基于长期野外观测试验的中国土壤可蚀性及其区域预测研究

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土壤可蚀性是土壤对侵蚀介质剥蚀和搬运的敏感性,是土壤遭受侵蚀破坏难易程度的一种定量度量指标,通常用K值表示。土壤可蚀性K值是土壤侵蚀进行定量研究的基准,也是土壤潜在危险性评价、小流域和区域水土流失治理规划、生态环境重建和水环境治理等各个方面的理论和应用研究基础,开展土壤可蚀性研究具有重要的理论和现实意义。  论文通过对中国科学院红壤试验站内14个代表不同类型土壤侵蚀小区12~15年的(1993-2007年)连续试验观测,分析了试验区降雨及降雨侵蚀力R、产流、产沙在不同时间尺度(年、月)上变化规律;利用K=A/RLSCP计算了各小区年度土壤可蚀性K值和多年平均K值,探讨了各类型土壤多年平均可蚀性K值之间的差异性及与土壤理化性质之间的关系特征;并结合全国其它多个土区的土壤侵蚀小区多年试验观测结果,在全国尺度上研究构建了我国土壤可蚀性K值求取新方法。在此基础上,论文利用1:100万中国土壤数据库中土壤剖面属性数据和土壤类型空间分布数据,采用上述新方法建立了我国各类型土壤可蚀性K值表,研究和揭示了中国各类型土壤可蚀性K值空间分布规律及区域性特征。主要研究结果和结论如下:  1、试验区降雨量P和降雨侵蚀力R的年际和年内分布不均,降雨侵蚀力R表现更为明显。各试验小区产流和产沙的年度变化与降雨和降雨侵蚀力年度变化不太同步,产沙比产流表现得更为明显;但它们的季节性变化基本同步,产流比产沙表现得更为突出,且都随着各侵蚀试验小区土壤类型和性质变化而发生不同程度差异。  2、各小区土壤可蚀性K值的年度变化十分明显,土壤可蚀性K值不确定性较高,且变化特征随各小区土壤类型及性质特征不同有所变化;土壤可蚀性K值与土壤理化性质之间极少存在显著的线性相关,但可利用某些土壤理化性质,通过建立非线性关系模型对土壤可蚀性K值进行预测;区域性K值预测模型ISTO并不能完全适用于跨区域土壤可蚀性K预测,但可通过跨/多区域联合建模加以解决。初步建立的土壤可蚀性K值的跨区域预测模型MISTO可表述为:K=11.9031×I×S×T×O。其中,I为土壤酸度因子;S为土壤结构因子;T为土壤质地因子;O为土壤水力因子。各因子构成分别为:  I=(1.03-log10(pH))-0.9946;  S=(1-bulk/10)4.3488×(1-omc/100)-5.02474;  T=(1-clay/100)5.8882×(1-sand/100)3.8301×(1-silt/100)1.9064×(mm/10)-0.7835;  O=(1-fc/100)7.4736×(1-wc/100)-6.9427。其中,pH:土壤pH;bulk:土壤容重(g/cm3);omc:土壤有机质含量(%);sand:土壤砂粒(2-0.05mm)含量(%);silt:土壤粉砂(0.05-0.002mm)含量(%);clay:土壤粘粒(<0.002mm)含量(%);mm:土壤粉粘比(silt/clay);fc:田间持水量(V/V,%);Wc:凋萎系数(V/V,%)。  3、中国土壤可蚀性K预测值总体水平较高,平均土壤可蚀性K值处在0.3~0.4之间;区域与区域之间以及区域内部土壤可蚀性差异均十分显著。这是中国水土流失在世界上最为严重,也是土壤侵蚀强度和程度产生区域性显著差异的主要因素之  4、土壤可蚀性K值与土壤有机质含量之间的关系特征,随着土壤类型特征改变而发生改变,也随着土壤侵蚀或治理阶段的变化而发生变化,突破了土壤可蚀性K值与土壤有机质含量之间不同程度存在简单负相关性的传统认识。  本研究的特色在于首次通过跨区域土壤侵蚀小区观测试验结果的整合,在全国或者跨区域尺度上研究构建了我国土壤可蚀性K值求取新方法;在全国尺度上采用统一预测方法创建了我国首个各类型土壤可蚀性K值表,制作了首幅中国1:100万土壤可蚀性K值分布图;揭示了土壤可蚀性K与土壤有机质含量之间的关系特征,随着土壤类型特征改变而发生改变,也随着土壤侵蚀或治理阶段的变化而发生变化规律。对深入开展我国土壤可蚀性应用性研究,加强国际间对比与交流等具有重要科学意义。
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