紫色土坡地不同种植模式下径流及养分流失研究

对紫色土坡地6种种植模式下的径流泥沙与养分流失进行了观测统计分析,结果表明,6种种植模式下的径流量、泥沙流失量及养分流失量存在显著的差异,南方早熟梨 紫花苜蓿及柑橘 鸭茅两种果草模式与其它种植模式相比其径流过程曲线较为平滑,无突显的径流峰值点,径流量最少,两种果草模式各项养分流失量与传统顺坡种植模式相比减少了4～7倍不等;流失泥沙中的养份含量高于背景土壤和溶蚀携带,具有富集养分的特征,其富集比大多在1.3～2.4之间。     

紫色土坡地果草种植模式的水土流失特征研究

紫色土坡耕地是三峡库区重要的土地资源。以研究降雨强度对紫色土坡地产流产沙的影响为基础,以紫色土坡地示范推广的果草模式为研究对象,对其水土流失特征进行了野外定点监测研究。研究结果表明:(1)短历时、高强度降雨对紫色土坡地的产流产沙影响最强烈,降雨历时与产流产沙存在明显的负相关,而雨强参数与产流产沙则存在明显的正相关;(2 )在降雨特征参数中,平均雨强是反映紫色土坡地径流系数、泥沙量和径流含沙量的最好特征参数,I3 0 则能最好的反映紫色土坡地径流量的变化;(3)在不同降雨强度下,果草模式对产流量、径流系数、产沙量和径流含沙量都有非常明显的减少或降低作用,特别在低强度降雨时,其减水减沙效应更明显,种植年限对其效应也有影响;(4)在短历时、高强度典型次降雨情况下,果草模式具有明显延迟产流时间和延缓产流过程的作用;(5 )果草模式降低了紫色土降雨前后表土养分的衰减,减少了表土养分的流失;(6 )果草模式对速效养分的流失具有较好的减弱作用,因而其对保持地力,提高土地生产力具有较好的作用     

紫色土丘陵区不同种植模式下团聚体分形特征

选择紫色土丘陵区5种种植模式,分层(0～20,20～40 cm)采集土壤样品,对土壤团聚体分布、团聚体水稳性和分形特征进行研究.结果表明:不同种植模式下团聚体分布和水稳性差异明显,＞0.25 mm水稳性团聚体含量和团聚体稳定性指数(ASI)表明团聚体水稳性从高到低依次为自然生草地,横坡玉米,南方早熟梨+苜蓿,桑基+农作物,柑橘+鸭茅草;0～20 cm土层团聚体水稳性较20～40 cm团聚体高.湿筛后团聚体的分形维数(y2)与＞5 mm(x3),＞0.25 mm(x4)水稳性团聚体含量回归方程为y2=-1.186x3+0.636x4,相关系数达极显著水平.风干土团聚体分形维数与粉粒和粘粒含量呈正相关,而水稳性团聚体分形维数则与之呈负相关;有机质含量高的土壤结构较好,分形维数较小.因此,可以通过横坡耕作和农林复合经营提高土壤团聚体稳定性,减轻和防治水土流失.

Abstract：

Soil samples from different profiles (0～20 and 20～40 cm) were collected from 5 cropping patterns, and the distribution and water stability of soil aggregates and their fractal features were studied.The results indicated that aggregate distribution and water stability were distinctly different with cropping patterns. The content of ＞0. 25 mm water stable aggregates and aggregate stability index (ASI) were in the order of natural grassland, southern precocity pear + alfalfa, mulberry hedgerow intercropping, orange + Dactylis glomerata L.; aggregates from the 0～20 cm profile were more stable than those from 20 ～40 cm. The regression equation of the fractal dimension of aggregates after wet sieve (y2) and the content of ＞5 mm (x3) and ＞0.25 mm (x4) water stable aggregates was y2 =- 1. 186x3+0. 636x4, with a highly significant correlation. The fractal dimension of air-dry aggregates was positively correlated with the contents of silt and clay, but the fractal dimension of water stable aggregates was negatively correlated with them. Soils with higher organic matter content had better structure and lower fractal dimension. Therefore, soil and water conservation could be done through horizontal cropping and agriculture-forest management for such practices can enhance water stability of aggregates.     

