【摘要】：紫色土坡耕地是西南區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的耕地資源,是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體區(qū)域和長江流域重要侵蝕地帶;紫色土坡耕地耕層質(zhì)量集中表現(xiàn)為侵蝕性退化嚴(yán)重且農(nóng)作物產(chǎn)量低而不穩(wěn),土壤侵蝕是造成坡耕地退化、水土流失、生產(chǎn)力降低的主要原因,對(duì)坡耕地生態(tài)安全和持續(xù)利用具有很大的潛在危險(xiǎn)性。坡耕地耕層土壤不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根本,也是土壤侵蝕的對(duì)象。了解坡耕地耕層土壤剖面構(gòu)型和理化性質(zhì)特征,研究土壤侵蝕對(duì)耕層土壤水分及抗旱性、土壤穩(wěn)定性的影響,建立紫色土坡耕地合理耕層評(píng)價(jià)最小數(shù)據(jù)集,分析農(nóng)作物—耕層土壤適宜性關(guān)系,明確坡耕地耕層土壤質(zhì)量障礙因素可為坡耕地合理耕層進(jìn)行評(píng)價(jià)及調(diào)控提供重要的依據(jù)。本文以紫色土坡耕地為研究對(duì)象,通過野外坡耕地小流域調(diào)查、鏟土侵蝕模擬小區(qū)、資料查閱,分析了不同侵蝕程度紫色土坡耕地耕層剖面構(gòu)型特征,通過野外調(diào)查及室內(nèi)理化性質(zhì)測(cè)試,分析了不同侵蝕程度紫色土坡耕地土壤理化性質(zhì)變化特征,解釋了土壤侵蝕對(duì)紫色土坡耕地理化性質(zhì)的影響;通過土壤水分特征曲線、土壤入滲及土壤水庫特征,分析了不同侵蝕程度坡耕地土壤保水抗旱性能;通過土壤水穩(wěn)性指數(shù)、崩解及力學(xué)穩(wěn)定性特征,分析了不同侵蝕程度坡耕地耕層土壤的穩(wěn)定性及抗侵蝕性能;利用主成分分析和Norm值法,建立了紫色土坡耕地耕層土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)最小數(shù)據(jù)集(MDS);利用土壤質(zhì)量障礙因子診斷模型,分析了各土壤指標(biāo)的障礙度;通過構(gòu)建農(nóng)作物—耕層耦合協(xié)調(diào)度模型,分析了不同地力等級(jí)紫色土坡耕地農(nóng)作物—耕層耦合協(xié)調(diào)程度及適宜性,并根據(jù)障礙類型提出調(diào)控途徑。主要結(jié)論如下:(1)在地塊尺度上,紫色土坡耕地耕層土壤剖面構(gòu)型、不同侵蝕程度坡耕地耕層土壤理化性質(zhì)存在顯著差異。紫色土坡耕地耕層土壤結(jié)構(gòu)較好,均表現(xiàn)為粒狀結(jié)構(gòu),土壤疏松,質(zhì)地表現(xiàn)為隨著地力等級(jí)的下降由中壤變化為砂壤、重壤,土壤結(jié)構(gòu)呈塊狀、土壤稍緊實(shí)或緊實(shí),母質(zhì)層則是由于為擾動(dòng)導(dǎo)致土壤呈塊狀、土壤緊實(shí)或極緊實(shí)。隨土壤侵蝕程度加劇坡耕地土壤質(zhì)地逐漸“粗骨化”,S_(-0)坡耕地土壤顆粒主要集中在粉粒含量50.67%;S_(-5)、S_(-10)和S_(-15)主要以砂粒含量和粉粒含量為主,分別在41.83-44.33%和38.67-43.33%之間變化;S_(-20)土壤顆粒主要集中在1-0.05 mm。不同侵蝕程度坡耕地土壤容重平均值表現(xiàn)為S_(-5)(1.44 g/cm~3)S_(-15)(1.43 g/cm~3)S_(-0)(1.41 g/cm~3)S_(-20)(1.40 g/cm~3)S_(-10)(1.36 g/cm~3);不同侵蝕程度紫色土坡耕地土壤養(yǎng)分總體上偏低,屬于中下等水平。其中土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮均呈五級(jí)水平,速效鉀四級(jí)水平,全磷、有效磷呈現(xiàn)三級(jí)水平,全鉀二級(jí)水平。(2)不同侵蝕程度坡耕地耕層、不同土層深度土壤水分特征曲線、孔隙特征、入滲及水庫特征差異明顯。在相同吸力下土壤容積含水率隨著侵蝕程度加劇呈下降變化,當(dāng)侵蝕程度由0 cm加劇至20 cm時(shí),土壤容積含水率下降率在7.8-24.32%,平均下降率為17.80%,土壤侵蝕程度加劇可以使相同吸力下的土壤的容積含水量降低,不利于坡耕地土壤的水分貯存。