赣南不同母质及植被覆盖对红壤水稳性的影响

[目的]探讨赣江流域地区植被恢复对土壤抗侵蚀能力提高的作用机理以及土壤水稳定性的测定方法。[方法]选取3种不同成土母质(花岗岩、红砂岩、第四纪红土),每一种母质又设置了3种植被覆盖条件下的红壤,应用静水天平法测定土壤的水稳性指数,并研究其随时间的变化规律。[结果]赣南红壤的水稳性随浸水时间延长而减弱,这种减弱变化不受母质类型和植被覆盖的变化而改变。林草地和灌草地土壤水稳性在浸水过程中土壤的水稳性指数较为稳定,下降幅度小,(林下)裸地土壤浸水后水稳性指数下降幅度较大。以(林下)裸地作为对照,3种母质的林草地、灌草地的水稳性指数均有显著提高。[结论]静水天平法特别适合研究土壤水稳性的动态变化规律。赣江流域红壤地区的植被恢复有助于提高土壤的水稳定性。     

不同母质发育的红壤电荷特性研究

研究了3种不同母质发育的红壤中电荷的差异,比较了不同母质对电荷的影响。结果表明:3种母质发育的红壤中,紫色土发育的红壤中全部负电荷含量明显高于花岗岩发育的红壤和第四纪红色黏土发育的红壤;第四纪红色黏土发育的红壤中正电荷的含量明显高于花岗岩发育的红壤和紫色土发育的红壤;第四纪红色黏土发育的红壤、花岗岩发育的红壤和紫色土发育的红壤中正电荷与pH呈显著性负相关;第四纪红色黏土发育的红壤正电荷与有机质呈显著负相关,花岗岩发育的红壤和紫色土发育的红壤中正电荷与有机质含量呈显著正相关;第四纪红色黏土发育的红壤和紫色土发育的红壤正电荷与黏粒含量呈一元二次线性关系,花岗岩发育的红壤正电荷与黏粒含量呈极显著负相关;紫色土发育的红壤吸附的NH4+-N含量最高,第四纪红色黏土发育的红壤吸附的NO3--N含量最高。通过对3种母质发育的土壤电荷特性的研究,可为不同母质的红壤进行合理施肥与管理提供科学依据。     

亚热带地区几种红壤坡面侵蚀泥沙的物质组成特性

以三种母质发育的5个红壤为研究对象,在人工降雨条件下,研究不同降雨动能下（采用裸地和纱网覆盖控制）坡面侵蚀泥沙的颗粒分布特征及物质组成状况。结果表明：侵蚀泥沙的颗粒分布受土壤母质和降雨侵蚀力影响差异较大,相同母质红壤产生泥沙的颗粒组成特征相似,纱网覆盖条件下泥沙中细颗粒相对含量普遍高于裸地,泥质页岩发育红壤(HS)和花岗岩发育红壤(TG1和TG2)泥沙（分散后）表现为黏粒和粉粒的富集,富集率为1.15~3.14,第四纪红黏土发育红壤（HQ1和HQ2）砂粒富集比较明显,富集率最高为3.84;对于HS、TG1和TG2而言,泥沙中有机质(OM)、游离氧化铁铝(Fed和Ald)主要分布在<0.05mm粒径中,而对于HQ1和HQ2而言,则主要分布在>0.25mm和<0.05mm两个粒级中,其中有机质（OM）富集最明显;泥沙中OM、Fed和Ald之间达到极显著相关(r≥0.82),而且它们与土壤中阳离子交换量（CEC）、Fed、Ald、非晶形氧化硅（Sio）、黏粒含量的相关性也达到极显著水平(r≥0.81),说明这些物质间相互影响,在侵蚀过程中随泥沙迁移行为相似。     

