用微信扫码二维码

分享至好友和朋友圈

WE ARE COMMITTED TO REPORTING THE LATEST FORESTRY ACADEMIC ACHIEVEMENTS

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

不同修复模式边坡土壤水文效应及团聚体特征

苏宇 刘邵谋 张炜 吴世磊 贺维

苏宇, 刘邵谋, 张炜, 等. 不同修复模式边坡土壤水文效应及团聚体特征[J]. 四川林业科技, 2020, 41(6): 89−96 doi: 10.12172/202009070001
引用本文: 苏宇, 刘邵谋, 张炜, 等. 不同修复模式边坡土壤水文效应及团聚体特征[J]. 四川林业科技, 2020, 41(6): 89−96 doi: 10.12172/202009070001
Su Y, LIU S M, Zhang W, et al. Soil hydrological effects and aggregate characteristics of slopes in different restoration models[J]. Journal of Sichuan Forestry Science and Technology, 2020, 41(6): 89−96 doi: 10.12172/202009070001
Citation: Su Y, LIU S M, Zhang W, et al. Soil hydrological effects and aggregate characteristics of slopes in different restoration models[J]. Journal of Sichuan Forestry Science and Technology, 2020, 41(6): 89−96 doi: 10.12172/202009070001

不同修复模式边坡土壤水文效应及团聚体特征


doi: 10.12172/202009070001
详细信息
    作者简介:

    苏宇(1991-),女,助理研究员,博士,yusu110@163.com

  • 基金项目:  九寨沟地震灾区珍稀动物受损栖息地林草植被快速恢复模式研究与示范项目

Soil Hydrological Effects and Aggregate Characteristics of Slopes in Different Restoration Models

More Information
  • 摘要: 震后边坡作为震后常见的工程修复类型,对坡面土壤结构和植被扰动极大。本文以九寨沟工程修复震后边坡土壤为研究对象,选取土石袋阶梯、秸秆覆盖、补植乔木、草本模式的4个样地,结合网格取样和室内分析,运用地统计学对其水文效应和土壤团聚体特征进行分析。结果表明: (1) 4个样地的土壤颗粒组成均以0.001~0.050 mm粒径为主,不同修复模式不同土层颗粒之间存在差异,主要表现在0.05~0.25 mm及0.01~0.05 mm。(2) 土壤容重、毛管空隙度、总孔隙度平均值样地1最高,土壤持水量,土壤贮水量、合理灌溉定额平均值样地1最高。(3) 4个样地中2—5 mm团聚体含量最高,达38.95%~54.68%;>5 mm团聚体含量最低,2.07%~5.52%。(4)干筛处理下,4样地的 MWD值、GMD 值皆为样地1 表现最优。4个样地干筛法测得的MWD值均比湿筛法 MWD 值高。综上,工程修复震后边坡土壤差异对水文效应的作用显著,主要集中孔隙特征方面,并且震后边坡表层黏粒土壤大量流失后,表层土壤沙砾化,土壤团聚体的稳定性降低。结果可为震后边坡修复不同工程措施背景下恢复土壤结构和减少土壤侵蚀提供理论依据。
  • 表  1  样地基本情况

    Tab.  1  Basic information of the sampled plots

    样地号样地坐标坡向海拔/m修复模式植被情况
    S1103°47′17″E 33°17′07″N西南1987土石袋阶梯+秸秆覆盖补植云杉,红桦
    S2103°47′8″E 33°17′15″N西南2003土石袋阶梯+秸秆覆盖保存未损毁云杉林
    S3103°47′53″E 33°17′21″N西南1895土石袋阶梯补植披碱草、早熟禾等草本
    S4103°47′20″E 33°17′10″N东北2000土石袋阶梯+秸秆覆盖补植云杉,红桦
    下载: 导出CSV

    表  2  不同修复模式土壤颗粒特征

    Tab.  2  Soil particles characteristics in different restoration models

    各粒径土壤颗粒含量/%
    样地号土层0.25~1 mm0.05~0.25 mm0.01~0.05 mm0.001~0.01 mm<0.001 mm
    1 0~10 cm15.24±6.00 A15.39±2.91 A23.51±6.23 B36.33±7.98 A 9.08±1.45 A
    10~20 cm 7.23±2.63 A15.63±3.52 A 30.45±0.75 AB37.15±4.19 A 9.30±2.34 A
    2 0~10 cm10.52±1.38 A16.06±0.61 A 29.54±0.56 AB34.48±1.09 A 9.01±0.82 A
    10~20 cm11.49±1.17 A17.20±0.71 A 29.97±0.44 AB31.72±0.70 A 9.20±1.23 A
    3 0~10 cm12.03±0.21 A 8.83±0.55 B 26.31±4.94 AB40.45±1.68 A12.03±3.26 A
    10~20 cm13.08±3.99 A13.24±5.25 A27.51±2.22 B35.50±4.73 A10.16±1.81 A
    4 0~10 cm 9.07±2.88 A 10.82±4.14 AB36.72±5.63 A32.37±1.92 A10.71±0.32 A
    10~20 cm 8.98±1.83 A16.85±4.27 A33.27±1.51 A29.82±5.26 A10.75±2.09 A
    下载: 导出CSV

    表  3  不同修复模式土壤孔隙特征

    Tab.  3  Soil pore characteristics in different restoration models

    样地号土层土壤容重(ρ/g cm−3)非毛管孔隙(ψ/%)毛管孔隙(ψ/%)总孔隙度(ψ/%)
    1 0~10 cm1.42±0.02 C18.43±3.59 AB30.87±2.77 A49.30±1.35 BC
    10~20 cm1.39±0.36 C22.87±3.39 BC27.80±12.24 A50.67±15.56 BC
    2 0~10 cm1.26±0.23 BC16.60±7.88 AB31.07±8.48 A47.67±4.79 BC
    10~20 cm1.17±0.16 ABC17.07±1.86 AB23.70±3.75 A40.77±2.32 AB
    3 0~10 cm0.81±0.15 A29.67±0.74 C27.30±2.40 A56.97±3.04 C
    10~20 cm1.02±0.11 AB17.10±2.69 AB20.93±4.02 A38.03±4.56 AB
    4 0~10 cm0.95±0.15 AB16.10±5.12 AB21.63±7.15 A37.73±11.07 AB
    10~20 cm1.12±0.14 ABC12.80±3.70 A19.90±4.07 A32.70±7.70 A
    下载: 导出CSV

