36)扰动土生境(2.31),土壤稳定性与土壤砂粒呈显著或极显著正相关,与粉粒和粘粒呈显著负相关,与土壤孔隙状况相关性不显著。(4)桑树在不同生境的土壤障碍因素差异明显,在粗骨土生境可通过土壤改良剂和菌根接种调整土壤透水性能,在扰动土生境可通过施加保水剂改善土壤有效库容,而在砾石土和砾质土生境可通过种植固氮植物、绿肥改善土壤养分条件。     

三峡库区小流域不同生态恢复阶段的水土流失特征

在三峡库区汝溪河小流域,采用“空间代替时间”方法对撂荒地和柏木新造林、幼龄林、中龄林4个恢复阶段的水土流失特征进行研究.结果表明:撂荒地演变为柏木新造林、幼龄林和中龄林后,水土流失明显减少,土壤流失量大小排序为撂荒地＞新造林＞幼龄林＞中龄林;表层(0-20 cm)土壤砂粒含量分别减少2.95％,6.86％和9.51％,而粗粉粒和物理性粘粒含量增加;各层土壤的抗蚀性明显增强,且随土层加深而降低;各层土壤团聚体的稳定性提高,而且土壤团聚体破坏率均需较长时间达到稳定,尤其是幼龄林和中龄林.可见,植被的保持水土、改良土壤作用随生态恢复进程得到增强.但在三峡库区增加森林植被覆盖的同时,还应注重培育和维护合理的林分结构.     

基于Coup Model模型的三峡库区典型林地土壤水分和温度模拟以及参数敏感性分析

根据2008和2009年野外试验资料,应用CoupModel模型,对位于长江三峡库区末端的重庆市四面山阔叶林(木荷×石栎)和针叶林(杉木×马尾松)0-80cm土层的土壤水分和温度进行了逐日模拟验证,并在此基础上采用OAT方法(即每次只改变其中1个参数的方法),对模型参数进行了敏感性分析。验证结果表明,CoupModel能较好地模拟土壤水分和温度的动态变化,2种林分土壤水分决定系数(R2)、平均误差(ME)、均方根误差(RMSE)、Nash效率系数(NSE)分别为0.81~0.94,-0.01%~0.26%,0.24%~1.83%和0.80~0.87土壤温度的R2,ME,RMSE,NSE分别为0.92~0.99,-0.14~0.06℃,0.18~0.34℃,0.90~0.98。说明该模型在该地区表现出良好的适用性。参数敏感性分析表明,对土壤水分模拟结果影响较大的参数有孔隙分布参数、进气吸力、残留含水量、饱和含水量、饱和导水率和蒸发阻力系数(PsiRs-1p),对土壤温度模拟结果影响较大的参数有土壤热传导系数、有机质层厚度、植被反照率、消光系数、水汽压亏缺和蒸发阻力系数。     

三峡库区土壤可蚀性K值研究

 研究土壤可蚀性K值有助于宏观判断和定量分析三峡库区土壤侵蚀的特点。依据重庆市和湖北省的第2次土壤普查资料,建立三峡库区各土种的理化性质数据库,并通过三次样条插值方法对不同粒径标准的土壤质地进行转换,然后采用几何平均粒径模型修正公式计算出三峡库区各土种的可蚀性K值,经面积加权平均得到三峡库区11类土壤的可蚀性K值,最后在分类分级基础上,探讨土壤可蚀性K值的分布特征。结果表明:三峡库区土壤可蚀性K值变化于0.00720.019 2 t.hm2.h/（MJ.mm.hm2）之间,其中在0.015 00.019 0t.hm2.h/（MJ.mm.hm2）之间的中高可蚀性和高可蚀性土壤面积占库区总面积的74.49%;三峡库区存在很大的土壤侵蚀风险,国外已有的K值经验算式不能直接照搬,而采用几何平均粒径修正模型对三峡库区土壤可蚀性K值进行估算是可行的。