基于磁測的坡面土壤侵蝕空間分異特征及其過程研究.pdf

1、土壤侵蝕一直是我國最嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題之一。坡面是發(fā)生土壤侵蝕的基本空間尺度，研究坡面土壤侵蝕的時(shí)空分異特征，對(duì)于摸清土壤侵蝕發(fā)生的機(jī)理、合理配置水保措施及保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。土壤磁學(xué)性質(zhì)是土壤中磁性顆粒的分離、遷移及富集特征的綜合反映，也與土壤顆粒分散、剝離、搬運(yùn)、沉積等土壤侵蝕過程有關(guān)，應(yīng)用土壤磁測數(shù)據(jù)來表征土壤侵蝕的環(huán)境信息是土壤侵蝕研究的新領(lǐng)域。本文應(yīng)用土壤侵蝕學(xué)與土壤磁學(xué)的原理，立足于學(xué)科交叉，采用野外實(shí)地測定、天然降

2、雨試驗(yàn)、模擬降雨試驗(yàn)及室內(nèi)分析測定相結(jié)合的研究方法，以魯中山區(qū)的典型小流域坡面為研究對(duì)象，摸清了坡面土壤磁化率與侵蝕強(qiáng)度的空間分異特征及其關(guān)系；明確了不同侵蝕強(qiáng)度下坡面土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤磁化率的影響；探討了坡面土壤侵蝕磁性示蹤法應(yīng)用條件，提出了土壤侵蝕研究的新方法。利用磁性示蹤的方法研究了坡面土壤的侵蝕過程與坡面演化，直觀地表征了土壤侵蝕發(fā)生發(fā)展的空間變化，拓寬了土壤侵蝕研究的新領(lǐng)域，主要研究結(jié)果如下：1坡面土壤磁化率、侵蝕強(qiáng)度空間分異

3、特征及其關(guān)系本研究選取泰安市和曲阜市典型小流域，系統(tǒng)地測定了小流域不同坡面、不同空間部位的土壤侵蝕強(qiáng)度與土壤磁化率，結(jié)果表明：自山頂往下，坡面空間尺度上的土壤磁化率均呈波狀變化，總的趨勢是底部高于上部且有較完整的磁化率剖面，表明沉積區(qū)的土壤磁性大于侵蝕區(qū)。坡面中部受土地利用類型及人為活動(dòng)的影響其表土磁化率為林地＞草地＞農(nóng)地，表明隨植被恢復(fù)與土壤侵蝕強(qiáng)度的減小，表土磁化率增強(qiáng)。坡面不同空間部位的土壤侵蝕強(qiáng)度為上部＞底部，農(nóng)地＞草地＞林地。

4、從不同坡向的比較來看，陽坡的土壤磁化率低且變異幅度大，其土壤侵蝕強(qiáng)度大于陰坡。坡面上土壤磁化率隨土壤侵蝕強(qiáng)度的增大而減小，不同空間部位的土壤磁化率高低可直觀地反映土壤侵蝕強(qiáng)度的空間分異特征。 2坡面不同侵蝕強(qiáng)度下土壤磁化率的影響因素研究了不同侵蝕強(qiáng)度下土壤磁化率及其與土壤理化性狀的關(guān)系，結(jié)果表明：土壤磁化率隨侵蝕強(qiáng)度減小而增大，土壤粒徑的小于0.1mm顆粒含量、有機(jī)質(zhì)含量及磁性礦物含量均增加。應(yīng)用干篩法測得的0.1～0.25mm

5、粒級(jí)組分的磁化率最高且與全土磁化率呈顯著正相關(guān)，對(duì)全土的磁性貢獻(xiàn)率最大，各組分中大于0.1mm的組分磁化率與粒徑大小呈反相關(guān)，小于0.1mm的組分磁化率與粒徑大小呈正相關(guān)。土壤崩解速率、土壤總孔隙度、含水量、比重均磁化率呈負(fù)相關(guān)，且土壤崩解速率與土壤磁化率呈極顯著負(fù)相關(guān)。土壤容重、pH、有機(jī)質(zhì)含量和各形態(tài)氧化鐵含量均與磁化率呈正相關(guān)，且容重和氧化鐵含量與磁化率極顯著正相關(guān)。土壤侵蝕導(dǎo)致坡面物質(zhì)的再分布而使土壤顆粒組成、容重、比重、孔隙度