    表  4  不同修复模式土壤持水量

    Tab.  4  Soil water holding capacity in different restoration models

    样地号土层土壤贮水量/
    h·mm−1
    最大持水量/
    h·mm−1
    毛管持水量/
    h·mm−1
    最小持水量/
    h·mm−1
    排水能力/
    h·mm−1
    合理灌溉定额/
    h·mm−1
    1 0~10 cm574.85±56.06 B348.39±11.69 A218.24±21.90 AB102.34±21.31 AB69.65±8.13 AB86.84±7.56 AB
    10~20 cm588.13±7.35 B419.49±48.18 A236.18±63.73 AB107.23±12.66 AB77.67±12.67 B70.98±5.41 AB
    2 0~10 cm575.47±23.28 B362.85±50.44 A231.54±36.34 AB133.18±42.8 AB59.1±19.93 AB108.7±9.53 B
    10~20 cm427.88±16.93 AB317.06±23.52 A183.29±17.59 AB87.46±38 AB59.14±9.56 AB67.18±9.96 AB
    3 0~10 cm379.28±14.13 A628.73±70.25 B302.51±90.04 B176.35±57.94 B82.23±3.04 B95.1±8.04 AB
    10~20 cm292.69±31.69 A297.45±62.62 A163.68±42.62 AB60.24±30.85 A60.73±6.73 AB46.02±2.39 A
    4 0~10 cm271.43±95.63 A296.90±50.94 A169.89±33.97 AB66.28±17.35 A58.51±16.38 AB50.88±9.84 AB
    10~20 cm231.21±78.25 A216.07±55.47 A131.29±28.41 A40.38±7.15 A53.08±13.35 A36.96±7.98 A
    下载: 导出CSV

    表  5  不同震后受损条件下土壤非水稳性团聚体组成

    Tab.  5  Composition of soil non-stable aggregates in different damage degrees after earthquake

    样地号土层>5 mm2~5 mm1~2 mm0.5~1 mm0.25~0.5 mm<0.25 mm>0.25 mm
    1 0~10 cm3.923±1.05 A49.96±4.75 A14.90±5.68 A9.69±1.77 B7.30±0.87 A14.23±10.75 A85.77±10.75 A
    10~20 cm5.52±1.59 A48.74±3.05 AB14.15±2.30 AB9.98±1.36 AB7.96±2.10 A13.65±3.24 B86.35±3.24 A
    2 0~10 cm2.68±1.19 A37.23±3.06 B14.69±1.00 A16.60±2.71 A12.42±2.92 A16.38±4.91 A83.62±4.91 A
    10~20 cm2.07±0.89 A42.80±3.33 B17.28±2.29 A14.50±3.46 A9.32±1.95 A14.03±4.86 B85.97±4.86 A
    3 0~10 cm3.54±2.05 A38.95±4.54 B17.62±1.80 A14.50±2.40 A12.41±2.90 A12.98±2.68 A87.02±2.68 A
    10~20 cm4.65±2.84 A54.68±8.51 A11.59±1.91 B7.83±1.91 B7.09±2.62 A14.17±5.52 B85.83±5.53 A
    4 0~10 cm4.14±2.41 A42.53±2.13 AB17.09±0.56 A8.81±1.03 B10.61±0.37 A16.83±0.94 A83.17±0.94 A
    10~20 cm3.05±1.50 A40.24±1.87 B12.42±1.02 B9.30±1.26 AB10.05±0.39 A24.95±3.64 A75.05±3.64 B
    下载: 导出CSV

    表  6  不同震后受损条件下土壤水稳性团聚体组成

    Tab.  6  Composition of soil water-stable aggregates in different damage degrees after earthquake

    样地号土层>5 mm2~5 mm1~2 mm0.5~1 mm0.25~0.5 mm<0.25 mm>0.25 mm
    1 0~10 cm1.45±0.67 A27.33±2.43 A15.55±6.88 A12.63±4.23 AB8.87±2.21 A34.18±12.09 A65.82±12.09 A
    10~20 cm2.51±0.27 A30.63±6.23 A16.32±1.83 A11.18±3.61 A8.47±2.24 A30.90±3.88 AB69.10±3.88 AB
    2 0~10 cm1.11±0.40 A27.40±3.39 A16.24±4.40 A16.89±3.18 A10.02±1.87 A28.34±7.06 A71.66±7.06 A
    10~20 cm1.01±0.20 A29.97±3.96 A21.59±5.61 A14.51±2.84 A8.47±2.52 A24.46±7.20 B75.54±7.20 A
    3 0~10 cm1.78±1.48 A28.17±1.77 A17.58±1.21 A16.18±1.19 AB9.69±0.76 A26.59±1.93 A73.41±1.93 A
    10~20 cm2.96±2.76 A42.00±8.88 A14.41±3.30 A9.02±1.65 A6.81±2.37 A24.80±6.25 B75.20±6.25 A
    4 0~10 cm2.99±2.27 A21.48±7.39 A18.08±3.57 A9.69±1.96 B8.22±0.85 A39.53±7.09 A60.47±7.09 A
    10~20 cm1.60±0.95 A29.60±0.79 A13.84±1.24 A8.42±2.65 A6.89±1.70 A39.65±6.00 A60.35±6.00 B
    下载: 导出CSV

    表  7  土壤水稳性/非水稳性团聚体稳定性的变化特征

    Tab.  7  Variation characteristics of soil water-stable/non-water-stable aggregates stability

    样地号土层团聚体破坏率(PAD)土壤不稳定
    团粒指数(ELT)
    风干团聚体
    平均重量直径(MWD)
    风干团聚体
    几何平均直径(GMD)
    风干团聚体
    分形维数D
    水稳性团聚体
    平均重量直径(MWD)
    水稳性团聚体
    几何平均直径(GMD)
    水稳性团聚体分形维数D
    1 0~10 cm23.84±5.31 A34.18±2.09 A2.38±0.27 A1.185±0.15 A2.41±0.19 A1.47±0.09 A0.84±0.08 A2.70±0.09 A
    10~20 cm20.03±1.53 A30.90±3.88 AB2.45±0.08 AB1.18±0.05 A2.46±0.07 A1.66±0.19 AB0.90±0.06 A2.68±0.03 A
    2 0~10 cm14.49±4.00 A28.34±7.06 A1.92±0.03 A1.03±0.03 A2.52±0.06 A1.49±0.12 A0.88±0.07 A2.66±0.07 A
    10~20 cm12.33±3.52 A24.46±7.20 B2.07±0.13 AB1.10±0.05 AB2.47±0.09 A1.62±0.19 AB0.94±0.10 A2.60±0.09 A
    3 0~10 cm15.55±3.82 A26.59±1.93 A2.06±0.29 A1.09±0.09 A2.47±0.05 A1.57±0.07 A0.90±0.01 A2.65±0.02 A
    10~20 cm12.45±2.80 A24.80±6.25 B2.54±0.38 A1.22±0.14 A2.46±0.11 A2.03±0.27 B1.02±0.11 A2.61±0.08 A
    4 0~10 cm27.38±7.76 A39.53±7.09 A2.18±0.11 A1.09±0.02 A2.53±0.01 A1.40±0.35 A0.80±0.08 A2.75±0.04 A
    10~20 cm19.71±5.20 A39.65±6.00 A1.96±0.08 B0.99±0.04 B2.63±0.04 A1.50±0.11 A0.82±0.05 A2.74±0.04 A
    下载: 导出CSV

