川中丘陵区小流域侵蚀产沙与土壤营养元素流失对退耕还林的响应研究

Soil erosion has become a worldwide environmental problem and The Sichuan Hilly Basin has been considered as one of the most severe areas with soil erosion in China. The typical small catchments in different stages of the Reforestation of Marginal Arable Land Project in Sichuan Hilly Basin will be selected as the case study in this study. The study is carried out for providing basis and technology for the assessment and prediction of regional soil and water loss, also providing reference for the study of land deterioration, ecological security and regional development strategy. Soil samples and sediment profiles samples will be collected from different locations in the study catchments. On the basis of the 137Cs and 210Pb tracing technique and field survey, the study will take a systematical investigation including the rate of soil erosion on the slopes under different land use patterns and the sedimentation rate of the pond or reservoir. Simultaneously, Information of the nutrient of soil and sediment derived from physical-chemical analysis will be used to acquire the characteristic of soil nutrient loss. Integrating the result of field survey and the above-mentioned findings, the relationship between the characteristics of soil erosion and sediment and loss of soil nutrient will be found out, and the responses of soil erosion and sediment yield and loss of soil nutrient to the Reforestation of Marginal Arable Land will be also retrieved.

本研究以川中紫色土丘陵区为研究区域，在开展详尽野外实地踏勘的基础上，选择退耕还林不同阶段的典型小流域为对象，通过采集坡地土壤和塘库沉积泥沙样品，一方面利用137Cs和210Pb核素示踪技术，准确查明研究小流域内退耕还林不同阶段各土地利用方式的土壤侵蚀强度和不同时期的塘库泥沙沉积速率；另一方面通过理化测试得到土壤/泥沙样品的主要营养元素数据，研究退耕还林不同阶段土壤营养元素流失的规律。在此基础上，分析小流域侵蚀产沙特征与土壤营养元素流失之间的相关性，并查明退耕还林工程对流域侵蚀产沙特征与土壤营养元素流失的响应规律。本研究可为进一步进行区域水土流失评价和预测提供技术手段和科学依据，也可以为区域土地退化、生态安全和发展战略制定等方面的研究提供有力的参考。

本研究以地处川中紫色土丘陵区的南充市高坪区鸭子口（51.42 hm2，代表长期退耕还林）和陈家小流域（36.81 hm2，代表无退耕还林）为对象，运用核素示踪技术，结合野外调查和3S空间信息技术，开展了退耕还林小流域侵蚀产沙规律方面的研究。主要研究结论如下：.（1）2004年实施退耕还林后，鸭子口小流域的土地利用发生了显著变化：75.49%的旱地转化为果园，旱地面积大幅减少；.（2）采用主成分分析+地理加权回归克里格的方法通过空间插值获得四川省137Cs本底值空间分布，该数据具有较高的预测精度，为运用137Cs示踪技术开展侵蚀泥沙研究奠定了基础；.（3）应用137Cs示踪技术对两个小流域的土壤侵蚀/堆积、塘库泥沙沉积进行了定量研究。2个小流域缓坡旱地侵蚀模数分别为1943.46和1562.12 t·km-2·a-1，林地侵蚀模数分别为643.11和596.46 t·km-2·a-1，水田堆积模数分别为2161.09和1867.69 t·km-2·a-1；实施退耕还林后，鸭子口小流域陡坡旱地侵蚀模数由4016.45 t·km-2·a-1下降至1352.60 t·km-2·a-1，土壤侵蚀强度显著下降，退耕还林工程具有明显的减蚀效应；通过塘库沉积泥沙137Cs峰值层位断代，确定鸭子口塘库和陈家塘库1963年以来的泥沙沉积速率分别为1.358 cm·a-1和1.519 cm·a-1。.（4）综合坡地土壤侵蚀、塘库泥沙沉积等研究成果，定量研究2个小流域的泥沙平衡过程，并在此基础上探讨了流域侵蚀产沙对退耕还林的响应。鸭子口小流域在实施退耕还林、流域内陡坡旱地转化为果园后，侵蚀产沙特征发生了较显著变化。果园区域的土壤侵蚀强度有了较大的下降，土壤侵蚀量年均减少了268.78 t，减蚀达66.32%；小流域产沙模数由1275.57 t·km-2·a-1减少到753.02 t·km-2·a-1，年均产沙量减少了268.68 t，减沙达40.97%，退耕还林工程水土保持效果明显。.（5）分析4种土壤营养元素在坡面的空间分异特征及土壤侵蚀强度与营养元素流失的相互关系。各营养元素含量的最大值均出现在下坡位置；从土地利用类型来看，各营养元素含量高低排序大致为林地>果园>旱地；土壤侵蚀模数与有机质、有效磷流失存在显著负相关关系：随着土壤侵蚀强度的增大，土壤中这2种营养元素的含量不断减少。