薄层土石山区坡改梯关键技术及土壤环境效应研究

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坡改梯是薄层土石山区控制水土流失，实现农业可持续发展的重要措施。本文基于对土石山区不同类型梯田的实地调查采样，通过室内实验分析，结合模型计算和仿真软件模拟等方法，分析了土石山区坡改梯对流域地形、土壤侵蚀量、坡面稳定性和土壤养分空间分布特征的影响，并结合坡面稳定性、土壤流失量和土壤肥力恢复年限提出了不同坡度和土层厚度下修建水平梯田和坡式梯田的建议规格。论文取得的主要成果如下：
　　(1)坡改梯增加了坡面表面积和坡面粗糙度，降低了坡度、坡长和坡面侵蚀量。基于对5块典型坡耕地的分析表明：修建梯田后表面积增大了23.46％：平均坡长由原来的50.90 m，骤降至修建梯田后的2.23 m；坡度坡长因子减少为原来的17％。同时水流动力指数平均值从1.67降至0.21，输沙能力指数平均值从1.56降至0.20。坡改梯的田坎坡度越大、数量越多，梯田的侵蚀量越大，但其仍远小于坡耕地的侵蚀量。
　　(2)坡改梯后坡面的安全系数虽有所下降，但其仍很稳定。在15°的坡面上修建梯田后坡面安全系数降低了45％。在25°的坡面上二修建梯田，安全系数降低了73％。在相同的坡长和坡度下，梯田安全系数与田坎坡度及土层厚度呈反比，而与田面宽度呈正比；但在田坎坡度为90°时，梯田安全系数最高。此外，生态护坎可以增加坡面的整体稳定性。
　　(3)梯田的土壤颗粒分形维数较坡耕地大，土壤含水量也相对较高。相同的土层深度下，土壤团聚体含量(>O．25 mm)、平均重量直径和几何平均直径均表现为坡耕地>梯田。在4-11月监测期间，坡耕地和梯田的土壤含水量在不同土层深度下均表现为中等变异；0～20 cm土层梯田土壤含水量平均值比坡耕地高36％，20～40 cm土层梯田土壤含水量平均值比坡耕地高12％，40～60 cm土层梯田土壤含水量平均值比坡耕地高23％。模糊数学综合评价法对坡耕地和梯田的土壤质量评价表明，总体上梯田和坡耕地的士壤质量是一致的。
　　(4)梯田的土壤有机碳密度和全氮密度均大于坡耕地。梯田和坡耕地的土壤有机碳和总氮含量均随土层深度的增加而降低，且不同土层下的含量存在极显著差异(p<0．01)。不同土地利用下的有机碳密度平均值为梯田>林地>草地>坡耕地，梯田、林地、草地和坡耕地的有机碳密度平均值分别为4．40、4．31、3．86和3．62 kg/m2；不同土地利用下的全氮密度平均值为梯田>林地=草地>坡耕地，梯田、林地、草地和坡耕地的全氮密度平均值分别为0.17、0.16、0.16和0.15 kg/m2。
　　(5)分析得到了不同坡度和土层厚度下水平梯田与坡式梯田的最佳断面布局方案。以坡面坡度和土层厚度为约束条件，结合坡面稳定性、土壤侵蚀量和土壤肥力恢复年限，在坡面稳定的条件下，确保土壤流失量小于研究区允许土壤流失量，同时以土壤肥力恢复年限最小为目标，得到了不同坡度和土层厚度下修建水平梯田与坡式梯田的布局方案。

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作者
成玉婷;
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作者单位

西安理工大学;

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授予单位西安理工大学;
学科水土保持与荒漠化防治
授予学位硕士
导师姓名李鹏,徐国策;
年度 2015
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 S157.31;
关键词
土石山区; 坡改梯; 稳定性分析; 土壤养分; 断面布局; 环境效应;

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