發(fā)布時間：2020-07-23 20:45

【摘要】：土壤侵蝕導(dǎo)致了土壤質(zhì)量的退化以及水體的富營養(yǎng)化等一系列生態(tài)危機,是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)面臨的重大環(huán)境問題。近年來,人類活動引起的土地利用/覆被變化(LUCC)對土壤侵蝕的影響引起了特別關(guān)注,尤其在小流域尺度上,不合理的土地利用方式會加劇土壤侵蝕導(dǎo)致土壤質(zhì)量的嚴重下降,對區(qū)域水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深刻影響。137Cs示蹤是較為成熟的土壤侵蝕研究手段,能有效反映出土地利用變化與土壤侵蝕和土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系,同時結(jié)合沉積物分析,更能快速的認識流域土壤侵蝕發(fā)生與演變動態(tài)及時空分布規(guī)律,深入了解人類活動與環(huán)境變化的關(guān)系。在生態(tài)脆弱區(qū),從區(qū)域可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā),準確評價小流域尺度下的土壤侵蝕程度以及由土壤侵蝕過程帶來的生源要素變化對于防治水土流失、改善生態(tài)平衡具有非常重要的理論和實踐意義。本研究選擇滇池流域人類活動劇烈的西南及東北部為研究靶區(qū),基于137Cs示蹤和GIS技術(shù),綜合分析了研究區(qū)域LUCC下的土壤侵蝕狀況及空間差異。通過比較不同土地利用方式下土壤的養(yǎng)分分布與元素化學(xué)計量特征,評價了小流域的土壤質(zhì)量現(xiàn)狀；結(jié)合210Pbex定年,對小流域沉積物的粒度組成、營養(yǎng)鹽分布及穩(wěn)定碳同位素等地球化學(xué)參數(shù)進行比較：分析了流域百年來的沉積速率變化狀況,探討了短時間尺度下流域土壤侵蝕的時空變化規(guī)律及水體的營養(yǎng)變化進程,同時對每一個小流域的碳(C)、氮(N)、磷(P)儲存量和流失量進行了估算。主要研究結(jié)果如下：1、小流域不同土地利用方式下土壤侵蝕差異在小流域尺度上,不同土地利用方式下土壤137Cs剖面分布存在較大差異。土壤中大部分137Cs主要分布在0～20 cm土層內(nèi)。耕地耕層內(nèi)137Cs基本呈均勻分布狀態(tài),137C$在林、草地中則基本表現(xiàn)出隨土壤深度增加呈指數(shù)下降趨勢。東大河小流域耕地、撂荒地、草地、林地土壤中平均137Cs含量分別為391.00、173.17、908.41、601.93 Bq/m2,撂荒地和耕地侵蝕模數(shù)最大,草地最��；寶象河小流域耕地、草地、林地土壤中平均137Cs含量分別為847.41、746.27、660.29Bq/m2,耕地平均侵蝕模數(shù)大于其它2種土地利用方式；斗南設(shè)施農(nóng)地土壤中137Cs平均含量及土壤侵蝕量與撂荒地無較大差別,但耕種與撂荒年限對侵蝕程度有重要影響。綜合所有土地利用方式來看,耕地的侵蝕模數(shù)遠遠大于非耕地,表明植被在減緩?fù)寥狼治g方面具有顯著作用。除土地利用方式外,地形和植被覆蓋對土壤侵蝕也有影響。在GIS支持下,利用建立的空間多元線性回歸模型,實現(xiàn)了全流域土壤侵蝕現(xiàn)狀的空間模擬。東大河小流域平均侵蝕模數(shù)為2575.87tkm-2y-1,寶象河小流域平均侵蝕模數(shù)為2206.15 tkm-2y-1,斗南地區(qū)所處與料河小流域平均侵蝕模數(shù)為2104.89 tkm-2y-1。從土壤侵蝕程度來看,寶象河小流域、馬料河小流域整體屬于輕度侵蝕,東大河小流域?qū)儆谥卸惹治g。2、小流域不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分分布與化學(xué)計量特征研究區(qū)域每種土地利用方式下TOC、TN、TP含量的剖面變化均基本表現(xiàn)出從上至下逐漸減小的趨勢。各小流域不同土地利用方式下土壤TOC、TN、TP平均含量差異顯著,在東大河小流域,土壤TOC含量變化表現(xiàn)為：草地林地耕地撂荒地,土壤TN含量變化表現(xiàn)為：草地耕地林地撂荒地,土壤TP含量變化表現(xiàn)為：耕地草地林地撂荒地；寶象河小流域土壤TOC、TN含量變化均表現(xiàn)為：草地耕地林地,而TP則表現(xiàn)為：林地耕地草地；斗南地區(qū)受施肥影響其設(shè)施農(nóng)地的土壤TOC、TN、TP平均含量均顯著高于撂荒地。不同流域不同土地利用方式下穩(wěn)定同位素(6δ13C)組成存在一定差異。