6、、機(jī)械組成、pH、有機(jī)質(zhì)、磁性礦物含量等土壤理化性質(zhì)發(fā)生變化，是影響土壤磁性變化的根源。 3土壤侵蝕的磁性示蹤方法利用磁性示蹤劑研究了磁性示蹤法研究坡面土壤侵蝕的可行性，同時(shí)揭示了降雨侵蝕條件下坡面侵蝕強(qiáng)度和磁性演變的機(jī)理，結(jié)果表明：利用磁性示蹤劑來研究坡面土壤侵蝕是可行的，降雨條件下坡面土壤磁性的改變是由于土壤中磁性較高的細(xì)顆粒組分在降雨侵蝕力的作用下在坡面上的重新分布造成的；利用粉煤灰和水泥制造了一種與土壤性質(zhì)相近的土壤侵蝕

7、人工磁性示蹤劑，并在人工降雨和天然降雨條件下對(duì)示蹤劑的性質(zhì)和使用方法進(jìn)行了研究結(jié)果表明：該示蹤劑的理化性質(zhì)與土壤接近，在施用濃度為5％～10％、深度是5cm的條件下，其可蝕性與土壤相同，因此能夠借助它提高土壤磁性，利用降雨后土壤磁性的變化反映坡面土壤侵蝕的差異，并能對(duì)坡面不同空間部位土壤侵蝕進(jìn)行選擇性研究。 4坡面土壤侵蝕的動(dòng)態(tài)過程利用次降雨和多次降雨降雨研究了降雨條件下坡面土壤產(chǎn)流、產(chǎn)沙過程，并對(duì)降雨過程中侵蝕方式的變化進(jìn)行了

8、研究，結(jié)果表明：產(chǎn)流量都是隨時(shí)間遞增的，到達(dá)一定時(shí)間達(dá)到穩(wěn)態(tài)，但是相同條件下各次降雨達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)流的時(shí)間則隨降雨強(qiáng)度和坡度的增大而遞減；產(chǎn)沙量呈遞增趨勢且經(jīng)過一個(gè)急劇增加到緩慢增加的過程最終逐漸達(dá)到平衡狀態(tài)，且達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)沙的時(shí)間則隨降雨強(qiáng)度和坡度的增大而遞減；在降雨過程中坡面首先產(chǎn)生面蝕，且在降雨初期侵蝕方式以面蝕為主，細(xì)溝出現(xiàn)后坡面發(fā)生細(xì)溝侵蝕且侵蝕方式以溝蝕為主；面蝕率隨降雨歷時(shí)變化較小，細(xì)溝侵蝕率隨降雨時(shí)間先急劇增加后保持穩(wěn)定。

9、 5坡面土壤侵蝕形態(tài)的演變利用磁性示蹤方法研究了降雨條件下，坡面土壤侵蝕形態(tài)的演變過程，結(jié)果表明：次降雨降雨侵蝕條件下，坡面不同空間部位發(fā)生剝蝕或沉積的過程有較大的差異，60mm/h雨強(qiáng)下坡面上坡位土壤磁化率下降小且均勻下坡位和中坡位土壤磁化率出現(xiàn)小幅上升，這說明坡面主要發(fā)生沉積現(xiàn)象。上坡位磁化率下降且均勻而中坡位和下坡位土壤磁化率略有升高表明上坡段土壤發(fā)生侵蝕且侵蝕方式以面蝕為主，中坡和下坡段土壤磁化率小幅上升表明主要發(fā)生沉積，且

10、下坡位土壤磁化率上升幅度小于中坡位表明侵蝕強(qiáng)度高于中坡位，這表明小雨強(qiáng)條件下，侵蝕強(qiáng)度上坡位＞下坡位＞中坡位；而在120mm/h雨強(qiáng)下，在坡面范圍內(nèi)各坡位土壤磁化率均出現(xiàn)大幅下降表明坡面土壤侵蝕以剝蝕過程為主，且以下坡段土壤磁化率下降幅度最大，且磁化率下降不均勻表明下坡位土壤侵蝕最為嚴(yán)重，侵蝕方式以溝蝕為主，上坡段以面蝕為主磁化率下降幅度最小且較均勻表明侵蝕最輕，侵蝕方式以面蝕為主，中坡段土壤磁化率下降幅度大，高于上坡位卻低于下坡位，且