南亚热带赤红壤团聚体稳定性及其降雨溅蚀响应

作     者：冷暖 

作者单位：广西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓羽松;付智勇

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：溅蚀 团聚体 模拟降雨 赤红壤 土壤稳定性 

摘      要：土壤侵蚀对全球环境的影响日趋严重,受到世界各地的广泛关注。南亚热带红壤地区水热条件丰富,是重要粮食产区,但因其高温多雨的气候环境及不合理的土地利用方式,已成为我国最严重的水土流失区域之一。溅蚀发生于土壤侵蚀的初始阶段,是表层土壤颗粒在雨滴打击下发生破碎和搬运的过程,为此后的面蚀和沟蚀发育提供了物质基础。本文选取砂页岩、第四纪红黏土两种母质发育的赤红壤为研究对象,研究林地、果园和耕地土地利用方式下的土壤团聚体特征。分析土壤基本理化性质和团聚体稳定性关系,并采用模拟降雨实验,研究团聚体在4种不同降雨强度下（30 mm/h、60 mm/h、90 mm/h和120 mm/h）的溅蚀响应特征。主要结论如下:（1）第四纪红黏土母质发育的土壤质地黏重,土壤容重大且孔隙度较小;砂页岩母质发育的土壤容重较小但孔隙度较大。林地土壤有机质、颗粒有机碳和矿物结合有机碳含量分别是果园和耕地的1.12～1.61、1.58～7.67和0.89～1.44倍。（2）两种母质土壤的内摩擦角和粘聚力指标均表现为第四纪红黏土林地（Q1）砂页岩林地（S1）砂页岩果园（S2）第四纪红黏土耕地（Q3）第四纪红黏土果园（Q2）砂页岩耕地（S3）。干筛法和湿筛法处理后,Q1土壤团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）最大,分别为2.16 mm和1.69 mm、1.91 mm和1.45 mm;S3土壤团聚体的MWD和GMD值最小,分别为1.87 mm和1.38 mm、1.12 mm和0.81 mm。经LB法3种处理后,各土壤水稳性团聚体含量（WSA）均大于83.38%。S3土壤团聚体相对消散指数（RSI）最高,说明其对消散作用最为敏感;而Q2土壤团聚体相对机械破碎指数（RMI）最高,说明其对机械破碎作用最为敏感。（3）土壤团聚体稳定性与有机质和颗粒有机碳含量呈极显著正相关关系（p0.01）,与黏粒含量呈显著正相关关系（p0.05）;土壤抗剪强度（内摩擦角和粘聚力）与有机质和颗粒有机碳含量呈极显著正相关关系（p0.01）。土壤中的黏粒、有机质和颗粒有机碳含量对稳定性有重要影响。（4）土壤团聚体溅蚀量随着降雨强度增加呈增长趋势,不同破碎机制下的MWD与溅蚀量呈极显著负相关。林地土壤团聚体的溅蚀量最少,果园和耕地土壤溅蚀量分别是林地的1.20～8.38倍和1.53～6.68倍。随着雨强增加,溅蚀土壤中2 mm粒级团聚体含量呈增长趋势,变化范围为0.11%～56.45%。溅蚀团聚体分形维数与2 mm和2-1 mm粒级团聚体呈负相关关系,与0.5-1 mm、0.25-0.5 mm和0.25 mm粒级团聚体含量呈正相关关系。（5）土壤团聚体下坡溅蚀量是上坡溅蚀量的3.85～30.44倍。0-10 cm距离内溅蚀量占总量的71.17%～89.32%,且与中心距离越远,溅蚀量越少。溅蚀搬运平均重量距离（MWS）表现为Q1S1S2Q3Q2S3,说明S3土壤的空间分散能力最强。相关性分析表明,土壤团聚体稳定性越强,其距离分散能力越差,各距离范围内的溅蚀量越少。（6）土壤团聚体溅蚀率随降雨时间增长呈先增加后减小的趋势。在30 mm/h雨和60 mm/h雨强下,溅蚀率在24～36 min达到峰值;90～120 mm/h雨强下,溅蚀率在12～30 min内到达峰值。降雨开始时溅蚀团聚体的分形维数较高,随着降雨时间增加逐渐趋于平稳。降雨过程中,团聚体的溅蚀率与分形维数呈显著负相关,说明单位时间内随着溅蚀量的增加,溅蚀粒径中的大颗粒含量增多,小粒径含量减少。本研究表明南亚热带地区赤红壤在连续性降雨条件下极易发生溅蚀,尤其在农用地区域,应采取有效的保土措施,来预防和治理区域内土壤侵蚀问题。