    表  8  土壤孔隙特征与持水量相关性

    Tab.  8  Correlation between soil pore characteristics and water holding capacity

    土壤贮水量最大持水量毛管持水量最小持水量排水能力合理灌溉定额
    土壤容重皮尔逊相关性0.643**−0.455*−0.284−0.236−0.1540.080
    非毛管孔隙皮尔逊相关性0.0920.804**0.585**0.486*0.914**0.191
    毛管孔隙皮尔逊相关性0.797**0.564**0.798**0.776**0.410*0.905**
    总孔隙度皮尔逊相关性0.593**0.861**0.888**0.814**0.822**0.725**
      *P < 0.05; **P < 0.01.
    下载: 导出CSV

    表  9  (干湿筛)分形维数与土壤水文性质的关系

    Tab.  9  Relationship between fractal dimension and soil hydrological properties

    土壤容重非毛管孔隙毛管孔隙总孔隙度土壤贮水量最大持水量毛管持水量最小持水量排水能力合理灌溉定额
    风干团聚体分形维数D0.086−0.301−0.324−0.399−0.243−0.370−0.396−0.361−0.313−0.307
    水稳性团聚体分形维数D0.229−0.363−0.139−0.311−0.018−0.320−0.267−0.236−0.317−0.151
    分散系0.615**−0.167−0.250−0.2690.240−0.333−0.340−0.292−0.166−0.261
    结构系数−0.615**0.1670.2500.269−0.2400.3330.3400.2920.1660.261
    团聚状况−0.436*0.543**0.3660.571**0.0800.648**0.583**0.573**0.458*0.429*
    团聚度−0.462*0.521**0.470*0.628**0.0870.624**0.605**0.544**0.522**0.449*
    微团聚体分形维数0.485*−0.268−0.153−0.2630.224−0.309−0.256−0.215−0.237−0.166
    下载: 导出CSV
  • [1] 赵建生,王永明,杨新兵. 冀北山地森林土壤水文效应研究[J]. 水土保持研究,2013(3):201−205.
    [2] Cuntz, Matthias, Siegwolf. Quantification of dynamic soil-vegetation feedbacks following an isotopically labelled precipitation pulse[J]. Biogeosciences, 2017, 14: 2293−2306. doi: 10.5194/bg-14-2293-2017
    [3] Hu XiaoMing, M Xue, Mcpherson R A. The Importance of Soil-Type Contrast in Modulating August Precipitation Distribution Near the Edwards Plateau and Balcones Escarpment in Texas[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 2017, 122(20): 1071−1078.
    [4] 姜海燕,赵雨森,陈祥伟,等. 大兴安岭岭南几种主要森林类型土壤水文功能研究[J]. 水土保持学报,2007,21(187):149−153.
    [5] 程欢,程一伦,宫渊波,等. 川西北高山/亚高山区6种典型土壤类型水文效应[J]. 应用与环境生物学报,2019,25(2):225−231.
    [6] 麦积山,郑江坤,赵廷宁,等. 北川震后滑坡体表层土壤颗粒组成及团聚体空间变化特征[J]. 山地学报,2019,37(1):30−40.
    [7] 王德,傅伯杰,陈利顶,等. 不同土地利用类型下土壤粒径分形分析——以黄土丘陵沟壑区为例[J]. 生态学报,2007,27(7):3081−3089. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2007.07.050
    [8] 殷跃平. 汶川八级地震滑坡特征分析[J]. 工程地质学报,2009(1):31−40.
    [9] 崔鹏,韦方强,何思明,等. 5·12汶川地震诱发的山地灾害及减灾措施[J]. 山地学报,2008,26(3):280−282. doi: 10.3969/j.issn.1008-2786.2008.03.006
    [10] 麦积山,赵廷宁,郑江坤,等. 北川震后滑坡体表层土壤养分的空间变化[J]. 应用生态学报,2015,26(12):3588−3594.
    [11] Reynolds W D, Bowman B T, Drury C F, Tan C. S, X Lu. Indicators of good soil physical quality: density and storage parameters[J]. Geoderma, 2002, 110(1−2): 131−146. doi: 10.1016/S0016-7061(02)00228-8
    [12] Mauritsen T, Stevens B. Missing iris effect as a possible cause of muted hydrological change and high climate sensitivity in models[J]. Nature Geoence, 2015, 8(5): 346−351.
    [13] Buytaert W, Wyseure G, De Bièvre B, Deckers J. The effect of landuse changes on the hydrological behaviour of Histic Andosols in South Ecuador[J]. Hydrol Process, 2005, 19(20): 3985−3997. doi: 10.1002/hyp.5867
    [14] 柴亚凡,王恩姮,陈祥伟,等. 植被恢复模式对黑土贮水性能及水分入渗特征的影响[J]. 水土保持学报,2008,22(1):60−64. doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2008.01.013
    [15] 刘洋,张健,杨万勤,等. 川西高山树线群落交错带地被物及土壤的水文效应[J]. 林业科学,2011,47(3):1−6. doi: 10.11707/j.1001-7488.20110301
    [16] 郭静,姚孝友,刘霞,等. 不同生态修复措施下鲁中山区土壤的水文特征[J]. 浙江林学院学报,2008(3):79−86.
    [17] 谭秋锦,宋同清,彭晚霞,等. 峡谷型喀斯特不同生态系统土壤团聚体稳定性及有机碳特征[J]. 应用生态学报,2014,25(3):671−678.
    [18] 史奕,陈欣,沈善敏. 土壤团聚体的稳定机制及人类活动的影响[J]. 应用生态学报,2002,13(11):1491−1494. doi: 10.3321/j.issn:1001-9332.2002.11.032
    [19] 张万儒, 杨光滢, 屠星南. 森林土壤分析方法[M]. 北京: 中国标准出版社, 2000.
    [20] 姬慧娟,徐国栋,张利,等. 地震滑坡区覆盖生态毯对土壤湿度和养分的影响[J]. 四川林业科技,2014,35(6):47−50.
    [21] 姚贤良,许绣云. 不同利用方式下红壤结构的形成[J]. 土壤学报,1990,27(1):25−33.
    [22] 庞梦丽,朱辰光,翟博超,等. 河北省太行山区3种人工水土保持林枯落物及土壤水文效应[J]. 水土保持通报,2017,37(1):51−56.
    [23] 张远东,刘世荣,马姜明,等. 川西亚高山桦木林的林地水文效应[J]. 生态学报,2005,25(11):2939−2946. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2005.11.021
  • [1] 刘思泽, 刘宏强, 黄雪梅, 王雪, 杨靖宇, 陈德朝.  不同恢复模式对退化高寒沼泽湿地土壤轻重组有机碳的影响 . 四川林业科技, 2023, 44(6): 69-76. doi: 10.12172/202303160002
    [2] 吴世磊, 刘怀谷, 陈德朝, 鄢武先, 邓东周, 文智猷, 苏宇.  川西北高寒沙地不同恢复年限对土壤水分变化的影响 . 四川林业科技, 2022, 43(6): 57-62. doi: 10.12172/202103080001
    [3] 李玲, 王玉杰, 苟小林, 张远彬, 蒋豪, 余鳞, 涂卫国.  带状皆伐对岷山山系大熊猫廊道灌丛土壤养分的快速效应 . 四川林业科技, 2022, 43(2): 31-37. doi: 10.12172/202107080001
    [4] 梁明月, 刘长安, 华帅, 段柱标.  不同栽培模式下轻木生长情况与土壤生态效应比较 . 四川林业科技, 2022, 43(1): 12-18. doi: 10.12172/202104200003
    [5] 叶颂, 刘邵谋, 邓东周, 庄文化, 李卓, 潘红丽, 刁元彬, 刘玉平.  九寨沟不同受损林地土壤特征研究 . 四川林业科技, 2021, 42(1): 6-10. doi: 10.12172/202011070001
    [6] 李佩洪, 曾攀, 龚霞, 唐伟, 陈政.  生草对花椒园土壤养分及微生物丰度的影响 . 四川林业科技, 2021, 42(4): 73-77. doi: 10.12172/202012100002
    [7] 肖庆辉, 覃发超, 胡进耀, 黄怡.  基于CiteSpace的凋落物水土保持效应研究现状及趋势 . 四川林业科技, 2021, 42(3): 111-119. doi: 10.12172/202012060001
    [8] 蔡蕾, 侯笔锋, 冯秋红, 刘前程, 李旭华, 潘红丽, 刘兴良.  川西亚高山天然次生林不同演替阶段土壤团聚体组成及有机碳分布特征 . 四川林业科技, 2021, 42(2): 1-7. doi: 10.12172/202009210003
    [9] 吴世磊, 陈英, 张泽, 苏宇, 张炜, 贺维.  基于灰色关联度的地震损毁地植被快速恢复模式筛选 . 四川林业科技, 2020, 41(6): 111-116. doi: 10.12172/202008190001
    [10] 张炜, 赵福培, 贺维, 吴世磊, 苏宇, 陈涤非, 鄢武先, 邓东周, 黄春萍, 陈永林.  九寨沟地震不同受损程度云杉林土壤微生物丰度差异 . 四川林业科技, 2020, 41(6): 97-103. doi: 10.12172/202009100002
    [11] 吴世磊, 陈德朝, 鄢武先, 邓东周, 文智猷, 余凌帆.  川西北高寒沙地不同恢复年限对土壤机械组成的影响 . 四川林业科技, 2020, 41(1): 51-55. doi: 10.12172/201910120001
    [12] 陈俊华, 牟皓, 谢天资, 别鹏飞, 慕长龙.  川中丘陵区人工柏木林不同间伐强度下枯落物层和土壤层的水文效应 . 四川林业科技, 2020, 41(6): 8-14. doi: 10.12172/202009240002
    [13] 蒲焱, 左建梅.  岷江上游不同植被类型的土壤水分和物理性质 . 四川林业科技, 2019, 40(3): 37-41. doi: 10.16779/j.cnki.1003-5508.2019.03.007
    [14] 王戈, 罗熳丽, 张亚, 涂程伟, 辜云杰.  土壤动物群落对桢楠人工林边缘效应的响应 . 四川林业科技, 2019, 40(4): 39-44. doi: 10.16779/j.cnki.1003-5508.2019.04.008
    [15] 罗晓华, 李军, 宋大刚, 向成华, 何家敏.  阆中农林复合系统不同模式下土壤温度与湿度变化分析 . 四川林业科技, 2017, 38(3): 62-64. doi: 10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.03.012
    [16] 黎燕琼, 罗晓聪, 陈俊华, 龚固堂, 郑绍伟, 谢天资, 慕长龙.  不同林分类型对城市水岸土壤的改良效应 . 四川林业科技, 2017, 38(3): 22-26. doi: 10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.03.004
    [17] 王纪杰, 鲍爽, 梁关峰, 俞元春.  不同林龄桉树人工林土壤有机碳的变化 . 四川林业科技, 2015, 36(4): 18-21. doi: 10.16779/j.cnki.1003-5508.2015.04.002
    [18] 董田建, 程力, 张学强.  洪雅林场3种植被恢复模式下土壤理化性质的调查分析 . 四川林业科技, 2015, 36(1): 43-47. doi: 10.16779/j.cnki.1003-5508.2015.01.010
    [19] 张红, 张涛, 邓东周, 庄文化.  土壤与竹子生态学效应的相关性研究进展 . 四川林业科技, 2015, 36(1): 17-22. doi: 10.16779/j.cnki.1003-5508.2015.01.004
    [20] 王丽, 闵安民, 蔡小虎, 何飞, 王宇, 杨昌旭, 何建设.  钙质紫色土区不同利用方式对土壤养分的影响 . 四川林业科技, 2013, 34(1): 37-40. doi: 10.16779/j.cnki.1003-5508.2013.01.008
  • 加载中
  • 计量
    • 文章访问数:  527
    • HTML全文浏览量:  216
    • PDF下载量:  15
    • 被引次数: 0
    出版历程
    • 收稿日期:  2020-09-07
    • 网络出版日期:  2020-10-14
    • 刊出日期:  2020-12-11

