崩岗区不同植被恢复类型土壤入渗及抗蚀能力变化

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崩岗是我国南方红壤区最具危害性的水土流失灾害,给当地的生态安全造成巨大威胁,同时也严重制约和阻碍当地区域经济的发展。崩岗的调查与研究开展于上个世纪四十年代,历经半个多世纪形成了数十种治理模式。在前人研究的基础上,可将崩岗治理归纳总结为修复完善型、产业经济型以及生态防护型三种治理模式,修复后崩岗的植被恢复情况有了很大改善,土壤质量得以提升。目前主要是通过构建土壤质量指标来对植被恢复后的区域进行土壤质量评价,但植被恢复后的各指标及抗蚀能力变化情况有待深入研究。本文以江西省赣县金钩形小流域为研究对象,选取4种典型植被恢复类型表土为试验材料,未修复崩岗作为对照,共计5个试验样地。在试验区进行野外调查、外业及室内试验,测定土壤理化性质、近地表特征,开展原位水分入渗试验以及冲刷试验,通过土壤理化性质及近地表特征参数的分布规律,结合土壤入渗性能及抗蚀能力变化特征,分析探讨了崩岗区不同植被恢复类型土壤入渗及抗蚀能力变化机制及主要影响因素。(1)崩岗区不同植被恢复类型下土壤基本理化性质及近地表特征显著不同,且在植被恢复过程中,土壤理化性质和近地表特征之间相互影响。崩岗区土壤的颗粒组成以粉粒含量居多,其次为砂粒含量、黏粒含量,土壤结构较差,质地为粉质壤土。植被恢复后,土壤容重降低,有机质含量及黏聚力含量显著提升。黏粒与有机质含量均能够影响土壤固结状态,特别是有机质能够提升颗粒间的联结作用,且其含量越高,土壤固结稳定性越好,土壤质量及抗侵蚀能力则越强。对近地表特征而言,土壤表面的生物结皮在植被恢复过程中明显增厚,根系参数也有不同程度的增加。(2)崩岗区不同植被恢复类型土壤入渗特性表征为侵蚀劣地>人工草地>人工灌木>人工果园>人工林地。基于逐步回归及路径分析方法对崩岗区不同植被恢复类型土壤理化性质及近地表性质进行分析,砂粒含量、有机质含量、结皮厚度及根长密度是土壤入渗性能的主要影响因素,除砂粒含量外,结皮厚度、根长密度及有机质含量均抑制了土壤入渗的发生。对于初始入渗速率、稳定入渗速率、导水率而言,其组成的最小数据集分别能够解释所代表土壤理化性质及近地表特征的95%,96%和96%,其标准化路径系数分别为0.998,0.998及0.997。因而其可以作为评估崩岗区植被恢复对土壤入渗性能影响的合理指标。(3)土壤抗蚀性能因植被恢复类型的不同而显著不同,其中,近地表特征显著增强了土壤抗蚀能力。土壤分离速率作为土壤抗蚀性能的重要指标,其样地变化表征为侵蚀劣地>人工草地>人工灌木>人工果园>人工林地。土壤细沟可蚀性随植被恢复显著降低,但土壤临界剪切力得以提升。基于WEPP(Water Erosion Prediction Project)模型,可用砂粒含量、有机质含量及根长密度估算供试样地中土壤细沟可蚀性的变化(NSE=0.814),土壤黏聚力、生物结皮厚度则可用于表征土壤临界剪切应力(NSE=0.632)。以砂粒含量、有机质含量、土壤粘聚力、生物结皮及根长密度来表征土壤分离速率,通过方程进行进一步回归模拟分析,得到崩岗区植被恢复过程土壤分离速率的预报模型,其方程决定系数(R~2)和Nash-Sutcliffe系数(NSE)分别为0.812和0.827,结果显示该模型可以用于准确预测我国南方崩岗区不同植被恢复类型下土壤分离速率的变化。
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