【摘要】：水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)環(huán)境要素過渡性明顯,人為活動(dòng)強(qiáng)度大,土壤退化嚴(yán)重。風(fēng)水交錯(cuò)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(fēng)蝕區(qū)、水蝕區(qū)比較,分析了水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)土壤質(zhì)量現(xiàn)狀、分布規(guī)律、影響因素及退化程度;借助~(137)Cs技術(shù)反映了侵蝕與土壤質(zhì)量在時(shí)空變化的偶聯(lián)性,進(jìn)而揭示了土壤退化成因;通過風(fēng)蝕、水蝕模擬試驗(yàn),明確了風(fēng)水交錯(cuò)侵蝕下水土流失特征及其對(duì)土壤養(yǎng)分、土壤顆粒的影響,探明了風(fēng)蝕、水蝕交互效應(yīng)及土壤退化機(jī)理;同時(shí)利用USLE模型、~(137)Cs示蹤技術(shù)及地形因子分析等方法估算了風(fēng)蝕、水蝕速率分配比例。主要結(jié)論如下:1.在水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)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(jī)質(zhì)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(fēng)力指數(shù)之間顯著相關(guān),也與土地利用類型、海拔高度、地形、土壤機(jī)械組成等環(huán)境因素存在相關(guān)關(guān)系(P0.05)。土壤有機(jī)質(zhì)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(fēng)力指數(shù)大于100的地區(qū),土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量顯著降低(P0.05)。土壤有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)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(fēng)蝕交錯(cuò)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(zhì)量均發(fā)生了退化,退化最嚴(yán)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(qiáng)度的大小和侵蝕環(huán)境的脆弱性。2.在水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū),風(fēng)蝕、水蝕通過改變土壤物理屬性,顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)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(fēng)蝕、水蝕交替作用的結(jié)果。風(fēng)水交錯(cuò)侵蝕加劇了該區(qū)土壤退化過程。在不同坡向,相對(duì)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(guān)性分析表明,土壤~(137)Cs與土壤理化屬性緊密相關(guān)(P0.01;P0.05)。土壤有機(jī)質(zhì)、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。回歸分析表明,~(137)Cs含量變化與土壤顆粒、有機(jī)質(zhì)和全氮含量變化存在線性相關(guān),可用方程y=ax+b擬合。3.在水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū),水蝕、風(fēng)蝕互相影響,相互促進(jìn)。風(fēng)蝕通過對(duì)土壤物理性狀的改變,促進(jìn)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(fēng)蝕(風(fēng)速為11 m s-1和14 m s-1)導(dǎo)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(fēng)速和雨強(qiáng)存在顯著線性關(guān)系(P0.01)。雨強(qiáng)和風(fēng)速越大,坡面形態(tài)變化越明顯;而坡面徑流率隨降雨歷時(shí)在不同風(fēng)速、雨強(qiáng)下符合對(duì)數(shù)函數(shù)變化規(guī)律。相對(duì)于坡面徑流變化,坡面產(chǎn)沙過程較為復(fù)雜,總體呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。水蝕風(fēng)蝕存在明顯的正交互效應(yīng),在預(yù)測水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)土壤侵蝕問題時(shí)必須考慮風(fēng)蝕對(duì)水蝕的促進(jìn)作用,減少該區(qū)域的風(fēng)蝕可以有效降低兩者的交互作用。4.風(fēng)水交錯(cuò)侵蝕對(duì)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(fēng)蝕使坡面土壤顆粒粗化、土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量降低,進(jìn)而影響了水蝕坡面及泥沙中土壤顆粒和養(yǎng)分的變化。風(fēng)蝕加劇了土壤養(yǎng)分的再分配,成為水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)土壤質(zhì)量下降的主要原因。在11 m s-1和14 m s-1風(fēng)速的風(fēng)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(jī)質(zhì)、全N大多與土壤細(xì)粒吸附在一起,風(fēng)蝕進(jìn)而造成土壤表層養(yǎng)分減少。風(fēng)水交錯(cuò)侵蝕條件下,坡面表層土壤有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)和全氮含量降低3.12%~19.66%和2.69%~12.23%。侵蝕泥沙顆粒與風(fēng)速和雨強(qiáng)呈顯著正相關(guān)關(guān)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(dāng)于每年約有0.126~0.693 cm的表層土壤被侵蝕掉。其中,風(fēng)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(yán)重,坡下侵蝕較弱。但由于研究區(qū)風(fēng)蝕、水蝕交互出現(xiàn),整個(gè)坡面以侵蝕為主,無沉積現(xiàn)象。水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)坡耕地水土流失的防治要充分考慮風(fēng)水交錯(cuò)侵蝕及其交互效應(yīng),采取綜合治理措施,重點(diǎn)防控水蝕能較大程度上減少土壤侵蝕量。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S157

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本文編號(hào)：2533513