滇池小流域LUCC下土壤侵蝕與碳氮變化研究.pdf

1、土壤侵蝕導(dǎo)致了土壤質(zhì)量的退化以及水體的富營(yíng)養(yǎng)化等一系列生態(tài)危機(jī)，是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)面臨的重大環(huán)境問(wèn)題。近年來(lái)，人類活動(dòng)引起的土地利用/覆被變化(LUCC)對(duì)土壤侵蝕的影響引起了特別關(guān)注，尤其在小流域尺度上，不合理的土地利用方式會(huì)加劇土壤侵蝕導(dǎo)致土壤質(zhì)量的嚴(yán)重下降，對(duì)區(qū)域水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深刻影響。137Cs示蹤是較為成熟的土壤侵蝕研究手段，能有效反映出土地利用變化與土壤侵蝕和土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系，同時(shí)結(jié)合沉積物分析，更能快速的認(rèn)識(shí)流域土壤侵

2、蝕發(fā)生與演變動(dòng)態(tài)及時(shí)空分布規(guī)律，深入了解人類活動(dòng)與環(huán)境變化的關(guān)系。在生態(tài)脆弱區(qū)，從區(qū)域可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)小流域尺度下的土壤侵蝕程度以及由土壤侵蝕過(guò)程帶來(lái)的生源要素變化對(duì)于防治水土流失、改善生態(tài)平衡具有非常重要的理論和實(shí)踐意義。
　　本研究選擇滇池流域人類活動(dòng)劇烈的西南及東北部為研究靶區(qū)，基于137Cs示蹤和GIS技術(shù)，綜合分析了研究區(qū)域LUCC下的土壤侵蝕狀況及空間差異。通過(guò)比較不同土地利用方式下土壤的養(yǎng)分分布與元素化學(xué)

3、計(jì)量特征，評(píng)價(jià)了小流域的土壤質(zhì)量現(xiàn)狀;結(jié)合210Pbex定年，對(duì)小流域沉積物的粒度組成、營(yíng)養(yǎng)鹽分布及穩(wěn)定碳同位素等地球化學(xué)參數(shù)進(jìn)行比較;分析了流域百年來(lái)的沉積速率變化狀況，探討了短時(shí)間尺度下流域土壤侵蝕的時(shí)空變化規(guī)律及水體的營(yíng)養(yǎng)變化進(jìn)程，同時(shí)對(duì)每一個(gè)小流域的碳(C)、氮(N)、磷(P)儲(chǔ)存量和流失量進(jìn)行了估算。主要研究結(jié)果如下:
　　1、小流域不同土地利用方式下土壤侵蝕差異
　　在小流域尺度上，不同土地利用方式下土壤137C

4、s剖面分布存在較大差異。土壤中大部分137Cs主要分布在0～20 cm土層內(nèi)。耕地耕層內(nèi)137Cs基本呈均勻分布狀態(tài)，137Cs在林、草地中則基本表現(xiàn)出隨土壤深度增加呈指數(shù)下降趨勢(shì)。東大河小流域耕地、撂荒地、草地、林地土壤中平均137Cs含量分別為391.00、173.17、908.41、601.93 Bq/m2，撂荒地和耕地侵蝕模數(shù)最大，草地最小;寶象河小流域耕地、草地、林地土壤中平均137Cs含量分別為847.41、746.27、6

5、60.29Bq/m2，耕地平均侵蝕模數(shù)大于其它2種土地利用方式;斗南設(shè)施農(nóng)地土壤中137Cs平均含量及土壤侵蝕量與撂荒地?zé)o較大差別，但耕種與撂荒年限對(duì)侵蝕程度有重要影響。綜合所有土地利用方式來(lái)看，耕地的侵蝕模數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非耕地，表明植被在減緩?fù)寥狼治g方面具有顯著作用。除土地利用方式外，地形和植被覆蓋對(duì)土壤侵蝕也有影響。在GIS支持下，利用建立的空間多元線性回歸模型，實(shí)現(xiàn)了全流域土壤侵蝕現(xiàn)狀的空間模擬。東大河小流域平均侵蝕模數(shù)為2575.8

6、7tkm-2y-1，寶象河小流域平均侵蝕模數(shù)為2206.15 tkm-2y-1，斗南地區(qū)所處馬料河小流域平均侵蝕模數(shù)為2104.89tkm-2y-1。從土壤侵蝕程度來(lái)看，寶象河小流域、馬料河小流域整體屬于輕度侵蝕，東大河小流域?qū)儆谥卸惹治g。
　　2、小流域不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分分布與化學(xué)計(jì)量特征
　　研究區(qū)域每種土地利用方式下TOC、TN、TP含量的剖面變化均基本表現(xiàn)出從上至下逐漸減小的趨勢(shì)。各小流域不同土地利用方式下土

