喀斯特石漠化过程中土壤质量变化研究——以贵州花江峡谷为例

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本文对喀斯特石漠化进程中,土壤质量变化,土壤有机质的损失原因、途径以及喀斯特土壤水分特征变化进行研究。研究结果表明: 1、贵州喀斯特石漠化过程中,土壤有机质损失、土壤结构破坏、土壤颗粒分散、土壤的通透能力下降,导致土壤粘化、板结化,这是贵州喀斯特石漠化发生与发展的重要原因。该区一旦发生强降雨,干时结块的土壤在雨滴打击、雨水浸泡下,迅速崩解成为分散的细小土壤颗粒,在较短的时间内阻塞了雨水下渗通道,土壤的入渗速度降低,在近地表形成了一个致密的隔水层,降雨迅速形成径流。并且,喀斯特地区地形起伏所决定的势能加速了地表径流的冲刷能力,致使地表土壤颗粒随径流流失。贵州喀斯特区降雨较为集中,峰丛峰林的正地形地区,极易形成地表径流,水流在陡坡的加速度较大,其对土壤的冲刷能力提高,最终表现为地表土壤随径流流失,岩石裸露,出现石漠化景观。 2、石漠化进程中,土壤有机质、全N、全P、酸溶性K以及有效N、有效P、有效K的含量下降,土壤逐步贫瘠化。并且,人为干扰强度愈大的土壤,土壤养分降低的程度愈大,土壤粘粒含量随干扰强度加大呈现增加的趋势,土壤的孔隙度降低,结构性破坏,土壤向粘质化、板结化发展。 3.强烈石漠化作用使小生境土壤的理化性质发生明显的变化。石漠化进程中,小生境土壤有机质含量明显下降,土壤容重增加,结构稳定性变差,毛管孔隙度减少,土壤的抗蚀能力下降,有效养分数量减少,土壤质地趋向粘化。严重石漠化后,各小生境着生的植物减少或消失,致使小生境上方的空间开放,使小生境的温度、辐射、湿度均发生剧烈的改变,致使土壤小生境的差异性减少,土壤的养分贫瘠化,土壤向粘质化、干旱化发展,生态环境更加度或重度石漠化的草地、耕地土壤含量较低。不同石漠化程度土壤相比,林地土壤HA/FA>耕地土壤HA/FA>草地土壤HA/FA,其主要的原因在于林地土壤中有机质以胡敏酸为主,在富Ca2+HT条件下,形成稳定的腐殖酸钙,腐殖酸积累较多;草地的HA/FA降低,其原因在于草地土壤相对于林地土壤的湿度降低,HA的积累较林地的少,导致其HA含量降低;耕地的HA/FA高于草地,其原因在于耕地土壤经常受到人为的搅动,土壤处于氧化状态下,并且,农作物成熟后被全部收走,使耕地土壤的有机质呈完全输出状态,土壤腐殖酸的积累十分有限。林地、草地、耕地土壤相比,耕地土壤有机质在逐步旱化的过程中加速氧化分解,致使土壤有机质和腐殖质数量减少,土壤腐殖质品质劣化。紫外光谱表明,不同石漠化程度土壤水溶性有机质的吸收值均表现为随波长减小呈上升趋势,在195nm处有一个吸收峰,这与腐殖酸的UV-VIS光谱特征相似,表明腐殖酸是水溶性有机质中的主要成分之一。林地E4/E6比值介于11.35-18.47,平均值为13.62,草地E4/E6比值介于3.81-11.23,平均值为6.43,耕地E4/E6比值介于2.24-4.32,平均值为3.24。可见,随着石漠化程度加深,土壤中腐殖酸的分子芳化程度降低,分子结构趋于简单化,腐殖物质溶解度增加。通过对土壤径流中TOC的测定表明,石漠化对土壤径流中TOC影响较为明显,土壤地表径流和土壤渗漏水中TOC含量以林地的最低,草地TOC含量其次,耕地TOC含量最高。可见,随着石漠化进程的发展,土壤的有机质分子结构趋向简单化,小分子的有机物质更加容易溶解到土壤水中,导致土壤水溶性有机碳的含量提高,并随着地表径流和土壤渗漏水的运动而产生流失。水溶性有机质随径流的流失是喀斯特地区土壤有机质损失的主要途径之一。 4、土壤水库库容是衡量土壤水分供给总量的重要指标之一。由于喀斯特地区土层较薄,土壤水库库容有限,并且,在喀斯特石漠化进程中,土壤结构破坏,土壤的孔隙度降低,进一步降低了土壤水库库容量。不同石漠化程度的林地、灌丛草地、花椒+绿肥以及耕地土壤水库的年平均蓄水量表现出较大的差异,以林地土壤库容最大。林地、灌丛草地、花椒+绿肥地土壤水库储蓄水分能力高于耕地,土壤有效库容以耕地最小。土壤库容与土壤有机质和团粒的相关分析表明:土壤库容与土壤有机质和土壤团粒结构显著相关。随着石漠化强度的增加,小生境土壤含水量明显下降,并且相对波动较大,生境逐步从湿润、温度变化缓和、空气湿度大的中性生境向干旱、温度变化剧烈、空气湿度小的严酷生境发展,土面的蒸发强度逐渐加大,土壤干旱频繁出现,土壤有效水数量明显减少,形成不良的水分循环,使生态环境进一步恶化。 随着植被的变化,土壤渗漏水的数量以及化学组成发生相应的变化。喀斯特地下渗漏水中离子浓度的大小排序为HCO3->Ca2+>SO42->Mg2+>Cl->NO3->K+>Na+>NH4+>PO43-。土壤渗漏水中可溶性盐的总量增加,Ca2+、Mg2+离子明显增加,促进了岩溶成土的能力,地下渗漏水中TOC含量大小排序为林地<灌木林地<灌丛草地<耕地。F1测验结果表明:地下渗漏水中TOC含量与土壤碱解氮含量有明显的线性关系,与土壤的交换性Ca2+、Mg2+的含量有明显的相关关系。土壤TOC迁移量与交换性Ca2+存在一定程度的负相关,交换性Ca2+的数量会影响土壤有机质的结合程度,在一定程度上随着交换性Ca2+的减少,土壤有机质与交换性Ca2+的结合度降低,土壤有机质易于氧化降解,从而增加土壤有机碳向水体的淋溶迁移。地下渗漏水NO3-含量与有机质含量存在一定程度的负相关,土壤有机质的数量会影响土壤结构性、土壤孔隙性等,在一定程度上随着有机质含量的减少,土壤对NO3-产生的吸附作用减弱,从而增加土壤NO3-向水体的淋溶迁移。土壤水溶性有机碳是土壤有机质流失的重要途径之一,也是喀斯特地区土壤养分流失的重要因素。 5、喀斯特石漠化治理的对提高土壤质量,恢复生态环境起到积极的效果。治理后土壤容重降低,土壤的总孔隙度提高,土壤结构向细粒化和团聚化的状况演变,土壤持水能力增强,土壤水库蓄水量得到有效的提高。土壤酶活性得到明显的提高。土壤养分流失减少,土壤质量逐步提高。在生态恢复与重建过程中,必须坚持统筹规划,因地制宜,科学组合的方针;应着重考虑生态效益,兼顾经济效益,使农户在退耕土地上能够获取一定的经济收入。对于人口压力较大的喀斯特地区,提高耕地的单位产出以及单位产值是关键因素之一。花江地区推行以花椒作为主导作物,对提高耕地单位产值起到积极的作用,对提高农民的经济收入和生态恢复起到了双效的作用。获取良好的生态效益、社会效益与经济效益。
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