不同侵蝕程度坡耕地孔隙集中分布在0.03 mm直徑的貯存孔隙,其占比達(dá)24.47-31.83%之間,其次為0.1 mm直徑的通氣孔隙,占比達(dá)11.88-22.13%之間,最后為0.1~0.03mm直徑的導(dǎo)水孔隙,其占比僅為0.15-3.31%之間。不同垂直深度上各徑級(jí)孔隙存在明顯差異,總體上表現(xiàn)為耕層(0-10 cm和10-20 cm)土壤的土壤孔隙大于20-30 cm和30-40 cm層。土壤總庫容的大小表現(xiàn)為S_(-10)(422.65 t/hm~2)S_(-5)(413.12 t/hm~2)S_(-15)(408.20 t/hm~2)S_(-0)(404.92t/hm~2)S_(-20)(403.46 t/hm~2),隨著侵蝕程度加劇紫色土坡耕地土壤水庫無效水分有著不同程度的增加,其中S_(-10)坡耕地土壤無效水庫增加最多,增加了7.3%。不同侵蝕坡耕地0-40 cm層土壤的各貯水特征之間差異不大,最大吸持貯水量在139-144mm之間變化,最大滯留水量在42-50 mm之間變化,飽和貯水量在182-194 mm之間變化,相同土層深度下不同侵蝕程度坡耕地,最大吸持貯水量占飽和貯水量的75%。在相同吸力下,坡耕地耕層土壤累計(jì)損失水百分率隨侵蝕程度加劇呈增大的變化,依次為S_(-10)S_(-20)S_(-15)S_(-5)S_(-0),在相同土壤吸力下,S_(-0)坡耕地土壤失水最少,S_(-10)坡耕地土壤失水最多,隨侵蝕程度加劇坡耕地土壤抗旱性變差。(3)不同侵蝕程度坡耕地、不同垂直深度的土壤水穩(wěn)定性和土壤力學(xué)穩(wěn)定性存在明顯差異。不同侵蝕程度坡耕地水穩(wěn)性指數(shù)依次為S_(-15)(47.35%)S_(-5)(36.47%)S_(-10)(31.20%)S_(-0)(27.44%)S_(-20)(23.37%);說明紫色土坡耕地發(fā)生侵蝕時(shí),首先抵抗水土流失能力增強(qiáng),隨后又減弱,當(dāng)侵蝕繼續(xù)發(fā)生時(shí)抗侵蝕能力又增強(qiáng),繼而又減弱。對(duì)不同侵蝕程度坡耕地地塊而言,在不同垂直深度上,S_(-0)和S_(-20)坡耕地各個(gè)土層間土壤水穩(wěn)性指數(shù)差異較小,分別在18.88%-32%和13.48%-28.44%之間變化。不同侵蝕程度坡耕地土壤抗剪強(qiáng)度依次表現(xiàn)為S_(-15)(7.94 kg/cm~2)S_(-0)(7.57 kg/cm~2)S_(-20)(6.88 kg/cm~2)S_(-5)(6.82 kg/cm~2)S_(-10)(6.73 kg/cm~2);緊實(shí)度總體上表現(xiàn)為隨侵蝕程度加劇,呈現(xiàn)先減小后增大再減小的變化趨勢(shì);其中S_(-0)坡耕地土壤緊實(shí)度最大(平均值為167.12 N/cm~2),再為S_(-15)(平均值為151.93 N/cm~2),S_(-10)最小(平均值為96.25 N/cm~2)。坡耕地耕層土壤可蝕性K值依次表現(xiàn)為:S_(-0)(0.0410)S_(-10)(0.0406)S_(-15)(0.0399)S_(-5)(0.0389)S_(-20)(0.0377)。不同侵蝕程度坡耕地耕層土壤穩(wěn)定性上呈中下等水平,隨侵蝕程度加劇土壤穩(wěn)定性表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)。隨著土壤侵蝕程度加劇,土壤穩(wěn)定性依次為S_(-15)S_(-10)S_(-5)S_(-20)S_(-0);這表明當(dāng)土壤侵蝕發(fā)生初期土壤穩(wěn)定性最弱,隨侵蝕程度加劇土壤穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng),當(dāng)侵蝕程度為15 cm時(shí)土壤穩(wěn)定性達(dá)到最強(qiáng),隨后土壤穩(wěn)定性又開始下降。隨著土壤侵蝕程度加劇,土壤貫入阻力呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì),依次表現(xiàn)為S_(-20)(8.77 kPa)S_(-0)(8.37 kPa)S_(-5)(7.71 kPa)S_(-15)(7.51 kPa)S_(-10)(4.72 kPa)。