不同母质红壤坡面产流产沙特征比较

采用人工模拟降雨的方法,研究花岗岩、第四纪红黏土、红砂岩3种母质发育的红壤坡面产流产沙特征差异。结果表明:(1)地表产流方面,3种母质红壤地表产流时间为花岗岩红壤红砂岩红壤第四纪红壤,总径流量和场均产流速率均为花岗岩红壤红砂岩红壤第四纪红壤,其中45mm/h条件下花岗岩红壤的地表径流量为红砂岩和第四纪红壤的1.79~2.47倍,场均产流速率为后者的1.58~2.32倍。(2)地表产沙方面,在45mm/h条件下,场均泥沙浓度为第四纪红壤花岗岩红壤红砂岩红壤;135mm/h条件下,场均泥沙浓度为花岗岩红壤红砂岩红壤第四纪红壤。雨强对红壤坡面产沙的影响较大,135mm/h条件下的泥沙浓度为45mm/h条件下的8.31~11.32倍。(3)径流组成方面,3种母质红壤中壤中流所占径流比最高为第四纪红黏土发育的红壤,在2种雨强条件下为8%~44%。雨强越大,地表汇流越明显;135mm/h条件下,红壤坡面地表径流量可达到总径流的79%~90%。(4)壤中流产流方面,壤中流产流时间顺序与地表产流一致,均为花岗岩红壤红砂岩红壤第四纪红壤,花岗岩红壤的壤中流量最小,仅为第四纪红壤的53%~67%,峰值为后者的42%~52%;对于红壤而言,停雨后的壤中流消退过程可以用指数函数方程进行预测,在所有试验条件下,其决定系数均在0.82以上,表明具有较好的预测性。     

不同母质类型发育土壤颗粒组成分形特征

为探讨母质类型对土壤粒径分布非均匀性和土壤结构异质性的影响,采用激光粒度分析方法和分形理论,研究了冲积物﹑花岗岩残积物﹑第四纪红黏土及浅海沉积物四种母质类型发育土壤的颗粒组成﹑分形特征及土壤理化性质对颗粒组成及分形参数的影响。结果表明:(1)花岗岩残积物以及浅海沉积物发育的土壤粒径分布范围大,大颗粒含量高,非均匀性较小。冲积物和第四纪红黏土发育的土壤颗粒集中分布在2～200μm的细颗粒区域,异质性较大。(2)从土壤颗粒体积单分形维数(D值)看,母质类型对不同发生层颗粒组成的均匀性影响有所差异。冲积物和花岗岩残积物发育的土壤颗粒分布的不均匀性从A层向C层递减,浅海沉积物发育的土壤从A层向C层,颗粒分布的不均匀性递增,第四纪红黏土发育的土壤三个发生层颗粒分布的均匀性相近;从D0值看,母质类型对不同发生层颗粒组成的分布范围影响较小。(3)不同母质类型土壤的pH﹑CEC﹑游离氧化物﹑蛭石及高岭石含量等与土壤粒径分布的异质性和分布范围表现出的差异一致(P0.05)。以上结论表明,母质类型对土壤粒径分布及分形特征影响显著。     

不同植被条件下土壤抗冲性及其影响因素

采用野外实地放水冲刷的方法,以刺槐林、混交林幼林、天然次生林、退耕岷江柏林、岷江柏幼林、灌木林地为研究对象,研究了土壤抗冲性变化特征及其影响因素。结果表明,不同植被条件下土壤径流量随冲刷时间的变化较明显,总体上表现为先增大后减小,呈单峰变化。对照裸地(CK)径流随时间变化量低于灌木林地,但高于其它植被条件。不同植被条件下土壤冲刷过程中含沙量呈先降低后趋于平缓的变化规律。退耕岷江柏林、灌木林和岷江柏幼林地在产流过程中径流含沙量随时间变化较平稳,其中退耕岷江柏林地径流含沙量最小。混交林地含沙量总体较小,趋于稳定的时间滞后于其它植被条件。不同植被条件下土壤抗冲指数由大到小依次表现为:退耕岷江柏林>岷江柏幼林>刺槐林>灌木林>天然次生林>混交林幼林>裸地(CK)。不同植被条件下,土壤容重与抗冲指数呈显著负相关,微团聚体组成中<0.001mm颗粒与土壤抗冲指数间呈显著正相关关系,其它粒级颗粒与土壤抗冲指数之间的相关性均未达到显著。土壤速效磷与抗冲指数呈显著负相关关系。     

