长江三峡森林土壤大孔隙特征及其优先流效应研究

【摘要】降水可在森林土壤大孔隙中形成优先流,这一过程是森林调蓄径流和保持水土的主要方式。垂直分异显著的山地林区,各垂直带内森林土壤的空间异质性表现突出,在野外实验的基础上开展土壤大孔隙和优先流相关研究能够加深对森林土壤涵养水源机理的认识,在理论上理解森林调节水文的过程,在实践上预测山区土地利用变化对水循环的影响,为退耕还林、天然林恢复与重建以及山区水土保持工程提供理论支持与决策依据。长江三峡地处我国地势二、三级阶梯转换地带,区内气候、地形、土壤和水文等自然地理要素复杂,尤其是垂直分异显著的山地林区。长江三峡库区历来是我国土壤侵蚀和洪涝灾害多发区域,已成为生态环境保护的重点地区之一。长江三峡森林土壤水文过程直接影响长江中下游地区的生态安全,森林土壤水文功能有赖于大孔隙及其优先流过程。长江三峡不同垂直带内森林土壤大孔隙及优先流形成的影响因素不同,其涵养水源和调节径流的能力差异显著。因此在长江三峡山区开展森林土壤大孔隙及优先流研究可以明确森林地表径流产流机理,提高产流预测精度,对有效开展地表水和地下水资源管理,减轻水土流失、地下侵蚀及山体崩塌、泥石流滑坡等具有重要现实意义。本研究在长江三峡库区库首段宜昌市夷陵区邓村乡-大老岭林场山区选取了4处不同海拔高度的典型样地设置实验小区,其中3处为森林-土壤样地,分别是亚高山大老岭温性落叶阔叶林-山地棕壤样地、中山白水头常绿落叶针阔混交林-山地黄棕壤样地、低山竹林湾暖性针叶林-山地黄壤样地；1处农业弃耕坡地,低山罗家岩蒿草弃耕地。利用染色示踪法对实验区各样地土壤大孔隙及优先流进行观测和模拟,应用Photoshop7.0软件对土壤剖面染色图像进行解析,探讨三峡库区各垂直带内森林土壤大孔隙空间分布特征、森林土壤优先流形态特征及发生类型、不同类型的森林土壤与弃耕地土壤大孔隙成因差异。研究发现,长江三峡库区不同垂直带内森林土壤大孔隙特征存在一定差异,森林土壤中优先流过程的垂直变化显著,优先流过程对水分入渗影响较大,显著影响流域水文过程。本文研究结果如下：(1)长江三峡山地不同垂直带内植被-土壤类型的差异,导致土壤剖面大孔隙特征不同。亚高山温性落叶阔叶林山地棕壤和中山常绿落叶针阔混交林山地黄棕壤中根孔类大孔隙广泛分布,染色面积比例高。低山暖性针叶林山地黄壤淋溶淀积层中裂隙较深,染料下渗深度最大,而亚高山山地棕壤则因表层腐殖质对入渗溶液的吸附性强,染料下渗深度较小。草本植被覆盖的弃耕坡地土壤结构性差,根孔和裂隙少,染色比例和深度显著低于森林土壤。(2)长江三峡山地不同垂直带内森林土壤优先流特征在各发生层间呈现不同的变化趋势。各海拔高度森林-土壤样地腐殖质层内优先流表现为洞穴流,其中亚高山地带乔木根系发达,洞穴流最显著,中山和低山地带植被以浅根植物为主,洞穴流流量和流速降低。森林-土壤样地淋溶淀积层内优先流有洞穴流和裂隙流两种形式,海拔较低的山地林区土壤发育程度低,淋溶淀积层中倾斜和垂直的裂隙广布,优先流较腐殖质层变异较大。弃耕地土壤中大孔隙数量少、孔径小,优先流受土层交界面含水量的差异影响,表现为指流。(3)植被类型、土壤发育程度以及农业耕作是长江三峡山地不同海拔高度植被-土壤带大孔隙形成的主要原因。森林土壤有机质丰富,风化度高的腐殖质层内大孔隙结构以根孔为主。中山和低山森林土壤淋溶淀积层发育程度较低,土壤质地较粗,大孔隙以裂隙为主。此外,农业耕作扰动对土壤大孔隙结构破坏严重,与森林土壤相比,弃耕坡地的土壤大孔隙显著减少。
【作者】杜文正；
【导师】刘目兴；
【作者基本信息】华中师范大学，自然地理学，2014，硕士
【关键词】大孔隙；森林土壤；优先流；垂直地带性；长江三峡；

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