降雨過(guò)程中紅壤表土結(jié)構(gòu)變化與侵蝕特點(diǎn).pdf

1、土壤侵蝕已成為我國(guó)中亞熱帶紅壤丘陵區(qū)土壤退化的重要形式，是該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素之一，研究紅壤侵蝕過(guò)程和機(jī)理對(duì)于區(qū)域土壤侵蝕防治、生產(chǎn)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)有重要意義。降雨侵蝕過(guò)程中，降雨和徑流為這一過(guò)程提供能量，土壤是作用的對(duì)象，因此，侵蝕過(guò)程與土壤自身性質(zhì)相互作用是認(rèn)識(shí)降雨侵蝕機(jī)理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本研究以鄂南丘陵區(qū)第四紀(jì)粘土、花崗巖和泥質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育的紅壤為研究對(duì)象，應(yīng)用室內(nèi)分析和模擬降雨方法研究了降雨過(guò)程中表土結(jié)構(gòu)變化和坡面侵蝕過(guò)

2、程，在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析了表土結(jié)構(gòu)變化與坡面侵蝕過(guò)程之間的內(nèi)在聯(lián)系，獲得以下結(jié)果： 第一，應(yīng)用濕篩法，LB(LeBissonnais)法和單雨滴打擊法系統(tǒng)研究了土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，分析它與土壤相關(guān)性質(zhì)的關(guān)系。結(jié)果表明：測(cè)定方法和衡量指標(biāo)不同，土壤穩(wěn)定性排序不同；土壤中不同形態(tài)的鐵鋁硅氧化物是保持土壤結(jié)構(gòu)的主要膠結(jié)因子，有機(jī)質(zhì)對(duì)團(tuán)聚體的穩(wěn)定作用并不明顯。 濕篩法對(duì)不同母質(zhì)紅壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果是：花崗巖＞第四紀(jì)粘土＞泥質(zhì)頁(yè)

3、巖。對(duì)同種母質(zhì)紅壤，依侵蝕程度不同，第四紀(jì)粘土紅壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是中度＞強(qiáng)度＞輕度，花崗巖紅壤則是輕度＞中度＞強(qiáng)度。土壤穩(wěn)定性顆粒分布因土壤而異，花崗巖紅壤中＞5mm和2-5mm的穩(wěn)定性顆粒高達(dá)40％以上，泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤＜0.25mm穩(wěn)定性顆粒達(dá)到65％以上，第四紀(jì)粘土紅壤穩(wěn)定性顆粒分布差異較大，＞0.25mm顆粒分布范圍為36％～86％。總的表現(xiàn)是穩(wěn)定性較高的土壤其穩(wěn)定性大顆粒含量較多，泥質(zhì)頁(yè)巖和第四紀(jì)粘土紅壤的穩(wěn)定性是通過(guò)團(tuán)聚體的水穩(wěn)性體

4、現(xiàn)，而花崗巖紅壤則是含有較多較大粒徑的礫石。 LB法研究結(jié)果表明降雨條件下土壤團(tuán)聚體的破壞機(jī)制首要的是干土快速濕潤(rùn)導(dǎo)致的團(tuán)聚體內(nèi)部空氣爆破而破壞，其次是外力作用(反復(fù)振蕩)和緩慢濕潤(rùn)過(guò)程對(duì)土壤團(tuán)聚體的破壞。不同破壞機(jī)理下團(tuán)聚體的破壞強(qiáng)度為快速濕潤(rùn)＜機(jī)械振蕩＜慢速濕潤(rùn)處理，且團(tuán)聚體的穩(wěn)定性隨團(tuán)聚體粒徑減小而增大。 本研究土壤有機(jī)質(zhì)含量較低(小于20.0g/kg)，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與Fed，Ald，Al。，Si。和clay％

5、之間存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，但與有機(jī)質(zhì)，pH，CEC以及鐵鋁硅氧化物的活化度之間相關(guān)關(guān)系不明顯。 第二、首次系統(tǒng)研究了土壤侵蝕與土壤表面結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，并借用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)侵蝕過(guò)程中表土孔隙的大小、形狀、面積百分比等微形態(tài)特征進(jìn)行了研究和探討。侵蝕過(guò)程中，表土結(jié)構(gòu)變化因土壤不同存在一定差異。泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤易形成結(jié)皮且結(jié)皮厚度及致密程度隨降雨時(shí)間延長(zhǎng)不斷增加；輕度侵蝕的第四紀(jì)粘土紅壤表土結(jié)構(gòu)較易破壞并形成結(jié)皮，但發(fā)育程度較差

