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三峡水库是我国特大型水利枢纽工程,对其合理的开发利用、保护和治理具有至关重要的意义。2009年三峡大坝蓄水后形成落差为30米、面积达348.97km2的消落带,主要分布于库区周围海拔145m-175m之间。库区消落带每年5月末到6月初,水位保持在低水位145米,到10月份水位逐渐升高至175米并保持到12月,次年的1~4月降到156~160m,至5月底降到145 m。三峡库区消落带每年呈现出周期性的反季节性的涨落的特征。每年因周期性水位涨落、干湿交替,这可能使土壤结构体退化,抗蚀性能下降,使消落带水土流失加剧。
土壤退化与水土流失对人类社会生存和发展构成了严重威胁,引发了一系列的生态环境问题。本文以重庆小江流域典型消落带为研究对象,分析了消落带土壤的抗蚀性特征;进而研究了消落带土壤团聚体结构现状与稳定性特征,土壤团聚体组成的演变特征;探讨了消落带土壤团聚体与有机质之间的关系。研究结果如下:
(1)选用15项指标对研究区各地类土壤抗蚀性进行主成分分析,得到4个主成分因子。分别为水稳性团聚体因子;土壤无机胶粒因子;团聚类因子;有机质类因子。通过各主成分贡献率作为权重系数组成三峡库区消落带土壤抗蚀性综合指数计算方程Y=0.526Y1+0.277Y2+0.107 Y3+0.091Y4。通过相关分析表明,三峡库区消落带土壤的胶结物主要以<0.001mm粘粒为主,而有机质对土壤胶结贡献较弱。>0.25mm水稳性团聚体含量、<0.001mm粘粒含量是反映消落带土壤抗蚀性较好的评价指标。
(2)土壤团粒结构粒径分布的分形维数越小,水稳性大团聚体含量越高,水稳性团聚体破坏率越低,土壤结构稳定性越好,其中表层土壤团粒结构分形维数平均值为2.85。土壤颗粒的粒径分布分形维数受细颗粒物质含量影响,细颗粒物质越多,分形维数越大;细颗粒物质越少,分形维数越小,其中表层土壤颗粒组成分形维数平均值为2.62。土壤颗粒组成分形维数与水稳性团粒分形维数呈负相关性。
(3)消落带土壤有机质主要富集在团聚体0.25~0.5mm和0.5~1mm中。土壤粒级0.5~1mm和1~2mm团聚体保存几率与土壤有机质之间的相关性很好,相关系数极高,团聚体有机质对土壤粒级0.5~1mm和1~2mm的保存几率有直接影响。通过分析土壤有机质、水稳性指数、土壤团聚体的颗粒组成分形维数与团聚体稳定性指数在表层土壤中均呈正相关,而与土壤团聚体的水稳性团粒分形维数、>0.25mm土壤团聚体破坏率呈负相关。
(4)通过对库区消落带表层土壤有机质与>0.25mm水稳性团聚体含量、水稳性指数构成的变化趋势图反应,有机质含量、>0.25mm水稳性团聚体含量、水稳性指数变化具有变化趋势的一致性。A层土壤有机质对>0.25mm水稳性团聚体、水稳性指数具有正相关,土壤有机质含量越高,>0.25mm水稳性团聚体、水稳性指数就越高。但是通过对消落带土壤B层有机质与>0.25mm水稳性团聚体、水稳性指数变化的趋势图,反应出并没有变化趋势的一致性,说明B层土壤有机质含量对>0.25mm水稳性团聚体、与水稳性指数影响不明显。土壤中有机质含量变化并不是对所有土壤结构影响都有正相关的变化性。高程对其变化趋势的影响也并不很明显。
(5)通过测定不同粒级团聚体有机质表明,不同粒级团聚体有机质分布的最大值主要集中在0.25~0.5mm团聚体,在该粒级中最大值占到了13个近百分之五十。应用通径分析方法计算出的0.25~0.5mm团聚体保存几率对SOC决定系数为0.2344,其影响最大,有机质含量对保存几率有影响。这表明用通径分析计算出的结论与实际测的结果有一定的一致性。实际测的有机质数据也与理论数据有区别,理论分析结中认为1~2mm团聚体保存几率对SOC决定系数仅次于0.25~0.5mm团聚体保存几率对SOC决定系数,而实际测的结果为0.5~1mm团聚体有机质含量较高,其中有机质在各粒级中最大值出现9次。