    不同修复模式边坡土壤水文效应及团聚体特征

    doi: 10.12172/202009070001
      作者简介:

      苏宇(1991-),女,助理研究员,博士,yusu110@163.com

    基金项目:  九寨沟地震灾区珍稀动物受损栖息地林草植被快速恢复模式研究与示范项目

    摘要: 震后边坡作为震后常见的工程修复类型,对坡面土壤结构和植被扰动极大。本文以九寨沟工程修复震后边坡土壤为研究对象,选取土石袋阶梯、秸秆覆盖、补植乔木、草本模式的4个样地,结合网格取样和室内分析,运用地统计学对其水文效应和土壤团聚体特征进行分析。结果表明: (1) 4个样地的土壤颗粒组成均以0.001~0.050 mm粒径为主,不同修复模式不同土层颗粒之间存在差异,主要表现在0.05~0.25 mm及0.01~0.05 mm。(2) 土壤容重、毛管空隙度、总孔隙度平均值样地1最高,土壤持水量,土壤贮水量、合理灌溉定额平均值样地1最高。(3) 4个样地中2—5 mm团聚体含量最高,达38.95%~54.68%;>5 mm团聚体含量最低,2.07%~5.52%。(4)干筛处理下,4样地的 MWD值、GMD 值皆为样地1 表现最优。4个样地干筛法测得的MWD值均比湿筛法 MWD 值高。综上,工程修复震后边坡土壤差异对水文效应的作用显著,主要集中孔隙特征方面,并且震后边坡表层黏粒土壤大量流失后,表层土壤沙砾化,土壤团聚体的稳定性降低。结果可为震后边坡修复不同工程措施背景下恢复土壤结构和减少土壤侵蚀提供理论依据。

