典型黑土缓坡耕地土壤侵蚀特征解析

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fafafaalex
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东北黑土区是中国唯一仍呈退化加重的农业生产区,目前呈持续恶化的发展态势。如不及时保护黑土资源,将直接导致耕地损毁,威胁国家粮食安全。因此,揭示黑土区坡面多种外营力相互作用下土壤侵蚀发生发展规律,明确黑土结构特征对坡面侵蚀过程的影响是控制水土流失,保护黑土资源的迫切需求。选取克山农场坡长为1020 m的直型坡、凹型坡和凹-直复合型坡耕地,利用137Cs示踪技术和小波分析理论相结合的研究方法,对坡面土壤侵蚀模数进行估算,探究近70年来长缓坡耕地土壤侵蚀强度沿坡长变化规律;通过LB法区分不同条件(暴雨、小雨、扰动)下黑土团聚体破碎机制,定量分析不同耕层下土壤团聚体稳定性变化特征及其影响因素,以期为该地区精准布设水保措施、实现土壤养分管理提供数据支持。主要研究结论如下:(1)不同坡形长缓坡耕地土壤侵蚀差异显著,直型坡多年平均侵蚀速率(3040t·km-2·a-1)<复合型坡(3395 t·km-2·a-1)<凹型坡(4220 t·km-2·a-1),长缓坡耕地整个坡面均存在侵蚀强-弱交替变化周期规律,直型坡、凹-直复合型坡、凹型坡在采样范围内分别存在坡长为380 m、300 m、250 m的波动周期。通过对坡面侵蚀速率沿坡长建立数学拟合,发现正弦曲线函数拟合可以更好的表征典型黑土区长缓坡耕地坡面侵蚀速率的周期性规律。(2)LB法中慢速湿润处理(SW)土壤团聚体主要以>2 mm团聚体为主;机械扰动处理(WS)土壤团聚体以1-0.5 mm为主;快速湿润处理(FW)土壤团聚体破碎以0.1-0.05 m为主。团聚体稳定性整体上呈现出MWDSW>MWDWS>MWDFW。各耕层土壤团聚体对三种不同处理的扰动作用敏感性,暴雨>翻耕>小雨,三种破坏机制下不同土层间体现出MWD0-10 cm<MWD10-20 cm<MWD20-30 cm,表明黑土团聚体破碎的主要机制是消散和机械扰动,而黏粒膨胀的破坏最小。(3)在水力驱动力下,坡面表层土坡面团聚体主要破碎为1-0.2 mm粒级,为雨滴溅蚀和径流冲刷过程提供材料,成为土壤侵蚀过程侵蚀物质的主要来源。导致富集于土壤表面的有机碳随水力、耕作侵蚀等被剥离、迁移,重新在坡面发生再分布,表明坡耕地土壤有机碳含量空间分布特征受土壤侵蚀速率影响明显,土壤侵蚀速率的增加必然导致土壤整体的保肥和保水性下降,养分流失加重。(4)研究区土壤可蚀性介于0.008~0.043之间,平均值为0.018,属于中等变异(16%~32%)。不同坡形坡面表现为直型坡坡面K值最小,且变异性最小(14.8%),复合型坡与凹型坡K值相似,变异性分别为22.4%和21.0%。随着土层深度的增加,土壤可蚀性K值明显减小,>1 mm粒级对抵抗侵蚀介质剥离、搬运能力较强和K值影响较强。可蚀性K值与有机碳含量呈极显著负相关,表明土壤有机碳能增加土壤颗粒和水分之间黏结作用,促进水稳性和微团聚体的形成,有利于土壤结构的稳定性,增强土壤抗侵蚀能力。
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