【摘 要】
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土壤侵蚀对全球环境的影响日趋严重,受到世界各地的广泛关注。南亚热带红壤地区水热条件丰富,是重要粮食产区,但因其高温多雨的气候环境及不合理的土地利用方式,已成为我国最严重的水土流失区域之一。溅蚀发生于土壤侵蚀的初始阶段,是表层土壤颗粒在雨滴打击下发生破碎和搬运的过程,为此后的面蚀和沟蚀发育提供了物质基础。本文选取砂页岩、第四纪红黏土两种母质发育的赤红壤为研究对象,研究林地、果园和耕地土地利用方式下的
【基金项目】
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国家自然科学基金(42007055,42107350); 广西自然科学基金项目(2021GXNSFBA075017); 广西科技基地和人才专项(桂科AD20159031);
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土壤侵蚀对全球环境的影响日趋严重,受到世界各地的广泛关注。南亚热带红壤地区水热条件丰富,是重要粮食产区,但因其高温多雨的气候环境及不合理的土地利用方式,已成为我国最严重的水土流失区域之一。溅蚀发生于土壤侵蚀的初始阶段,是表层土壤颗粒在雨滴打击下发生破碎和搬运的过程,为此后的面蚀和沟蚀发育提供了物质基础。本文选取砂页岩、第四纪红黏土两种母质发育的赤红壤为研究对象,研究林地、果园和耕地土地利用方式下的土壤团聚体特征。分析土壤基本理化性质和团聚体稳定性关系,并采用模拟降雨实验,研究团聚体在4种不同降雨强度下(30 mm/h、60 mm/h、90 mm/h和120 mm/h)的溅蚀响应特征。主要结论如下:(1)第四纪红黏土母质发育的土壤质地黏重,土壤容重大且孔隙度较小;砂页岩母质发育的土壤容重较小但孔隙度较大。林地土壤有机质、颗粒有机碳和矿物结合有机碳含量分别是果园和耕地的1.12~1.61、1.58~7.67和0.89~1.44倍。(2)两种母质土壤的内摩擦角和粘聚力指标均表现为第四纪红黏土林地(Q1)>砂页岩林地(S1)>砂页岩果园(S2)>第四纪红黏土耕地(Q3)>第四纪红黏土果园(Q2)>砂页岩耕地(S3)。干筛法和湿筛法处理后,Q1土壤团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)最大,分别为2.16 mm和1.69 mm、1.91 mm和1.45 mm;S3土壤团聚体的MWD和GMD值最小,分别为1.87 mm和1.38 mm、1.12 mm和0.81 mm。经LB法3种处理后,各土壤水稳性团聚体含量(WSA)均大于83.38%。S3土壤团聚体相对消散指数(RSI)最高,说明其对消散作用最为敏感;而Q2土壤团聚体相对机械破碎指数(RMI)最高,说明其对机械破碎作用最为敏感。(3)土壤团聚体稳定性与有机质和颗粒有机碳含量呈极显著正相关关系(p<0.01),与黏粒含量呈显著正相关关系(p<0.05);土壤抗剪强度(内摩擦角和粘聚力)与有机质和颗粒有机碳含量呈极显著正相关关系(p<0.01)。土壤中的黏粒、有机质和颗粒有机碳含量对稳定性有重要影响。(4)土壤团聚体溅蚀量随着降雨强度增加呈增长趋势,不同破碎机制下的MWD与溅蚀量呈极显著负相关。林地土壤团聚体的溅蚀量最少,果园和耕地土壤溅蚀量分别是林地的1.20~8.38倍和1.53~6.68倍。随着雨强增加,溅蚀土壤中>2 mm粒级团聚体含量呈增长趋势,变化范围为0.11%~56.45%。溅蚀团聚体分形维数与>2 mm和2-1 mm粒级团聚体呈负相关关系,与0.5-1 mm、0.25-0.5 mm和<0.25 mm粒级团聚体含量呈正相关关系。(5)土壤团聚体下坡溅蚀量是上坡溅蚀量的3.85~30.44倍。0-10 cm距离内溅蚀量占总量的71.17%~89.32%,且与中心距离越远,溅蚀量越少。溅蚀搬运平均重量距离(MWS)表现为Q1<S1<S2<Q3<Q2<S3,说明S3土壤的空间分散能力最强。相关性分析表明,土壤团聚体稳定性越强,其距离分散能力越差,各距离范围内的溅蚀量越少。(6)土壤团聚体溅蚀率随降雨时间增长呈先增加后减小的趋势。在30 mm/h雨和60 mm/h雨强下,溅蚀率在24~36 min达到峰值;90~120 mm/h雨强下,溅蚀率在12~30 min内到达峰值。降雨开始时溅蚀团聚体的分形维数较高,随着降雨时间增加逐渐趋于平稳。降雨过程中,团聚体的溅蚀率与分形维数呈显著负相关,说明单位时间内随着溅蚀量的增加,溅蚀粒径中的大颗粒含量增多,小粒径含量减少。本研究表明南亚热带地区赤红壤在连续性降雨条件下极易发生溅蚀,尤其在农用地区域,应采取有效的保土措施,来预防和治理区域内土壤侵蚀问题。
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