【摘要】：本文針對黃土山區(qū)土壤侵蝕嚴(yán)重,土壤肥力低下,可耕性差,且已有的治理措施繁瑣或者效果較差這一問題,應(yīng)用現(xiàn)有的化學(xué)材料布設(shè)調(diào)控措施達(dá)到改善黃土區(qū)土壤微環(huán)境目的,采用宏觀研究與微觀研究相結(jié)合、田間試驗(yàn)與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、短期觀測與長期觀測相結(jié)合的研究方法,依據(jù)因地制宜原則,在黃土區(qū)4種立地條件,首次提出立體治理土壤侵蝕和優(yōu)化土壤微環(huán)境的措施,施用不同的調(diào)控措施材料,以期尋找本研究立地條件最適宜的調(diào)控措施,增強(qiáng)土壤的抗蝕性、優(yōu)化土壤微環(huán)境,達(dá)到保持水土,提高土壤水肥利用效率,最終達(dá)到黃土土壤微環(huán)境的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。本研究為黃土區(qū)土壤微環(huán)境的優(yōu)化和重建提出了可行的調(diào)控措施,并且為土壤生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和建設(shè)提供了理論依據(jù)。主要結(jié)論如下:(1)研究了各調(diào)控措施對不同降雨雨強(qiáng)下土壤徑流和土壤侵蝕的影響。各調(diào)控措施的初始產(chǎn)流時(shí)間與降雨雨強(qiáng)存在顯著線性負(fù)相關(guān),徑流流速與降雨雨強(qiáng)存在顯著正相關(guān),徑流量與降雨雨強(qiáng)存在顯著正相關(guān)。各調(diào)控措施的含沙量與降雨雨強(qiáng)的相關(guān)性不同:CK(對照)處理的含沙量和降雨雨強(qiáng)存在顯著線性正相關(guān);C(結(jié)皮)、S1C(75 kg/hm2保水劑+結(jié)皮)和S2C(150 kg/hm2保水劑+結(jié)皮)處理含沙量和降雨雨強(qiáng)存在指數(shù)相關(guān);S3C(225 kg/hm2保水劑+結(jié)皮)、S4C(300 kg/hm2保水劑+結(jié)皮)和S5C(600 kg/hm2保水劑+結(jié)皮)處理的含沙量和降雨雨強(qiáng)存在二次函數(shù)相關(guān)。調(diào)控措施在各降雨雨強(qiáng)下均能顯著減小侵蝕量和徑流量,降雨雨強(qiáng)低于30mm/h時(shí),S5C調(diào)控措施的減沙效益和減流效益均是最佳,降雨雨強(qiáng)40mm/h時(shí),S5C的減流效益最優(yōu),S4C的減沙效益最佳。調(diào)控措施可以顯著增加土壤入滲速率,且S5C在各降雨雨強(qiáng)下的土壤入滲速率始終最大。調(diào)控措施顯著減小土壤蒸發(fā)量,S3C的抗蒸發(fā)能力最強(qiáng),說明調(diào)控措施中保水劑含量與抗蒸發(fā)能力并非始終存在正相關(guān)。調(diào)控措施均能顯著的減小各土地類型的年土壤侵蝕量和侵蝕模數(shù)。在梯田SCF(結(jié)皮+保水劑+肥料)調(diào)控措施能夠增大減沙效應(yīng)34.81%,在公路邊坡SCF調(diào)控措施能夠增大減沙效應(yīng)44.16%,在陡坡SCJ(結(jié)皮+保水劑+AM菌)調(diào)控措施從2014-2016年分別增大減沙效應(yīng)21.02%、27.24%和36.01%,調(diào)控措施在各立地條件下保持土壤效果顯著,且具有持久作用。(2)研究了調(diào)控措施對不同立地條件土壤理化性質(zhì)的影響。土壤微環(huán)境調(diào)控措施可以改變4種立地條件施用層和鄰近層土壤容重,增大土壤總孔隙度。調(diào)控措施能夠促進(jìn)土壤團(tuán)聚體發(fā)育,在調(diào)控措施施用層和鄰近層土壤團(tuán)聚體由小粒徑向大粒徑發(fā)育。在荒地S5C調(diào)控措施增大大粒徑團(tuán)聚的能力最強(qiáng),在梯田SCF在0-10cm增大大粒徑團(tuán)聚體的能力最強(qiáng),但是在10-20cm 土層大粒徑團(tuán)聚體分布最多,在公路邊坡0-10cmSCF增大大粒徑團(tuán)聚體的能力和含量均是最大,2014-2016年調(diào)控措施能持續(xù)顯著增大陡坡的大粒徑團(tuán)聚體含量,且施用調(diào)控措施時(shí)間增長,非施用層和鄰近層的土壤大粒徑團(tuán)聚體也顯著增加。當(dāng)氣溫較低時(shí)調(diào)控措施能夠增加土壤的溫度,當(dāng)氣溫較高時(shí)可以減小土壤溫度,與此同時(shí),調(diào)控措施顯著增加土壤速效利用水,可見土壤微環(huán)境調(diào)控措施可改變土壤的水熱條件。同樣調(diào)控措施可以增加各施用層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量,距離施用層越近調(diào)控措施對土壤元素含量的影響越大。(3)研究了調(diào)控措施對不同立地條件植物生長生理指標(biāo)的影響。調(diào)控措施增加荒地和公路邊坡植物覆蓋度和植物豐富度,植物結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化;增加梯田玉米的出苗率,不同程度地提前玉米生育進(jìn)程,提高玉米的水肥利用效率和產(chǎn)量;加快陡坡紫穗槐的根系發(fā)育,增加各器官元素儲(chǔ)量。本文所設(shè)計(jì)的土壤微環(huán)境調(diào)控措施對黃土區(qū)4種立地條件的土壤微環(huán)境改良或者重建有顯著的作用。
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S157
【圖文】：