    English Abstract

    • 土壤层所发挥的水文效应是生态系统发挥水文调节作用、水源涵养功能的重要部分[1,2],其蓄水能力和入渗特性[3],主要受土壤孔隙特征的影响[4]。从土壤孔隙特征的角度,毛管孔隙度较大时,土壤中有效水的贮存量越大,用于植被自身生长发育的有效水分的比例越大;非毛管孔隙度越大时,土壤通透性越好,能够增加降水的下渗,从而减少地表径流,可充分发挥涵养水源功能[5]。同时,土壤表层的土壤团聚体团聚体是土壤结构的基本单元,影响着土壤众多的物理、化学、生物性质,由此其组成与稳定性成为衡量土壤质量、土壤肥力高低的重要指标而受到广泛关注。作为土壤物质和能量的转化及代谢场所,其含量和分布状况必然影响土壤质量和肥力状况,而土壤颗粒组成将决定土壤的通气透水、调节水肥和温度等功能,进而影响土壤的理化性质和生物学过程[6,7]

      目前,地震诱发的崩塌、滑坡等次生山地灾害,大量表层土壤流失和植被破坏,导致受损后的坡面土壤质量严重下降、植被资源衰退等生态环境问题[8-10]。因此,基于工程措施及生物措施,边坡土壤物理性质的影响情况成为灾后水土保持和生态重建的必要环节和前提。本文针对不同的修复模式,以“8.8”九寨沟地震衍生的边坡受损坡面为研究对象,运用经典统计学方法分析其土壤水文特征、颗粒组成及团聚体的空间变异特征,分析不同修复模式土壤团聚体粒径分布特征,采用粒径>0.25 mm 团聚体、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和团聚体粒径分形维数(APD)分析团聚体稳定性对不同修复模式的响应特征,探讨干筛和湿筛条件下土壤团聚体粒径组成及稳定性特征的差异,揭示不同修复模式对土壤团聚体的粒径分布特征及其稳定性的影响。旨在揭示震后工程修复中对土壤物理结构性质的影响及空间变异特征,为维系区域生态安全、构筑区域生态屏障提供有效途径。

      • 研究区位于九寨沟县(103°33′—103°44′E,30°2′—30°21′N),海拔1458~3478 m,属于青藏高原向四川盆地过渡的高山峡谷区。该区域属气候变化的敏感区,受西风急流和东南季风控制,年均温6 ℃~12 ℃,极端高温32 ℃,极端低温–16 ℃。年均降雨量718 mm,多集中在5到10月份,夏季温凉多雨,冬季寒冷干燥。土壤以半湿润、半干旱暖温带基带山地淋溶褐土为代表性土类,此外随海拔增加还分布着山地棕壤和山地暗棕壤等。主要植被包括云杉(Picea asperata)、冷杉(Abies fabri)、油松(Pinus tabuliformis)、红桦(Betula albosinensis)、光皮桦(Betula luminifera)等(见表1)。

        表 1  样地基本情况

        Table 1.  Basic information of the sampled plots

        样地号样地坐标坡向海拔/m修复模式植被情况
        S1103°47′17″E 33°17′07″N西南1987土石袋阶梯+秸秆覆盖补植云杉,红桦
        S2103°47′8″E 33°17′15″N西南2003土石袋阶梯+秸秆覆盖保存未损毁云杉林
        S3103°47′53″E 33°17′21″N西南1895土石袋阶梯补植披碱草、早熟禾等草本
        S4103°47′20″E 33°17′10″N东北2000土石袋阶梯+秸秆覆盖补植云杉,红桦
      • 对于九寨沟地震受损山体坡面的立地类型进行分类,选择坡面类型一致,坡度一致,进行土石袋阶梯工程修复小班。在不同坡向处建立实验小区,每个典型区域旁建立未受损生境作为对照,在每个小班设置试验样地布设3个取样点,共计取样点12个。

        每个取样点,去除地表覆盖物,用环刀5点采样,运回室内测定土壤水分物理性质。用原状土取样器采集表层(0~10 cm)、亚表层(10~20 cm)的原状土0.5 kg,保持土壤原有结构,带回实验室,按其自然结构剥成小土块,除去树根和石块,自然风干,测定土壤团聚体。

      • 土壤含水量、土壤容重、毛管孔隙度和非毛管孔隙度采用环刀法测定[19]

        $$ \begin{array}{l} P = \left( {M - {M_0}} \right)/V\\ K = {C_1} - C \times P/Q\\ {K_1} = {C_3} \times P/M\\ {K_2} = C + {C_2}\\ {C_5} = {\rm{ }}1\;000{\rm{ }} \times {K_2} \times H \times Q\\ {C_4} = {\rm{ }}1\;000{\rm{ }} \times {C_2} \times H \times Q \end{array} $$

        式中:P为土壤容重(g/cm3),M为环刀和土质量(g),M0为环刀质量(g),V为环刀体积(cm3),Q为水的比重(g/cm3),K为土壤非毛管孔隙度(%),K1为土壤毛管孔隙度(%),K2为土壤总孔隙度(%),C为毛管持水量(%),C1为最大持水量(%),C2为土壤非毛管孔隙度(%),C3为毛管持水量(%),C4为有效土壤持水量(mm),C5为土壤最大持水量(mm),H为土层。

      • 采用Excel软件对试验数据进行整理归纳,采用SPSS20.0软件对数据进行方差分析和显著性检验。

      • 根据国际标准,将研究区不同模式的土壤质地分类得出,不同修复模式的土壤颗粒特征,可以看出,不同修复模式不同土层颗粒之间存在差异,主要表现在0.05~0.25 mm及0.01~0.05 mm,土壤颗粒组成以0.001~0.05 mm粒径为主,0.25~1 mm与<0.001 mm粒径含量最低(见表2)。粒径>0.01 mm的略具吸水性、黏结性、黏着性和保肥性,少见可塑性;而粒径<0.01 mm的,土粒越细,吸水性、黏结性、黏着性、保肥性和可塑性越强,而通气性、透水性越弱。样地1上下土壤层都表达为以0.001~0.01 mm颗粒含量最高,0−10 cm土层<0.001 mm颗粒含量最低,而10~20 cm土层0.25−1 mm颗粒含量最低。样地2,上下土壤层都表达为以0.001~0.01 mm颗粒含量最高,<0.001 mm颗粒含量最低。样地3,上下土壤层都表达为以0.001~0.01 mm颗粒含量最高,0~10 cm的表层土壤0.05~0.25 mm颗粒含量最低仅有8.83%,10~20 cm的亚表层土壤0.25~1 mm的粒径含量最低为13.08%。样地4上下土壤层都表达为以0.01~0.05 mm颗粒含量最高,0.25~1 mm颗粒含量最低。

