紫色土坡耕地土壤景观演化对耕作侵蚀的响应
文献类型：学位论文
| 作者 | 苏正安
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| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 张建辉 |
| 关键词 | 耕作侵蚀 ~(137)Cs DEM 磁测法 地形 土壤部面特性 土壤景观演化 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 三峡大坝建成蓄水之后，当地农民从海拔较低处迁到库区周围山上开垦耕地，剧烈的农耕活动所产生的土壤侵蚀成为本研究区很严重的一个环境问题。为了研究本区坡地耕作侵蚀速率以及耕作侵蚀对地形和土壤剖面特性演化及其水文特性的影响，在2008年3月(旱季)选择了坡度为12．63％、坡长为18．5m的一块线性坡耕地进行入渗和模拟耕作试验，同时还选择一块坡度为0．57％～36．61％、曲率为-0．06～0．06 m．m~（-2）、坡长为22．5 m的一块复合坡耕地进行模拟耕作试验，此外，另选择9块坡度为8～65％坡耕地，采用磁测法进行耕作试验来建立耕作侵蚀模型，并对模拟耕作试验获取的耕作侵蚀速率进行校正。研究结果表明：1．线性坡和复合坡的（137）~Cs含量表明，线性坡和复合坡的平均侵蚀速率分别为44．45和80．41t/(hm~2.a)。DEM法测定得到线性坡和复合坡耕地平均耕作侵蚀速率分别为25．02和29．46 t／(hm~2．tillage pass)，耕作侵蚀占总土壤侵蚀速率的比例分别为56．29％和36．64％；磁测法建立耕作侵蚀模型所获取的线性坡和复合坡耕作侵蚀速率分别为28．84和41．74 t/(hm~2． tillage pass)，耕作侵蚀对总土壤侵蚀速率的贡献分别为64．88％和51．91％。在三峡库区的紫色土坡耕地上，强烈的耕作侵蚀导致类似的坡耕地坡顶或凸坡土壤发生严重退化。强烈的耕作侵蚀导致类似的线性坡耕地土壤退化面积约占总面积1．17％，而类似复合坡耕地每年损失约0．51％的可利用土地。结果表明，在三峡库区水蚀和耕作侵蚀均为主要的土壤侵蚀类型，但是在坡面的不同部位耕作侵蚀和水蚀分别扮演不同的角色，坡顶和上坡主要是耕作侵蚀为主，而中下坡主要以水蚀为主，坡脚处耕作侵蚀主要以堆积为主，而本区域缺乏田埂促使水力侵蚀仍然表现为侵蚀。2．强烈的耕作侵蚀导致坡耕地的地形发生显著变化。在线性坡耕地上，经过5次、10次、和15次耕作之后，坡脚堆积大量土壤，整个坡面的相对海拔不断降低，坡地的坡度由12．63％变为12．03％，12．27％和10．48％，即呈逐渐减少的趋势，同时也整个坡面不再呈线性，而出现了一定的曲率。在整个复合坡耕地上，经过强烈耕作之后，坡脚堆积人量上壤，整个坡面的相对海拔也不断降低；整个坡面坡度变异最人之处在坡脚，而其它部位变异较小，尤其是坡顶在耕作前后的坡度均很小；复合坡的曲率主要是在中坡继续向线形坡演化，曲率接近于零，坡顶和中上坡的交界处以及下坡和坡脚的交界处是复合坡曲率变异最显著本的部位之一，在坡脚处，曲率由负变正，而且有进一步增加的趋势，表明该部位由于耕作侵蚀而导致上壤人量堆积，该部位的形态由凸坡演变成凹坡。因此，顺坡锄耕所导致的坡地形演化就是一个夷平过程。3．耕作侵蚀导致坡耕地的土壤剖面特征发生显著变化，土壤剖面出现了缺失、混匀、翻转和形成新耕层。经过强烈的模拟耕作之后，坡顶和坡脚的土壤发生层及其深度变异最火，表现为坡顶土壤发生层完全消失，坡脚则由于大量土壤堆积形成新的耕层覆盖在原耕层和淀积层之上，土层深度显著增加；上坡经过强烈耕作之后虽然保留了耕层，但是耕层深度出现显著下降；中坡的耕层经过强烈耕作之后也出现一定的下降，淀积层也受到一定的影响，但淀积层的深度变化趋势不显著：下坡的土壤发生层经过强烈耕作之后，耕层深度出现轻微下降，但淀积层没有受到明显影响，仍然具有显著的淀积特征，淀积层深度也未出现显著变化。经过5次和15次耕作，线性坡坡顶的土层深度从10．