【摘要】：土壤可蝕性因子是土壤侵蝕預(yù)報模型中侵蝕過程、侵蝕強度模擬的重要參數(shù),是目前土壤侵蝕機理研究的熱點和前沿科學(xué)問題。針對我國巖溶區(qū)土壤抗蝕性弱、土壤易發(fā)生侵蝕、徑流觀測資料匱乏和土壤侵蝕預(yù)報精度低等問題,本研究以巖溶峽谷區(qū)棄耕地、草地、灌木林地、喬木林地和坡耕地5種典型土地利用類型樣地為研究對象,通過野外調(diào)查、室內(nèi)試驗和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法,分析了巖溶峽谷區(qū)不同土地利用方式土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)的差異特征、團聚體的穩(wěn)定性及其破碎機制;通過敏感性分析和降維分析確定了表征巖溶區(qū)土壤抗蝕性的關(guān)鍵因子,提出了抗蝕性綜合指數(shù)評價模型;分析探討了現(xiàn)有可蝕性K值估算模型對我國巖溶區(qū)可蝕性K值估算的適用性;以期為巖溶地區(qū)土壤侵蝕過程和侵蝕強度模擬、土壤侵蝕預(yù)報模型建立、巖溶石漠化治理和區(qū)域生態(tài)環(huán)境恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。本研究得到的主要結(jié)果與結(jié)論如下:(1)研究了不同土地利用方式土壤抗蝕性關(guān)鍵因子特征。5種土地利用方式中喬木林地和灌木林地具有較好的保水能力,坡耕地保水能力最差;隨植被恢復(fù)土壤總孔隙度相對降低,毛管孔隙度增加,明顯改善了土壤孔隙狀況。植被恢復(fù)促進了各層土壤內(nèi)有機質(zhì)的積累,土壤中全量養(yǎng)分(全氮、全磷和全鉀)均以喬木林地含量最高;研究土層內(nèi)陽離子交換含量以喬木林地含量最高,喬木林地土壤貯存和釋放速效養(yǎng)分的作用較強。土壤顆粒組成以0.05~0.01 mm粗粉粒含量較高,隨植被恢復(fù),土壤中粗砂粒和細砂粒含量相對降低,粉黏粒含量增加,土壤質(zhì)地由粗骨化向質(zhì)地細化轉(zhuǎn)變。土壤各層內(nèi)微團聚體含量均以1~0.25 mm和0.25~0.05 mm粒級含量最高,植被恢復(fù)顯著增加了土壤團聚狀況而顯著降低了土壤分散率。不同土地利用方式團聚度和團聚狀況以喬木林地最高,坡耕地最小。(2)探討了不同土地利用方式土壤團聚體穩(wěn)定性特征。采用采用Yoder濕篩法測定土壤風(fēng)干團聚體以5 mm團粒所占比例最大,以0.25 mm所占比例最小,水穩(wěn)性團聚體(WSA)以0.25 mm粒級團粒含量最高。植被恢復(fù)顯著降低了各層土壤中0.25 mm WSA含量,而明顯增加較大粒級WSA含量,促進了土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成。5種土地利用方式以喬木林地團聚體穩(wěn)定性最高,土壤抗蝕性最強;其次為草地和灌木林地,坡耕地土壤團聚體水穩(wěn)定性最差。植被恢復(fù)促進了研究區(qū)各層土壤soc含量的增加,不同土地利用方式0.25mm水穩(wěn)性團聚體有機碳對土壤各層總有機碳的貢獻率最大,貢獻率在18.85~41.08%之間。(3)揭示了巖溶區(qū)土壤團聚體破碎機制及其對不同破碎作用的敏感性。lebissonnais法的3種不同處理方法,快速濕潤處理對大粒級團粒破碎化程度較高、團聚體分布相對分散,慢速濕潤處理下團粒主要集中在2~1mm和1~0.5mm粒級,濕潤振蕩處理對團聚體的破碎作用最小,即巖溶區(qū)土壤遇到暴雨或大水灌溉時土壤團聚體消散破壞作用較大,而在連陰雨或機械耕作時土壤團聚體破碎作用較小。研究區(qū)土壤團聚體的破碎主要源于土壤團粒內(nèi)部的消散作用,其次為黏粒膨脹破碎作用,機械振蕩對團聚體破碎的影響較小。坡耕地對消散作用反映敏感,棄耕地對機械振蕩破碎作用反映敏感,喬木林地、灌木林地和草地土壤在消散、黏粒膨脹和機械破碎作用下都能維持較高的穩(wěn)定性。yoder濕篩法和lb法測定的團聚體穩(wěn)定性指標具有較好的相關(guān)性,yoder濕篩法中0.25mm團聚體具有較好的團聚體信息承載能力且對團聚體破碎較為敏感;土壤中較高的有機質(zhì)和黏粒含量水平能有效抵抗土壤消散和黏粒膨脹作用對團聚體的破壞。(4)建立了巖溶區(qū)土壤抗蝕性評價指標初選體系,確定了抗蝕性評價最佳關(guān)鍵因子,構(gòu)建了抗蝕性評價綜合指數(shù)模型。建立了包括無機黏粒類、水穩(wěn)性團聚體類、微團粒類、有機膠體類和土壤力學(xué)類五大類26個初選指標,相關(guān)分析表明相同類別和不同類別間的抗蝕性評價指標均表現(xiàn)出一定的相關(guān)性,不同指標之間抗蝕性信息重疊問題突出。采用敏感性分析法,將抗蝕性評價指標劃分為4個敏感性等級,即強敏感級、高敏感級、中敏感級和弱敏感級。為簡化抗蝕性評價指標,采用主成分分析得到前七個主成分的累積方差貢獻率達到84.061%,七個主成分中對土壤抗蝕性影響最大的是土壤團粒類因子和有機質(zhì),其次為微團粒類和無機黏粒類因子。由主成分分析計算的抗蝕性綜合得分顯示喬木林地抗蝕性綜合得分最高,其次為草地、灌木林地和棄耕地,坡耕地最低。綜合抗蝕性評價指標的相關(guān)性分析、敏感性分析和降維分析結(jié)果,確定巖溶區(qū)抗蝕性評價的最佳7個指標為:wsa0.5mm、wsa0.25mm、dwet、0.002mm黏粒含量、有機質(zhì)、團聚度和mwdwet,以此7個指標(x1~x7)構(gòu)建了巖溶區(qū)土壤抗蝕性綜合指數(shù)(aei)評價模型。(5)分析探討了不同可蝕性估算模型在我國巖溶區(qū)可蝕性估算的適用性,對現(xiàn)有可蝕性估算模型進行了校驗與修正。采用usle、rusle2、epic、shirazi和torri模型對可蝕性K值的估算結(jié)果差異較大,USLE模型估算結(jié)果最大,Shirazi模型估算結(jié)果最小。USLE與RUSLE2模型估算K值規(guī)律一致,USLE模型整體上“高估”了K值,EPIC模型則“低估了”可蝕性K值。Torri模型估算結(jié)果與RUSLE2模型估算結(jié)果達到極顯著正相關(guān)。5種估算方法預(yù)測可蝕性K值的不確定性依次為Torri模型RUSLE模型USLE模型EPIC模型Shirazi模型,即非線性擬合模型Torri模型在估算巖溶區(qū)可蝕性K值時精度最高,考慮到巖溶地區(qū)缺乏水土流失的長期定位監(jiān)測數(shù)據(jù),在進行可蝕性K值估算時在缺乏本底資料的情況下可以優(yōu)先選用Torri模型的估算方法。修正后的Torri模型與可蝕性K值實測值之間相關(guān)系數(shù)增大,預(yù)測精度提高。以Torri模型為基準對其他模型進行校正,發(fā)現(xiàn)校正后的USLE、RUSLE2和EPIC模型的估算精度都得到提高。本研究提出的抗蝕性綜合指數(shù)(AEI)模型評價結(jié)果與Torri模型K值結(jié)果具有呈極顯著性負相關(guān),表明提出的抗蝕性綜合指數(shù)模型具有較強的適用性。不同土地利用方式各層土壤可蝕性K值均表現(xiàn)為坡耕地棄耕地草地灌木林地喬木林地,即植被恢復(fù)顯著降低了土壤各層可蝕性K值大小,而增強了土壤抗侵蝕能力。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S157.1