        表 2  不同修复模式土壤颗粒特征

        Table 2.  Soil particles characteristics in different restoration models

        各粒径土壤颗粒含量/%
        样地号土层0.25~1 mm0.05~0.25 mm0.01~0.05 mm0.001~0.01 mm<0.001 mm
        1 0~10 cm15.24±6.00 A15.39±2.91 A23.51±6.23 B36.33±7.98 A 9.08±1.45 A
        10~20 cm 7.23±2.63 A15.63±3.52 A 30.45±0.75 AB37.15±4.19 A 9.30±2.34 A
        2 0~10 cm10.52±1.38 A16.06±0.61 A 29.54±0.56 AB34.48±1.09 A 9.01±0.82 A
        10~20 cm11.49±1.17 A17.20±0.71 A 29.97±0.44 AB31.72±0.70 A 9.20±1.23 A
        3 0~10 cm12.03±0.21 A 8.83±0.55 B 26.31±4.94 AB40.45±1.68 A12.03±3.26 A
        10~20 cm13.08±3.99 A13.24±5.25 A27.51±2.22 B35.50±4.73 A10.16±1.81 A
        4 0~10 cm 9.07±2.88 A 10.82±4.14 AB36.72±5.63 A32.37±1.92 A10.71±0.32 A
        10~20 cm 8.98±1.83 A16.85±4.27 A33.27±1.51 A29.82±5.26 A10.75±2.09 A
      • 0~10 cm,10~20 cm土层在4种不同的边坡修复模式下的土壤孔隙特征表达出差异性。不同修复模式土壤容重为S1>S2>S4>S3。样地1在上、下土层均表现出最高的土壤容重,显著大于样地3和样地4的0~10 cm表层土壤。不同修复模式非毛管空隙度为S3>S1>S2>S4,样地3的0~10 cm表层土最高(29.67ψ/%),样地4的10~20 cm亚表层土最低(12.80ψ/%)。不同修复模式土壤毛管空隙度为S1>S2>S3>S4,但差异并不显著。不同修复模式土壤总孔隙度为1>3>2>4,样地3的0~10 cm表层土最高(56.97ψ/%),样地4的10~20 cm亚表层土最低(31.70ψ/%),与非毛管孔隙度表现一致(见表3)。

        表 3  不同修复模式土壤孔隙特征

        Table 3.  Soil pore characteristics in different restoration models

        样地号土层土壤容重(ρ/g cm−3)非毛管孔隙(ψ/%)毛管孔隙(ψ/%)总孔隙度(ψ/%)
        1 0~10 cm1.42±0.02 C18.43±3.59 AB30.87±2.77 A49.30±1.35 BC
        10~20 cm1.39±0.36 C22.87±3.39 BC27.80±12.24 A50.67±15.56 BC
        2 0~10 cm1.26±0.23 BC16.60±7.88 AB31.07±8.48 A47.67±4.79 BC
        10~20 cm1.17±0.16 ABC17.07±1.86 AB23.70±3.75 A40.77±2.32 AB
        3 0~10 cm0.81±0.15 A29.67±0.74 C27.30±2.40 A56.97±3.04 C
        10~20 cm1.02±0.11 AB17.10±2.69 AB20.93±4.02 A38.03±4.56 AB
        4 0~10 cm0.95±0.15 AB16.10±5.12 AB21.63±7.15 A37.73±11.07 AB
        10~20 cm1.12±0.14 ABC12.80±3.70 A19.90±4.07 A32.70±7.70 A

        0~10 cm,10~20 cm土层在4种不同的边坡修复模式下的土壤持水量表达出差异性。不同修复模式土壤贮水量为S1>S2>S3>S4。样地1在上、下土层均表现出最高的土壤贮水量,在2,3,4样地土壤贮水量均表现为0~10 cm表层土壤高于10~20 cm亚表层土壤。样地3的0~10 cm的表层和10~20 cm的亚表层,在最大持水量、毛管持水量、最小持水量都表达出最大的变化差值,这种土层间的变化显著的大于不同的修复模式。不同修复模式合理灌溉定额都表现为0~10 cm表层土壤高于10~20 cm亚表层土壤(见表4)。

        表 4  不同修复模式土壤持水量

        Table 4.  Soil water holding capacity in different restoration models

        样地号土层土壤贮水量/
        h·mm−1
        最大持水量/
        h·mm−1
        毛管持水量/
        h·mm−1
        最小持水量/
        h·mm−1
        排水能力/
        h·mm−1
        合理灌溉定额/
        h·mm−1
        1 0~10 cm574.85±56.06 B348.39±11.69 A218.24±21.90 AB102.34±21.31 AB69.65±8.13 AB86.84±7.56 AB
        10~20 cm588.13±7.35 B419.49±48.18 A236.18±63.73 AB107.23±12.66 AB77.67±12.67 B70.98±5.41 AB
        2 0~10 cm575.47±23.28 B362.85±50.44 A231.54±36.34 AB133.18±42.8 AB59.1±19.93 AB108.7±9.53 B
        10~20 cm427.88±16.93 AB317.06±23.52 A183.29±17.59 AB87.46±38 AB59.14±9.56 AB67.18±9.96 AB
        3 0~10 cm379.28±14.13 A628.73±70.25 B302.51±90.04 B176.35±57.94 B82.23±3.04 B95.1±8.04 AB
        10~20 cm292.69±31.69 A297.45±62.62 A163.68±42.62 AB60.24±30.85 A60.73±6.73 AB46.02±2.39 A
        4 0~10 cm271.43±95.63 A296.90±50.94 A169.89±33.97 AB66.28±17.35 A58.51±16.38 AB50.88±9.84 AB
        10~20 cm231.21±78.25 A216.07±55.47 A131.29±28.41 A40.38±7.15 A53.08±13.35 A36.96±7.98 A
      • 土壤团聚体作为土壤物质和能量的转化及代谢场所,其含量和分布状况必然影响着土壤质量。在4个样地中,各粒径非水稳性团聚体存在显著性差异。4个样地中2~5 mm团聚体含量最高,达38.95%~54.68%;>5 mm团聚体含量最低,达2.07%~5.52%,差异并不显著(见表5)。

        表 5  不同震后受损条件下土壤非水稳性团聚体组成

        Table 5.  Composition of soil non-stable aggregates in different damage degrees after earthquake

