关键词:
苦驴河上游小流域
土壤侵蚀
养分流失
土地利用类型
影响因素
控制对策
摘要:
土壤侵蚀与养分流失已经成为影响巢湖流域生态环境建设和经济发展的主要因素,一方面会破坏土地资源,降低土壤肥力,影响农业发展;另一方面,随径流运移的泥沙和氮磷等物质对下游地区的生态环境产生巨大影响,加剧水体的富营养化,不利于生态环境的保护建设。因此,巢湖流域的水土流失问题一直受到众多学者的密切关注。苦驴河上游是巢湖主要支流——派河的重要水源地,同时也是发生土壤侵蚀和养分流失的主要地区。本研究以巢湖流域的苦驴河上游小流域为研究区域,基于通用土壤流失方程定量描述土壤侵蚀强度、土壤养分和土壤养分流失的空间分布特征,将其与坡度、高程和土地利用进行叠加分析,探究其空间分布状况;利用地理探测器探究土壤侵蚀的驱动因素和影响因子之间的交互作用,并根据探测结果提出针对性控制措施;最后对流失较严重的地区进行流失监测并在坡地验证水土保持措施的效果。主要研究成果如下:
(1)定量分析了研究区土壤侵蚀空间分布特征,重点研究土地利用、坡度和高程对土壤侵蚀的影响。苦驴河上游小流域平均土壤侵蚀模数为394.45 t/(km2·a),侵蚀强度主要为微度和轻度侵蚀,强度及以上侵蚀主要发生在小流域南部丘陵和河道两岸。土壤侵蚀强度与高程和坡度呈明显正相关。研究区土地利用类型对土壤侵蚀影响较大,各土地利用类型的平均土壤侵蚀模数为:未利用地[1022.55 t/(km2·a)]>林地[655.04t/(km2·a)]>旱地[285.78 t/(km2·a)]>水田[139.80 t/(km2·a)],有效植被覆盖率低和地形起伏大是林地侵蚀强度较高的原因。
(2)定量分析研究区土壤养分、土壤粒径和养分流失的分布特征,重点研究土地利用、坡度和高程对其的影响。研究区土壤养分和土壤粒径呈现明显的空间异质性,主要与土地利用类型、坡度和高程有关。各土地利用类型的平均土壤养分含量大小为:林地>水田>旱地>未利用地。林地的粘粒和粉粒含量低于其他土地利用,分别为13.92%、78.17%,而砂粒含量高于其他各土地利用,为7.90%。养分流失与土壤侵蚀的空间分布趋势一致,南高北低,南部丘陵水土流失较为严重。土壤有机碳、总氮和总磷平均流失量分别为3.66,0.27,0.07 t/(km2·a)。其中,不同土地利用类型的总养分(TN+TP+SOC)流失量大小为:未利用地>林地>旱地>水田,总养分(TN+TP+SOC)流失量分别为8.39、7.07、2.46、1.37 t/(km2·a),其中林地的土壤SOC,TN和TP平均流失量分别为6.49,0.47,0.11 t/(km2·a)。
(3)对土壤侵蚀的影响因子进行探测,确定其驱动因素和交互关系,根据探测结果提出控制对策。选定植被覆盖、坡度、高程、土地利用和土壤有机碳作为自变量,探测对土壤侵蚀的影响。各影响因子的解释度大小为:植被覆盖>坡度>高程>土地利用>土壤有机碳,植被覆盖是影响土壤侵蚀强度分布的主要因素,其次是坡度因素。植被覆盖因子与其他因子的交互作用明显大于单因子对土壤侵蚀空间分布的影响。确定各影响因子的侵蚀高风险区,分别为:未利用地、植被覆盖度<0.3、坡度为15~25°、高程为110~170 m和土壤有机碳为10~14 g/kg范围内的地区。提高植被覆盖率是研究区控制土壤侵蚀最有效、快速的方法,可以采用封山育林、造林、种草等措施。对陡坡的植被覆盖情况需要格外注意,可以通过陡坡造林育草来减少土壤侵蚀。高风险地区的治理需要综合考虑侵蚀风险和分布状态,对侵蚀风险高且分布集中的地区进行治理的可操作性更高。
(4)对流失重点区进行水土流失监测,并在坡地进行水土保持措施效果验证。三条沟中,西南水沟水质最差,土壤侵蚀量最多,东部水沟次之。月降雨量与径流养分、悬浮物和土壤侵蚀量呈明显正相关。坡地径流TN含量变化范围在1.68~2.83 mg/L,且植物篱对TN流失削减作用最好。坡地径流TP含量变化范围在0.19~0.51 mg/L,且梯田+秸秆覆盖种植大球盖菇+植物篱措施对TP流失削减作用最好。降雨量和降雨强度越大,径流TN、TP含量越高。坡地径流泥沙含量是多因素共同作用的结果,水保措施只是其中一个重要因素,植物篱对缓坡泥沙流失削减效果较好。总体来看,组合技术对比单一技术对水土流失的削减效果有很大提升,梯田+植物篱+秸秆覆盖大球盖菇组合技术对水土流失的削减效果最好。