我國(guó)紫色土旱地資源共有1889.1萬(wàn)hm2,集中分布在四川盆地,占全國(guó)紫色土面積的51.28%。紫色土成土速率快、耕性和生產(chǎn)力高;但其也具有侵蝕性高、抗旱性差、土壤退化嚴(yán)重等特征。紫色丘陵區(qū)坡耕地作為四川省和重慶市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主體區(qū)域,主要分布在盆地丘陵和盆周山區(qū)。近年來(lái)在降雨、地形等自然因素和耕作、施肥等人為因素的綜合作用下,紫色土坡耕地耕層土壤退化、土地生產(chǎn)力下降和面源污染生態(tài)問(wèn)題等十分突出,坡耕地嚴(yán)重的水土流失也導(dǎo)致庫(kù)區(qū)面源污染日益加重。耕層土壤既是坡耕地水土流失對(duì)象,又是保證農(nóng)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基本條件。耕層土壤剖面結(jié)構(gòu)和理化性狀是影響土壤質(zhì)量的根本原因,也是綜合反映土壤肥力的重要因子;了解坡耕地耕層土壤質(zhì)量變化及特征,明確坡耕地耕層障礙因素,加強(qiáng)坡耕地耕層土壤有效管理,切實(shí)提高坡耕地耕層土壤質(zhì)量是保證區(qū)域糧食安全和生態(tài)安全的重要前提條件。本文通過(guò)野外調(diào)查及資料查閱,分析了重慶市紫色土坡耕地分布特征及質(zhì)量演變過(guò)程,揭示坡耕地耕層質(zhì)量演變的種植制度、降雨、耕作等驅(qū)動(dòng)力作用特點(diǎn);以紫色丘陵區(qū)不同坡耕地高產(chǎn)和低產(chǎn)耕層為研究對(duì)象,通過(guò)耕層剖面調(diào)查和室內(nèi)理化性質(zhì)試驗(yàn),深入分析不同坡耕地耕層剖面構(gòu)型、土壤物理特性和土壤養(yǎng)分等方面差異性,揭示坡耕地耕層剖面結(jié)構(gòu)特征;采用室內(nèi)環(huán)刀入滲法,分析了不同坡耕地耕層入滲和保水性能;同時(shí)通過(guò)干篩和濕篩法,研究了不同坡耕地耕層土壤穩(wěn)定和保土性能;通過(guò)構(gòu)建農(nóng)作物—耕層耦合協(xié)調(diào)模型,分析了坡耕地農(nóng)作物—耕層耦合協(xié)調(diào)程度,基于紫色丘陵區(qū)典型種植制度油菜-玉米/大豆診斷了坡耕地耕層適宜性,并深入剖析了耕層障礙因素。主要結(jié)論如下:(1)紫色丘陵區(qū)坡耕地在重慶市水土保持區(qū)劃的四個(gè)分區(qū)內(nèi),其坡耕地的坡度級(jí)和地力等級(jí)分布差異顯著。重慶市坡耕地均集中分布在6-15°和15-25°兩個(gè)坡度級(jí),6-15°范圍內(nèi)的坡耕地面積在該區(qū)域所占比例表現(xiàn)為:四川盆地南部中低丘土壤保持區(qū)(53.81%)川渝平行嶺谷山地保土人居環(huán)境維護(hù)區(qū)(49.86%)鄂渝山地水源涵養(yǎng)保土區(qū)(41.37%)大巴山山地保土生態(tài)維護(hù)區(qū)(34.66%);不同區(qū)域內(nèi)各地力等級(jí)所占比例差異明顯,大巴山山地保土生態(tài)維護(hù)區(qū)表現(xiàn)為三等四等二等五等一等,其比例分別為36.367%、28.034%、19.510%、10.821%、5.269%;鄂渝山地水源涵養(yǎng)保土區(qū)也呈現(xiàn)相同變化趨勢(shì);在四川盆地南部中低丘土壤保持區(qū),分布比例為四等(32.129%)三等(27.313%)五等(22.735%)二等(13.892%)一等(3.931%),川渝平行嶺谷山地保土人居環(huán)境維護(hù)區(qū)變化趨勢(shì)一致。(2)在重慶市不同水土保持區(qū)劃單元內(nèi),坡耕地耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量受自然因素和人為作用綜合影響表現(xiàn)出較大區(qū)域差異性。