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土壤侵蚀是制约土壤质量的关键性因子,它直接导致土壤质量、生物质量或经济生产力的急剧下降,造成对人类生态和发展基础的破坏,而且危及到后代的永续利用。随着世界范围内对土地可持续利用的重视,有关土壤侵蚀退化研究也显得愈加重要。
近年来,由于工业化与城市化进程的快速推进,太湖流域的生态环境受到严重污染,作为碧螺春产地的太湖洞庭东、西两山也不能幸免。加之茶园开发经营方式改变后,茶农采用不当的生产方式来增加经济效益,使水土流失增加,土壤质量退化,直接威胁着碧螺春茶的可持续发展。本论文以太湖西山碧螺春茶园坡地为研究对象,在实地调研和前人研究成果分析的基础上,首先通过对该区坡地典型剖面和坡面进行采样,运用137Cs示踪测试技术对该区茶园典型坡地的土壤侵蚀进行了初步研究;探讨了不同坡度、不同土地利用类型土壤侵蚀量的空间分布特征;通过对茶园土壤养分含量和重金属含量测定,分析了土壤侵蚀对土壤养分流失和重金属空间分布的影响。
研究得出如下主要结论:
(1)采用137Cs测试技术对太湖西山碧螺春茶园土壤进行采样、实验计算分析,结果表明:通过标准剖面测试数据计算并参照有关研究,确定茶园区137Cs的背景值为1809.50Bq/m2。对于非耕作土壤(杂木林)137Cs在土壤剖面中呈指数型分布,分布深度一般在20cm左右;对于耕作土壤(茶园),则在耕作层内呈均一分布,耕作层以下则逐渐减少,由于茶园土壤的深耕性,137Cs的分布深度均大于40cm。
(2)杂木林坡地不同坡位的侵蚀强度的顺序为坡下部>坡下中部>坡上部>坡中部、坡上中部;茶园不同坡位的侵蚀强度顺序为坡中部>坡下部>坡上部>坡上中部和坡下中部;研究区坡面各段位侵蚀量的分异趋势可能是受到段位土体坡度、植被覆盖、微地形和人类活动等多种因素的综合影响。
(3)不同坡度段土壤侵蚀强度差别较大,受人类活动的影响,年均土壤侵蚀厚度和侵蚀模数随坡度增加成下降趋势,最大侵蚀坡度为3°。不同茶龄土壤侵蚀强度有较大的差异,30年茶龄的土壤侵蚀量相对较大,平均侵蚀等级为微度侵蚀。其中,最大土壤侵蚀厚度和侵蚀模数(D3)分别为2.16mm/a和2535.41 t/km2·a,侵蚀等级为中度侵蚀。茶龄小于15年和茶龄为35年的采样区总体上表现出土壤堆积现象,最大的堆积速率为2933.60t/km2·a。
(4)茶园不同坡面沿采样剖面线均有蚀有积,与自然状态下杂木林相比,茶园采样点所在地区土壤侵蚀强度普遍较大,由此可以看出人类活动对土壤侵蚀的影响比自然因素要大的多,且人工干扰改变了地表覆盖,增加了同一坡度下的坡长,便于水流冲刷。依据国家水利部1997年颁布的土壤侵蚀强度等级标准,茶园采样点最高侵蚀等级达到中度侵蚀。因此,就局部而言,茶园仍存在着侵蚀隐患。
(5)与土壤侵蚀相伴生,茶园土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮和CEC含量下降的趋势较为明显,低于全区平均水平;而全钾、速效磷、速效钾以及交换性铝的含量较高。茶园有机质、全氮、全磷与全钾的平均流失量分别高达244.34,14.29,4.66和120.33kg/hm2·a。由于人为施肥的补充,使得侵蚀量大的样点其表层土壤养分含量未必也低。但总体来讲,土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量与侵蚀量负相关,侵蚀量大的养分流失也较大。
(6)土壤侵蚀还会引发土壤及养分的空间分异,即伴随着土壤的侵蚀和堆积也会带来相应的土壤养分的流失和堆积。茶园土壤的养分绝对迁移量表现为有机质>全钾>全氮>全磷,各种养分的绝对迁移量变幅较大。不同地貌部位的土壤养分流失量随相应地貌部位的土壤侵蚀模数的变化而变化,较大的土壤侵蚀模数代表的是较强烈的土壤养分流失,土壤养分流失量从大到小的排序为:茶园坡中部>茶园的坡下部>茶园的坡上部。
(7)茶园土壤中重金属的含量沿坡面的变化不大,不同坡面之间重金属的含量差别也不明显。在缓坡或在同一坡面的坡脚缓和处由于接受外来物质的堆积作用,重金属总体含量较高。以有机茶园土壤环境质量为评价标准,茶园综合污染指数为0.78,重金属污染水平为尚清洁,污染等级为警戒级,主要污染物为Hg。
(8)坡面上各种重金属含量的最高值并非出现在土壤堆积量最大的地方,最小值也并未出现在土壤侵蚀量最大的地方。土壤的侵蚀和堆积并未使得耕层土壤重金属有明显的变化,证明其重金属主要来自土壤母质。茶园土壤的酸性性质决定了其重金属元素土壤含量低于母质,表土含量低于底土。对于侵蚀样点而言:土层较薄的地方若侵蚀量过大会导致底土甚至母质出露,其重金属含量会超过堆积样点;由于重金属含量之间的略微差异,外源样点重金属含量也会随土壤迁移而影响接受堆积的样点,且影响的方向不定。从某种意义上讲,由于土壤侵蚀的空间差异,改变了重金属的空间分布格局。