滇东山原红壤退化过程中的土壤剖面有机质与养分变异

山原红壤是云贵高原广泛发育的一种地带性古土壤,近年来退化严重,为了解山原红壤退化过程,采用"以空间换时间"的思路,对云贵高原山原红壤区同一区域林地、灌丛、草地和裸地土壤剖面养分含量进行对比分析。结果表明:从能生长植被的山原红壤至多年难以生长植被的"红裸土",土体平均有机质含量呈灌丛草地林地裸地的变化趋势;灌丛和草地土壤有机质含量随剖面深度递增而降低,裸地和林地土壤削面有机质含量没有明显的垂直变化规律;与有植被覆盖的各土体相比裸地的硝态氮、铵态氮和速效钾剖面含量具有特殊性,硝态氮含量随剖面深度的递增明显减小,铵态氮含量随剖面深度的递增而增大;随着植被的退化,土壤有机质与养分的相关性大致呈减弱趋势,灌丛的土壤有机质与养分的相关性最强,裸地土壤有机质与养分相关性最弱。     

我国南方不同母质土壤pH剖面特征及酸化因素分析

【目的】母质是影响土壤理化性质的主要因素之一,研究不同母质土壤pH的剖面特征及主要影响因素,为防治土壤酸化提供依据。【方法】选取湖南祁阳白茅草植被下七种母质(第四纪红土、红砂岩、板页岩、花岗岩、石灰岩、紫色页岩、河流冲积物)发育的土壤,测定不同层次(0-20、20-40、40-60、60-80和80-100 cm)土壤pH,通过比较表层(0-20 cm)与底层(60-100 cm) pH的差异来表征表层土壤是否酸化及酸化程度;测定0-20 cm土层的酸碱缓冲容量、有机质含量、阳离子交换量、比表面积及颗粒组成,分析影响表层酸化的主要因素。【结果】石灰岩剖面土壤的pH (8.46~8.72)最高,呈强碱性,其次为河流冲积物(7.37~7.87)、紫色页岩土壤(7.41~8.00),呈碱性;花岗岩、第四纪红土、红砂岩、板页岩四种母质发育的红壤呈酸性或强酸性,以花岗岩红壤pH (5.31~5.70)较高,其次为第四纪红土(4.62~4.97)、红砂岩红壤(4.31~4.67),板页岩红壤pH (4.25~4.49)最低。比较表层(0-20 cm)与底层(60-100 cm)土壤的pH,发现七种母质剖面土壤的表层均出现了pH降低,说明表层已出现酸化现象,酸化程度大小依次为:紫色页岩土壤>河流冲积物土壤、花岗岩红壤>第四纪红土、红砂岩红壤>石灰岩土壤、板页岩红壤。对表层土壤的比表面积、颗粒组成(黏粒、粉粒、砂粒含量)和pH、酸碱缓冲容量、阳离子交换量、有机质含量共八种理化因素进行逐步线性回归分析,由于多种因素的相互影响,七种母质土壤并未发现影响表层酸化的主要因素,但在四种母质(第四纪红土、红砂岩、板页岩、花岗岩)发育的酸性红壤中阳离子交换量是影响表层酸化的主要因素。【结论】土壤阳离子交换量与表层红壤酸化差值呈显著负相关,是影响第四纪红土、红砂岩、板页岩和花岗岩四种酸性红壤表层酸化的主要因素之一。     

小江流域土壤抗冲性实验研究

采用原状土冲刷法,对小江流域土壤抗冲性进行测试研究,结果表明:小江流域水稻土的抗冲性最大,棕壤其次,红壤、紫色土和褐红壤抗冲性最小;小江流域草地的抗冲性最大,耕地和灌丛地其次,裸坡最小;小江流域土壤的抗冲性大小与土壤中>2mm或<0.002mm的颗粒含量有较大关系。     