6、，處于形成-破壞-形成的交替過(guò)程中，中度和強(qiáng)度侵蝕的第四紀(jì)粘土紅壤表土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強(qiáng)，大團(tuán)聚體破壞較少，表土基本無(wú)結(jié)皮發(fā)育；花崗巖紅壤表土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，表土易粗化，土壤表面大量覆蓋礫石和粗砂。 降雨過(guò)程表土發(fā)生微層次分化，從上到下形成緊實(shí)層或結(jié)皮層(L1層)，過(guò)渡層(L2)，未擾動(dòng)層(L3)。從L1層到L3層孔隙面積百分比逐漸增大，孔隙數(shù)減少，平均孔徑逐漸增大。L1層以小于350μm的孔隙為主，L2、L3層中大于500μm的大

7、孔隙居多，較小孔隙以圓形孔隙為主，較大孔隙則以不規(guī)則孔隙和長(zhǎng)形孔隙為主。隨降雨時(shí)間的延長(zhǎng)，L1層孔隙面積百分比隨降雨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，如第四紀(jì)粘土紅壤HQ1從10min的3.72％下降為40min的0.37％，降幅明顯。L2層孔隙面積百分比下降幅度較小，有些基本上無(wú)變化，如HQ3?？紫洞笮『托螒B(tài)隨時(shí)間的變化表現(xiàn)為L(zhǎng)1層大孔隙和小孔隙同時(shí)減少，形狀由原來(lái)不規(guī)則形、長(zhǎng)形和圓形的組合簡(jiǎn)化為圓形為主。 第三，通過(guò)覆蓋與無(wú)覆蓋處理的模擬降

8、雨試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了雨滴動(dòng)能引起的表土結(jié)構(gòu)變化對(duì)侵蝕產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響。消除雨滴動(dòng)能可減少5％～30％產(chǎn)流量和27％～76％產(chǎn)沙量，且侵蝕產(chǎn)沙量與產(chǎn)流量之間存在顯著冪函數(shù)關(guān)系，以y=0.0234x2.4455表示；不消除雨滴動(dòng)能，產(chǎn)沙量和產(chǎn)流量之間存在極顯著線性正相關(guān)關(guān)系，以y=22.359x-528.36表示。土壤侵蝕量與團(tuán)聚體穩(wěn)定性間統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在預(yù)先濕潤(rùn)土壤的條件下，造成團(tuán)聚體破碎和侵蝕的主要機(jī)制是機(jī)械破碎和搬運(yùn)，團(tuán)聚體穩(wěn)定性與侵蝕量

9、間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即降雨動(dòng)能及其導(dǎo)致的表土結(jié)構(gòu)破壞是造成侵蝕的主要原因。侵蝕量與相關(guān)土壤性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，團(tuán)聚體膠結(jié)物粘粒、Fed，Ald，Al。，Si。通過(guò)影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性對(duì)土壤侵蝕產(chǎn)生影響。 侵蝕泥沙的顆粒分布受到土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。團(tuán)聚體穩(wěn)定性高的土壤侵蝕泥沙中粗顆粒較多，且多為穩(wěn)定團(tuán)聚體，如第四紀(jì)粘土紅壤；反之則泥沙中單粒含量較高，且泥沙分散后粉粒和粘粒的含量高于原土壤，如泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤和花崗巖紅壤。侵蝕土壤粘粒含

10、量與侵蝕泥沙的MWD間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，其回歸方程為y=0.0042x+0.1278，R2=0.5896；徑流優(yōu)先選擇攜帶0.002-0.02mm顆粒，占總量的26.68％～60.33％。蓋網(wǎng)處理中，薄層水流的攜沙能力較低，對(duì)不同土壤顆粒的選擇性趨于一致，且泥沙中細(xì)顆粒含量高于不蓋網(wǎng)處理?；◢弾r紅壤侵蝕泥沙中Fed，Ald，Al。和Si。含量隨泥沙的粒徑增大而降低，而在泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤和第四紀(jì)粘土紅壤中，F(xiàn)ed,Ald，Al。含量隨粒徑增