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汶川地震区新生水土流失对土壤与植被的影响

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汶川地震灾区位于岷江、涪江、嘉陵江等的上游或源区,是长江上游生态屏障的重要组成部分,是成都平原和四川盆地的生态屏障,发挥着重要的水源涵养与水土保持生态服务功能,关系到成都平原乃至四川盆地数千万人口的生产与生活用水安全。强烈地震诱发的新生水土流失使震区生态环境更加脆弱,并严重地威胁着影响震区群众的生命财产安全。如何有效地防治地震诱发新生水土流失的发生,最大限度地减少对环境的影响、保障震区河流健康、保障震区群众生命财产安全、生态安全已是面临的一个重要课题。
　　 本研究在汶川地震重灾区岷江上游典型小流域—草坡河流域全面勘查的基础上,选取了地表裸露、自然恢复、人工种植和对照样地等4种具有典型代表性的震后不同恢复类型的样地作为研究对象。采用野外调查和室内分析相结合的方法,探讨新生水土流失对土壤的理化性质、渗透性能及植被多样性的影响,然后建立土壤抗蚀性评价指标体系,运用主成分分析综合评价研究区的土壤抗蚀性强弱。本研究可为震后水土保持理论研究提供可靠的基础数据和地震灾区抗蚀性研究提高帮助,为防灾减灾的逐步实施提供技术支撑,满足国家对地震及其诱发灾害防治和整治的实际需求,为我国区域经济社会可持续发展提供科学依据。主要研究结果如下:
　　 (1)试验区草坡河小流域为典型的土石山区,对照样地石砾含量为63.39%,砂粒含量为21.03%,粉粒含量为14.42%,黏粒含量为3.16%,其颗粒比例约为20:7:4:1.地表裸露、自然恢复和人工种植等样地的土壤比较密实,通气透水性差,石砾和砂粒所占比例之和为80%左右,石砾与砂粒含量比例接近1:1。在4种恢复类型样地中,汶川地震在较大程度上降低了土壤的水稳性团聚体和微团聚体的含量,通过自然恢复和人工种植等措施可以有效提高土壤团聚体含量,有利于土壤的稳定,增强土壤抗蚀性能。
　　 (2)研究区对照样地的土壤容重在1g/cm3左右,土壤总孔隙度在50%左右,非毛管孔隙占20%～40%时,具有良好的土壤的通气性、透水性和持水能力。地表裸露、自然恢复和人工种植等样地的土壤容重和土壤孔隙状况改变了这一规律。从土壤的最大持水量和非毛管持水量两方面来看,对照样地的水源涵养功能强于其他震后恢复类型。人工种植样地的最大持水量和非毛管持水量也强于地表裸露和自然恢复样地,说明人工种植植被可以使土壤变得疏松,改善土壤的孔隙状况,增大土壤的通气和透水性,增强土壤的涵养水源功能。
　　 (3)在新生水土流失的影响下,汶川地震灾区地表裸露、自然恢复和人工种植等类型样地的土壤pH值高于对照样地,这是深层碳酸盐裸露在表层所致。各种恢复类型样地间土壤有机质差异性显著,表现为:对照样地＞人工种植＞自然恢复＞完全裸露。土壤全氮、铵态氮、硝态氮、全磷、有效磷、全钾和速效钾等土壤养分含量均遭到一定程度的降低,基本处于缺乏水平,主要原因是通过降雨地表径流形式流失,而人工种植前期的培肥可以有效地补充土壤中的硝态氮和速效钾含量供植被生长吸收。
　　 (4)不同恢复类型样地的土壤初渗率、稳渗率、平均渗透速率和75min渗透总量等总体表现规律相似,均为对照样地＞人工种植样地＞自然恢复样地＞地表裸露样地。根据土壤渗透性能综合判断值得出对照样地的渗透性最好,各类型的土壤渗透性能优劣为:对照样地(1.2569)＞人工种植样地(-0.2252)＞自然恢复样地(-0.4578)＞地表裸露样地(-0.5738)。采用相关分析法,分析了土壤理化性质对土壤渗透性的影响,结果表明与土壤渗透性指标均极显著或显著相关的因子为:土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度、pH值、有机质含量、全氮、铵态氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾。然后对极显著或显著因子进行主成分方法分析,提取的第一主成分方差贡献率80.22%,其中全氮、有机质含量、铵态氮、有效磷、非毛管孔隙度和速效钾在第一组分量的负荷量均超过0.9,土壤pH值和土壤容重的负荷量为负值。
　　 (5)震后次生地质诱发的新生水土流失样地植物群落的成层现象出现了断层,地表裸露样地仅有草本层,自然恢复样地缺少乔木层,人工种植样地缺少灌木层,而对照样地存在着明显的乔木层、灌木层和草本层的成层现象。通过对群落多样性的分析,对照样地所有群落总体多样性指数均高于地表裸露、自然恢复和人工种植样地,Margalef丰富度指数为1.07,Shannon-Wiener指数为1.25,Simpson指数为0.63,Pielou指数为2.03。地表裸露样地多样性指数最低,自然恢复和人工种植可以显著提高植物群落多样性。
　　 (6)汶川地震区土壤抗蚀性评价因子体系由无机黏粒类、水稳性团聚体类、微团聚体类、孔隙类、有机物质类、土壤养分类、土壤水分渗透类和植被多样性类等8大类34项指标组成。运用主成分分析提取了4个主成分,这4个主成分的累计贡献率达93.598%,其中第1主成分的方差贡献率达60.11%。根据原指标对主成分的贡献率大小,确定表征研究区不同恢复类型下土壤抗蚀性的优化指标,分别为稳定入渗率、前75min渗透总量、2-0.05mm砂粒含量、0.05-0.002mm粉粒含量、微团聚体分形维数、总孔隙度、全氮含量、全磷含量和速效钾含量。通过对土壤抗蚀性效应的综合分析,震后不同恢复类型样地的土壤抗蚀性强弱表现为对照样地＞人工种植样地＞自然恢复样地＞地表裸露样地。结合已有研究土壤抗蚀性评价的成果,发现在汶川地震灾区新生水土流失样地植被恢复前期,土壤养分类指标首先被纳入表征不同恢复类型的土壤抗蚀性的优化指标范围,特别是土壤全氮、全磷和速效钾的含量。在植被恢复后期阶段,样地的土壤肥力特征以有机质含量、水稳性团聚体含量的高低表现出来,从而评价土壤抗蚀性能的优化指标由有机胶体类、水稳性团聚体类指标代替了土壤养分类指标。在植被恢复过程中,＜0.05mm粉黏粒含量、稳定入渗率和渗透总量等指标能很好地作为表征土壤抗蚀性的优化指标。

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