        样地号土层>5 mm2~5 mm1~2 mm0.5~1 mm0.25~0.5 mm<0.25 mm>0.25 mm
        1 0~10 cm3.923±1.05 A49.96±4.75 A14.90±5.68 A9.69±1.77 B7.30±0.87 A14.23±10.75 A85.77±10.75 A
        10~20 cm5.52±1.59 A48.74±3.05 AB14.15±2.30 AB9.98±1.36 AB7.96±2.10 A13.65±3.24 B86.35±3.24 A
        2 0~10 cm2.68±1.19 A37.23±3.06 B14.69±1.00 A16.60±2.71 A12.42±2.92 A16.38±4.91 A83.62±4.91 A
        10~20 cm2.07±0.89 A42.80±3.33 B17.28±2.29 A14.50±3.46 A9.32±1.95 A14.03±4.86 B85.97±4.86 A
        3 0~10 cm3.54±2.05 A38.95±4.54 B17.62±1.80 A14.50±2.40 A12.41±2.90 A12.98±2.68 A87.02±2.68 A
        10~20 cm4.65±2.84 A54.68±8.51 A11.59±1.91 B7.83±1.91 B7.09±2.62 A14.17±5.52 B85.83±5.53 A
        4 0~10 cm4.14±2.41 A42.53±2.13 AB17.09±0.56 A8.81±1.03 B10.61±0.37 A16.83±0.94 A83.17±0.94 A
        10~20 cm3.05±1.50 A40.24±1.87 B12.42±1.02 B9.30±1.26 AB10.05±0.39 A24.95±3.64 A75.05±3.64 B
      • 土壤水稳性团聚体是保持土壤结构稳定的重要物质,是衡量土壤抗侵蚀能力的指标之一(见表6)。2~5 mm 土壤水稳性团聚体含量在3样地中的比例最高,含量显著大于其他各粒级含量,其中表层土(28.17%)、亚表层土(42.00%)。<0.25 mm土壤水稳性团聚体含量在1、2、4样地中的比例最高,含量显著大于其他各粒级含量,其中样地4的表层土(39.53%)、亚表层土(39.63%)皆为最高。土壤中>0.25 mm 的土壤水稳性团聚体是土壤中最好的结构体,通常被称作土壤团粒结构体,其数量往往决定土壤稳定性状况。综合来看,本研究中>0.25 mm 的土壤团聚体含量顺序为下层土高于上层土壤,样地S3>S2>S1>S4。

        表 6  不同震后受损条件下土壤水稳性团聚体组成

        Table 6.  Composition of soil water-stable aggregates in different damage degrees after earthquake

        样地号土层>5 mm2~5 mm1~2 mm0.5~1 mm0.25~0.5 mm<0.25 mm>0.25 mm
        1 0~10 cm1.45±0.67 A27.33±2.43 A15.55±6.88 A12.63±4.23 AB8.87±2.21 A34.18±12.09 A65.82±12.09 A
        10~20 cm2.51±0.27 A30.63±6.23 A16.32±1.83 A11.18±3.61 A8.47±2.24 A30.90±3.88 AB69.10±3.88 AB
        2 0~10 cm1.11±0.40 A27.40±3.39 A16.24±4.40 A16.89±3.18 A10.02±1.87 A28.34±7.06 A71.66±7.06 A
        10~20 cm1.01±0.20 A29.97±3.96 A21.59±5.61 A14.51±2.84 A8.47±2.52 A24.46±7.20 B75.54±7.20 A
        3 0~10 cm1.78±1.48 A28.17±1.77 A17.58±1.21 A16.18±1.19 AB9.69±0.76 A26.59±1.93 A73.41±1.93 A
        10~20 cm2.96±2.76 A42.00±8.88 A14.41±3.30 A9.02±1.65 A6.81±2.37 A24.80±6.25 B75.20±6.25 A
        4 0~10 cm2.99±2.27 A21.48±7.39 A18.08±3.57 A9.69±1.96 B8.22±0.85 A39.53±7.09 A60.47±7.09 A
        10~20 cm1.60±0.95 A29.60±0.79 A13.84±1.24 A8.42±2.65 A6.89±1.70 A39.65±6.00 A60.35±6.00 B
      • 不同粒级的土壤团聚体对土壤的保持与供应、水力性质、孔隙组成和生物运动等均具有不同的作用,所以在团聚体总量的基础上,土壤团聚体的大小分布情况和土壤的质量之间存在更加紧密的关系。通常用土壤团聚体的 MWD 和 GMD 这两个指标来反映团聚体大小分布状况,其值越大,表示土壤团聚体的团聚度越高,稳定性越好。从表7可知,干筛处理下,4个样地的 MWD值变化顺序为S1>S3>S4>S2,GMD 值的变化顺序为S1>S3>S2>S4。

        表 7  土壤水稳性/非水稳性团聚体稳定性的变化特征

        Table 7.  Variation characteristics of soil water-stable/non-water-stable aggregates stability

        样地号土层团聚体破坏率(PAD)土壤不稳定
        团粒指数(ELT)
        风干团聚体
        平均重量直径(MWD)
        风干团聚体
        几何平均直径(GMD)
        风干团聚体
        分形维数D
        水稳性团聚体
        平均重量直径(MWD)
        水稳性团聚体
        几何平均直径(GMD)
        水稳性团聚体分形维数D
        1 0~10 cm23.84±5.31 A34.18±2.09 A2.38±0.27 A1.185±0.15 A2.41±0.19 A1.47±0.09 A0.84±0.08 A2.70±0.09 A
        10~20 cm20.03±1.53 A30.90±3.88 AB2.45±0.08 AB1.18±0.05 A2.46±0.07 A1.66±0.19 AB0.90±0.06 A2.68±0.03 A
        2 0~10 cm14.49±4.00 A28.34±7.06 A1.92±0.03 A1.03±0.03 A2.52±0.06 A1.49±0.12 A0.88±0.07 A2.66±0.07 A
        10~20 cm12.33±3.52 A24.46±7.20 B2.07±0.13 AB1.10±0.05 AB2.47±0.09 A1.62±0.19 AB0.94±0.10 A2.60±0.09 A
        3 0~10 cm15.55±3.82 A26.59±1.93 A2.06±0.29 A1.09±0.09 A2.47±0.05 A1.57±0.07 A0.90±0.01 A2.65±0.02 A
        10~20 cm12.45±2.80 A24.80±6.25 B2.54±0.38 A1.22±0.14 A2.46±0.11 A2.03±0.27 B1.02±0.11 A2.61±0.08 A
        4 0~10 cm27.38±7.76 A39.53±7.09 A2.18±0.11 A1.09±0.02 A2.53±0.01 A1.40±0.35 A0.80±0.08 A2.75±0.04 A
        10~20 cm19.71±5.20 A39.65±6.00 A1.96±0.08 B0.99±0.04 B2.63±0.04 A1.50±0.11 A0.82±0.05 A2.74±0.04 A