7、壤TOC、TN、TP平均含量差異顯著，在東大河小流域，土壤TOC含量變化表現(xiàn)為:草地＞林地＞耕地＞撂荒地，土壤TN含量變化表現(xiàn)為:草地＞耕地＞林地＞撂荒地，土壤TP含量變化表現(xiàn)為:耕地＞草地＞林地＞撂荒地;寶象河小流域土壤TOC、TN含量變化均表現(xiàn)為:草地＞耕地＞林地，而TP則表現(xiàn)為:林地＞耕地＞草地;斗南地區(qū)受施肥影響其設(shè)施農(nóng)地的土壤TOC、TN、TP平均含量均顯著高于撂荒地。不同流域不同土地利用方式下穩(wěn)定同位素(δ13C)組成存在一

8、定差異。東大河小流域4種土地利用方式下土壤δ13C介于-26.63‰～-20.01‰之間，表明該區(qū)域土壤中有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于陸生C3植物，寶象河小流域耕地、林草地的土壤δ13C的平均值分別為-20.35‰±0.15‰、-17.98‰±0.75‰，表明該區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于C4植物。不同土地利用方式下，土壤剖面δ13C的變幅不一，反映了土壤有機(jī)質(zhì)分解程度的強(qiáng)弱。結(jié)合土壤TOC剖面特征，說(shuō)明土壤有機(jī)質(zhì)的分布具有明顯區(qū)域特征并且變化比較復(fù)雜

9、。不同土地利用方式下土壤中不同形態(tài)可轉(zhuǎn)化態(tài)氮的含量也存在差異，但土壤中均以有機(jī)態(tài)氮為主，除斗南地區(qū)外，其他兩個(gè)小流域各種土壤中的不同形態(tài)氮含量均基本表現(xiàn)為SOEF-N＞SAEF-N＞IEF-N＞W(wǎng)AEF-N?？傮w來(lái)看，草地、林地的TOC、TN及各形態(tài)氮含量均較高，對(duì)維持和改善區(qū)域土壤質(zhì)量具有重要意義。研究區(qū)不同土地利用方式下土壤C/N、C/P、N/P比雖存在一定差異，但土壤的N、P有效性均較好。
　　3、小流域不同土地利用方式下土

10、壤養(yǎng)分儲(chǔ)存量與流失量
　　不同土地利用方式下土壤的C、N、P密度及儲(chǔ)存量均存在差異。東大河小流域、寶象河小流域、斗南地區(qū)耕地中的C、N、P密度均較高，草地的C、N、P密度均高于林地。在小流域范圍內(nèi)，綜合所有土地利用方式，在0～40 cm土壤深度內(nèi)，東大河小流域的土壤C、N、P儲(chǔ)存量分別為124.96×107 kg、141.11×106kg、52.61×106kg。寶象河小流域的土壤C、N、P儲(chǔ)存量分別為114.07×107kg、1

11、31.53×106 kg、35.07×106 kg，斗南設(shè)施農(nóng)地土壤平均C、N、P的儲(chǔ)存量達(dá)87.26×106、11.62×106、8.53×106 kg。三個(gè)研究區(qū)不同土地利用方式下土壤表層養(yǎng)分流失量也存在差異。東大河小流域、寶象河小流域耕地C、N、P表層流失量最大，草地各養(yǎng)分流失量最低，斗南設(shè)施農(nóng)地C、N、P表層流失量高于撂荒地。土壤侵蝕模數(shù)越大，土壤中養(yǎng)分含量越低，土壤養(yǎng)分流失量就越高。三個(gè)研究區(qū)不同土地利用方式下的土壤養(yǎng)分流失量

12、均以耕地為最大，P的流失問(wèn)題應(yīng)重視，草地和林地土壤養(yǎng)分流失量較小，更有利于土壤質(zhì)量的改善和流域水環(huán)境的保護(hù)。在小流域尺度上，可建立土壤養(yǎng)分元素含量與土壤侵蝕量二者之間變化關(guān)系的相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。
　　4、小流域土壤侵蝕與水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)變化的沉積物記錄
　　東大河小流域和寶象河小流域沉積物的各項(xiàng)地球化學(xué)參數(shù)的變化均較好的反映了百年來(lái)流域的土壤侵蝕和環(huán)境演變過(guò)程。東大河小流域平均沉積速率為0.51 cm/y，寶象河小流域平均沉積速率

13、為0.58 cm/y。沉積速率的變化與人類活動(dòng)和降水量有密切關(guān)系并能較好的反映出流域的土壤侵蝕狀況。隨沉積物埋藏深度變淺，兩個(gè)小流域沉積物的TOC、TN、TP含量均表現(xiàn)出不同程度的增加趨勢(shì)，不同時(shí)間階段變化特征明顯。根據(jù)對(duì)東大河小流域沉積物的δ13C的研究初步推斷有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于藻類和陸生C3植物，δ13C的波動(dòng)反映了外源有機(jī)質(zhì)在不同時(shí)間段的輸入過(guò)程以及內(nèi)源有機(jī)質(zhì)的變化趨勢(shì)。沉積物中氮的賦存形態(tài)決定了沉積物中能參與交換的生物可利用氮量，