陕西省丹汉江流域土壤磷素空间分异特征与迁移过程研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chinayzx
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土壤侵蚀引起的磷素流失,不但使农田贫瘠化,更是饮用水源地的潜在污染威胁。本文以丹汉江典型小流域为研究对象,采用农田小区、流域出口等径流、泥沙及磷素迁移过程监测、模拟降雨径流与磷素迁移转化实验以及不同土地利用土壤环境采样分析,运用水文学、地统计学、地理信息理论、土壤侵蚀预报模型和土壤养分计算等方法,对研究区坡面、小流域、区域等不同尺度下土壤磷素的分布特征及随水土流失引起的磷素流失进行了系统研究,得到的主要结论如下:  (1)查明了丹江鹦鹉沟小流域土壤可蚀性及磷素分布特征。小流域土壤可蚀性K平均值为0.047,自西向东、自北向南K值缓慢增大;随着土层深度的增加,K值逐渐变大。坡面尺度梯田、坡耕地、林地、草地土壤全磷平均含量分别为0.22、0.42、0.26和0.25g/kg,由上至下坡面土壤全磷含量表现为“U”型分布;小流域土壤全磷含量均值表现为A(第一层)>D(第四层)>B(第二层)>C(第三层)。陕南地区农地大多为土层较厚、坡度平缓的土壤,因而其K值较低,而全磷含量较高;草地对总磷有明显的含蓄养分的作用;栎树林多分布在土壤条件较差的坡面,总磷含量低于农地。  (2)阐明了模拟及天然降雨条件下坡面磷素流失过程。在坡面试验小区上,产流量受坡度影响不大,但陡、缓坡产沙差异显著(p<0.05)。短历时暴雨易致全磷、速效磷的流失。模拟降雨条件下,不同农作方式下的地表径流总量大小依次为裸地>秸秆覆盖>50%玉米+50%花生>50%裸地+50%花生>花生;随降雨时间的延续,各农作方式地表径流均呈不同程度的增加趋势,其中裸地径流量增长速度最快;径流中磷素浓度大小依次为50%裸地+50%花生>50%玉米+50%花生>100%花生>裸地>秸秆覆盖,坡面磷素流失随时间及沿坡面变化均呈现不同规律,其中裸地条件下总磷流失浓度随时间及沿坡面均增加较大。  (3)阐明了小流域径流与磷素流失关系。鹦鹉沟小流域六个监测断面水体总磷流失浓度为0.01-0.43mg/l,随着小流域治理的年限增长,小流域磷素流失呈减小趋势;随降雨历时的增加,各断面总磷流失浓度先增大后减小,由上至下各断面总磷浓度逐渐增加;小流域出口断面总磷及速效磷流失通量均与径流通量存在较好的线性关系。  (4)揭示了丹江流域水土流失与磷素流失关系。年平均土壤侵蚀模数为4971.03 t/km2·a,流域抗蚀力总评价指数为3.30。流域土壤全磷含量为0.87g/kg-1.10g/kg,随土壤粒径的增大,土壤全磷含量呈现增加趋势。丹江水体总磷平均浓度为0.04mg/l,泥沙含磷量变化范围为0.59g/kg-1.02g/kg,并随着泥沙粒径的逐渐增大,全磷含量呈现“V”型分布。鹦鹉沟小流域总磷年平均流失量为0.026t/a,丹江流域农地、林地、草地、城镇居民用地、未利用土地总磷流失模数分别为15.83、2.68、6.70、17.84和8.92kg/km2·a,流域非点源污染过程中径流总磷年平均流失量为37.01t/a。  (5)阐明了主要水土保持措施对磷素流失的阻控作用。区域草地面积最大,耕地等易流失土地面积占研究区总面积的25.60%,且有逐年增加的趋势。对区域进行水土保持分区治理,河岸缓冲区、低山丘陵区和高山保护区占总面积比例分别为5.23%,12.11%和82.66%。治理后的丹汉江流域平均侵蚀模数比实际的侵蚀模数降低了36.6%,农地(即梯田)全磷流失模数由19.31 kg/km2·a降为9.56 kg/km2·a;区域年平均径流总磷流失量由406.65t/a降为280.96t/a。
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