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土壤侵蚀是现今社会将要面临的持续性自然灾害,是人们关心的主要生态环境问题。吉林省是我国东北黑土区水力侵蚀的代表之一,同时也是我国的粮食产区,严重的水土流失会直接威胁我国的粮食产量。近年来,保护黑土资源已经受到广大科研工作者和政府的高度重视。本文以吉林省中部农耕区为研究区域,借助遥感与GIS手段,利用CSLE模型,对土壤侵蚀与防治效应进行分析。采用GIS分析方法和田间试验方法,探索了土壤侵蚀强度与模数和坡度因子、植被因子与水土保持措施之间的关系,并揭示了吉林省中部农耕区不同时期的土壤侵蚀变化特征,取得以下成果:
(1)依据《区域水土流失动态监测技术规定》,利用坡度和侵蚀强度分级对吉林省中部农耕区进行分析。该区域分为平原区、丘陵台地区与低山丘陵区,三区在0°~1.5°中,差别最小;在1.5°~3°台地区与丘陵区结果相似;8°以上,平原区剧烈侵蚀面积减小,而台地区与丘陵区则出现上升的趋势;15°以上丘陵区与台地区出现明显差别。研究区侵蚀明显分布在轻度侵蚀与剧烈侵蚀,土壤侵蚀中轻度侵蚀的模数主要分布在200-400t/km2·a之间,剧烈侵蚀的模数主要在>5600t/km2·a处。总体来看,土壤侵蚀模数分布均呈现高—低—高的趋势变化。这与地形和耕地侵蚀面积分布规律相同。坡度叠加得到的趋势与总体侵蚀趋势相同。
(2)生长季的平原区、丘陵台地区与低山丘陵区的植被覆盖度分布在中高覆盖度和高度覆盖度,高达90%。休闲季植被覆盖主要分布在低覆盖度和中低覆盖度。从各侵蚀等级来看,生长季的水土流失面积从轻度侵蚀至极强烈侵蚀逐渐递减,剧烈侵蚀有小幅度增加;而休闲季则呈现依次递减的趋势。生长季的Pearson相关r值分别为-0.5967、-0.5198和-0.4946为中等程度相关;休闲季的r值分别为-0.2320、-0.2091和-0.3953为弱度相关。说明在农耕地中,生长季的植被覆盖度对土壤侵蚀的影响较为明显,呈负相关;休闲季植被覆盖度对土壤侵蚀的影响较弱。
(3)在5°与10°的坡度下,水土保持措施中的地埂植物带与顺坡垄作的侵蚀模数均随坡度变化而变化。地埂植物带、土坎水平梯田与顺坡垄作的土壤侵蚀模数大小表现为顺坡垄作>地埂植物带>土坎水平梯田。在两个坡度下采用地梗植物带措施对土壤侵蚀治理效果明显。土坎水平梯田的保土率高达98.09%,年径流量仅为7.83mm,防治效果最优。地梗植物带和土坎水平梯田的产沙量与降雨侵蚀力的关系均达到极显著相关,且相关性均优于顺坡垄作。
(4)垄沟秸秆覆盖是防治坡耕地水土流失的耕作措施之一,具有显著的蓄水拦沙作用。在其轮耕还田后,耕层土壤的团聚体含量显著增加,粒径集中于1~7mm组分内;同时,土壤容重有效降低,自然含水量平均提高了21.0%,相对含水量显著提高,田间持水量与全蓄水量均有所增加。表明土壤的保水能力显著提升,可快速吸纳降水,从而减小地表径流量,提高了土壤的抗水蚀能力。
(1)依据《区域水土流失动态监测技术规定》,利用坡度和侵蚀强度分级对吉林省中部农耕区进行分析。该区域分为平原区、丘陵台地区与低山丘陵区,三区在0°~1.5°中,差别最小;在1.5°~3°台地区与丘陵区结果相似;8°以上,平原区剧烈侵蚀面积减小,而台地区与丘陵区则出现上升的趋势;15°以上丘陵区与台地区出现明显差别。研究区侵蚀明显分布在轻度侵蚀与剧烈侵蚀,土壤侵蚀中轻度侵蚀的模数主要分布在200-400t/km2·a之间,剧烈侵蚀的模数主要在>5600t/km2·a处。总体来看,土壤侵蚀模数分布均呈现高—低—高的趋势变化。这与地形和耕地侵蚀面积分布规律相同。坡度叠加得到的趋势与总体侵蚀趋势相同。
(2)生长季的平原区、丘陵台地区与低山丘陵区的植被覆盖度分布在中高覆盖度和高度覆盖度,高达90%。休闲季植被覆盖主要分布在低覆盖度和中低覆盖度。从各侵蚀等级来看,生长季的水土流失面积从轻度侵蚀至极强烈侵蚀逐渐递减,剧烈侵蚀有小幅度增加;而休闲季则呈现依次递减的趋势。生长季的Pearson相关r值分别为-0.5967、-0.5198和-0.4946为中等程度相关;休闲季的r值分别为-0.2320、-0.2091和-0.3953为弱度相关。说明在农耕地中,生长季的植被覆盖度对土壤侵蚀的影响较为明显,呈负相关;休闲季植被覆盖度对土壤侵蚀的影响较弱。
(3)在5°与10°的坡度下,水土保持措施中的地埂植物带与顺坡垄作的侵蚀模数均随坡度变化而变化。地埂植物带、土坎水平梯田与顺坡垄作的土壤侵蚀模数大小表现为顺坡垄作>地埂植物带>土坎水平梯田。在两个坡度下采用地梗植物带措施对土壤侵蚀治理效果明显。土坎水平梯田的保土率高达98.09%,年径流量仅为7.83mm,防治效果最优。地梗植物带和土坎水平梯田的产沙量与降雨侵蚀力的关系均达到极显著相关,且相关性均优于顺坡垄作。
(4)垄沟秸秆覆盖是防治坡耕地水土流失的耕作措施之一,具有显著的蓄水拦沙作用。在其轮耕还田后,耕层土壤的团聚体含量显著增加,粒径集中于1~7mm组分内;同时,土壤容重有效降低,自然含水量平均提高了21.0%,相对含水量显著提高,田间持水量与全蓄水量均有所增加。表明土壤的保水能力显著提升,可快速吸纳降水,从而减小地表径流量,提高了土壤的抗水蚀能力。