(4)紫色土坡耕地耕層質(zhì)量評(píng)價(jià)最小數(shù)據(jù)集由耕層厚度、粉粒、粘粒、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤緊實(shí)度、土壤抗剪強(qiáng)度,6個(gè)土壤屬性指標(biāo)構(gòu)成;坡耕地土壤障礙因子主要分成3類。紫色土坡耕地耕層土壤質(zhì)量偏中低下等級(jí),小流域坡耕地最小數(shù)據(jù)集下土壤質(zhì)量指數(shù)(SQI-MDS)介于0.28-0.58。不同侵蝕程度坡耕地土壤質(zhì)量指數(shù)表現(xiàn)為S_(-10)(0.63)S_(-0)(0.59)S_(-15)(0.54)S_(-5)(0.52)S_(-20)(0.47)。3類紫色土坡耕地土壤障礙因子分別為:第一類為養(yǎng)分限制型,障礙度在0.065-0.083之間,包括土壤有效磷、飽和導(dǎo)水率、有機(jī)質(zhì)、粉粒含量、抗剪強(qiáng)度、全氮;第二類為土壤厚度限制型,障礙度在0.047-0.057之間,包括pH值、速效鉀、坡度、砂粒含量、耕層厚度、容重、總孔隙、有效土層厚度;第三類為耕性限制,障礙度在0.032-0.041之間,包括自然含水率、貫入阻力、緊實(shí)度、粘粒含量。土壤緊實(shí)度的直接影響最大且為負(fù)值(-0.716),對(duì)耕層土壤質(zhì)量有抑制作用。有機(jī)質(zhì)、抗剪強(qiáng)度、耕層厚度、粘粒含量對(duì)耕層土壤質(zhì)量指數(shù)的直接通徑系數(shù)分別為0.409、0.393、0.335、-0.282。耕層土壤質(zhì)量指數(shù)和最小數(shù)據(jù)集指標(biāo)決策系數(shù)排序?yàn)?R~2_((X6))R~2_((X4))R~2_((X3))R~2_((X1))R~2_((X2))R~2_((X5)),緊實(shí)度和有機(jī)質(zhì)為耕層土壤質(zhì)量指數(shù)的主要決策變量,抗剪強(qiáng)度為主要限制變量。(5)紫色土坡耕地農(nóng)作物與耕層適宜關(guān)系存在協(xié)調(diào)發(fā)展類和失調(diào)衰退類兩種狀態(tài)和同步型、滯后型、損益型、共損型4種表現(xiàn)。紫色土坡耕地可分為3種耕層類型,其作物產(chǎn)量主導(dǎo)性影響因素為田面坡度、有效土層厚度、土壤酸化、陽離子交換量;在同樣地力條件下,農(nóng)作物產(chǎn)量的衰退表現(xiàn)更為明顯,耕層質(zhì)量衰退具有滯后性。農(nóng)作物-耕層耦合度(C_d)表現(xiàn)為I類耕層(0.4820)和II類耕層(0.5207)為基本協(xié)調(diào)發(fā)展類農(nóng)作物耕層同步型、農(nóng)作物生長勉強(qiáng)適宜,III類(0.3343)瀕臨失調(diào)衰退類耕層損益型、農(nóng)作物生長中度不適宜。紫色土坡耕地耕層土壤調(diào)控主要為:土壤厚度調(diào)控可以采用聚土免耕、放炮改土、深松、修筑生物埂等措施實(shí)現(xiàn);土壤養(yǎng)分調(diào)節(jié)可以采用適當(dāng)?shù)氖┘由锾?施肥、秸稈還田+施肥等措施實(shí)現(xiàn)。
【圖文】：

圖 2-2 坡耕地鏟土侵蝕模擬小區(qū)Fig.2-2 Sloping land erosion simulation shovel community.2 土壤樣品采集及理化力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法

圖 3-1 不同侵蝕程度坡耕地土壤貫入阻力變化Changes in soil penetration resistance of sloping farmland with different degrees結(jié)在地塊尺度上，不同地力等級(jí)坡耕地土壤剖面結(jié)構(gòu)差異顯著。紫色土坡耕
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S157

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2666416