湘南丘陵区水田改旱地后土壤磷的有效性及淋失风险

【目的】研究不同母质发育的水稻土改旱地后土壤有效磷变化特征及主要影响因素,为红壤区磷素高效利用提供依据。【方法】采集3种母质(石灰岩、第四纪红色黏土和砂页岩)发育的水稻土及相邻的水田改旱地土壤样品,分析了土壤全磷、有效磷、水溶性磷和无机磷组分(Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P)的变化特征,通过主成分分析(PCA)和随机森林分析,探究水田改旱地后土壤磷素有效性变化的主要驱动因子。【结果】水田改为旱地后,石灰岩、砂页岩发育的土壤有效磷含量分别增加了20.48和17.60 mg/kg (P<0.05),但水溶性磷含量均低于磷素环境阈值;土壤磷活化系数分别提高了2.67和2.22个百分点;Al-P含量分别增加了46.07和51.28mg/kg;石灰岩发育的土壤Fe-P含量增加了62.11 mg/kg。相关分析表明,水田改旱地后,Fe-P、Al-P与磷活化系数呈显著或极显著正相关,PCA和随机森林分析结果表明Fe-P、Al-P是土壤磷素有效性变化的主要驱动因子。【结论】湘南红壤丘陵区水田改为旱地后,第四纪红色黏土发育的红壤磷素有效性未发生显著变化,石灰岩和砂页岩发育的土壤磷素有效性由于...     

晋西黄土区不同植被类型土壤抗冲性及表层根系分布特征

采用原状土冲刷水槽法,以油松林、刺槐林、山杏林、荆条地及荒草地土壤为研究对象,研究了晋西黄土残塬沟壑区蔡家川流域不同植被类型土壤抗冲性能及植物根系对土壤抗冲性的影响。结果表明:(1)在原状土冲刷试验过程中,各植被类型径流量随冲刷时间的变化趋势不明显,含沙量随时间延长先减少后趋于平稳,土壤抗冲指数呈逐渐增加的趋势。(2)各植被类型总根长密度、根表面积密度、根体积密度及根生物量密度均表现为刺槐、油松林地较大,山杏、荆条、荒草地较小且相差不大,总根系参数之间均存在正相关关系。各植被类型不同根径范围(0～0.5,0.5～1.0,1.0～2.0,2.0～5.0,5.0 mm)的根系指标中,0～0.5 mm径级的根长密度均最大,根体积密度总体表现为细根比粗根小。(3)不同植被类型植物根系均能增强土壤的抗冲性,增强效应表现为刺槐林地和油松林地较强,山杏、荆条、荒草地较弱。植物根系指标中1 mm径级的根长密度、根表面积密度、根体积密度与土壤抗冲性增强值呈显著或极显著正相关关系。其他径级根系参数与土壤抗冲性增强值相关性不显著。     

紫色土丘陵区不同土地利用类型土壤抗冲性特征研究

对紫色土丘陵区不同土地利用类型土壤抗冲性特征及其主要影响因素进行研究，结果表明：（1）径流含沙量在土壤冲刷过程中总体呈递减趋势。但传统农耕地7～10min后径流含沙量有增大趋势，径流含沙量表现为传统农耕地（0.81g／L）〉农林混作型耕地（0.73g／L）〉园地（0.69g／L）〉竹林地（0.58g／L）；（2）在整个冲刷过程中，随着时间增加，土壤抗冲指数逐渐增大，竹林地抗冲性能最强，园地和农林混作型耕地抗冲性能较为接近，抗冲性能最弱的为传统农耕地；（3）土壤抗冲指数依次为竹林地（1．37min／g）〉园地（0.99min／g）〉农林混作型耕地（0.92min／g）〉传统农耕地（0．70min／g），竹林地、园地、农林混作型耕地的抗冲指数分别是传统农耕地的1．96，1．41，1．31倍；（4）根系对紫色土的保护作用明显，抗冲性的增强效应依次为竹林地〉园地〉农林混作型耕地〉传统农耕地。     