東大河小流域4種土地利用方式下土壤δ13C介于-26.63‰～20.01‰之間,表明該區(qū)域土壤中有機質(zhì)主要來源于陸生C3植物,寶象河小流域耕地、林草地的土壤δ13C的平均值分別為-20.35‰±0.15‰、-17.98‰±0.75‰,表明該區(qū)域土壤有機質(zhì)主要來源于C4植物。不同土地利用方式下,土壤剖面δ13C的變幅不一,反映了土壤有機質(zhì)分解程度的強弱。結(jié)合土壤TOC剖面特征,說明土壤有機質(zhì)的分布具有明顯區(qū)域特征并且變化比較復(fù)雜。不同土地利用方式下土壤中不同形態(tài)可轉(zhuǎn)化態(tài)氮的含量也存在差異,但土壤中均以有機態(tài)氮為主,除斗南地區(qū)外,其他兩個小流域各種土壤中的不同形態(tài)氮含量均基本表現(xiàn)為SOEF-NSAEF-NIEF-N WAEF-N�？傮w來看,草地、林地的TOC、TN及各形態(tài)氮含量均較高,對維持和改善區(qū)域土壤質(zhì)量具有重要意義。研究區(qū)不同土地利用方式下土壤C/N、C/P、N/P比雖存在一定差異,但土壤的N、P有效性均較好。3、小流域不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分儲存量與流失量不同土地利用方式下土壤的C、N、P密度及儲存量均存在差異。東大河小流域、寶象河小流域、斗南地區(qū)耕地中的C、N、P密度均較高,草地的C、N、P密度均高于林地。在小流域范圍內(nèi),綜合所有土地利用方式,在0～40 cm土壤深度內(nèi),東大河小流域的土壤C、N、P儲存量分別為124.96×107kg、141.11× 106kg、52.61×106kg。寶象河小流域的土壤C、N、P儲存量分別為114.07×107 kg、131.53×1006kg、35.07×106kg,斗南設(shè)施農(nóng)地土壤平均C、N、P的儲存量達87.26×106、11.62×106、8.53×106kg。三個研究區(qū)不同土地利用方式下土壤表層養(yǎng)分流失量也存在差異。東大河小流域、寶象河小流域耕地C、N、P表層流失量最大,草地各養(yǎng)分流失量最低,斗南設(shè)施農(nóng)地C、N、P表層流失量高于撂荒地。土壤侵蝕模數(shù)越大,土壤中養(yǎng)分含量越低,土壤養(yǎng)分流失量就越高。三個研究區(qū)不同土地利用方式下的土壤養(yǎng)分流失量均以耕地為最大,P的流失問題應(yīng)重視,草地和林地土壤養(yǎng)分流失量較小,更有利于土壤質(zhì)量的改善和流域水環(huán)境的保護。在小流域尺度上,可建立土壤養(yǎng)分元素含量與土壤侵蝕量二者之間變化關(guān)系的相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。4、小流域土壤侵蝕與水體營養(yǎng)狀態(tài)變化的沉積物記錄東大河小流域和寶象河小流域沉積物的各項地球化學(xué)參數(shù)的變化均較好的反映了百年來流域的土壤侵蝕和環(huán)境演變過程。東大河小流域平均沉積速率為0.51 cm/y,寶象河小流域平均沉積速率為0.58 cm/y。沉積速率的變化與人類活動和降水量有密切關(guān)系并能較好的反映出流域的土壤侵蝕狀況。隨沉積物埋藏深度變淺,兩個小流域沉積物的TOC、TN、TP含量均表現(xiàn)出不同程度的增加趨勢,不同時間階段變化特征明顯。根據(jù)對東大河小流域沉積物的δ13C的研究初步推斷有機質(zhì)主要來源于藻類和陸生C3植物,δ13C的波動反映了外源有機質(zhì)在不同時間段的輸入過程以及內(nèi)源有機質(zhì)的變化趨勢。沉積物中氮的賦存形態(tài)決定了沉積物中能參與交換的生物可利用氮量,2個小流域的4種氮形態(tài)含量大小變化趨勢一致,SOEF-N均為優(yōu)勢形態(tài),對氮循環(huán)的貢獻順序均為SOEF-NSAEF-N WAEF-NIEF-N,無機形態(tài)的生物可轉(zhuǎn)化氮中NH4+-N對水庫上覆水體氮營養(yǎng)水平最具潛在威脅。兩個小流域的沉積物記錄變化均表明,近十年來,流域內(nèi)土地利用變化、人口增加、污水排放量和化肥使用量增大以及流域養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展使滇池流域水體湖泊富營養(yǎng)化程度加劇。
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S157

【參考文獻】

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本文編號：2767819