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土地退化是一个自然和人为因素综合作用的动态过程,特别是因各种不合理的人类活动所引起的土地退化问题,已严重威胁着人类赖以生存的环境,成为当今世界人类面临的最大挑战之一。因此,土地退化研究已成为当今土地利用/土地覆被变化研究的重要内容之一。
不利的自然事件和不合理的人类活动造成土壤侵蚀,进而导致土地质量下降,环境劣化,其结果是土地退化。三峡库区土地退化首先是从土壤侵蚀开始的。紫色土是库区主要的土壤资源之一,其坡耕地占该区耕地面积的78.7%,是农业生产活动的主要场所,极易形成土壤侵蚀和水土流失。本论文以紫色土坡地为例,在实地调研和前人研究成果分析的基础上,首先阐明了三峡库区紫色土的形成和侵蚀特征;在此基础上,通过对该区紫色土坡地典型剖面和坡面进行采样,运用<137>Cs示踪测试技术对库区土壤侵蚀速率进行定量分析;而后,采用土地特性系列比较法,选择土壤质地、土壤养分和pH值等11种退化指标进一步对土地退化特征进行定量分析,用模糊综合评判模型对不同利用方式和不同坡度段土地退化程度进行综合评判,并深入分析了本区土地利用特征及土地退化的形成机制;最后,运用恢复生态学及其相关理论对退化土地生态系统进行恢复与重建。研究得出了如下主要结论:
(1)紫色土在特殊的自然地理环境中形成了自己独特的特征,表现为幼年性、富盐基性和多样性。紫色土的侵蚀特征主要表现为径流系数高,坡面侵蚀为主;物理风化迅速,母质侵蚀突出;风化与侵蚀交替进行;土壤侵蚀与泥沙输移外运不同步;流失固相物质粗,输移比小等。由此造成三峡库区紫色土坡地土壤侵蚀严重,而侵蚀带来的直接后果就是土地退化。
(2)通过标准剖面测试数据计算并参照有关研究,确定三峡库区<137>Cs的背景值为2029.2Bq.m<-2>。不同土地利用类型土壤中<137>Cs强度平均值的大小顺序为:林地>耕地>荒地>园地>草地;不同坡度段土壤中<137>Cs强度平均值由大到小依次为0°~5°、15°~25°、25°~35°、>35°和5°~15°;从库岸
段分布来看,云阳~宜昌段土壤中的〈’137〉Cs强度平均值略大于万州~重庆段。 不同利用类型中,土壤侵蚀强度的大小顺序为:耕地>园地>草地>荒地>林地,按照国家水利部1997年颁布的土壤侵蚀强度等级标准,则耕地为中度侵蚀,园地、草地和荒地为轻度侵蚀,林地为微度侵蚀。不同坡度段土壤侵蚀强度差别不大,由强到弱依次为5°~15°、0°~5°、25°~35°、15°~25°和>35°坡度段,皆属轻度侵蚀;重庆~万州段和云阳~宜昌段土壤侵蚀等级虽皆为轻度,但前者已近中度侵蚀,其土壤年均侵蚀模数为后者的2.18倍。
(3)与未退化样地相比,不同利用方式和不同坡度段土壤粗化现象明显,土壤中各种营养元素的含量均不同程度地减损,表明它们存在不同程度的退化现象。
不同利用方式下紫色土坡地土地沙化程度由高到低的顺序是:荒地>建设用地>耕地>草地>林地>菜地>园地;土壤有机质、全N和碱解N含量由高到低的顺序是林地、园地、菜地(或草地)、耕地(或荒地)、建设用地。园地中的全P、速效P、全K、速效K及CEC含量均比较高;建设用地中的全P和速效P含量最低,但其CEC含量最高;荒地和草地中的全K、速效K及CEC含量均较低。