花岗岩红壤区不同治理模式土壤抗冲性因素试验

为探讨花岗岩红壤区不同治理模式下的土壤抗冲性特性,得出适用于花岗岩红壤区水土保持效果最优的植被恢复模式,选取红壤丘陵区不同治理模式下的土壤作为研究对象,运用湿筛法、原状土冲刷法,在3种冲刷流量(1.5,2.5,3.5 L/min)下,对不同治理模式的土壤抗冲性规律及其影响因素进行研究。结果表明:(1)不同治理模式土壤抗冲系数由大到小分别为条沟草灌带风水林全坡面播草芒萁地封禁裸露地开垦地。治理措施封禁、风水林、全坡面播草、芒萁地、条沟草灌带的冲刷产沙量处于低水平平衡状态,3种冲刷流量(1.5,2.5,3.5 L/min)下,其变化范围分别为0.01～1.12,0.02～1.53,0.02～2.57 g;CK1和CK2冲刷产沙量最大,其冲刷产沙量变化范围分别为0.08～65.20,0.07～60.56,0.24～80.60 g。(2)条沟草灌带和风水林的土壤总孔隙度、0.25 mm水稳性团聚体含量、根系表面积、体积、根长和生物量分别占所有治理模式的37.08%,80.38%,44.15%,45.12%,52.11%,57.91%。(3)条沟草灌带和风水林的团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、根长密度和根重密度均较大,分别占所有治理模式的55.76%,44.06%,52.18%,54.91%。说明条沟草灌带和风水林水土保持效果较优,研究结果为控制红壤区水土流失和揭示相关侵蚀机理提供参考。     

黄土高塬沟壑区植被自然恢复年限对坡面土壤抗冲性的影响

为评价黄土高塬沟壑区坡面植被自然恢复对土壤抵抗径流侵蚀性能的影响,以农地为对照,通过野外原位冲刷试验研究了不同植被恢复年限（0~28 a）的坡面土壤抗冲性变化及其与土壤性质和根系密度的关系。结果表明,1）土壤各项性质均随恢复年限的增加不断改善,其中土壤容重和崩解速率随恢复年限呈递减的指数函数关系（P<0.01）,而饱和导水率、有机质含量、水稳性团聚体、MWD及各直径根系密度则随年限以线性或指数方式递增（P<0.01）。2）植被恢复3 a的坡面土壤抗冲性较农地增加不显著（P>0.05）,恢复3a后土壤抗冲性显著增加1.98～9.82倍（P<0.05）,且土壤抗冲性与恢复年限呈极显著线性关系（R2=0.98,P<0.01）。3）土壤抗冲性与容重和崩解速率呈显著的负相关关系,与饱和导水率、有机质含量、水稳性团聚体及MWD则呈极显著正相关关系;抗冲性与根系密度的关系可采用Hill曲线模拟,<0.5 mm是提高抗冲性的最有效根系直径。4）土壤抗冲性的提高与土壤性质的改善和根系密度的增加密切相关,土壤容重、团聚体稳定性（MWD）及<0.5 mm根系密度是影响土壤抗冲性的关键因子。     

林地枯落物抗冲试验研究

通过对枯落物抗冲性测定资料分析,得出枯落物自身抗冲能力与其增强土壤的抗冲效应相一致,抗冲能力大小顺序为油松>山杨>沙棘>刺槐。枯落物的抗冲力还随其厚度增加而提高,与单位面积中的活植物茎数量成正相关。具有枯落物的林地土壤冲失量主要取决于冲刷的前1～3min,而与更长的冲刷历时关系不大,但与冲刷径流强度关系紧密,每当径流出现增值都会引起土壤冲失量新的峰值。     

元阳梯田不同土地利用类型表层土壤的抗冲性

为了研究云南省元阳县梯田核心区土壤的侵蚀特性和保水机制,采用原状土冲刷槽法和实地放水冲刷试验法,结合有林地、灌木林地、荒草地和坡耕地的物理性质等,对元阳梯田核心区上述4种土地利用类型表层土壤抗冲性及其主要影响因素进行研究。结果表明:研究区表层土壤抗冲性由强到弱表现为荒草地>灌木林地>有林地>坡耕地;含沙量随着坡度(15°、30°和45°)和冲刷流量(1.5、2.5和3.0 L/min)的增加而增加,坡耕地具有较弱的抗冲性;土壤中的须根能够增强土壤的抗冲能力,特别是直径<1.0 mm的须根具有较强的固结性;土壤的水稳性团聚体越多土壤的抗冲性也就越好,荒草地和灌木林地表层土壤直径>3 mm的土粒,其结构水稳度为93.33%。     

