發(fā)布時間：2020-07-30 08:48

【摘要】：受西南喀斯特區(qū)特殊的生態(tài)環(huán)境和長期人為活動干擾,該區(qū)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生大面積退化。水和土作為喀斯特地區(qū)最主要的限制性生態(tài)因子,地表水土資源組合決定了其生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,水土資源越豐富的地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定,反之越脆弱�？λ固厥瘏^(qū)的水土地下漏失已經(jīng)成為該地區(qū)最嚴(yán)重和迫切需要解決的生態(tài)環(huán)境問題,而淺層孔(裂)隙(以下簡稱裂隙)發(fā)育為該地區(qū)水土地下漏失提供了重要的運移通道。為系統(tǒng)揭示喀斯特坡地裂隙水土漏失過程、特征及機(jī)制,本文以貴州省喀斯特高原坡地裂隙為研究對象,在系統(tǒng)分析其類型及結(jié)構(gòu)特征基礎(chǔ)上,通過室內(nèi)模擬和野外定位觀測相結(jié)合的方法,開展了裂隙水土漏失過程模擬、裂隙水分運移過程及裂隙土壤漏失機(jī)制的研究,研究結(jié)果可為國家石漠化生態(tài)工程的實施及生態(tài)恢復(fù)提供理論依據(jù)。主要結(jié)果如下:(1)裂隙類型根據(jù)不同分類依據(jù)其劃分的結(jié)果不同,其中在平面形態(tài)上可分為孔隙和裂隙,在剖面形態(tài)上可分為漏斗型裂隙、豎長方裂隙、梯形裂隙和斜長方裂隙等�；谝巴鈱嵉卣{(diào)查和地統(tǒng)計學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)在不同石漠化強度等級下裂隙均有發(fā)育和分布,所調(diào)查302條裂隙中53%裂隙屬于潛在(20%~30%)和輕度石漠化(30%~50%)等級;70%裂隙支撐灌草群落甚至喬灌草群落,且71%裂隙的植被覆蓋度超過30%;43%裂隙的張開度主要集中在25~75 cm之間,87%裂隙的傾角均高于50°;裂隙充填土壤主要為黃壤和石灰土,其中黃壤裂隙類型單一,主要為豎長方,而石灰土裂隙形態(tài)多樣化,包括豎長方、斜長方、漏斗型及梯形等;作為發(fā)生地下漏失的對象,不同類型裂隙的充填物在物質(zhì)組成、水分特性、結(jié)構(gòu)特征及養(yǎng)分含量方面差異較大。(2)通過水土裂隙漏失過程模擬降雨試驗,發(fā)現(xiàn)大雨強、緩坡條件、裂隙發(fā)育及嚴(yán)重石漠化強度均會加重水分裂隙漏失,喀斯特坡地水分裂隙漏失是坡面主要的流失方式之一,不同雨強、坡度、巖石裸露率下水分裂隙漏失比例總體高于50.8%�？λ固仄碌赝寥懒魇Х绞绞且粋�隨雨強、坡度變化而變化的過程,即隨雨強或坡度增加由一個從地下漏失到地表流失的轉(zhuǎn)變過程,小雨強(15~30 mm/h)或緩坡(5°~15°)時以漏失為主,而大雨強(50 mm/h及以上)或陡坡(20°~25°)下以地表流失為主;不同裂隙度、巖石裸露率下土壤裂隙漏失比例總體低于48.4%,即土壤流失總體以地表流失為主,而地表發(fā)生土壤流失存在一個臨界雨強(數(shù)值在30~50 mm/h之間)。雨強是決定土壤裂隙漏失量、裂隙產(chǎn)流量以及二者關(guān)系的主導(dǎo)因素;坡度和裂隙度對裂隙產(chǎn)流量有一定作用,但對土壤裂隙漏失量并不起主導(dǎo)作用;巖石裸露率主導(dǎo)著裂隙產(chǎn)流量,而對土壤裂隙漏失量的主導(dǎo)作用存在一個臨界值(30%)。裂隙產(chǎn)流率與雨強呈極顯著(P0.01)線性正相關(guān),與裂隙度和巖石裸露率呈不顯著正相關(guān),而與坡度呈極顯著(P0.01)線性負(fù)相關(guān)。土壤裂隙漏失率與雨強呈極顯著(P0.01)指數(shù)函數(shù)關(guān)系,與坡度呈極顯著(P0.01)線性負(fù)相關(guān)關(guān)系,土壤裂隙漏失率隨裂隙度呈先減小后增加趨勢,其在裂隙度為3%時取得最小值,土壤裂隙漏失率隨巖石裸露率增大呈先增加后減小的變化趨勢,其在30%巖石裸露率下取得最大值。(3)運用單環(huán)入滲法研究裂隙土壤水分入滲過程,發(fā)現(xiàn)不同裂隙的土壤水分入滲過程可分為迅速降低和趨于穩(wěn)定階段兩個階段;受裂隙充填物特性(如充填土壤總量以及土層下第四紀(jì)紅粘土覆蓋等)及裂隙土壤兩側(cè)巖石界面特性以及裂隙下部聯(lián)通狀況影響,不同裂隙入滲過程差異較大,數(shù)值在0.05~5.89 mm/min之間�；诓煌严度旧聚櫚l(fā)現(xiàn),巖-土界面流是裂隙最主要的優(yōu)先流形式,裂隙土+巖剖面、土剖面、巖剖面染色面積比分別在0.12~0.48、0.06~0.43、0.02~0.16之間;不同裂隙先流主要發(fā)生在20 cm土層范圍,優(yōu)先流路徑主要為兩側(cè)巖石界面,兩側(cè)巖-土界面流能穿過滲透性較差的黃色黏土層,巖石界面被染色部分能達(dá)到裂隙土層50 cm及以下深度;裂隙優(yōu)先流發(fā)育主要受裂隙巖石界面起伏狀況、傾斜程度、充填物(包括黃色黏土層覆蓋等)及其植物根系等影響。(4)基于劃油漆法、REE示蹤技術(shù)及土壤顆粒分析相結(jié)合的方法,對不同裂隙土壤漏失過程的研究發(fā)現(xiàn),暴雨或大暴雨是裂隙土壤發(fā)生漏失的關(guān)鍵因素,其漏失形式主要為土壤蠕移,其中104.5 mm雨量(包括1次暴雨、2次中雨及多次小雨)下不同裂隙土壤蠕移位移1.0~2.5 cm,占332.7 mm雨量下的62.5%以上,而較大雨量181.5 mm下(1次大雨、4次中雨和多次小雨)裂隙土壤蠕移僅在0.2~0.3 cm之間。3次雨量(104.5、151.2和332.7 mm)事件下6條裂隙巖-土界面及裂隙土壤Ce、La、Sm濃度及不同粒級顆粒含量變化表明,裂隙土壤在蠕移漏失過程中并不是整體均勻下移,而是土壤層內(nèi)或巖-土界面處某些顆粒隨機(jī)地向下層移動,發(fā)生層次和粒級具有偶然性,且?guī)r-土界面與裂隙土層內(nèi)土壤顆粒均有向下漏失的可能。裂隙土壤蠕移漏失是一個由裂隙結(jié)構(gòu)、充填物特性及下部聯(lián)通情況等內(nèi)在因素以及降雨等外在因素共同決定的復(fù)雜變化過程。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S157
【圖文】：

