黄土丘陵沟壑区坡面覆被格局的土壤侵蚀效应研究

发布时间：2020-08-11 13:20

【摘要】：黄土丘陵沟壑区地形破碎,植被覆盖率低,暴雨频发,土壤抗蚀性差,水土流失问题十分严重。在干旱半干旱地区,植被恢复与建设受到水分条件制约,水土保持效果难以达到理想状态。如何在水资源承载力范围内合理配置植被格局尤为紧迫。针对黄土高原水土流失严重等问题,覆被格局的优化应从其减水减沙效益出发,研究不同覆被格局的土壤侵蚀效应,同时,构建指标体系表征不同覆被格局的土壤侵蚀效应,为科学合理配置覆被格局提供理论支持。本文较为系统的研究了不同覆被类型下土壤理化性质、入渗性能和抗冲性的差异,研究了植被恢复和结皮发育形成的坡面土壤空间异质性;结合坡面不同覆被格局和坡面土壤空间异质性,通过野外放水模拟冲刷实验,讨论了不同覆被格局的产流产沙特性;针对坡面覆被格局的定性描述较为单一,难以表征坡面覆被格局的复杂特征,讨论了利用不同格局指数表征坡面覆被格局的条件和推荐指数;最后,讨论了利用格局指数表征覆被格局土壤侵蚀的有效性。主要结论如下:(1)在黄土丘陵沟壑区,植被恢复和演替过程中,坡面土壤由于立地条件不同会产生空间异质性。随着植被恢复和结皮发育,土壤有机质和水稳性团聚体显著增加,土壤容重显著减小。随着植被恢复土壤入渗性能和抗冲性增加,随着结皮发育土壤入渗性能减小,抗冲性增强。土壤有机质和水稳性团聚体增加均与土壤抗冲性呈正相关;土壤容重和土壤抗冲性呈负相关。铁杆蒿群落冠层下土壤和结皮发育的土壤的抗冲性分别为裸地的3.22倍和1.56倍。铁杆蒿群落下土壤和结皮发育的土壤的入渗性能分别为裸地的1.21倍和84.1%。(2)坡面不同覆被格局均有较好的减水减沙效益,其减水减沙效益的强弱与覆被面积直接相关,植被覆盖度越大,减水减沙效果越好。与全裸格局小区相比,坡上聚集、坡中聚集、坡下聚集和全坡聚集格局的减沙效益分别为43.75%、50.51%、48.84%、71.04%。消除不同覆被格局要素面积不同的影响,仅考虑覆被格局的影响,相对的坡中聚集的减水减沙效益最大。在不同侵蚀营力条件下,不同覆被格局的表现并不完全一致;且随着侵蚀营力增大,产沙量也随之增大,但侵蚀营力进一步增大后,其产沙量可能并不会随之增大。(3)本文通过统计学的因子分析降维思想,对18种格局指数进行分类,讨论其表征覆被格局的有效应。当斑块占比发生显著改变时,PLAND、CIRCLE-MN、CLUMPY、SPLIT、NLSI五个指标相互独立性较高,信息冗余小,能够全面描述格局信息;当斑块占比相近时,PLAND、CLUMPY、NLSI、FRAC MN、MESH五个指数能够全面描述格局信息。综合来看,在进行格局分析时,PLAND、CIRCLE-MN、CLUMPY、SPLIT、NLSI、CLUMPY 和 MESH 指标可以比较全面的表征格局信息,而冗余信息相对较小。(4)在分析格局指数是否能够反映土壤侵蚀过程时,在“源”、“汇”两类景观类型,格局指数与土壤侵蚀状况表征变量的相关系数符号相反。用覆被格局指数指数解释不同覆被格局的土壤侵蚀差异时,在类型水平上有一定的有效性。景观类型聚集指数(MESH)与分割指数(SPLIT)比其它指数在指示景观格局的侵蚀产沙效应时更有效。尽管格局指数在类型水平上具有一定的有效性,但受制于土壤侵蚀的复杂性和格局指数的局限性,用格局指数预测土壤侵蚀仍存在不确定性。覆被格局在一定时间段内相对稳定,但侵蚀动力变化却比较大,土壤侵蚀具有临界性,如何进一步将侵蚀动力因子引入,才能更好解释土壤侵蚀过程。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S157
【图文】：