在各個(gè)區(qū)劃單元,土壤有機(jī)質(zhì)含量均呈增加趨勢(shì),增加幅度表現(xiàn)為:四川盆地南低丘土壤保持區(qū)(12.85%)大巴山山地保土生態(tài)維護(hù)區(qū)(11.55%)鄂渝山地水源涵養(yǎng)保土區(qū)(10.38%)川渝平行嶺谷山地保土人居環(huán)境維護(hù)區(qū)(6.38%),坡耕地土壤氮磷養(yǎng)分含量也呈現(xiàn)不同程度增加趨勢(shì)。重慶市紫色土坡耕地普遍存在不同程度土壤酸化現(xiàn)象,耕地土壤ph值變異系數(shù)為-15.66~-1.27%。實(shí)施橫壟+秸稈覆蓋能有效減少氮磷鉀養(yǎng)分流失,提高作物產(chǎn)量,這主要是坡耕地地表覆蓋物和土壤有機(jī)質(zhì)含量增加,增強(qiáng)了坡耕地土壤抗侵蝕性能。實(shí)施橫坡耕作、秸稈覆蓋等土壤管理措施可有效地改善土壤理化性狀,提高耕層土壤質(zhì)量,增加農(nóng)作物產(chǎn)量。(3)不同紫色土坡耕地0~20cm耕層剖面結(jié)構(gòu)、顆粒組成和理化性質(zhì)差異顯著。坡耕地耕層剖面主要表現(xiàn)為疏松或較疏松,其緊實(shí)度分布在5.31~8.46kg/cm2,具有團(tuán)粒狀、粒狀等多種結(jié)構(gòu),農(nóng)作物根系大量分布;高產(chǎn)類型坡耕地耕層土壤緊實(shí)度均低于低產(chǎn)類型,玉米和煙草高產(chǎn)耕層土壤緊實(shí)度較其低產(chǎn)坡耕地分別減少了32.10%、9.11%;不同類型坡耕地耕層土壤容重差異較大且隨耕層深度增加而增加,玉米高產(chǎn)0-20cm、20-40cm、40-60cm耕層土壤容重較低產(chǎn)分別降低了8.83%、13.80%、3.50%,煙草高產(chǎn)耕層在相同土層深度則分別降低7.44%、17.86%、14.11%。不同類型坡耕地耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量大小為:玉米高產(chǎn)耕層(15.30g·kg-1)煙草高產(chǎn)耕層(14.80g·kg-1)煙草低產(chǎn)耕層(14.30g·kg-1)玉米低產(chǎn)耕層(11.80g·kg-1),土壤全氮含量變化具有相同變化,這主要是低產(chǎn)耕層作物蓋度較低且坡度較大,導(dǎo)致其在降雨條件下養(yǎng)分衰減程度較高。研究表明,高產(chǎn)紫色土坡耕地耕層剖面表現(xiàn)為土壤疏松、土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量較高,土壤質(zhì)地和緊實(shí)度是影響耕層剖面結(jié)構(gòu)性能的主要因素。(4)不同類型紫色土坡耕地耕層、不同土層深度的土壤入滲速率差異明顯。紫色土坡耕地耕層土壤入滲速率隨土層深度而降低,0-20cm、20-40cm、40-60cm耕層土壤穩(wěn)定入滲率分別為5.80-9.58mm/min、2.81-4.35mm/min、0.98-1.96mm/min,表層為亞表層和底層分別為2.15、5.24倍;耕層土壤累積入滲量直線下降,玉米高產(chǎn)耕層20-40cm、40-60cm土層較0-20cm分別降低84.85%、91.63%,而煙草高產(chǎn)耕層則分布降低78.54%、86.85%;這種入滲性能有利于耕層土壤水分蓄存。玉米高產(chǎn)0-20cm、20-40cm、40-60cm耕層土壤初始入滲速率較低產(chǎn)分別增加70.95%、2.62%、19.20%,其穩(wěn)定入滲率較低產(chǎn)分別增加65.17%、35.59%、77.55%;而煙草高產(chǎn)耕層土壤初始入滲速率在相同土層深度則分別增加14.94%、20.53%、20.39%,其穩(wěn)定入滲率較低產(chǎn)則分別增加32.90%、52.10%、7.69%,這說(shuō)明低產(chǎn)耕層土壤容重大且孔隙度低導(dǎo)致其透水、保水性能低,試驗(yàn)表明,紫色土坡耕地高產(chǎn)耕層土壤入滲性能表現(xiàn)為穩(wěn)定入滲率高、累積入滲量大,土壤質(zhì)地和孔隙度是影響耕層蓄水性能的主要因素。