喀斯特坡地与梯地土壤水分变化特征研究

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在中国西南地区,峰丛坡地的中下部较缓地带被开发为梯地用于农业生产的现象十分多见。坡地改造成梯地后,土壤水分在时空分布、降雨入渗等方面均会发生较大变化,对比分析坡地与梯地土壤水分变化,可进一步认识喀斯特坡面的土壤水分特征差异。本文采用网格法测量峰丛坡地上旱季(12月)和雨季(5月)的表层(05cm)土壤含水量,以地统计学方法分析其空间变异性;同时利用环刀法测定灌木林地和梯田旱地不同土层(060cm)的入渗过程,分析影响入渗的因素,并用不同入渗模型对其过程进行拟合;最后应用氢氧稳定同位素技术,结合土壤含水量的长期(2018.03-2019.01)动态监测,以探讨自然坡地与人工梯地的土壤水分变化特征。主要结论如下:(1)与单一土地利用坡面相比,人为扰动强、土地利用多样的喀斯特峰丛坡地表层土壤含水量表现为坡上未被扰动的自然植被区明显高于坡下人为改造的梯田区。旱季时,坡地林地表层土壤平均含水量(32.8%)明显高于位于坡下的梯田空闲地(24.2%)、梯田橘园(20.0%)、梯田菜园(22.0%)、坡地裸地(23.5%);雨季时,坡地裸地(30.2%)和梯田橘园(32.1%)有了明显增大,梯田空闲地(17.8%)剧烈减小。旱、雨季整个坡面上空间结构比分别为21.0%、8.7%,表现为雨季的空间相关性更强;旱、雨季表层土壤含水量变异系数分别为20.1%和31.7%,属中等程度变异;雨季表层土壤含水量的变程(77.5m)显著高于旱季(8.0m),雨季的土壤含水量具有较高的空间变异结构。裸岩周围空间的土壤含水量随与裸岩的距离增大而减小,梯田石坎周围空间土壤含水量随与梯田石坎的距离增大而递减。(2)梯田旱地的入渗性能低于灌木林地,其平均入渗系数约是灌木林地的78.6%,尤其在土层3060 cm的平均初渗率、稳渗率仅为灌木林地的4.3%和4.4%,存在明显的入渗隔层,其原因是梯田旱地本身的土壤黏粒含量充足,加上人为翻耕促使较细颗粒向下移动后堆积。灌木林地土壤中的砂粒含量和有机质含量较高,孔隙度较大,不同土层间的性质差异较小,而梯田旱地030 cm与3060 cm土层的土壤性质差异明显,表现为下层土壤容重大、土壤孔隙度小。两者入渗性能均与土壤容重、孔隙度的相关性极显著。Horton模型对灌木林地和梯田旱地的拟合效果较好,且一般对上层的拟合精度优于下层,Kostiakov模型和Philip模型的拟合效果较差。(3)研究区大气降水线为δD=7.85δ18O+19.02,与全球大气降水线相比,斜率接近,截距偏大。研究区土壤水主要受到降雨的补给,优先流在水平梯田的土壤剖面的水分运移中占主导地位,降雨对自然坡地土壤水的驱替并不明显。坡改梯后土层的土壤结构均有所变化,修建梯田时上层覆土与下层沙土有混合,部分碎石深埋导致深层砂粒增多,粘粒含量比显著减小,碎石含量较高。水平梯田的表层饱和导水率显著高于自然坡地,随着土层加深饱和导水率降低。自然坡地表层与下层的含水量相对接近,人工梯田的表层土壤含水量与深层的有明显不同,表层(10cm)土壤含水量明显高于下层(30cm-70cm)。水平梯田和自然坡地土壤含水量呈现大致相似的动态变化特征
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