晋西黄土区土壤微环境调控措施及效应研究

发布时间：2020-07-23 19:40

【摘要】：本文针对黄土山区土壤侵蚀严重,土壤肥力低下,可耕性差,且已有的治理措施繁琐或者效果较差这一问题,应用现有的化学材料布设调控措施达到改善黄土区土壤微环境目的,采用宏观研究与微观研究相结合、田间试验与室内实验相结合、短期观测与长期观测相结合的研究方法,依据因地制宜原则,在黄土区4种立地条件,首次提出立体治理土壤侵蚀和优化土壤微环境的措施,施用不同的调控措施材料,以期寻找本研究立地条件最适宜的调控措施,增强土壤的抗蚀性、优化土壤微环境,达到保持水土,提高土壤水肥利用效率,最终达到黄土土壤微环境的稳定和可持续发展。本研究为黄土区土壤微环境的优化和重建提出了可行的调控措施,并且为土壤生态环境的修复和建设提供了理论依据。主要结论如下:(1)研究了各调控措施对不同降雨雨强下土壤径流和土壤侵蚀的影响。各调控措施的初始产流时间与降雨雨强存在显著线性负相关,径流流速与降雨雨强存在显著正相关,径流量与降雨雨强存在显著正相关。各调控措施的含沙量与降雨雨强的相关性不同:CK(对照)处理的含沙量和降雨雨强存在显著线性正相关;C(结皮)、S1C(75 kg/hm2保水剂+结皮)和S2C(150 kg/hm2保水剂+结皮)处理含沙量和降雨雨强存在指数相关;S3C(225 kg/hm2保水剂+结皮)、S4C(300 kg/hm2保水剂+结皮)和S5C(600 kg/hm2保水剂+结皮)处理的含沙量和降雨雨强存在二次函数相关。调控措施在各降雨雨强下均能显著减小侵蚀量和径流量,降雨雨强低于30mm/h时,S5C调控措施的减沙效益和减流效益均是最佳,降雨雨强40mm/h时,S5C的减流效益最优,S4C的减沙效益最佳。调控措施可以显著增加土壤入渗速率,且S5C在各降雨雨强下的土壤入渗速率始终最大。调控措施显著减小土壤蒸发量,S3C的抗蒸发能力最强,说明调控措施中保水剂含量与抗蒸发能力并非始终存在正相关。调控措施均能显著的减小各土地类型的年土壤侵蚀量和侵蚀模数。在梯田SCF(结皮+保水剂+肥料)调控措施能够增大减沙效应34.81%,在公路边坡SCF调控措施能够增大减沙效应44.16%,在陡坡SCJ(结皮+保水剂+AM菌)调控措施从2014-2016年分别增大减沙效应21.02%、27.24%和36.01%,调控措施在各立地条件下保持土壤效果显著,且具有持久作用。(2)研究了调控措施对不同立地条件土壤理化性质的影响。土壤微环境调控措施可以改变4种立地条件施用层和邻近层土壤容重,增大土壤总孔隙度。调控措施能够促进土壤团聚体发育,在调控措施施用层和邻近层土壤团聚体由小粒径向大粒径发育。在荒地S5C调控措施增大大粒径团聚的能力最强,在梯田SCF在0-10cm增大大粒径团聚体的能力最强,但是在10-20cm 土层大粒径团聚体分布最多,在公路边坡0-10cmSCF增大大粒径团聚体的能力和含量均是最大,2014-2016年调控措施能持续显著增大陡坡的大粒径团聚体含量,且施用调控措施时间增长,非施用层和邻近层的土壤大粒径团聚体也显著增加。当气温较低时调控措施能够增加土壤的温度,当气温较高时可以减小土壤温度,与此同时,调控措施显著增加土壤速效利用水,可见土壤微环境调控措施可改变土壤的水热条件。同样调控措施可以增加各施用层土壤有机质、全氮、速效氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾含量,距离施用层越近调控措施对土壤元素含量的影响越大。(3)研究了调控措施对不同立地条件植物生长生理指标的影响。调控措施增加荒地和公路边坡植物覆盖度和植物丰富度,植物结构得到优化;增加梯田玉米的出苗率,不同程度地提前玉米生育进程,提高玉米的水肥利用效率和产量;加快陡坡紫穗槐的根系发育,增加各器官元素储量。本文所设计的土壤微环境调控措施对黄土区4种立地条件的土壤微环境改良或者重建有显著的作用。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S157
【图文】：