土壤中微量元素的含量受成土母质、沉积类型、pH、有机质和粘粒等多种因素的影响。本次测定园地土壤中的微量元素含量普遍较高,特别是Fe、Zn、Ti、Pb、Sr、Zr和Cr;草地土壤中的各种微量元素平均含量一般较低,尤其是Fe、Zn、Ni、Pb和Cr;荒地土壤中的Cu和Mo平均含量最低,但Zr和Cr平均含量却最高;菜地土壤中Pb的平均含量最高,达29.85mg.kg〈’-1〉,虽未超标(>35mg.kg〈’-1〉),但应引起注意。
(4)不同坡度段紫色土坡地土壤沙化程度基本随坡度的增加而增大,但>30°坡度段土壤沙化最轻。土壤各养分平均含量差异不大,但速效P在10°~20°与>30°坡度段,CEC在20°~30°和>30°坡度段均有显著差异;土壤养分含量随坡地坡度的增大其增减变化规律不明显,全P和速效P含量随坡度的变化规律相同。
Cu、Fe、Ni、Mo、Co、V 6种微量元素易随土壤侵蚀或其它途径迁移;多数微量元素随坡度的变化迁移不甚明显。在10°~20°坡度段,Cu、Fe、Zn、Mn、Ni、Co、Ti、V、Pb9种元素平均含量最高;在20°~30°坡度段,Cu、Fe、Zn、Ni、Co、V、Sr7种微量元素平均含量最低。这表明前者多是微量元素减损最轻坡度段,后者多是减损最大坡度段。
(5)用SPSS12.0进行紫色土退化指标的相关性分析表明,不同利用方式土壤粘粒与全K、速效K,全N和碱解N,全K和阳离子交换量具有显著正相关;土壤粘粒与阳离子交换量,有机质与全N、碱解N,全K与速效K具有极显著
正相关;速效P与pH值具有显著负相关:pH值与全K、速效K具有极显著负相关。紫色土中Cu和Fe、Co、V,Zn和Co、V,Ni和V、Cr具有显著正相关;Cu和Zn,Fe和Zn、Co、V,Ti和V具有极显著正相关;Cu和Mn,Mn和Co、V具有显著负相关;Mn和Fe、Zn具有极显著负相关。 不同坡度段全P和速效K,速效P和全K、速效K具有显著负相关;Cu和Sr、Co和Sr具有显著正相关;Cu和Co具有极显著正相关;Cu和Mo、Mo和Sr具有显著负相关;Mo和Co具有极显著负相关。
(6)选择土壤粗化度、pH、有机质、全N、碱解N、全P、速效P、全K、速效K、CEC和微量元素综合指数11个退化指标,对不同利用方式和不同坡度段的紫色土退化状况进行综合评判,结果表明:菜地、园地为未退化,耕地、林地为轻度退化,草地、荒地为中度退化,建设用地为重度退化;不同坡度段紫色土坡地皆为中度退化。
(7)三峡库区土地利用特征主要表现为土地资源不足,人地矛盾突出;土地利用不尽合理,生态环境恶化;旱、坡地面积大,水土流失严重,土地质量下降。
人类活动是三峡库区土地退化的主要驱动力,土壤侵蚀是土地退化的主要形式之一。地形、气候、母岩、紫色土的特性等自然因子为土地退化提供了条件;植被破坏,坡耕地多、垦殖率高,耕作措施不当和种植制度不合理等人文因素则加速和加剧了本区土地退化的进程。
(8)不同利用方式退化土地生态系统恢复与重建的技术措施有显著差异。退化坡耕地可采取坡改梯整治技术、农耕农艺技术和生物篱生态过滤网带技术进行恢复重建;退化林地的恢复与重建措施主要有:改进林木更新方式和营林技术,增加林地施肥投入,开展多种经营,采用立体种植模式等;退化草地的恢复与重建一是将现有的草山草坡进行人工改造,二是将水土流失严重的裸地种植水保牧草,两种均以等高带状种植;退化荒地可通过人工措施来加快其生态恢复过程,一般采用先锋群落的重建及复合群落的培植与发育;退化建设用地主要是通过土地整理和复垦等措施恢复,难以复垦的要进行植被恢复,方法与退化荒地的恢复与重建类同。