圖２－２邋土壤微環(huán)境調(diào)控措施保持水分的作丨Ｈ效果圖逡逑；②表示結(jié)皮層吸收降雨；③表示保水劑吸收降雨：④表示土壤入滲；⑤表l:結(jié)皮蒸散水分；⑥表示土壤蒸發(fā)；⑦表承結(jié)皮層水分飽和后再次入滲到土層逡逑Ｆｉｇ邋２－２Ｔｈｅ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｈｏｌｄｉｎｇ邋ｍｏｉｓｔｕｒｅ邋ｂｙ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．逡逑水熱的作用：以往的研宄發(fā)現(xiàn)單施用保水劑雖然可以吸其吸水膨脹后土壤物理結(jié)構(gòu)發(fā)生破損，增大了蒸發(fā)表面積施用木質(zhì)素類結(jié)皮材料由于其吸水倍率遠(yuǎn)小于保水劑，且植被利用且極易發(fā)生的流失。復(fù)合調(diào)控措施中的保水劑吸層的木質(zhì)素類結(jié)皮利用其特殊的物理結(jié)構(gòu)可覆蓋住破損的水分蒸發(fā)時(shí)一部分逃逸出土體，另一部分凝結(jié)在結(jié)皮材一定濃度或者降溫時(shí)形成水珠再次回歸到土體內(nèi)（圖２－２結(jié)皮材料后，土壤的三相結(jié)構(gòu)被改變，復(fù)合材料吸水和失的蒸發(fā)通道和熱傳導(dǎo)通道均會(huì)被破碎，所以土體的內(nèi)的壤孔隙度而降低；另外由于施用復(fù)合措施土壤的含水率發(fā)也使得土壤溫度變化時(shí)需要吸收更多的熱量或者釋放更多種子庫的利用效率：土壤種子庫是生態(tài)修復(fù)和生態(tài)重建

圖２－４公路邊坡試驗(yàn)地位置逡逑（左下箭頭表示匝道公路邊坡，右上箭頭表示主路邊坡）逡逑－

由圖３－２可見，各降雨雨強(qiáng)下ＳＩＣ邋（７５ｋｇ／ｈｍ２保水劑＋結(jié)皮）、Ｓ２Ｃ邋（１５０ｋｇ／ｈ水劑＋結(jié)皮）、５３（：（２２５邋１＾／１１１１１２保水劑＋結(jié)皮）、８４（：（３００１＾／１１１１１２保水劑＋結(jié)皮）Ｃ的徑流速度均小于ＣＫ邋（對照），且隨降雨雨強(qiáng)的增大，復(fù)合調(diào)控措施的流速顯于ＣＫ邋（ｐ＜Ｏ．Ｗ）。這可能是由于復(fù)合材料中的保水劑吸水后膨脹使地表隆起，的凹凸不平將會(huì)改變坡面地表糙度（雷廷武等，２００５），從而影響到坡面徑流流速本研宄發(fā)現(xiàn)，徑流流速最大的為Ｃ調(diào)控措施，這可能是由結(jié)皮材料的特質(zhì)決木質(zhì)素類結(jié)皮吸水后形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的覆蓋物，如同一層“薄膜”，地表糙度下對增加地表徑流流速（吳發(fā)啟等，２００４）。所以為了坡面的安全穩(wěn)定和減少坡全隱患，建議施用復(fù)合調(diào)控措施用于坡面從而減弱坡面的徑流流速。坡面徑流水流對坡面的沖刷力存在顯著的相關(guān)性（張樂濤等，２０１３；呂錫芝等，２０１５）Ｍ．Ａ．雅里加諾夫研究發(fā)現(xiàn)，坡面徑流挾沙能力可用公式ｐ＝Ａ＾較好的表達(dá)，ｇｈｗ逡逑ｐ為徑流挾沙濃度，Ａ為系數(shù)，Ｖ為徑流流速，ｈ為徑流深度，ｇ為重力加速度，泥沙的水力粘度�？梢姡瑥搅鞯膾渡衬芰εc徑流流速的５次方存在正相關(guān)，當(dāng)降５０％，則徑流挾沙能力將下降到原來的１／３２�？梢酝茢鄿p小坡面徑流流速是面侵蝕的有效方法和思路，復(fù)合調(diào)控措施可達(dá)到顯著減小坡面徑流流速的效１０

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2767759