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汶川地震形成了大面积的震裂带,震裂带内生态与环境质量下降、水土流失严重。在灾区生态与环境修复重建、水土流失治理工作中,主要以见效快的工程措施为主,而对防治成效相对较缓、但治理成本低、应用范围广、能增强工程措施功效的生物措施重视不足。本研究结合灾区生态修复实践,选择北川震裂带区域内典型的柳杉林为研究对象,通过探讨柳杉根系与地震裂隙、土壤抗侵蚀能力之间的相互作用,以期为灾区治理中生物措施的运用提供理论参考。主要结论如下:
(1)单株柳杉根系在距离树干较近的土壤剖面中,体积含根量y(mg/cm3)与土壤深度x(cm)呈倒数函数变化趋势(y=k/x,k为常数),表层土壤体积含根量最大;较远处根系分布呈现三次多项式关系,体积含根量最大值向土壤深处扩展。在同一土层中体积含根量y的水平分布表现为,0-20cm土层中随着与树干距离x的增加呈倒数递减规律;其他各层均表现为对数函数变化趋势,随着与树干距离的增加先迅速增加后趋于平缓。在深1.8m的剖面分布中,0-40、0-80、0-100cm的土层中根系累积含根量分别达50%、80%和90%以上。
震裂区柳杉林根系垂直分布受裂隙影响显著,且与单株柳杉根系距离树干较近处垂直分布规律相似,体积含根量y与土壤深度x呈倒数函数(y=k/x)关系。强度裂隙样地与弱度裂隙样地差异显著,中度裂隙样地与弱度裂隙样地差异不显著。强度裂隙样地体积含根量y与土壤深度x的变化趋势可用y=93.869/x来描述;中度裂隙和弱度裂隙样地根系垂直分布可用函数y=46.123/x来反映。且强度裂隙样地根系含量大于弱度裂隙样地和中度裂隙样地,最大值出现在40-80cm土层中。
(2)土壤中根系的含量与土壤抗冲系数密切相关。抗冲系数与根系含量呈现平稳、缓慢上升、直线上升三个阶段;缓慢上升与直线上升阶段的分界点大约在1.445g/kg左右。当根系含量在临界值以上时,能明显增强土壤的抗冲性。
(3)震裂带土壤抗侵蚀能力主要受三个主成分的影响,可反映土壤抗侵蚀能力全部信息的80.66%。第一主成分取决于土壤颗粒、有机质、水稳性团聚体含量、土壤团聚体自身稳定系数等,能反映土壤抗侵蚀能力全部信息的66.2%;第二主成分为土壤根系含量,反映了全部信息的8.2%;第三主成分体现为土壤团聚体的分形维数,反映6.3%的信息。以方差贡献率为权重,计算各类型样地综合得分后,强度裂隙样地土壤抗侵蚀能力与弱度裂隙差异显著、中度裂隙与弱度裂隙差异不显著。强度裂隙样地土壤抗侵蚀能力大于弱度裂隙或中度裂隙样地,且各类样地表层土壤的抗侵蚀能力最大,随土壤深度的增加抗侵蚀能力逐次减弱。
(4)强度裂隙样地与弱度裂隙样地或中度裂隙样地相比较,体积含根量增加、有机质含量增大、团聚体水稳性提高,最终使得土壤抗侵蚀能力也大于弱度裂隙和中度裂隙样地。