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 邢旭明;王紅梅;安婷婷;李雙異;裴久渤;梁文舉;汪景寬;;長期施肥對棕壤團聚體組成及其主要養(yǎng)分賦存的影響[J];水土保持學(xué)報;2015年02期

2 王勇;張建輝;李富程;;耕作侵蝕對坡耕地土壤水穩(wěn)定性團聚體和水分特征的影響[J];水土保持學(xué)報;2015年01期

3 張耀方;趙世偉;李曉曉;羅智德;王子龍;;利用方式對灌淤土團聚體穩(wěn)定性及有機碳官能團特征的影響[J];水土保持學(xué)報;2015年01期

4 唐夫凱;崔明;周金星;閆帥;丁訪軍;呂相海;;巖溶峽谷區(qū)不同退耕還林地土壤有機碳庫差異分析[J];中國水土保持科學(xué);2014年04期

5 蔣麗偉;唐夫凱;崔明;方健梅;;典型巖溶區(qū)不同退耕模式土壤抗蝕性差異及其評價[J];林業(yè)資源管理;2014年03期

6 唐夫凱;周金星;崔明;劉玉國;雷榮剛;;典型巖溶區(qū)不同退耕還林地對土壤有機碳和氮素積累的影響[J];北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報;2014年02期

7 陳山;楊峰;林杉;柳淑蓉;湯水榮;蔡崇法;胡榮桂;;土地利用方式對紅壤團聚體穩(wěn)定性的影響[J];水土保持學(xué)報;2012年05期

8 吳鵬;朱軍;崔迎春;丁訪軍;周瑋;;黔中杠寨小流域不同植被類型土壤抗蝕性研究[J];中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報;2012年08期

9 吳煜禾;張洪江;程金花;王偉;呂文星;杜士才;肖莉;;重慶四面山不同林地土壤顆粒特征及其與土壤侵蝕的關(guān)系[J];水土保持學(xué)報;2011年05期

10 劉恩科;趙秉強;梅旭榮;HWAT Bing-So;李秀英;李娟;;不同施肥處理對土壤水穩(wěn)定性團聚體及有機碳分布的影響[J];生態(tài)學(xué)報;2010年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 馬仁明;降雨條件下鄂南幾個紅壤團聚體破碎特征及坡面侵蝕響應(yīng)研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

2 王彬;土壤可蝕性動態(tài)變化機制與土壤可蝕性估算模型[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2013年

3 儲小院;縉云山林地土壤侵蝕物理力學(xué)機制研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 王彬;東北典型薄層黑土區(qū)土壤可蝕性關(guān)鍵因子分析與土壤可蝕性計算[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2009年

2 龍明忠;喀斯特峽谷區(qū)生態(tài)治理的水土保持效應(yīng)與土壤侵蝕模型[D];貴州師范大學(xué);2006年

，

本文編號：2315469