效果图,结皮层,土壤微环境,保水剂

图２－２邋土壤微环境调控措施保持水分的作丨Ｈ效果图逡逑；②表示结皮层吸收降雨；③表示保水剂吸收降雨：④表示土壤入渗；⑤表l:结皮蒸散水分；⑥表示土壤蒸发；⑦表承结皮层水分饱和后再次入渗到土层逡逑Ｆｉｇ邋２－２Ｔｈｅ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｈｏｌｄｉｎｇ邋ｍｏｉｓｔｕｒｅ邋ｂｙ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．逡逑水热的作用：以往的研宄发现单施用保水剂虽然可以吸其吸水膨胀后土壤物理结构发生破损，增大了蒸发表面积施用木质素类结皮材料由于其吸水倍率远小于保水剂，且植被利用且极易发生的流失。复合调控措施中的保水剂吸层的木质素类结皮利用其特殊的物理结构可覆盖住破损的水分蒸发时一部分逃逸出土体，另一部分凝结在结皮材一定浓度或者降温时形成水珠再次回归到土体内（图２－２结皮材料后，土壤的三相结构被改变，复合材料吸水和失的蒸发通道和热传导通道均会被破碎，所以土体的内的壤孔隙度而降低；另外由于施用复合措施土壤的含水率发也使得土壤温度变化时需要吸收更多的热量或者释放更多种子库的利用效率：土壤种子库是生态修复和生态重建

技术路线图,土壤微环境,调控措施,黄土区

图２－４公路边坡试验地位置逡逑（左下箭头表示匝道公路边坡，右上箭头表示主路边坡）逡逑－

调控措施,雨强,流速

由图３－２可见，各降雨雨强下ＳＩＣ邋（７５ｋｇ／ｈｍ２保水剂＋结皮）、Ｓ２Ｃ邋（１５０ｋｇ／ｈ水剂＋结皮）、５３（：（２２５邋１＾／１１１１１２保水剂＋结皮）、８４（：（３００１＾／１１１１１２保水剂＋结皮）Ｃ的径流速度均小于ＣＫ邋（对照），且随降雨雨强的增大，复合调控措施的流速显于ＣＫ邋（ｐ＜Ｏ．Ｗ）。这可能是由于复合材料中的保水剂吸水后膨胀使地表隆起，的凹凸不平将会改变坡面地表糙度（雷廷武等，２００５），从而影响到坡面径流流速本研宄发现，径流流速最大的为Ｃ调控措施，这可能是由结皮材料的特质决木质素类结皮吸水后形成网状结构的覆盖物，如同一层“薄膜”，地表糙度下对增加地表径流流速（吴发启等，２００４）。所以为了坡面的安全稳定和减少坡全隐患，建议施用复合调控措施用于坡面从而减弱坡面的径流流速。坡面径流水流对坡面的冲刷力存在显著的相关性（张乐涛等，２０１３；吕锡芝等，２０１５）Ｍ．Ａ．雅里加诺夫研究发现，坡面径流挟沙能力可用公式ｐ＝Ａ＾较好的表达，ｇｈｗ逡逑ｐ为径流挟沙浓度，Ａ为系数，Ｖ为径流流速，ｈ为径流深度，ｇ为重力加速度，泥沙的水力粘度。可见，径流的挟沙能力与径流流速的５次方存在正相关，当降５０％，则径流挟沙能力将下降到原来的１／３２。可以推断减小坡面径流流速是面侵蚀的有效方法和思路，复合调控措施可达到显著减小坡面径流流速的效１０

【参考文献】