林地开垦加速侵蚀与土壤物理力学性质的时间变化机理

Abstract

植被是影响土壤侵蚀的重要因素之一。黄土高原发生水土流失严重的地区，多为天然植被已遭破坏的生态环境脆弱地区。本论文以黄土高原丘陵地区子午岭林区不同开垦侵蚀年限的侵蚀土壤为研究对象，通过对10年内观测资料的统计分析，并结合室内分析和野外试验，论述了林地开垦人为加速侵蚀下，土壤侵蚀与侵蚀土壤的颗粒组成、水稳性团粒含量、容重和土壤抗剪强度等物理力学性质的时间变化机理。得到以下几个结论：&nbsp;&nbsp;&nbsp; 1 林地能有效地防治土壤侵蚀。一旦被开垦，随侵蚀年限的增长，侵蚀强度呈加剧递增趋势。与林地比较，到侵蚀10年，侵蚀土壤单位降雨侵蚀力引起的侵蚀量从0.002t.km-2/J．m-2.mm-1增加到26.533 t.km-2/J．m-2.mm-1；平均每年约10mm的土层被侵蚀掉；与同部位的林地剖面比较分析，侵蚀6年，A层一半的土层被侵蚀掉，预示着土壤侵蚀的进一步加剧。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 2 在土壤物理性质的变化上，与林地比较，到侵蚀10年，表层土壤颗粒组成中粗粉粒从49.30%增加到52.48%，增长了3.18%，而粘粒和物理性粘粒则从17.88%和39.98%减少到15.14%和36.97%，分别减少了2.74%和3.01%，土壤向粗骨化方向发展；&gt;0.25mm水稳性团粒含量(y)从60.19%减少到28.60%，并随侵蚀年限(t)的增长有y=51.637e-0.0609t的递减规律，从有机质分析其原因，发现&gt;0.25mm水稳性团粒含量(y)与有机质含量(x)有y=0.8118x+22.517&nbsp; (r=0.9708)的线性相关；土壤容重也随侵蚀年限增大；土壤的抗剪强度从0.123kg/cm2减少到0.074 kg/cm2。并且，分析还发现，侵蚀土壤的这些物理力学性质随侵蚀年限的变化是相互影响，互相制约的。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 3 提高土壤的入渗能力为防治土壤侵蚀的关键措施。随侵蚀年限的增长，土壤物理性质的变化，也影响了土壤的入渗特性。通过两种雨强的降雨入渗实验表明，与林地比较，土壤的稳渗速率由雨强Ⅰ和雨强Ⅱ的0.93mm/min和1.624mm/min降低到侵蚀10年开垦地的0.392mm/min和0.932mm/min；并且，产流起始时间由不产流和37分钟分别提前到11分钟和4分钟，径流系数也随侵蚀年限增大，很不利于土壤入渗。其原因在于土壤自身性质恶化所致。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 4 对于不同侵蚀年限土壤的抗冲性，首先从长年观测资料分析发现抗冲性指标kw随年限的增长为递增趋势，表明侵蚀土壤抗冲性随年限的变化而减弱。并结合11/min、31/min、51/min和71/min四种流量土壤抗冲试验，分析得出冲刷量(S)与水流切应力(&tau;)关系(s=&alpha;&tau;b)的指标数b随侵蚀年限从林地的0.774递增为侵蚀10年开垦地的2.988，说明在同一水流的切应力下，侵蚀时间越长，土壤越易冲刷；而且冲刷试验抗冲性指标M在31/min、51/min和71/min流量下均随年限而增大，侵蚀土壤抗冲性减弱。最后，从土壤物理力学性质分析来看，抗剪强度对土壤抗冲性影响最大，其次为&gt;0.25mm水稳性团粒含量和有机质含量。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 5 从土壤物理力学性质的变化对土壤侵蚀的影响进行偏相关分析发现，&gt;0.25mm水稳性团粒含量对侵蚀影响最大，偏相关系数为0.9728，其次为土壤粗粉粒，偏相关系数为0.8879，然后为土壤抗剪强度，偏相关系数为0.6020，土壤粘粒和物理性粘粒影响较小。并且，从土壤&gt;0.25mm水稳性团粒含量和抗剪强度与单位降雨侵蚀力引起的侵蚀量趋势分析发现，侵蚀1年和侵蚀7年为土壤侵蚀强度急剧变化的转折年限，侵蚀1年为林地开垦由自然侵蚀向加速侵蚀转折所引起，而侵蚀7年则为侵蚀土壤物理力学性质随侵蚀年限增加恶化到一定的程度所致。</span