喀斯特坡地水文过程与混农林水土漏失阻控技术

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党的十九大报告提出,推进荒漠化、石漠化、水土流失综合治理,建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。生态文明建设再一次上升到了关乎民族和国家命运的高度。在喀斯特脆弱的生态环境下,研究石漠化地区的水土运移过程、提出水土漏失阻控技术,可以治理石漠化,推进生态文明建设。根据环境科学、地理学、土壤学等有关水文过程、水土保持、喀斯特水土漏失、混农林措施配置等理论,针对坡地水文过程与水土漏失研究、混农林阻控技术示范验证等科学问题与科技需求,在代表中国南方喀斯特石漠化生态环境类型总体结构的贵州高原山区选择毕节撒拉溪喀斯特高原山地潜在-轻度石漠化、关岭-贞丰花江喀斯特高原峡谷中-强度石漠化和施秉喀斯特山地峡谷无-潜在石漠化三个喀斯特不同石漠化程度的研究区,2019-2022年通过野外调研、坡地样地植被类型调查、土壤理化性质与土壤可蚀性因子分析、土壤水分与降雨量监测、径流水位计、稳定氢氧同位素定量区分植物水分来源,运用原位监测、室内试验、相关性分析、对比分析等研究方法,围绕喀斯特坡地水文过程、水土漏失、混农林阻控等基础前沿研究、共性关键技术研发、应用示范进行系统研究,重点阐明坡地土壤水分时空变化规律,揭示坡地水文因素之间相互作用机制,集成构建适宜喀斯特混农林坡地水土漏失阻控技术并进行应用示范与验证,为国家和地方喀斯特石漠化综合治理与生态文明建设提供科技参考。(1)发现了坡地土壤水文过程在时空尺度上具有异质性;土壤水分垂向分布在三个研究区的不同混农林样地下整体下层蓄水能力较强。长时间尺度,雨季坡地土壤水分变异程度及活跃程度总体高于旱季,雨季坡地土壤水文过程强烈,但不同样地有不同的特点。监测期各坡地土壤水分变化特征不同,毕节撒拉溪研究区样点土壤水分平均值最高分别出现在BJ-SY的60-75cm土层,说明下层土壤蓄水能力较强。BJ-CD土壤水分平均值的最大值出现在中层土壤中,由于草地根系较浅,土壤水分与根系分布也存在一定的关系。施秉喀斯特研究区样点土壤含水率平均值最高出现在HC-TL的60-75cm土层,综合来看施秉研究区土壤底层蓄水能力最强。关岭-贞丰花江研究区土壤水分平均值最大出现在HJ-JYH的30-45cm处。通过对研究区坡地土壤水分的雨季、旱季、全监测期变异系数进行统计分析,毕节撒拉溪研究区坡地土壤水分在雨季变异程度及活跃程度高于旱季;关岭-贞丰花江研究区雨季与旱季区别不大,变异系数较高,土层最为活跃。施秉喀斯特研究区雨季与全监测期各坡地样地变异程度以及活跃程度接近,且整体高于旱季。(2)阐明了土壤抗侵蚀能力、降雨特征、植被类型影响坡地水文变化以及坡地土壤水分补给特征的机制。坡地土壤水分变化与降雨分布特征具有较强的响应关系;随降雨量级增加,坡地土壤水分对降雨事件的响应时间缩短,坡地各层土壤水分有效补给量明显增加。三个研究区的土壤可蚀性K值都>0.25,土壤抗侵蚀能力较差,但BJ-SY、HJ-SDG、HC-TL的K值变异系数较低,分别为1.01%、0.28%、1.36%,说明这三个监测点土壤稳定性高,保水能力强。毕节撒拉溪研究区坡地土壤水分变化曲线与降雨分布在大雨事件中具有一致的趋势,在小雨时间中没有影响,在中雨事件中有的土壤深度响应不明显。施秉喀斯特研究区坡地土壤水分变化曲线与降雨分布具有一致的趋势,从小雨事件变化不明显,中雨事件与大雨事件中,坡地土壤水分变化均明显,土壤水分补给量增加,滞后时间缩短。毕节撒拉溪研究区、施秉喀斯特研究区坡地土壤水分的增长幅度增大,但坡地各层土壤含水率增幅及滞后时间在土层间并无一定规律性,造成这种现象的原因可能是植物根系吸收的深度不同。(3)提出喀斯特坡地混农林水土漏失阻控技术并进行应用示范及验证:在三个示范区进行示范,混农林措施能够有效改善坡地土壤结构,提高土壤蓄水能力。通过对比分析发现土壤容重、土壤总孔隙度、质地结构、降雨特征、近地表植被类型是影响坡地土壤水分变化特征、补给特征以及土壤抗侵蚀能力的重要因素。三个研究区坡地水土漏失阻控过程中需要通过调整坡地地表植被结构,改善坡地土壤性质,以提高土壤蓄水能力。因此,依据喀斯特地区现有的水土保持生物技术,在此基础上,通过在毕节撒拉溪坡地进行核桃+火棘的混农林配置技术,增加坡地植被覆盖度,同时利用植物根系改善土壤结构,起到固土保水效果;关岭-贞丰花江坡地进行枇杷+山豆根混作;施秉喀斯特进行桃树+牧蒿垂直空间配置,利用其良好的空间结构功能增加坡地植被覆盖度,增强植被对坡地土壤及水分的吸收利用从而发挥其固土保水作用。通过示范结果对比表明,各示范点混农林水土漏失阻控技术在改善土壤结构、提高土壤持水能力与含水量、延长滞后时间、减缓水分在土壤中运移速度等方面取得良好的效果,课题组将会进一步加强混农林水土漏失阻控技术的效果验证与技术改进,并进行推广示范。
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