西南紫色土坡耕地农作物-耕层质量适宜性的耦合度诊断

【目的】紫色土坡耕地是西南区农业生产重要的耕地资源,其耕层质量集中表现为侵蚀性退化严重且农作物产量低而不稳,在地块尺度上农作物产量变化较土壤质量退化具有较明显的滞后效应。论文在紫色土不同地力等级坡耕地耕层土壤质量分析基础上,定量分析紫色土坡耕地耕层质量对农作物的适宜性程度。【方法】在不同地力等级耕层质量统计分析及聚类分析基础上,对农作物-耕层适宜性的耦合度程度进行诊断分析。【结果】（1）紫色土坡耕地不同地力等级的耕层厚度为19—21 cm,有效土层厚度在21—43 cm变化,耕层厚度比较稳定但有效土层浅薄现象严重,五级坡耕地不存在心土层;五级坡耕地产量限制因素为田面坡度、有效土层厚度、耕层厚度。（2）紫色土坡耕地3种耕层类型特征明显,其中Ⅰ类耕层土壤显弱酸性（pH 6.4）,阳离子交换量（21.0 cmol(+)·L ^-1）最大;Ⅱ类耕层田面坡度最小（11°）,有效土层厚度（38 cm）和耕层厚度（22 cm）最厚,土壤速效钾含量（136.5 mg·kg ^-1）最多;Ⅲ类耕层有效土层厚度（28 cm）最薄,土壤显酸性（pH 4.8）,阳离子交换量（9.2 cmol(+)·L ^-1）最小;田面坡度,有效土层厚度,土壤酸化,阳离子交换量是影响坡耕地作物产量主导因子。（3）紫色土坡耕地不同地力等级的农作物与耕层适宜性存在协调发展类和失调衰退类两种状态和同步型、滞后型、损益型、共损型4种表现,在同样地力条件下,农作物产量较耕层质量更为敏感,衰退表现更加明显;农作物-耕层耦合关系（C_d）为Ⅰ类耕层（0.4820）和Ⅱ类（0.5207）属于基本协调发展类农作物耕层同步型,农作物生长勉强适宜;Ⅲ类（0.3343）濒临失调衰退类耕层损益型,农作物生长中度不适宜。 【结论】紫色土坡耕地耕层厚度比较稳定但有效土层浅薄化现象严重,不同地力等级的农作物与耕层适宜性存在协调发展类和失调衰退类两种状态和同步型、滞后型、损益型、共损型4种表现,紫色土坡耕地改良应减小田面坡度,增加有效土层厚度,调节土壤酸碱度。研究结果可为地块尺度上紫色土坡耕地合理耕层调控及构建提供技术参数。     

紫色丘陵区坡耕地生物埂的蓄水保土效应

【目的】研究紫色丘陵区坡耕地生物埂的蓄水保土效应。【方法】采用土壤物理性质及土壤力学分析等综合性研究手段,对4种紫色丘陵区坡耕地生物埂措施的蓄水保土效应及其影响因素进行研究。【结果】（1）不同生物埂措施的土壤总孔隙度表现为桑树埂＞花椒埂＞紫花苜蓿埂＞自然生草埂;生物埂土壤初始入渗率、稳定入渗率和平均入渗率变化趋势一致,依次为桑树埂＞花椒埂＞紫花苜蓿埂＞自然生草埂。（2）生物埂土壤有效库容与对照自然生草埂相比差异明显（P＜0.05）,表现为木本埂＞草埂＞对照自然生草埂;在生物埂蓄水过程中,土壤的非毛管孔隙度和总孔隙度越大,土壤入渗性能越好,土壤水库库容越大;生物埂土壤容重越大,则土壤渗透性和通透性越差,导致土壤无效库容越大,坡耕地农作物水分利用困难。（3）生物埂土壤抗剪强度表现为紫花苜蓿埂（0.38 kg•cm-2）＞花椒埂（0.25 kg•cm-2）＞桑树埂（0.22 kg•cm-2）＞自然生草埂（0.18 kg•cm-2）,内摩擦角以花椒埂最大（20.76°）;生物埂土壤内摩擦角与机械组成分形维数、土壤初始含水率之间呈显著负相关,与微团聚体分形维数呈显著正相关;土壤黏聚力和抗剪强度与机械组成分形维数呈显著负相关,与土壤分散率呈显著正相关,与微团聚体分形维数相关性不显著。【结论】由于紫色丘陵区生物埂措施对土壤孔隙结构等物理性质具有改良作用,提高了土壤有效库容,这对抵御坡耕地季节性干旱作用成效明显;同时也增强了土壤抗剪强度,使得地埂抵抗降雨和径流剪切的能力增强,保证了坡耕地土地生产力的稳定。     