0 cm变为0 cm，而坡脚土层深度相对于耕作前分别增加了4．9 cm和18．0 cm；复合坡的土层深度从耕作前的20．0 cm变成0 cm，而坡脚的土层深度分别增加了8．8 cm和22．6 cm。耕作侵蚀对线形坡和复合坡的土壤~（137）Cs、容重、有机碳含量影响最显著的也是坡顶和坡脚，主要表现为坡顶的土层均被侵蚀，土壤~（137）Cs和有机碳含量均变为零，而坡脚是整个坡面堆积最显著的区域，形成了容重较小的新耕层，整个剖面的土壤~（137）Cs和有机碳含量显著增加。线形坡上坡土层浅，耕作前后土壤均仅有耕层，经过强烈耕作之后土壤~（137）Cs含量和容重表现为降低，而有机碳含量却由于堆积坡顶土壤略有增加；复合坡上坡耕作前后土壤发生层均仅有耕层，经过强烈耕作之后，坡顶~（137）Cs含量较高、有机质含量较低的土壤大量被搬运到该部位，造成上坡土壤~（137）cs含量略有增加，而土壤有机碳含量和容重却略有降低。线性坡和复合坡的中坡耕作前后均具有耕层和淀积层，强烈耕作之后土壤~（137）Cs含量略有降低，耕层土壤有机碳含量和容重也呈降低趋势，而淀积层变化较小。线性坡和复合坡的下坡土壤剖面耕作前后均具有耕层和淀积层，整个剖面土壤~（137）Cs含量降低，耕层土壤容重也出现降低趋势，但是线性坡该部位耕层的土壤有机碳含量表现为增加，而复合坡的下坡耕层上壤有机碳含量降低，线性坡和复合坡下坡的淀积层土壤有机碳含量基本没有变化。相比于耕作堆积区和未扰动区，耕作侵蚀区的土壤初始入渗速率、稳定入渗速率和累计入渗量均具显著降低，因而会显著地增加径流。与此同时，耕作松土导致的上壤紧实度变小能够显著增强土壤入渗能力，凶而能够显著地增加入渗量，从而减少径流量。4.根据耕作前后的土壤剖面特性演化趋势和紫色土坡顶土壤发生层的组成情况，本文提出了单纯耕作侵蚀以及耕作侵蚀和水力侵蚀作用下两种紫色上坡耕地上壤景观演化范式。 |
| 英文摘要 | 三峡大坝建成蓄水之后，当地农民从海拔较低处迁到库区周围山上开垦耕地，剧烈的农耕活动所产生的土壤侵蚀成为本研究区很严重的一个环境问题。为了研究本区坡地耕作侵蚀速率以及耕作侵蚀对地形和土壤剖面特性演化及其水文特性的影响，在2008年3月(旱季)选择了坡度为12．63％、坡长为18．5m的一块线性坡耕地进行入渗和模拟耕作试验，同时还选择一块坡度为0．57％～36．61％、曲率为-0．06～0．06 m．m~（-2）、坡长为22．5 m的一块复合坡耕地进行模拟耕作试验，此外，另选择9块坡度为8～65％坡耕地，采用磁测法进行耕作试验来建立耕作侵蚀模型，并对模拟耕作试验获取的耕作侵蚀速率进行校正。研究结果表明：1．线性坡和复合坡的（137）~Cs含量表明，线性坡和复合坡的平均侵蚀速率分别为44．45和80．41t/(hm~2.a)。DEM法测定得到线性坡和复合坡耕地平均耕作侵蚀速率分别为25．02和29．46 t／(hm~2．tillage pass)，耕作侵蚀占总土壤侵蚀速率的比例分别为56．29％和36．64％；磁测法建立耕作侵蚀模型所获取的线性坡和复合坡耕作侵蚀速率分别为28．84和41．74 t/(hm~2． tillage pass)，耕作侵蚀对总土壤侵蚀速率的贡献分别为64．88％和51．91％。在三峡库区的紫色土坡耕地上，强烈的耕作侵蚀导致类似的坡耕地坡顶或凸坡土壤发生严重退化。强烈的耕作侵蚀导致类似的线性坡耕地土壤退化面积约占总面积1．17％，而类似复合坡耕地每年损失约0．51％的可利用土地。结果表明，在三峡库区水蚀和耕作侵蚀均为主要的土壤侵蚀类型，但是在坡面的不同部位耕作侵蚀和水蚀分别扮演不同的角色，坡顶和上坡主要是耕作侵蚀为主，而中下坡主要以水蚀为主，坡脚处耕作侵蚀主要以堆积为主，而本区域缺乏田埂促使水力侵蚀仍然表现为侵蚀。2．强烈的耕作侵蚀导致坡耕地的地形发生显著变化。在线性坡耕地上，经过5次、10次、和15次耕作之后，坡脚堆积大量土壤，整个坡面的相对海拔不断降低，坡地的坡度由12．63％变为12．03％，12．27％和10．48％，即呈逐渐减少的趋势，同时也整个坡面不再呈线性，而出现了一定的曲率。