紫色土坡耕地耕层结构稳定性及对抗蚀性影响

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紫色土区坡耕地是我国耕地资源重要的组成部分,但坡耕地耕层浅薄且结构稳定性差。坡耕地土壤抗蚀性跟土壤结构稳定性紧密相关,研究紫色土区坡耕地耕层结构稳定性特征及其对土壤抗蚀性的影响,是控制水土流失和保障区域性国家粮食安全的迫切需要。本研究以川中丘陵典型紫色土坡耕地为研究对象,通过野外剖面调查、室内理化测定、数学分析方法,研究了三种不同坡度(缓坡:05°;中坡:515°;陡坡:1525°)的坡耕地耕层土壤结构土壤抗蚀性特征;揭示了土壤结构稳定性特征及其和土壤可蚀性间的关系。主要研究结论如下:(1)分析了坡耕地土壤结构稳定性随土壤深度和坡度的差异性特征。紫色土区坡耕地土层发育薄且耕层浅薄(10 cm左右),耕层010 cm的土壤团聚体稳定性、土壤pH、土壤有机质(SOM)均高于1020 cm耕层相应的值;土壤粘粒含量(CLA)、土壤紧实度(SC)、土壤抗剪切强度(SHS)特征为010 cm<1020 cm。(2)确定了影响耕层土壤稳定的四个主成分和综合主成分计算模型。各主成分及其方差贡献率分别为:土壤结构水稳定性(P1,47.7%)、土壤结构力稳定性(P2,16.2%)、土壤结构生物稳定性(P3,15.2%)、坡度因素(P4,9.3%)。利用各主成分计算得到土壤结构稳定性指数计算模型:P0=0.540P1+0.183P2+0.172P3+0.105P4,定量计算了坡耕地耕层土壤结构稳定性指数。(3)探讨了坡耕地耕层土壤结构稳定性分级。通过聚类分析,将坡耕地耕层土壤分为四个等级,各等级及其土壤结稳定性由大到小依次为:一级(2.981.50)、二级(1.500.28)、三级(0.28-0.95)、四级(-0.95-2.18)。其中,一级和二级坡耕地耕层土壤结构可视为紫色土坡耕地合理耕层构建的参考值。(4)筛选出能够表征各主成分的五个土壤因子及各因子的合理区间值。它们分别是湿筛法获得的团聚体平均重量直径(MWDW,1.93±0.07)、土壤有机质(SOM,18.22±1.3 g·kg-1)、土壤紧实度(SC,625.17±64.54 kPa)、土壤微生物量氮(SMN,48.07±4.88 mg·kg-1)以及坡度(SLOPE,5.63±0.6°)。(5)揭示了川中丘陵典型紫色土坡耕的土壤抗蚀性特征。耕层(010 cm)土壤团聚体静水崩解速率在47%76%之间,土壤抗冲性指数指数分布在0.943.33 min·g-1之间,二者呈显著的正相关。不同坡度耕层010 cm土壤抗蚀性表现为:缓坡区>中坡区>陡坡区。(6)确定了土壤结构稳定性与土壤抗蚀性之间的相关关系。土壤抗蚀性与土壤结构稳定性指数呈显著正相关性,回归关系为:y=0.295x+1.801(R2=0.683,n=21)。综合以上分析,土壤结构稳定性指数能够反映紫色土坡耕地土壤结构特征及抗蚀性影响状况,提高土壤结构稳定性增加土壤抗蚀能力,是保护川中丘陵紫色土坡耕地资源和防治水土流失的重要措施。
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