紫色土坡耕地耕层质量障碍特征

【目的】紫色土坡耕地具有高生产力和强侵蚀性的特点,是长江上游重要的耕地资源,分析坡耕地障碍耕层类型及其对农作物产量的影响,对坡耕地合理耕层构建参数确定、耕层质量调控和坡耕地持续利用具有重要应用价值。本文基于不同地力等级紫色土坡耕地耕层样本,定量化分析坡耕地耕层质量障碍特征。【方法】采用障碍度模型及聚类分析研究不同地力等级紫色土坡耕地障碍耕层类型及耕层质量变化特征。【结果】(1)不同地力紫色土坡耕地土壤物理属性差异显著,随地力等级降低,地块田面坡度显著变大、有效土层厚度显著变小,当田面坡度由5.1°变为21.7°,农作物产量可下降45%,五级坡耕地心土层缺失现象严重;而土壤肥力属性未表现明显差异,一至四级坡耕地同一地力等级土壤有机质、土壤全氮、阳离子交换量总体表现为耕作层>心土层>底土层,五级坡耕地耕作层与底土层之间各指标差异不显著。(2)一、二级坡耕地各土层土壤质量指数均在0.434-0.528之间,同一地力等级各土层土壤质量指数表现为耕作层>心土层>底土层;土壤物理属性对低产坡耕地土壤质量影响更为显著,五级坡耕地田面坡度指标障碍度为一级坡耕地的80.73倍。(...     

土壤侵蚀因素对紫色丘陵区坡耕地耕层质量影响

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层土壤质量退化和土壤生产力不稳定的关键因素。该文以紫色丘陵区坡耕地为例,对坡耕地不同地力等级耕层土壤质量、渗透性能及耕层类型进行聚类分析,讨论了土壤侵蚀对坡耕地耕层厚度影响及合理耕层土体构型。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤质量具有中等程度变异性,有效土层厚度(15~80 cm)和耕层厚度(15~25 cm)变异系数分别为12.18%和37.26%,土壤有效磷变异系数可达94.51%,说明土壤物理指标变异性小于化学指标变化;三级以下地力耕层构型为近似全虚或全实剖面结构,五等地力坡耕地产量下降50%左右。(2)紫色土坡耕地不同坡位、不同垂直深度的耕层土壤物理性质、持水性能及耕作性能差异显著(P0.05),土壤容重为上坡下坡中坡,土壤抗剪强度为上坡中坡下坡,土壤稳定入渗为下坡中坡上坡,土壤贯入阻力表现为中坡上坡下坡;除土壤入渗外,土壤容重、抗剪强度、贯入阻力均表现为底土层心土层耕层;坡耕地0~40 cm土层中蓄存降水可被农作物利用70%左右。(3)中度侵蚀程度坡耕地,年均耕层厚度薄化值为1.04~3.04 mm,坡耕地合理耕层建立可选择有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤渗透性为坡耕地合理耕层评价最小数据集,耕层构型总体保持上虚下实型、耕层厚度20~25 cm、有效土层厚度50~60 cm。(4)紫色土坡耕地可分为四种耕层类型,其障碍耕层主要表现为有效土层厚度限制型(第II类)、耕层厚度限制型(第III类)和土壤养分限制型(第IV类),分别占耕层总量30%、10%、3%;紫色土坡耕地合理耕层建立应重点关注有效土层厚度和耕层厚度调控。研究结果可为客观认识土壤侵蚀与紫色土坡耕地耕层退化关系、合理耕层构建提供理论依据和技术参数支持。     