(5)不同類型紫色土坡耕地耕層土壤團(tuán)聚體和力學(xué)穩(wěn)定性差異明顯,0-20cm耕層土壤穩(wěn)定性指數(shù)表現(xiàn)為煙草高產(chǎn)耕層(2.96)玉米高產(chǎn)耕層(2.55)煙草低產(chǎn)耕層(2.45)玉米低產(chǎn)耕層(2.38),耕層土壤抗剪強(qiáng)度大小依次為玉米低產(chǎn)耕層(36 KPa)玉米高產(chǎn)耕層(29 KPa)煙草低產(chǎn)耕層(25 KPa)煙草高產(chǎn)耕層(21KPa),耕層土壤貫入阻力依次為玉米低產(chǎn)耕層(1.8MPa)玉米高產(chǎn)耕層(0.95MPa)煙草低產(chǎn)耕層(0.7MPa)煙草高產(chǎn)耕層(0.4MPa)。紫色土耕層土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)組成均以5 mm,5~3 mm和1~0.5 mm三個(gè)粒級(jí)為主,0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量分布在41.50-89.71%;不同耕層深度土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體粒徑組成分布存在明顯差異,5 mm,5~3 mm和3~2 mm三個(gè)粒級(jí)團(tuán)聚體含量隨著土層深度降低,而1~0.5 mm和0.5~0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量增加,這主要是大顆粒團(tuán)聚體分散成小顆粒導(dǎo)致其含量增加。1 mm水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量隨著耕層顯著降低,玉米高產(chǎn)20-40cm、40-60cm耕層較0-20cm分別降低20.99%、37.52%,而煙草高產(chǎn)耕層則分別降低15.18%、24.89%。坡耕地耕層土壤抗剪強(qiáng)度和貫入阻力隨著耕層深度增加均呈現(xiàn)先增加后急劇降低趨勢(shì),土壤抗剪強(qiáng)度峰值出現(xiàn)在20~40cm耕層,而土壤貫入阻力峰值出現(xiàn)在40~50cm耕層。相關(guān)試驗(yàn)表明,高產(chǎn)紫色土坡耕地耕層穩(wěn)定性表現(xiàn)為表層機(jī)械穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量高、表層土壤抗剪強(qiáng)度和貫入阻力較低,土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤緊實(shí)度和容重是影響耕層保土性能和耕作性能的主要因素。(6)采用農(nóng)作物—耕層耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)模型對(duì)紫色土坡耕地農(nóng)作物—耕層耦合協(xié)調(diào)程度進(jìn)行了區(qū)間界定和類型劃分。CCE中蓋度、種類數(shù)量、生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量指標(biāo)的綜合權(quán)重值分別為0.0739、0.0345、0.1832、0.7084;在PCE中,物理特性中的田面坡度、耕層厚度、土壤容重和土壤質(zhì)地綜合權(quán)重值分別為0.1055、0.1533、0.1742、0.1013,而養(yǎng)分狀況的pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀綜合權(quán)重值分別為0.0561、0.1334、0.1079、0.0832、0.0852。