【摘要】：水蝕風蝕交錯區(qū)環(huán)境要素過渡性明顯,人為活動強度大,土壤退化嚴重。風水交錯侵蝕是造成該區(qū)域環(huán)境問題的直接原因。本研究選擇代表性區(qū)域采樣,通過與風蝕區(qū)、水蝕區(qū)比較,分析了水蝕風蝕交錯區(qū)土壤質量現(xiàn)狀、分布規(guī)律、影響因素及退化程度;借助~(137)Cs技術反映了侵蝕與土壤質量在時空變化的偶聯(lián)性,進而揭示了土壤退化成因;通過風蝕、水蝕模擬試驗,明確了風水交錯侵蝕下水土流失特征及其對土壤養(yǎng)分、土壤顆粒的影響,探明了風蝕、水蝕交互效應及土壤退化機理;同時利用USLE模型、~(137)Cs示蹤技術及地形因子分析等方法估算了風蝕、水蝕速率分配比例。主要結論如下:1.在水蝕風蝕交錯區(qū),土壤養(yǎng)分含量分布規(guī)律呈現(xiàn)由西南向東北遞減的趨勢。有機質和全氮含量在西南部(固原采樣區(qū))較高;在東北部(神木采樣區(qū))較低。土壤粘粒和粉粒含量的分布規(guī)律與土壤養(yǎng)分變化趨勢一致。土壤養(yǎng)分與降雨量和風力指數(shù)之間顯著相關,也與土地利用類型、海拔高度、地形、土壤機械組成等環(huán)境因素存在相關關系(P0.05)。土壤有機質和全氮在年降雨量400 mm的地區(qū),含量較高;在年降雨量300 mm的地區(qū),含量較低。在風力指數(shù)大于100的地區(qū),土壤有機質和全氮含量顯著降低(P0.05)。土壤有機質和全氮在海拔1700 m的地區(qū),含量較高;在海拔1300 m及1300~1700 m之間的地區(qū),含量較低。土壤有機質和全氮在砂粒80 mm的地區(qū),含量較低;在砂粒70 mm的地區(qū),含量較高,兩者差異顯著(P0.05)。水蝕風蝕交錯區(qū)坡耕地土壤退化指數(shù)為-3.27%,除固原樣區(qū)外,其余樣區(qū)土壤質量均發(fā)生了退化,退化最嚴重的為神木采樣區(qū)。不同區(qū)域土壤退化程度的差異,在一定程度上反映了該區(qū)域侵蝕強度的大小和侵蝕環(huán)境的脆弱性。2.在水蝕風蝕交錯區(qū),風蝕、水蝕通過改變土壤物理屬性,顯著影響土壤有機質和全氮含量的變化。不同坡位、坡向土壤~(137)Cs含量和理化屬性的差異主要是風蝕、水蝕交替作用的結果。風水交錯侵蝕加劇了該區(qū)土壤退化過程。在不同坡向,相對于西北坡,東南坡~(137)Cs含量高35.6%。在不同坡位,土壤~(137)Cs含量沿著坡面從上到下增加,坡頂含量較小、坡下含量較高。相關性分析表明,土壤~(137)Cs與土壤理化屬性緊密相關(P0.01;P0.05)。土壤有機質、全氮、粘粒和粉粒含量在西北坡顯著低于東南坡;在坡頂(坡上)顯著低于坡下,與~(137)Cs含量變化規(guī)律一致�；貧w分析表明,~(137)Cs含量變化與土壤顆粒、有機質和全氮含量變化存在線性相關,可用方程y=ax+b擬合。3.在水蝕風蝕交錯區(qū),水蝕、風蝕互相影響,相互促進。風蝕通過對土壤物理性狀的改變,促進了水蝕坡面糙度、徑流率和侵蝕率變化,增大了坡面侵蝕程度。風蝕(風速為11 m s-1和14 m s-1)導致坡面糙度增加8.12%~78.06%,徑流率增加4.5%~21.69%,侵蝕率增加7.25%~38.97%。擬合回歸方程表明,坡面糙度、徑流率和侵蝕率均與風速和雨強存在顯著線性關系(P0.01)。雨強和風速越大,坡面形態(tài)變化越明顯;而坡面徑流率隨降雨歷時在不同風速、雨強下符合對數(shù)函數(shù)變化規(guī)律。相對于坡面徑流變化,坡面產沙過程較為復雜,總體呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。水蝕風蝕存在明顯的正交互效應,在預測水蝕風蝕交錯區(qū)土壤侵蝕問題時必須考慮風蝕對水蝕的促進作用,減少該區(qū)域的風蝕可以有效降低兩者的交互作用。4.風水交錯侵蝕對土壤顆粒和養(yǎng)分的影響與單相侵蝕不同,具有一定的特殊性。風蝕使坡面土壤顆粒粗化、土壤有機質和全氮含量降低,進而影響了水蝕坡面及泥沙中土壤顆粒和養(yǎng)分的變化。風蝕加劇了土壤養(yǎng)分的再分配,成為水蝕風蝕交錯區(qū)土壤質量下降的主要原因。在11 m s-1和14 m s-1風速的風蝕下,坡面表層(0~1 cm)粘粒(0.002mm)減小7.65%~9.15%,粉粒(0.002~0.02 mm)減小17.94%~18.15%,砂粒(0.02mm)增加6.51%~6.74%。土壤有機質、全N大多與土壤細粒吸附在一起,風蝕進而造成土壤表層養(yǎng)分減少。風水交錯侵蝕條件下,坡面表層土壤有機質和全氮含量降低4.19%~14.16%和6.67%~13.63%;泥沙中粘粒和粉粒含量增加0.35%~19.60%和5.80%~21.10%,泥沙砂粒含量降低2.40%~8.33%;有機質和全氮含量降低3.12%~19.66%和2.69%~12.23%。侵蝕泥沙顆粒與風速和雨強呈顯著正相關關系(P0.01)。5.研究區(qū)(定邊采樣區(qū))土壤侵蝕速率為1513.25~8314.29 t km-2 a-1,相當于每年約有0.126~0.693 cm的表層土壤被侵蝕掉。其中,風蝕占總侵蝕的34.94%;水蝕占總侵蝕的65.06%,水蝕是主要的侵蝕方式,采取一定措施降低水蝕可以在較大程度上降低該區(qū)域土壤總侵蝕量。坡面土壤~(137)Cs含量介于239.91~1049.23 Bq m-2,沿著坡面從上到下呈增加趨勢。侵蝕速率在坡面的變化與~(137)Cs的變化趨勢相反,其沿著坡向從上到下呈減少趨勢;坡上侵蝕嚴重,坡下侵蝕較弱。但由于研究區(qū)風蝕、水蝕交互出現(xiàn),整個坡面以侵蝕為主,無沉積現(xiàn)象。水蝕風蝕交錯區(qū)坡耕地水土流失的防治要充分考慮風水交錯侵蝕及其交互效應,采取綜合治理措施,重點防控水蝕能較大程度上減少土壤侵蝕量。
【學位授予單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S157

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本文編號：2533513