南方红壤丘陵区新修梯田的土壤水分时空分布特征

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chu573346412
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南方红壤丘陵区水热资源丰富,但人地矛盾激烈,农业开发强度高。区域内林果开发管理粗放、措施布局单一,并且缺乏优化设计及针对性管理措施,导致水土流失严重。而梯田坡面水土保持措施的合理布局影响着坡面的径流产生、降雨入渗以及蓄水保水能力,是提升林果产业发展的关键因素。目前国内外关于梯田坡面水分时空分布的研究多针对于单一土地利用结构或梯田的类型,较少讨论整地措施中的水土保持措施布设对坡面水文功能的影响。本文以小洋小流域内的脐橙开发示范区为研究区域,选取区域内3种典型的土地利用结构坡面(优化整地坡面TA、传统整地坡面TB、侵蚀劣地坡面CK)和4种土地利用类型(优化整地的果园A、传统整地的果园B、荒草地、农地)为研究对象,通过地形因子调查、野外圆盘入渗试验、室内分析、并使用TDR进行土壤水分长期监测,研究了红壤侵蚀劣地开发成梯田果园后,地形改造和水土保持措施布设对坡面0~100 cm剖面内(0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm)的土壤理化性质、入渗性能和土壤水分时空分布特征的影响,并结合CCA(典范对应分析)对影响土壤水分分布的主控环境因子进行评价;同时针对TA坡面土壤水分对降雨的响应机制进行研究,分析了水土保持措施布设对控制坡面养分流失的可行性,研究结论可为区域内土地利用资源的合理配置、水土保持措施空间布局优化以及水土流失的综合治理提供科学依据。研究结果如下:(1)在这3个坡面中,各土层土壤饱和导水率(K_s)、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、砂粒含量、p H等土壤性质在不同的坡位(坡顶、坡上、坡中、坡下、坡脚)和土地利用类型中均具有显著差异性(P<0.05),土壤容重、非毛管孔隙度和p H在不同土层间具有极显著差异(P<0.01),通过相关性分析可知,荒草地整地后,土壤容重和黏粒含量显著降低(P<0.05),而非毛管孔隙度和土壤入渗性能显著提升(P<0.05),但两种梯田果园之间的差异很小;由于农地土壤黏粒含量最高,因此其土壤入渗性能最差。(2)在不同坡位间,表层土壤饱和导水率以及大孔隙状况均无明显变化规律;在不同土地利用类型下表层土壤饱和导水率表现为果园A>果园B>农地>荒草地,且果园A与果园B之间的差异很小;同时两种梯田果园表层土壤中直径>0.5 mm大孔隙均要高于荒草地和农地,这些大孔隙是促进果园表层土壤水分入渗的关键。(3)在雨季,不同土地利用类型的土壤含水量表现为农地(0.4088 m~3/m~3)>果园B(0.3227 m~3/m~3)>果园A(0.3078 m~3/m~3)>荒草地(0.2739 m~3/m~3),地形改造显著提升了土壤对降雨的入渗性能(P<0.05)。CCA结果表明,在雨季,土壤水分分布主要受到非毛管孔隙度的显著影响(P<0.05),水土保持措施对土壤入渗性能的提升效果较弱;在旱季,不同土层间的土壤含水量差异较雨季有较大改变,同一剖面的土壤含水量从上至下呈递增趋势,在不同土地利用类型中土壤含水量表现为农地(0.3524 m~3/m~3)>果园A(0.1980 m~3/m~3)>果园B(0.1475 m~3/m~3)>荒草地(0.1380m~3/m~3),荒草地和果园B土壤含水量大幅降低,在旱季的含水量要显著低于果园A(P<0.05),农地受坡位影响下降幅度最小,旱季土壤水分分布主要受到土地利用类型的影响,受土壤性质影响较弱。在不同坡位间,雨季与旱季土壤含水量从坡顶到坡脚均表现为逐渐升高趋势,且3个坡面的坡上、中、下部位的差异均很小,而在旱季各坡位土壤含水量变异性要明显大于雨季。在整个观测期间内,0~40 cm土层的土壤含水量主要受到土地利用类型、孔隙度、机械组成等环境因子的显著影响(P<0.05),而环境因子对深层土壤的影响较弱。(4)TA坡面土壤含水量对降雨的响应幅度从坡顶至坡脚呈逐渐降低趋势,在不同土地利用类型中表现为荒草地>果园>农地,在不同土层从上至下总体呈逐渐降低趋势;在大降雨量(42.0 mm/d)下,土壤含水量对降雨的响应主要受土壤初始含水量的控制,小降雨量(24.2 mm/d)下主要受K_s和非毛管孔隙度控制;坡顶荒草地存在较小壤中流,而果园在40 cm土层处存在较不透水层,无壤中流的出现。本研究中侵蚀劣地坡面修整为梯田后,土壤入渗性能和水分均得到显著提升,梯田内布设的水土保持措施也显著提升了土壤在旱季的蓄水保水能力。说明TA坡面类型的土地利用结构设计以及优化整地措施均明显提升了林果产业开发的生态效益。
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