紫色土坡耕地農(nóng)作物-耕層協(xié)調(diào)類型可劃分成4個(gè)大類、10種類型,即失調(diào)衰退型(0-0.2)、瀕臨失調(diào)(0.2-0.5)、基本協(xié)調(diào)(0.5-0.7)、高度協(xié)調(diào)(0.7-1.0);紫色土坡耕地耕層障礙因素主要是土壤剖面結(jié)構(gòu)劣化、土壤淺薄化、養(yǎng)分貧瘠化等,紫色土坡耕地耕層不良剖面構(gòu)型可分為砂土通體型、粘土通體型、薄層型、底漏砂型、粘質(zhì)夾砂型5種,紫色土坡耕地耕層淺薄化值隨著侵蝕程度加劇而增大,而抵抗季節(jié)性干旱能力隨著土層深度減小而明顯降低;綜合野外調(diào)查和試驗(yàn)分析,紫色土坡耕地合理耕層主要表現(xiàn)耕層厚度60cm、土壤容重為1.10~1.25g/cm3、土壤質(zhì)地壤土或砂質(zhì)壤土、土壤結(jié)構(gòu)為壤—粘—壤粘質(zhì)墊層型,或者通體壤構(gòu)型、土壤抗剪強(qiáng)度12.5~68.0KPa、土壤有機(jī)質(zhì)含量≥2.5%。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：S151.9
【文章目錄】：摘要
Abstract
第1章 文獻(xiàn)綜述
1.1 坡耕地土壤質(zhì)量的概念
1.2 土壤侵蝕對(duì)坡耕地土壤質(zhì)量的影響
1.3 坡耕地土壤質(zhì)量影響因素
1.4 坡耕地土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)
1.5 存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)
1.6 選題意義
第2章 研究?jī)?nèi)容與研究方法
2.1 研究目的及研究?jī)?nèi)容
2.2 研究區(qū)概況
2.3 研究方法
2.4 數(shù)據(jù)分析與處理
第3章 紫色丘陵區(qū)坡耕地質(zhì)量演變特征及驅(qū)動(dòng)力
3.1 坡耕地資源及質(zhì)量分布特征
3.2 坡耕地肥力演變特征
3.3 坡耕地質(zhì)量演變驅(qū)動(dòng)力
3.4 本章小結(jié)
第4章 紫色丘陵區(qū)坡耕地耕層結(jié)構(gòu)及土壤理化特征
4.1 紫色丘陵區(qū)坡耕地耕層剖面構(gòu)型特征
4.2 紫色丘陵區(qū)坡耕地耕層物理性狀特征
4.3 紫色丘陵區(qū)坡耕地耕層養(yǎng)分含量特征
4.4 本章小結(jié)
第5章 紫色丘陵區(qū)坡耕地耕層蓄水保土及耕性特征
5.1 坡耕地耕層蓄水性能
5.2 坡耕地耕層保土性能
5.3 坡耕地耕層耕性特征
5.4 本章小結(jié)
第6章 紫色丘陵區(qū)坡耕地農(nóng)作物-耕層適宜性診斷
6.1 耦合協(xié)調(diào)度指標(biāo)體系構(gòu)建及權(quán)重確定
6.2 綜合評(píng)價(jià)模型建立和耦合關(guān)系評(píng)判
6.3 坡耕地農(nóng)作物與耕層耦合協(xié)調(diào)診斷
6.4 紫色土坡耕地耕層障礙因素分析
6.5 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論與建議
7.1 結(jié)論
7.2 建議
參考文獻(xiàn)
試驗(yàn)附圖
致謝
參加課題、論文發(fā)表及獲獎(jiǎng)情況
一、主研科研課題
二、發(fā)表論文情況
三、獲獎(jiǎng)情況
四、參與規(guī)劃設(shè)計(jì)類課題
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本文編號(hào)：
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