人工模拟降雨条件下紫色土区花生地的土壤侵蚀及抗蚀特征研究

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本研究以西南紫色土区花生地为研究对象,通过野外模拟降雨试验,研究不同降雨强度下(60mm/h、60mm/h、120mm/h)花生各生育期(苗期、花期、结荚期、荚果成熟期)的坡面水沙特征,结合侵蚀动力学机理共同阐述其土壤侵蚀特征,并通过对各生育期花生地抗蚀性的研究,为改良花生地土壤侵蚀和该区域农业可持续发展提供一定的理论依据。主要研究结果如下:(1)径流泥沙特征在人工模拟降雨条件下,花生的生长发育可有效减缓坡面径流的形成,推迟产流开始的时间,并降低坡面的径流泥沙量,其中结荚期的减流效益最好,荚果成熟期的减沙效益最好。坡面产流率随降雨呈现先增加后趋于稳定的趋势,坡面产沙率随着花生的生长由剧烈波动趋于稳定,各生育期的稳定产流率和稳定产沙率均呈现出苗期>花期>结荚期>荚果成熟期的规律。较大的雨强会削弱花生对产流产沙的影响。(2)侵蚀动力学特征花生的生长对坡面流具有良好的减速效益,各生育期的减速效益为:荚果成熟期>结荚期>花期>苗期;各生育期的坡面径流雷诺数范围为89~480,均为层流;弗劳德数值范围为0.57~0.93,均属于缓流;各生育期径流剪切力、径流功率和断面单位能量的大小规律相同,均为:苗期>花期>荚果成熟期>结荚期。相同生育期下,随着降雨强度的增加,径流剪切力、径流功率以及断面单位能量也会随之显著增加。除苗期外,其余各时期的临界径流剪切力、临界径流功率及临界断面单位能量均小于裸地。各生育期的侵蚀动力学参数均与对应条件下的产沙量呈良好的线性正相关关系。(3)土壤抗蚀性特征花生的各个生育期中,土壤抗蚀指数均随着浸水时间的延长呈现逐渐降低的趋势。在垂直土层方向上,10-20cm土层的土壤抗蚀性最好。随着生育期的推进,土壤抗蚀指数在0-10cm土层先增高后降低,在10-30cm土层先增高后保持稳定。各生育期的非水稳性团聚体分布以(>5 mm)粒级为主,水稳性团聚体以(<0.25 mm)粒级为主,均表现为:结荚期>荚果成熟期>花期>苗期。(4)土壤抗蚀性的相关关系随花生生育期的推进,土壤团聚体的稳定性逐渐增强,土壤抗蚀性得到改善。土壤抗蚀性与>2mm团聚体极显著正相关,与<0.25mm团聚体极显著负相关,土壤抗蚀性随团聚体稳定性的增强而增强。花生根系是影响土壤团聚体稳定性和土壤抗蚀性的重要因素之一,通过相关性分析发现,团聚体稳定性与根表面积和根体积呈极显著正相关,土壤抗蚀性与根长、根表面积和根体积呈极显著正相关,花生根系的发育有利于团聚体稳定性的增强,进而增强土壤抗蚀性,<0.5mm根系的增加能够显著提高土层的土壤抗蚀性。
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