重庆市典型工程堆积体边坡物理力学变化及稳定性特征

以重庆市城镇建设活动形成的典型工程堆积体为研究对象,对工程堆积体边坡物理力学特性和入渗特征进行了研究,同时确定了工程堆积体边坡的危险滑动面及安全系数。在工程堆积体边坡上、中、下设置采样点,采集土壤样品进行土壤物理力学性质分析,采用野外双环入渗法进行入渗过程研究,运用GEO-SLOPE软件分析工程堆积体边坡稳定性。结果表明:(1)工程堆积体粒度分布不均匀,且2mm粒径的含量随着堆放时间的增加而增大;各工程堆积体分形维数在2.04~2.47之间变化,且表现为上坡位中坡位下坡位。(2)工程堆积体饱和含水量随坡位下降呈逐渐增加趋势;入渗率随时间变化呈快速减小、缓慢减小、稳定入渗3个阶段,2m、2a和4a堆积体稳定入渗率分别为4.53,3.17,7.02mm/min。(3)不同堆放时间的工程堆积体剪切力和剪切位移的关系呈硬化型曲线;粘聚力和内摩擦角分别在16.43~31.88kPa和2.23°~41.69°之间;不同堆放时间的工程堆积体安全系数均大于1.5,其稳定性大小依次为2a2m4a,最危险滑动面的安全系数分别为1.77,2.23,1.66。比较而言,堆放2a的工程堆积体稳定性最好,堆放2m的次之,堆放4a的工程堆积体稳定性最差。     

不同土壤管理措施下坡耕地产流产沙和氮磷流失特征

采用野外径流小区定位观测法,研究次降雨条件下腐殖酸(HA)、聚丙烯酰胺(PAM)、绿肥(GM)3种土壤管理措施对紫色丘陵区坡耕地产流产沙及氮磷养分流失的影响。结果表明:A型(小雨量、短历时、低雨强)降雨发生频率最高,占降雨样本数的71%,B型(大雨量、长历时、中雨强)和C型(中雨量、中历时、高雨强)降雨是引发土壤侵蚀的主要降雨类型。不同土壤管理措施下侵蚀性降雨的临界降雨量差异不显著,降雨量10.0mm时坡面开始产流产沙。A型降雨下产流量:CK(123.49L)HA(60.67L)GM(53.67L)PAM(32.15L),差异显著(P0.05);产沙量:CK(30.91g)HA(10.49g)GM(5.50g)PAM(5.12g),CK组与GM组和PAM组差异显著(P0.05)。B型降雨下不同土壤管理措施间产流量与产沙量差异不显著(P0.05)。C型降雨下产流量:CK(375.45L)HA(26L)GM(239.00L)PAM(182.10L),CK组与PAM组间差异显著,措施间产沙量差异不显著(P0.05)。次降雨条件下各土壤管理措施径流中氮素流失量差异显著,对照组全氮流失量是绿肥和聚丙烯酰胺2.1~2.6倍,水解氮流失量约为绿肥和聚丙烯酰胺2.7倍。不同土壤管理措施径流中磷素流失量总体趋势为:对照腐殖酸聚丙烯酰胺绿肥,差异不显著(P0.05)。不同土壤管理措施径流中磷的流失形态主要以水溶态为主。研究结果表明,A型降雨下聚丙烯酰胺、腐殖酸、绿肥减流减沙和减少氮磷流失效益显著,其中聚丙烯酰胺效益最优。     

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。