在整个复合坡耕地上，经过强烈耕作之后，坡脚堆积人量上壤，整个坡面的相对海拔也不断降低；整个坡面坡度变异最人之处在坡脚，而其它部位变异较小，尤其是坡顶在耕作前后的坡度均很小；复合坡的曲率主要是在中坡继续向线形坡演化，曲率接近于零，坡顶和中上坡的交界处以及下坡和坡脚的交界处是复合坡曲率变异最显著本的部位之一，在坡脚处，曲率由负变正，而且有进一步增加的趋势，表明该部位由于耕作侵蚀而导致上壤人量堆积，该部位的形态由凸坡演变成凹坡。因此，顺坡锄耕所导致的坡地形演化就是一个夷平过程。3．耕作侵蚀导致坡耕地的土壤剖面特征发生显著变化，土壤剖面出现了缺失、混匀、翻转和形成新耕层。经过强烈的模拟耕作之后，坡顶和坡脚的土壤发生层及其深度变异最火，表现为坡顶土壤发生层完全消失，坡脚则由于大量土壤堆积形成新的耕层覆盖在原耕层和淀积层之上，土层深度显著增加；上坡经过强烈耕作之后虽然保留了耕层，但是耕层深度出现显著下降；中坡的耕层经过强烈耕作之后也出现一定的下降，淀积层也受到一定的影响，但淀积层的深度变化趋势不显著：下坡的土壤发生层经过强烈耕作之后，耕层深度出现轻微下降，但淀积层没有受到明显影响，仍然具有显著的淀积特征，淀积层深度也未出现显著变化。经过5次和15次耕作，线性坡坡顶的土层深度从10．0 cm变为0 cm，而坡脚土层深度相对于耕作前分别增加了4．9 cm和18．0 cm；复合坡的土层深度从耕作前的20．0 cm变成0 cm，而坡脚的土层深度分别增加了8．8 cm和22．6 cm。耕作侵蚀对线形坡和复合坡的土壤~（137）Cs、容重、有机碳含量影响最显著的也是坡顶和坡脚，主要表现为坡顶的土层均被侵蚀，土壤~（137）Cs和有机碳含量均变为零，而坡脚是整个坡面堆积最显著的区域，形成了容重较小的新耕层，整个剖面的土壤~（137）Cs和有机碳含量显著增加。线形坡上坡土层浅，耕作前后土壤均仅有耕层，经过强烈耕作之后土壤~（137）Cs含量和容重表现为降低，而有机碳含量却由于堆积坡顶土壤略有增加；复合坡上坡耕作前后土壤发生层均仅有耕层，经过强烈耕作之后，坡顶~（137）Cs含量较高、有机质含量较低的土壤大量被搬运到该部位，造成上坡土壤~（137）cs含量略有增加，而土壤有机碳含量和容重却略有降低。线性坡和复合坡的中坡耕作前后均具有耕层和淀积层，强烈耕作之后土壤~（137）Cs含量略有降低，耕层土壤有机碳含量和容重也呈降低趋势，而淀积层变化较小。线性坡和复合坡的下坡土壤剖面耕作前后均具有耕层和淀积层，整个剖面土壤~（137）Cs含量降低，耕层土壤容重也出现降低趋势，但是线性坡该部位耕层的土壤有机碳含量表现为增加，而复合坡的下坡耕层上壤有机碳含量降低，线性坡和复合坡下坡的淀积层土壤有机碳含量基本没有变化。相比于耕作堆积区和未扰动区，耕作侵蚀区的土壤初始入渗速率、稳定入渗速率和累计入渗量均具显著降低，因而会显著地增加径流。与此同时，耕作松土导致的上壤紧实度变小能够显著增强土壤入渗能力，凶而能够显著地增加入渗量，从而减少径流量。4.根据耕作前后的土壤剖面特性演化趋势和紫色土坡顶土壤发生层的组成情况，本文提出了单纯耕作侵蚀以及耕作侵蚀和水力侵蚀作用下两种紫色上坡耕地上壤景观演化范式。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-02-07 |
| 源URL | [http://192.168.143.20:8080/handle/131551/4918]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 成都山地灾害与环境研究所_山地灾害与地表过程重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 苏正安. 紫色土坡耕地土壤景观演化对耕作侵蚀的响应[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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