示意图,示意图,格局,植被

逦陕西师范大学硕士学位论文逦逡逑２．３研究方法逡逑２．３．１径流小区布设逡逑实验样地位于陕西省安塞县方塌沟一个撂荒３０余年的荒坡坡中（３６邋°４７１９〃邋Ｎ，逡逑１０９°１６＇５２〃Ｅ，海拔１２５２邋ｍ）。在坡面选取地形相对平整，坡度、坡向一致，植被逡逑群落和盖度相似的区域，利用ＰＶＣ板围成水平投影长宽为２ｍｘ0．５ｍ的径流小区。逡逑其中ＰＶＣ板材宽为３０邋ｃｍ，插入地下２０邋ｃｍ，地面留１０邋ｃｍ。逡逑本实验以地表不同覆被格局为研宄对象，将地表划分为植被、裸地和结皮三逡逑种基本要素。通过分析要素镶嵌布局反映不同覆被格局下坡面土壤侵蚀的差异。逡逑实验设计的小区覆被格局有以下五种：全裸格局（ｎｏｎ－ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ）；坡上聚集逡逑（ｃｏｎｇｒｅｇａｔｅ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｔｏｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｌｏｐｅ）；坡中聚集（ｃｏｎｇｒｅｇａｔｅ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｍｉｄｄｌｅ逡逑ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｌｏｐｅ）；坡下聚集（ｃｏｎｇｒｅｇａｔｅ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｂｏｔｔｏｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｌｏｐｅ）；全坡格局逡逑（ｃｏｎｇｒｅｇａｔｅ邋ｐａｔｔｅｒｎ）。如图１，在以下五个径流小区内完成模拟冲刷实验。逡逑

技术路线图,技术路线,格局

逦第２章研宄内容与方法逦逡逑２．４技术路线逡逑植被演替和结皮发育的过程中会造成坡面土壤空间异质性，在模拟冲刷条件逡逑下，坡面覆被直接影响土壤侵蚀过程，从而造成不同覆被格局产流产沙差异。不逡逑同覆被格局的表征方式多样，选取能够有效表征土壤侵蚀的格局指数才能进一步逡逑拟合坡面覆被格局和土壤侵蚀的关系。逡逑

土壤容重,结皮,水稳性团聚体,土壤团聚体

逦土壤处理逡逑图３－１不同处理土壤容重变化逦图３－２不同处理土壤有机质变化逡逑Ｆｉｇ．邋３－１邋Ｃｈａｎｇｅｓ邋ｏｆ邋ｓｏｉｌ邋ｂｕｌｋ邋ｄｅｎｓｉｔｙ邋ｄｕｒｉｎｇ邋Ｆｉｇ．邋３－２邋Ｃｈａｎｇｅｓ邋ｏｆ邋ｓｏｉｌ邋ｏｒｇａｎｉｃ邋ｄｕｒｉｎｇ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ逡逑ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ逦ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ逡逑土壤团聚体是构成土壤结构的基本要素之一，其中粒径＞０．２５的团聚体被称为逡逑大团聚体，又称为水稳性团聚体，研究发现其含量与土壤抗冲性密切相关如逡逑图３－３所示，水稳性团聚体与土壤有机质规律一致，铁杆蒿冠层下水稳性团聚体含逡逑量最高达４４．７６％，结皮发育土壤次之为３９．７２％，无结皮裸地最低为３２．６９％。逡逑６０－Ｉ逡逑ａ逡逑５０－逡逑ｂ逡逑色４０＿逡逑琴逦逦１邋Ｃ逡逑Ｘ逦Ｉ逡逑？邋３０邋－逦｛逡逑Ｅ逡逑Ｅ邋■逡逑ＬＯ逡逑２邋２０－逡逑１０－逡逑0－［Ｊ￣￣Ｕ￣ｉ￣Ｕ￣￣Ｌ逡逑铁杆蒿结皮雄皮逡逑土壤灥逡逑图３－３不同处理土壤团聚体变化逡逑Ｆｉｇ．邋３－３邋Ｃｈａｎｇｅｓ邋ｏｆ邋ｓｏｉｌ邋ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ邋ｃｏｎｔｅｎｔ邋ｄｕｒｉｎｇ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ逡逑１４逡逑

【参考文献】