基于水文过程三峡库区林地土壤结构分形特征对土壤酸缓冲作用

酸沉降对生态系统的危害是当今天世界重大的环境问题，土壤酸化已成为土壤退化的又一主要原因。三峡库区是我国降雨酸度较高、酸雨频发的区域之一，面临严重土壤酸化威胁。本项目采用分形理论，开展土壤结构定量化研究；以坡面尺度水文过程为桥梁，研究土壤结构对土壤酸缓冲体系、土壤酸沉降敏感性和土壤酸临界负荷的作用。同时，研究各层次土壤结构在土壤酸缓冲作用中的贡献率。利用分形理论开展土壤物质交换是土壤学的热点、酸缓冲研究是环境学热点，本项目将这两个研究热点之间建立起关系，使土壤学、环境学、水文学在林学中交叉，系统解决土壤结构对土壤酸缓冲作用这一科学问题。同时，为防止三峡库区土壤结构退化从土壤酸缓冲角度提供依据。

酸沉降对生态系统的危害是当今天世界重大的环境问题，土壤酸化已成为土壤退化的又一主要原因。三峡库区是我国降雨酸度较高、酸雨频发的区域之一，面临严重土壤酸化威胁。本项目采用分形理论，开展了土壤结构定量化研究；以坡面尺度水文过程为桥梁，研究了土壤结构对土壤酸缓冲体系、土壤酸沉降敏感性和土壤酸临界负荷的作用以及各层次土壤结构在土壤酸缓冲作用中的贡献率。结果表明：1) 对于表达土壤结构常用的四个指标，>0.2mm团聚体累积量、平均质量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和土壤分形维数（D）在表层（A层）土壤中均表现为：针阔混交林最优，阔叶林优于灌木林，毛竹林和裸地较差。2）缙云山土壤分形特征表现为：机械组成分维明显大于微团聚体分维和孔隙分维，各层之间孔隙分维变异最大，从表层到底层，孔隙分维呈下降趋势；根据土壤入渗过程曲线将入渗过程划分为3个阶段：①初渗阶段(0-5 min)；②过渡阶段(5-30min)；③稳渗阶段(30-180min)。在初渗阶段，入渗率主要受A1层土壤结构影响；在过渡阶段，入渗率主要受AB层孔隙组成和B层土壤结构影响；稳渗阶段，C层土壤结构是入渗率的主要影响因子。土壤入渗过程受土壤机械组成、微团聚体和孔隙组成的综合影响。在入渗整个过程中灌木林地的入渗率远大于其他林地和农耕地。在初渗阶段，农耕地大于其他林地；到稳渗阶段，林地大于农耕地。3）缙云山降水酸性较强，pH=4.57，SO4 2-/NO3-=9.78，酸雨类型为典型的硫酸型酸雨。缙云山三种林分的酸缓冲能力大小顺序为：毛竹林>针阔混交林>阔叶林。同一林分，不同层次的缓冲能力大小为：土壤层>枯落物层>林冠层。4）四种典型林分表层土壤缓冲容量大小顺序为：阔叶林（71.43 mmol•kg-1）>混交林（66.67mmol•kg-1）>常绿阔叶灌丛（62.50mmol•kg-1）>毛竹林（45.45mmol•kg-1）。而土壤酸害容量受土壤酸缓冲容量和土壤初始pH值综合影响，四种林分表层土壤酸害容量大小顺序为：灌丛（40.00 mmol•kg-1）>混交林（32.00 mmol•kg-1）>毛竹林（29.09 mmol•kg-1）>常绿阔叶林（26.50 mmol•kg-1）。5）三峡库区酸临界负荷和营养氮临界负荷值分别在0-10.3keq•ha-1•yr-1和0-3.5keq•ha-1•yr-1。