陕北不同地貌部位土壤抗冲性特征研究

以陕北吴起县为例,采用原状土冲刷法,对各地貌部位不同植被类型问的土壤抗冲过程进行测试研究,结果表明:(1)在抗冲过程初期土壤抗冲值均较小,且随时间逐渐增大,随后抗冲值随时间呈波浪式变化,呈现单峰、双峰和多峰变化,除农地外所有土样在整个抗冲过程均有突变值的存在;(2)在梁(峁)顶、梁(峁)坡、沟坡和沟底,抗冲性最强的植被类型分别为沙棘林(草地)、油松小叶杨山杏混交林、柠条林和旱柳小叶杨混交林,农地的抗冲性能最差;(3)草地和灌木林在各地貌部位问的抗冲刷系数都表现为:梁峁顶>梁峁坡>沟坡>沟底,乔木林总体上表现为:梁峁坡>梁峁顶>沟坡>沟底,林分类型间的抗冲性表现为:针阔混交林>阔叶混交林>针叶纯林>阔叶纯林;(4)不同整地方法下的土壤抗冲性也表现出很大的差异,以油松林为例,表现出水平阶整地的抗冲性能优于鱼鳞坑,另外水平阶阶坎上的土壤抗冲刷系数要高于水平阶阶面,其他整地方法的抗冲性能有待进一步研究.     

红壤侵蚀退化坡面植被恢复过程中的水土保持效益演变

为探究花岗岩红壤侵蚀退化坡面植草措施实施中植被在不同生长阶段水土保持效益的演变规律，设置条带型（D1）、随机型（D2）、斑块型（D3）3种不同植草格局坡面，并以侵蚀退化裸地坡面（CK）作为对照开展试验，在天然降雨条件下监测整个植被生长过程中的坡面土壤侵蚀变化特征。结果表明：（1）植被的生长可显著提升坡面的水土保持能力，随着植被生长阶段的推进，坡面的产流产沙量明显下降，减流效益达20.74%~79.03%，减沙效益达97.42%~99.40%，但在不同降雨类型下，随着植被生长，坡面减流减沙效益表现出的递增变化规律具有差异。（2）植被生长能逐渐削弱降雨因素对坡面产沙的影响，使得坡面减沙率在不同雨型间的差异逐渐减小，最终稳定在一个较高水平，不同雨型间坡面减流率的差异在植被生长各时期皆较大。减流率、减沙率与植被生长时间二者之间存在对数函数关系，相关系数分别大于0.491和0.792。植被生长指标（分蘖数、盖度、株高）与坡面产流产沙量之间呈显著或极显著负相关关系。（3）从整个植被生长过程来看，3种植草格局的水土保持效益大小表现为D1>D3>D2，在植被生长的前期以及前中期，高植株密度的分布格局强于低植株密度分布格局，后期各格局差异较小。研究结果为南方红壤水土流失区严重侵蚀退化地植被恢复提供科学依据及技术支撑。     

元谋干热河谷坡面表层土壤力学特性对其抗冲性的影响

为了研究元谋干热河谷区坡面表层土壤的抗侵蚀性能,通过对燥红土机械组成、团聚体组成、基质吸力、黏聚力c和内摩擦角φ等参数的分析,并用原状土进行冲刷试验测定土壤的抗冲指数ANS,探讨了这些参数对土壤抗冲性的影响。结果表明,土壤分散率和ANS(soilanti-scourability)呈一元三次多项式变化,随着分散率的逐渐增加,ANS逐渐下降,ANS随着平均重量直径MWD的增大呈幂函数增长,随着基质吸力、黏聚力c和内摩擦角φ的逐渐增加,ANS也呈对数函数增长;ANS与各力学参数的相关程度依次为:抗剪强度τf>φ>MWD>分散率>基质吸力>c,逐步回归表明,黏聚力c、平均重量直径MWD和抗剪强度τf与ANS呈较好的线性关系(R2复=0.983),偏相关系数(RMWD(0.915)>Rc(0.829)>Rτf(0.776))表明水稳性团聚体的稳定性、颗粒及团聚体之间的胶结凝聚力和土壤抵抗水流的剪切破坏力对ANS影响较大。