喀斯特坡地浅层岩溶裂隙优先流及其对土壤养分的影响

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研究喀斯特坡地浅层岩溶裂隙优先流对了解土壤养分深层流失的作用机制、优先流在农业生产上的作用、减轻地下水污染和提高环境质量均具有重要意义。本文以喀斯特坡地四种不同土地利用类型(坡耕地、乔木林地、草地、灌木林地)裂隙为研究对象,通过野外亮蓝染色示踪试验结合室内土壤理化性质试验等方法对裂隙优先路径数量及空间分布状态、优先流形态特征、优先流形成的影响因素、土壤水分及养分优先运移特征进行了分析,系统分析了喀斯特坡地浅层岩溶裂隙优先流特征及其对土壤养分的影响。主要结果如下:  (1)喀斯特裂隙形态复杂多样,从平面形态上,裂隙发育于白云岩和石灰岩,裂隙在剖面形态上可分为漏斗型裂隙和竖长方型裂隙等。喀斯特坡地浅层岩溶裂隙中的充填物主要有石砾、土壤及根系等,在喀斯特坡地各个样地裂隙土壤机械组成黏粒和粉粒含量最高、差异大。  (2)不同土地利用类型浅层岩溶裂隙优先流的发生范围主要在0-20cm土层范围,裂隙优先流发生形式主要为岩土界面流,其优先流发生范围可达60cm土层范围及以下,且优先流发生区的植物根系较多,未发生优先流现象区域的植物根系几乎没有。不同土地利用类型裂隙剖面平均染色路径数随土层深度的增加而较少,整体均呈现下降趋势,平均染色路径数大小表现为:灌木林地>坡耕地>乔木林地>草地。染色面积比总体上随土层深度的增加而减小。各裂隙剖面平均染色面积比大小依次为草地裂隙>灌木林地裂隙>坡耕地裂隙>乔木林地裂隙。优先流程度评价指数越大,优先流发育程度越差,各裂隙剖面土壤优先流程度评价指数大小依次为坡耕地裂隙>草地裂隙>乔木林地裂隙>灌木林地裂隙。  (3)土壤基本理化性质、作物根系等会对裂隙土壤优先流的形成产生一定的影响。在四种土地利用方式裂隙剖面染色区的染色面积比与土壤理化性质及作物根系状况等各个指标之间进行相关性分析发现,染色面积比与土壤孔隙度、有机质、土壤含水量、田间持水量、入渗率、黏粒含量、>0.25mm风干团聚体含量、根系特征等指标呈正相关关系,染色面积比与土壤容重、砂粒含量、粉粒含量等呈负相关关系。  (4)不同土地利用类型裂隙土壤优先流对土壤优先流路径中养分形态影响存在一定的差异。优先流对全氮贡献率的大小为:灌木林地>乔木林地>草地>坡耕地,对全磷贡献率的大小为:草地>乔木林地>坡耕地>灌木林地,对全钾贡献率的大小为:灌木林地>乔木林地>草地>坡耕地,对水解氮贡献率的大小为:乔木林地>草地>灌木林地>坡耕地,对速效磷贡献率的大小为:草地>灌木林地>乔木林地>坡耕地,对速效钾贡献率的大小为:灌木林地>乔木林地>坡耕地>草地。在坡耕地裂隙中,优先流染色面积比与全氮含量存在显著负相关关系。在乔木林地裂隙中,优先流程度评价指数与水解氮存在显著正相关关系。在草地裂隙中,优先流染色面积比与全钾含量存在显著负相关关系,优先流程度评价指数与全磷、速效钾含量及优先流染色面积比存在显著正相关关系,而优先流程度评价指数与全氮含量存在显著负相关关系。在灌木林地裂隙中,全钾含量和全磷含量存在显著负相关关系。
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