貴州大學(xué) 2018 屆博士學(xué)位論文驗方法隙形態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)查及土樣采集1）裂隙形態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)查于野外裂隙斷面開挖難度大、投資高，本文利用已有工程（主要是道路工程、程）開挖的基巖邊坡斷面及自然邊坡斷面等開展裂隙形態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)查測量。方布置：在研究區(qū)域內(nèi)的開挖斷面采用穿越樣線法設(shè)置樣方，每個剖面設(shè)置 3小為長 5.0 m×高 5.0 m（以野外斷面實際高度為準(zhǔn)）。定指標(biāo)：運用地質(zhì)調(diào)查統(tǒng)計窗法采集開挖剖面淺層裂隙的產(chǎn)狀、傾角、張開度縱長等指標(biāo)（如圖 1-2.2），其中張開度分別采集裂隙上、中和下部位的張開

圖 1-2.3 裂隙土樣采集示意圖Fig.1-2.3 Diagrammatic sketch of collection of soil samples in fissures隙土樣理化分析及根系含量測定對上述土壤樣品，土壤顆粒組成采用吸管法測定，其土壤質(zhì)地按美國制分級標(biāo)重采用環(huán)刀法測定，土壤含水率采用烘干法測定，土壤毛管孔隙度、土壤毛管刀吸水法測定，土壤總孔隙度采用經(jīng)驗公式（(1-容重/比重)×100），土壤團(tuán)聚維諾夫（Cabbhhob）法測定，土壤總氮采用半微量凱氏法測定，總磷采用氫銻抗比色法，總鉀用酸溶-火焰光度法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，速效磷采用-鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法（依艷麗，2009；鮑士旦壤學(xué)會農(nóng)業(yè)化學(xué)專業(yè)委員會，1984；魯如坤，1999）。隙根系含量分析指標(biāo)包括根系生物量、根總長等，其中根系生物量采用烘干法根總長等采用 WinRHIZO 根系分析系統(tǒng)測定。隙坡面模擬降雨試驗

入滲采用單環(huán)原位入滲法（中國科學(xué)院南京土壤研究所，1978；Pe直徑 15 cm、環(huán)高 20 cm（圖 1-2.5）。單環(huán)入滲法適用于土層較坡地，其測定步驟為：首先在坡面選擇代表點，手動清除表面雜結(jié)構(gòu)不被破壞，將單環(huán)均勻打入土層 10 cm，向環(huán)內(nèi)加水，保持一定時間加水并記錄加水量，試驗時間 90 min 左右。土壤入滲V=10Qn/STn 為土壤滲透速率，mm/min；Qn 為某間隔時間內(nèi)土壤入滲量，ml；in；S 為內(nèi)環(huán)橫斷面積，cm2。初始入滲率為最初 2 min 入滲量與；穩(wěn)定入滲率為特定時間間隔趨于穩(wěn)定的入滲量/特定時間間隔，m30 min 時刻入滲速率，mm/min；平均入滲率為達(dá)穩(wěn)滲時的滲透總量in（Peng 等，2015）。

【參考文獻(xiàn)】

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1 彭韜;周長生;寧茂岐;付磊;戴德求;王世杰;;基于探地雷達(dá)解譯的喀斯特坡地表層巖溶帶空間分布特征研究[J];第四紀(jì)研究;2017年06期

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本文編號：2775305