        湿筛处理下,样地的水稳性团聚体 MWD值、GMD值都表现为亚表层土壤高于表层土壤,10~20 cm亚表层土壤稳定性优于表层。4个样地干筛法测得的MWD 值均比湿筛法 MWD 值高。这是风干性团聚体在水的浸泡作用下,大量非水稳性团聚体发生分解而造成的,所以用风干性团聚体的MWD和GMD来反映土壤团聚体质量差异不够精确,而用水稳性团聚体的 MWD和GMD评价土壤团聚体实际情况更具说服力。

        土壤团聚体粒径分布的分形维数表征土壤水稳性团聚体对土壤结构与稳定性的影响,也就是其分形维数越小,土壤结构和稳定性越强,抗蚀能力越好。风干团聚体分形维数D 值变化顺序为S4>S2>S3>S1,水稳性团聚体分形维数D 值变化顺序为S4>S1>S2>S3。水稳性团聚体分形维数在各个样地都表现为表层高于亚表层,但差异不显著(见表7)。

      • 由相关性分析可知,土壤容重与土壤贮水量呈显著正相关,与最大持水量呈显著的负相关;非毛管孔隙与最大持水量、毛管持水量、最小持水量、排水能力皆呈现显著正相关;毛管孔隙、总孔隙度与土壤贮水量、最大持水量、毛管持水量、最小持水量、排水能力、合理灌溉定额皆呈现显著正相关(见表8)。

        表 8  土壤孔隙特征与持水量相关性

        Table 8.  Correlation between soil pore characteristics and water holding capacity

        土壤贮水量最大持水量毛管持水量最小持水量排水能力合理灌溉定额
        土壤容重皮尔逊相关性0.643**−0.455*−0.284−0.236−0.1540.080
        非毛管孔隙皮尔逊相关性0.0920.804**0.585**0.486*0.914**0.191
        毛管孔隙皮尔逊相关性0.797**0.564**0.798**0.776**0.410*0.905**
        总孔隙度皮尔逊相关性0.593**0.861**0.888**0.814**0.822**0.725**
          *P < 0.05; **P < 0.01.
      • 由相关性分析可知,风干团聚体分形维数D与土壤容重与水稳性团聚体分形维数D与土壤水文性质并不存在显著相关关系,微团聚体分形维数与土壤容重呈显著正相关关系(见表9)。土壤分散系、结构系数与土壤容重呈显著负相关关系。团聚状况、团聚度与土壤容重呈显著的负相关,与非毛管孔隙、总孔隙度、最大持水量、毛管持水量、最小持水量、排水能力、合理灌溉定额皆呈现显著正相关。团聚度与毛管孔隙度呈现显著正相关。

        表 9  (干湿筛)分形维数与土壤水文性质的关系

        Table 9.  Relationship between fractal dimension and soil hydrological properties

        土壤容重非毛管孔隙毛管孔隙总孔隙度土壤贮水量最大持水量毛管持水量最小持水量排水能力合理灌溉定额
        风干团聚体分形维数D0.086−0.301−0.324−0.399−0.243−0.370−0.396−0.361−0.313−0.307
        水稳性团聚体分形维数D0.229−0.363−0.139−0.311−0.018−0.320−0.267−0.236−0.317−0.151
        分散系0.615**−0.167−0.250−0.2690.240−0.333−0.340−0.292−0.166−0.261
        结构系数−0.615**0.1670.2500.269−0.2400.3330.3400.2920.1660.261
        团聚状况−0.436*0.543**0.3660.571**0.0800.648**0.583**0.573**0.458*0.429*
        团聚度−0.462*0.521**0.470*0.628**0.0870.624**0.605**0.544**0.522**0.449*
        微团聚体分形维数0.485*−0.268−0.153−0.2630.224−0.309−0.256−0.215−0.237−0.166
      • 土壤物理性质的差异影响土壤中水分移动、土壤表层径流、土壤渗透性能、养分储存及循环等过程[11],从而影响生态系统水文过程。土壤孔隙度及容重能够反映通气状况和紧实程度,非毛管孔隙是土壤水分快速运动通道,其下渗速率远高于毛管孔隙,非毛管孔隙度越大越有利于土壤水分下渗运动,土壤透气性和透水性较好,能够有效减少地表径流,促进土壤的水源涵养[22,23]。不同修复模式非毛管空隙度为S3>S1>S2>S4,土壤容重为S1>S2>S4>S3,在本研究的4种修复模式中以补植披碱草、早熟禾等草本的3号模式为最优。人工修复补植可以有效的改善土壤水文特征,特别是草本的引入可以显著的改良表层土壤水源涵养能力。

        土壤水分是生态系统物质循环过程的重要载体,能够调节土壤养分和能量分配格局,对地表径流产生、生态系统蒸散过程、水分循环及平衡具有重要意义[12,13]。土壤最大持水量可反映土壤在雨季时最大的持水能力,而毛管持水量可近似认为土壤在枯水季节的贮水量[14,15],土壤的贮水量越小,不利于水源涵养,当降雨量达到一定程度就会产生地表径流,造成水土流失。不同修复模式土壤贮水量为S1>S2>S3>S4,样地1在上、下土层均表现出最高的土壤贮水量。云杉与红桦等乔木的人工补植有效的改善了土壤贮水能力,且西南坡向的表现优于东北坡向,即阳坡优于阴坡。本研究的结果与鲁中山区、冀北山地、土壤不同生态修复措施下水文特征表现出一致性[16,1]

      • 土壤颗粒组成可表征土壤质地、结构组成和土壤通透性等结构组成特征。边坡表层土壤受地震滑坡扰动影响大,大量土壤细颗粒物质随滑坡而流失,植被破坏严重,地表处于裸露状态,造成表层土壤细颗粒被降雨冲刷和风蚀,不利于成土作用,所以该位置土壤颗粒组成以粒径较大的砂粒为主[17,18]。震后受损坡面山体裸露率大,坡度较陡,水土流失现象将会持续发生,而目前以土石袋阶梯、秸秆覆盖和栽植云杉、红桦以及草本等治理措施为主进行治理,有效促进植被恢复,增加土壤养分含量、增强土壤微生物和植被根系活性,逐渐提高土壤养分含量[20]

        受损边坡受到外营力扰动,地表土体松散,加上实施了大量水土保持工程,人为干扰严重,大粒径的土壤团聚体被破碎分散,土壤团聚体的稳定性下降,土壤水稳性团聚体和风干性团聚体的变化特征基本一致,风干性团聚体的 MWD 和 GMD 值均比水稳性团聚体大,这与谭秋锦等[17]的研究结果一致。大量土壤黏粒、有机质等土壤团聚体的胶结剂损失,进而导致土壤团聚体稳定性降低,土壤抗蚀能力下降[21]。4个样地的 MWD值变化顺序为S1>S3>S4>S2,GMD 值的变化顺序为S1>S3>S2>S4,皆为杉与红桦等乔木的人工补植模式表现最优。

    参考文献 (23)

    目录

      /

      返回文章
      返回