黔西北喀斯特地区混农林业种植模式对土壤水文特征的影响

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喀斯特区水土流失及石漠化是我国西南地区突出的生态环境问题,制约了区域经济社会的发展。以坡耕地水土流失治理为核心的喀斯特区混农林业种植措施是实现生态修复及经济效益共赢的重要途径。针对喀斯特地区坡耕地不同混农林种植模式,开展土壤水文效应相关研究,筛选适宜的复合种植模式,对喀斯特区坡耕地水土流失治理及区域可持续发展具有重要的理论及现实意义。本研究以黔西北典型喀斯特坡耕地为研究对象,采用野外径流小区原位观测及室内试验相结合的方式,在对研究区不同混农林业种植措施(枇杷+黄豆、石榴+辣椒、李子+黑麦草、樱桃+茄子、核桃+花生、桃树以及玉米单作)土壤理化性质及土壤水文特征分析的基础上,采用主成分分析法对混农林业种植措施的土壤水文特征进行综合评价,研究结果表明:(1)混农林业种植模式对土壤结构的改善具有积极作用。土壤容重随土壤层深度的增加而增大,在各混农林业种植措施之间存在显著差异,总体上表现为:核桃+花生<枇杷+黄豆<樱桃+茄子<桃树<李子+黑麦草<石榴+辣椒<玉米,在各土壤层中表现为20~30cm土壤容重最大。土壤总孔隙度表现为:玉米<李子+黑麦草<桃树<樱桃+茄子<石榴+辣椒<枇杷+黄豆<核桃+花生,土壤孔隙度随土壤深度的增加先增大后减少,在10~20cm土壤层达到最大。其中枇杷+黄豆混农林业种植措施土壤总孔隙度最大,平均为47.69%。(2)混农林业种植措施能够提高土壤养分含量。土壤有机碳含量以樱桃+茄子模式最高,约为25g/kg。土壤速效氮以枇杷+黄豆复合种植模式最高,土壤速效磷、钾含量以樱桃+茄子复合种植模式最高。土壤全量氮、磷、钾含量分别以石榴+辣椒、樱桃+茄子、枇杷+黄豆含量最高。不同复合种植模式对土壤理化性质的综合影响程度表现为樱桃+茄子>枇杷+黄豆>核桃+花生>石榴+辣椒>李子+黑麦草>桃树>玉米。(3)混农林业种植措施具有增加土壤水分入渗、调节土壤含水量及减少地表径流等功能。土壤含水量季节上呈现夏季>秋季>春季>冬季,不同模式之间则呈石榴+辣椒>核桃+花生>枇杷+黄豆>李子+黑麦草>樱桃+茄子>桃树>玉米的趋势。各混农林业种植措施田间持水量表现为玉米<李子+黑麦草<樱桃+茄子<桃树<石榴+辣椒<枇杷+黄豆<核桃+花生。各混农林业种植措施均具有均有较好的地表径流调节功能,其中以核桃+花生种植措施产流量最少,效果均好于玉米单作模式。混农林业种植模式能够增加土壤水分入渗,调节土壤水文入渗过程。各混农林业种植措施的初始入渗率变化范围下1.10~19.82mm/min波动,稳定入渗率的变化范围在0.53~9.3mm/min,平均入渗率的变化范围在0.19~3.30mm/min,60min内入渗总量的范围在11.42~197.96mm,随着土壤深度的增加,土壤渗透性均呈降低趋势,各混农林业种植措施的土壤渗透性能呈核桃+花生>樱桃+茄子>枇杷+黄豆>石榴+辣椒>桃树>李子+黑麦草>玉米的趋势。对入渗过程模型的效果以通用经验模型拟合效果最好,Horton模型及Kostiakov模型次之,Philip模型拟合效果最差。混农林业种植措施土壤水文的综合效应呈核桃+花生>樱桃+茄子>枇杷+黄豆>石榴+辣椒>桃树>李子+黑麦草>玉米的趋势,表明核桃+花生复合模式土壤水文调节功能最好,玉米单作最差。(4)混农林业种植措施通过改善土壤理化性质,进而影响土壤水文特征。土壤水文特征各指标均与土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤速效磷、土壤速效钾指标存在显著相关性,其中与土壤容重呈显著负相关(P<0.05)。对土壤理化特征与土壤水文特征进行多种方式拟合,其中以线性拟合模式最佳,两者之间存在显著线性相关,拟合优度达到0.627,方程为β=0.035+0.715α。
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