论文部分内容阅读
酸雨和土壤侵蚀是三峡库区重要的环境问题,土壤团聚体稳定性是土壤侵蚀领域相关研究的重要指标,本论文针对酸雨所引起的土壤退化问题,以三峡库区典型黄壤为研究对象,通过野外动态监测、室内理化分析及模拟实验相结合的研究方法,从土壤自身性质与酸雨的相互作用出发,揭示了研究区干湿交替、结皮发育以及酸雨淋溶过程中土壤团聚体稳定性的动态变化过程与机理,探究了酸雨与典型林分类型的交互作用关系,阐明了酸雨背景下土壤团聚体稳定性主要影响因素。主要结论如下:(1)探究了干湿交替作用下土壤团聚体动态变化及土壤团聚体粒级的再分布状况。发现1~2次干湿交替有利于团聚体内部>0.5 mm粒径的微团聚体聚合从而可以增强土壤团聚体对FW处理下“消散”作用的抵抗力,但是这种聚合作用存在不稳定性的特点。当>3次干湿交替作用时,聚合作用消失,新聚合形成的>0.5 mm粒径的微团聚体呈现破碎趋势。土壤团聚体对“消散”作用的抵抗力也随之在降低。土壤团聚体在黏粒膨胀作用(SW)和机械破碎作用(ST)处理下的稳定性始终随着干湿交替次数的增加而降低。干湿交替作用对“消散”作用下土壤团聚体稳定性的影响程度最小,而对黏粒膨胀和机械破坏作用下团聚体稳定性的影响程度较大,并且干湿交替对大粒级团聚体稳定性的影响大于小粒级团聚体。(2)分析了酸雨和枯落物交互作用下土壤团聚体聚合过程及其稳定性的动态变化。枯落物添加可以促进土壤呼吸速率,极大促进土壤团聚体的聚合作用,促使土壤中>2 mm大团聚体的形成,从而增强土壤团聚体稳定性。而酸雨对土壤呼吸速率有显著抑制作用,并且极大程度的抑制了土壤团聚体的聚合作用。具体表现为抑制土壤中>2 mm大团聚体形成过程,并且降低土壤团聚体稳定性。模拟酸雨对土壤团聚体稳定性(MWDw)的影响在不同的团聚体破碎处理方式之间存在显著差异性。在快速湿润处理下,酸雨对土壤团聚体稳定性的影响不明显。而在慢速湿润和机械破碎处理下,酸雨淋溶极大降低了土壤团聚体稳定性。随着酸雨pH值降低,其对团聚体稳定性的影响越显著。(3)揭示了结皮发育过程中土壤团聚体稳定性动态变化。在自然降雨作用下,表土结皮容重逐渐上升,说明结皮逐渐发育完成,但是其稳定程度存在临界阈值,当遭遇超过临界阈值的降雨时,表土结皮会在此破碎重新发育。表土结皮层团聚体稳定性在次降雨作用下动态变化显著。随着累积降雨量的增加,MWDFW呈现出明显的上升趋势,而MWDSW、MWDWS上升幅度较小。在自然降雨的影响下,结皮层和下层土壤团聚体稳定性存在较大差异,一般表现为结皮层团聚体稳定性高于下层土壤,且随着降雨场次的增加,两者之间差异逐渐增大(4)阐明了酸雨与三峡库区(重庆段)典型林分土壤间交互作用。发现研究区秋冬季酸雨pH值偏低、酸雨频率较高;春夏季由于降雨频繁,酸雨状况比于秋冬季节略好。林冠层对酸雨成分的影响在春夏季和秋冬季存在着显著差异,主要表现为春夏季降雨经过林冠层后pH上升,秋冬季节下降。枯落物层和土壤层对酸雨成分有显著的影响,降雨经过枯落物层和土壤层后其pH有显著上升。同一土壤在不同的pH阶段酸缓冲能力相差很大,当pH>3.0时,此时起主要主要缓冲作用的为土壤有机质、CEC、交换性A13+等缓冲物质;当pH<3.0时,土壤的主要缓冲机制为土壤矿物质的风化。(5)明晰了酸雨作用下典型林分土壤团聚体稳定性及主要影响因素。长期酸雨淋溶作用下研究区土壤酸化现象严重,土壤pH值均在4.1以下。土壤盐基离子、阳离子交换量(CEC)含量较低,而交换性A13+、土壤有机质及土壤粘粒含量较高。研究区土壤团聚体在不同破碎机制下稳定性差异性较大,5种林分类型所有剖面层次的土壤团聚体稳定性均表现出MWDST>MWDsw>MWDFW。整体而言,5种林分类型团聚体稳定性表现为灌木林(2.61 mm)>阔叶林(2.62 mm)>混交林(2.31mm)>农地(2.22 mm)>毛竹林(1.61mm)。研究区土壤团聚体在不同破碎处理方式下的稳定性其主要影响因素不同,FW处理方式小团聚体稳定性主要受交换性A13+和K+的影响。而SW和ST处理下土壤团聚体稳定性主要受交换性Ca2+、Mg2+、粘粒含量以及有机质含量影响。土壤pH值和交换性Na+与3种处理下土壤团聚体稳定性均呈负相关关系(P<0.05)。