南阳丹江口库区不同土地利用类型表层土壤水文物理性质研究

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由于南水北调中线工程的启动,丹江口库区成为我国关注的热点地区。随着南水北调中线工程的建设,库区生态环境问题不仅关系到周边及下游地区人民生活及农业、工业用水的安全,而且对国家南水北调运行成功存在至关重要的影响。因此,开展丹江口库区不同土地利用类型表层土壤水文物理性质研究,对指导库区土地利用和植被建设具有重要的意义。本文通过对南阳丹江口库区具有典型性和代表性土地利用类型的乔木林、灌草地、梯田、坡耕地和荒草地5种土地利用类型进行野外样地调查,对不同土地利用类型下的表层土壤物理性质及其水文特征进行研究,阐述不同土地利用类型的表层土壤水文物理性质,揭示各土地利用类型表层土壤容重、孔隙度、贮水量和渗透速率的差异,为库区水土保持生态修复等植被恢复与库区水源地高效水源涵养林建设的树种选择提供理论依据。主要结论如下:⑴五种土地利用类型的表层土壤容重均不超过1.35g/cm3;灌草地和乔木林的表层土壤容重比其他土地利用类型的表层土壤容重小,梯田和坡耕地的土壤容重变化幅度较大,荒草地的表层土壤容重相比其他土地利用类型来说,整体较小。⑵随着海拔高度的增加,0-10cm土层中,乔木林、梯田和坡耕地的土壤贮水量大小均呈现上升趋势,灌草地的土壤孔隙度和贮水量呈下降趋势;而10-20cm层各土地利用类型土壤容重和非毛管孔隙度增减不一,没有一定的规律性;耕地(梯田和坡耕地)和乔木林10-20cm土壤层的总孔隙度和毛管孔隙度随海拔高度增加呈递减趋势,10-20cm土壤层中,除乔木林的土壤贮水量随海拔高度增加而增加外,其他土地利用类型呈减少趋势。五种土地利用类型表层土壤入渗速率(初始入渗速率和稳定入渗速率)均随着海拔高度增加而减少。⑶相同海拔高度和坡度范围内,灌草地和乔木林的表层土壤总孔隙度和毛管孔隙度整体较大,同时,实验数据也显示出乔木林的土壤孔隙度比灌草地的孔隙度大;相比之下,坡耕地和梯田则表现出不稳定性,而荒草地孔隙度最小。同一海拔高度范围内,五种土地利用类型表层土壤的贮水量和入渗速率也基本表现出类似于土壤孔隙度大小的趋势。⑷随着坡度的增加,乔木林和灌草地0-10cm土壤孔隙度呈减少趋势,10-20cm土壤层中,乔木林的土壤孔隙度随坡度增加而增加,灌草地的土壤孔隙度却随坡度增加而减少;灌草地的土壤贮水量随着坡度的增加而减少,乔木林的土壤贮水量增减不一。⑸5-25°坡度范围内0-10cm土层中,乔木林、灌草地和荒草地的土壤总贮水量和吸持贮水量较高,坡耕地最低,乔木林和梯田的滞留贮水量较高;10-20cm土层中,乔木林和坡耕地的土壤总贮水量和吸持贮水量明显高于其他土地利用类型,而灌草地和荒草地的滞留贮水量较高;同时,该坡度范围内,五种土地利用类型0-10cm土层中,坡耕地的初始入渗速率仅次于灌草地,坡耕地的稳定入渗速率与梯田相近;乔木林在10-20cm土层中的初始入渗速率最大,稳定入渗速率与梯田大小相近,优于其他土地利用类型;无论是0-10cm土层还是10-20cm土层,荒草地的入渗速率均为最小,且远远低于其他土地利用类型。30-60°坡度范围内,乔木林的土壤贮水量各项指标均高于灌草地。⑹无论海拔高低和坡度大小,五种土地利用类型土壤入渗速率均随着土壤深度的增加而减小;同时,土壤容重随着土壤深度的增加而增加。⑺多数情况下,土壤初始入渗速率大于稳定入渗速率。综上所述,不同土地利用类型土壤水文物理性质差异明显,不同群落结构对土壤物理性质的改良作用有明显差异。其中,乔木林和灌草地有显著优势,改良土壤物理性质的作用较好,这说明乔木林和灌草地土质较松,能提高水分的入渗能力,可以保证较多的降水渗入土壤中贮存或形成壤中流或地下径流,减少地表径流损失,在当地水土保持、涵养水源功能方面发挥着重要作用,并且其群落结构通过毛管孔隙度的调控,也可以较好地维持自身的发育状态,应提倡该土地利用类型的种植和保护。梯田和坡耕地的生态水文效应时好时坏,其不稳定性可能与人为活动与经营方式有关。荒草地水文物理性质最差,说明荒草地保持水土、涵养水源的功能较差。另外,土壤容重随着土壤深度的增加而增加,说明表层土壤较松,这与各样地表面枯枝落叶累积量及其分解速度改善了土壤物理性质有关。林木枯枝落叶增加了土壤持水性能,提高了土壤腐殖质含量,对土壤物理性质也有明显改善。枯落物的分解增加了土壤有机质,改善了土壤结构和理化性质,增强了土壤的蓄水性和抗侵蚀能力。
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