基于土壤水分变化的紫色土坡耕地植烟土壤产流产沙特征

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水土流失是当今世界人类生存环境面临的主要危机之一,中国是世界上水土流失最严重的国家之一。凉山州是中国水土流失极为严重的地区之一,也是中国优质烤烟最适宜产区之一,植烟坡耕地水土流失严重阻碍山区农业可持续发展。为探明紫色土坡耕地水土流失特征,为植烟土壤管理提供科学依据,本研究以凉山州会东县内植烟坡耕地为研究对象,对不同坡度(5°、10°、15°、20°、25°和30°)野外径流小区开展定位观测试验,研究降雨条件下不同土层(10、20、30、40、60和100cm)含水率变化特征,探讨坡度、雨强、前期含水率和耕作措施影响下的植烟坡耕地水土流失特征。主要研究结果如下:
  (1)研究区降雨年内分配极不均匀
  通过近10年降雨资料分析,研究区域降雨年内分配极不均匀,6~9月降雨量占全年降雨量的80.2~92.5%;中到暴雨占6~9月总雨量的80.7%,是土壤侵蚀强度大的重要原因。
  (2)不同土层含水率的垂直变化和同一土层含水率的水平变化差异较大
  不同坡度和土层深度的土壤含水率之间存在显著性差异(P<0.05)。不同坡度下,随着土层深度的增加,土壤含水率呈不断增大的趋势,其变异系数基本呈减小的趋势,10~60cm土层含水率变异系数介于10.63~50.78%,属中等变异,100cm土层含水率介于5.10~8.71%,属弱变异。不同土层深度下,土壤含水率在顺坡垄作下随着坡度的增大而减小,在横坡垄作时,5°坡面土壤含水率最高。
  (3)降雨对土壤含水率的影响显著
  降雨可显著增加各土层土壤含水率,减少差异土层;降雨使30~100cm土层含水率的变异系数显著增大,且增幅随着土层深度的增大而增大;降雨对土壤含水率的影响深度和时间随着降雨强度的增大而增大。
  (4)前期含水率、雨强和坡度均对径流系数和产沙量的变化产生显著影响
  径流系数随着前期含水率的增大而增大;产沙量随着前期含水率的增大呈现出两种变化趋势,5°、10°、15°与20°小区内前期含水率处于13.7~26.8%之间,产沙量随着前期含水率的增大而增大;25°和30°小区内的含水率仅处于7.5~11.7%之间,产沙量随着前期含水率的增大反而减少。径流系数与产沙量随着最大30min雨强(I30)的增大而增加,产沙量随I30的变化过程受到植被覆盖度的影响。在小雨(0.14~0.46mm/min)、中雨(0.54~0.88mm/min)和大雨(1.1~1.9mm/min)下,径流系数随坡度的增大而增大,产沙量的临界坡度随雨强的变化而改变,小雨和中雨下产沙量变化的临界坡度为20°,最大产沙量分别为113.8t/km2和193.5t/km2,大雨下临界坡度为25°,最大产沙量为389.1t/km2。
  (5)合理的耕作措施可以减缓水土流失程度
  不同坡度和土层深度下,横坡垄作小区内具有较高的土壤含水率和较小的变异系数,表明横坡垄作具有较强贮水力和较好保水性;横坡垄作小区的径流系数和产沙量明显低于顺坡垄作小区,横坡垄作措施具有较高的减流减沙效益,减流和减沙效益分别介于4.4~41.7%和13.4~80.4%间,随着I30和坡度的增大而减小。
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