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高寒草地沙化过程中土壤物理性质变化研究 川西北沙化土地现状 四川西北部位于四川省西部，青藏高原东南端。它包括18个四川省甘孜藏族自治省和13个陕西省阿坝藏族自治省，总面积为23.7万公里。2009年川西北沙化土地面积达82.19万hm2,占全省沙化土地的89.9%。1994年至2009年间沙化总面积增加了28.1%,表明川西北草地呈严重沙化的趋势,土地沙化已经严重影响区域生态安全和经济可持续发展。 对川西北高寒沙区草地沙化进程中土壤物理性质变化的研究尚不多见,本研究以川西北高寒沙区典型沙化县—理塘县为例,以不同沙化程度高寒草地土壤物理性质的变化为研究重点,以揭示高寒草地沙化进程中土壤物理性质的变化规律,为川西北高寒沙区沙化草地的生态治理及恢复研究与实践提供基础数据。 1 草地与海拔 理塘县位于四川省西部、甘孜藏族自治州西南部,地处康南中心,地理位置为东经99°19′~100°56′,北纬28°57′~30°43′。幅员面积14 182 km2,其中草地面积占总面积58.9%,县城海拔4 014.187 m,素有“世界高城”之称。 理塘县气候属大陆性高原季风气候,多年来平均降雨量718.9 mm,平均蒸发量767.8 mm,平均气温为3.5 ℃,1月平均气温为-6.7℃,7月平均气温为11 ℃,极端最高气温为25.6 ℃,极端最低气温为-30.6 ℃,≥0 ℃积温3 256 ℃,≥10 ℃的积温2 301.2 ℃,年平均风速为12 m·s-1,最大风速为25 m·s-1,多为东北风,年平均风日数24.3(≥8级),平均风能密度7.6 w·m-2。 2 学习方法 2.1 沙化类型的确定 沙化土地技术指标依据《四川省沙化监测技术操作细则》中的相关标准执行。具体划分标准见表1。 2.2 土壤样品的采集 采用空间序列代替时间序列的研究方法, 2012 年8月在理塘县的高城镇和奔戈乡进行取样,在不同沙化类型的草地上分别随机布设20个10 m×10 m 的样方,在每个样方的四角和中部共选设5个点,按0~20 c m 和20 cm ~40 cm 深度分层取样,每个土层用环刀取原状土,带回室内测定容重、毛管孔隙度和总孔隙度,同时分层采集一定质量土样(每层质量不小于1 kg),带回室内进行土壤粒径等相关分析。土壤容重、孔隙度测定采用环刀法,土壤粒径分析采用简易比重计法。 3 结果与分析 3.1 沙化草地砂粒含量与机械组成的关系 土壤是由大小不同的土粒按不同的比例组合而成的,这些不同的粒级混合在一起表现出的土壤粗细状况,称土壤机械组成或土壤质地。土壤机械组成是土壤最基本的物理性质之一,也是影响土壤水肥状况的关键因子。 研究区高寒草地土壤机械组成整体较粗,土壤中砂粒含量比重很大,表明研究区土壤中有较多的沙物质,即本身存在沙化的物质条件。天然草地在0~20 cm层和20 cm~40 cm层深度中平均砂粒(0.05 mm)含量分别为77.06%、75.29%,平均粘粒(0.02 mm)含量分别为12.03%、12.77%;而沙化草地在0~20 cm层深度中平均砂粒含量在82.11%~92.13%之间,粘粒(0.02 mm)含量仅在4.14%~8.52%之间;沙化草地在20 cm~40 cm层深度中平均砂粒含量在80.01%~92.55%之间,粘粒(0.02 mm)含量仅在4.23%~9.54%之间。和北方相关沙区比较,在0~20 cm层,沙化草地砂粒含量(平均砂粒含量为82.11%~92.13%)要普遍小于科尔沁沙地(平均砂粒含量为86.9%~98.9%)和浑善达克沙地(根据研究王利兵的研究,其半固定沙地表层平均砂粒含量达96.9%)。 随沙化程度的加剧, 0~20 cm层和20 cm~40 cm层总体呈现出砂粒含量逐步增加,而粘粒和粉粒(0.002 mm~0.05 mm)含量逐步下降的趋势,见图1,图2,图3。表明在高寒草地的沙化进程中随着植被盖度降低,使得上层土壤受到风蚀作用影响逐步粗化从而使其机械组成的呈现层间差异。 根据Bagnold研究,风吹沙粒的粒径一般在0.15 mm~0.30 mm,土壤中粒径0.05 mm~0.5 mm的颗粒比重越高,土壤越容易发生风蚀且风蚀程度越大。从本次调查的样地来看,以粒径在0.05 mm~0.5 mm之间的砂粒所占比重最大,均在72%以上,表明理塘县高寒草地土壤本身容易发生风蚀。 其中,天然草地在0~20 cm层和20 cm~40 cm层深度中粒径(0.05 mm~0.5 mm)平均含量(占总的机械组成)分别为74.24%、74.26%;沙化草地在0~20 cm层和20 cm~40 cm层深度中粒径(0.05 mm~0.5 mm)含量(占总的机械组成)分别达75.73%~82.75%、72.89%~86.79%