摘要:調查筍溪河河岸帶土壤和水體的質量變化及土壤侵蝕特征,為筍溪河及相關流域生態(tài)治理及修復提供理論支撐。以三峽庫尾重慶筍溪河流域為研究對象,進行河岸帶不同區(qū)段44個樣點的土壤分層調查和水體采樣測定,采用聚類分析、方差分析和相關性分析,探討庫尾小流域河岸帶土壤質量、水體質量的變化特征、空間分布格局以及兩者之間的相關關系,并估算土壤侵蝕對河流水體造成的影響。結果表明:(1)筍溪河河岸帶土壤質量受河流區(qū)段的影響,在河岸帶縱向和土壤垂直方向上具有不同的變化規(guī)律。除粒徑外,全河段土壤各理化性質在0~20 cm與20~40 cm土層間均呈極顯著差異(Plt;0.01),具有一定的垂直分異。單因素方差分析顯示,沿河流走向上、中、下游各土層之間的土壤持水性能、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、通氣度、pH、全磷和有效磷均呈極顯著差異(Plt;0.001),空間異質性明顯。(2)河岸帶水體呈堿性,水溫從上游到下游逐漸升高,COD、總氮、總磷均呈現(xiàn)下游積聚現(xiàn)象,且在全河段空間分布上呈極顯著差異(Plt;0.001)。(3)不同土層土壤質量狀況與水體質量的相關性有一定差異,且水體的化學指標與土壤質量的相關性更強。(4)河岸帶土壤以砂粒為主(50.34%~65.54%),土壤可蝕性K值在全河段的差異不顯著(Pgt;0.05);20~40 cm土層土壤可蝕性K值較大,與0~20 cm土層相比具有更高的侵蝕風險。
關鍵詞:河岸帶;土壤質量;水體質量;相關性;土壤可蝕性K值;筍溪河
中圖分類號:X522" " " " 文獻標志碼:Anbsp; " " " 文章編號:1674-3075(2025)01-0070-11
河岸帶生態(tài)系統(tǒng)是一個組成相對復雜,結構極易受水文環(huán)境和人為活動影響的生態(tài)區(qū)域,具有獨特的物質承載及組合(Capon 8-pettit,2018)。它對河流水文效應有一定的響應過程,是流域生態(tài)保護、源頭治理的關鍵,對于控制農業(yè)面源污染、水土流失和改善水環(huán)境均具有重要價值,是當前生物地球化學循環(huán)的熱門領域(Ngowari et al,2022;Bertolet et al,2018)。作為銜接“水-陸”生態(tài)系統(tǒng)的重要樞紐,河岸帶具有一定的生態(tài)邊界,其主要由近岸土壤、植物和水體等核心物質構成,且各體系之間存在較高的相關性。其中,以河流為主的水體和受流水作用的土壤是河岸帶物質循環(huán)和能量交換的重要媒介(郭二輝等,2021)。
目前,國內對河岸帶的研究多圍繞生物多樣性、水資源利用與污染防治、土壤微觀結構與侵蝕保護等領域(張祎帆 等,2017)。在國外,Keesstra 等(2012)和Eduardo 等(2015)提出了通過建立模型快速定位河岸帶水體、河道形態(tài)和河岸侵蝕特征的方法,在此過程中逐步完善對河岸帶“地形-水體-土壤-植被-底泥”的認識及聯(lián)動,建立了相對完整的生境評價指標體系,并被迅速廣泛應用于河岸帶生態(tài)評價及恢復管理等領域。在河段的橫向及垂直空間中,從近岸帶的河床沉積物到岸上受近岸水體影響的土壤和植被,均表現(xiàn)出生物因素與非生物因素的高度協(xié)同適應。Chula 等(2021)發(fā)現(xiàn)河岸帶水體的水位波動會對表層土壤的二氧化碳和甲烷產(chǎn)生影響,再次呈現(xiàn)出河岸帶“土壤-水體”之間的緊密關系。
在不斷適應河流水體和土壤生物活動的過程中,河岸帶土壤逐漸形成了具有區(qū)域特點的土壤類型,加上洪水過境、泥沙淤積、河流改道和工程建設等因素的影響,河岸帶土壤多呈成層性,其質地、結構多種特征和內部養(yǎng)分物質的含量在土層的垂直方向上均有所差異(Cui et al,2022;Li et al,2022)。除此之外,河岸帶土壤由于受到地形地貌、沿岸土地利用及覆蓋植被等多重空間特征及演變的影響而存在明顯的空間異質性(余飛燕等,2021;Li et al,2020a)。由于河岸帶“土壤”和“水體”分屬于不同的圈層,具有明顯的生態(tài)差異性,受生態(tài)邊界的限制,河岸帶的水化學特征與全域河流有顯著區(qū)別,卻與近岸土壤和植物等密切相關,在中、小流域尺度下,沿河流徑向的水體、土地利用方式和人為活動均是河岸帶土壤功能及其質量狀況的主要影響因子(Feng et al,2021)。孟慶華和楊林章(2000)在三峽庫區(qū)的研究發(fā)現(xiàn),地形決定了徑流匯聚、排水走向及調控土壤侵蝕的強烈程度,進而影響土壤養(yǎng)分的轉移、流失和再分配;同時降水和季節(jié)周期律動使河流水文在驅動河岸帶植被和土壤生物等要素對土壤的作用中,不斷加深了土壤的侵蝕和重建過程。土壤可蝕性K值作為評價土壤對侵蝕敏感程度的重要定量化參數(shù),與河流面源污染有著直接的關系,而土壤質量狀況則是影響K值大小的決定性因素,Williams 等(1983)建立的EPIC(erosion-productivity impact calculator)模型是目前三峽庫區(qū)進行土壤侵蝕應用最廣泛的模型之一。
河流水體污染是目前全球范圍內普遍存在的一個生態(tài)環(huán)境問題,遭受污染的河流不能支持基本的水生功能,也喪失了該有的水體價值。筍溪河是三峽庫區(qū)典型的上游入庫河流,其河岸帶的生態(tài)健康狀況對三峽庫尾地區(qū)及長江流域生態(tài)環(huán)境的治理具有重要的參考價值(孟海等,2022)。目前,河岸帶整體的定量化研究相對較少,且土壤與水環(huán)境的相關性研究在響應聯(lián)動方面尚有不足,為加強庫區(qū)河流的生態(tài)保護,需對小流域尺度內的河岸帶生態(tài)環(huán)境及其組成部分有基本的認識和研究。因此,本研究以重慶市江津區(qū)筍溪河干流的河岸帶為切入點,調查分析各河段河岸帶土壤和水體的質量變化及土壤侵蝕特征,以期對筍溪河河岸帶生態(tài)組成部分的基本狀況有所了解,為科學指導流域生態(tài)治理和修復提供理論支撐。
1" "材料與方法
1.1" "研究區(qū)概況
筍溪河(106°15′~106°31′E,28°37′~29°13′N)位于重慶市西南部,江津區(qū)中東部。常年年均氣溫13.7 ℃,年平均日照時數(shù)1 141.0 h,多年平均降雨量1 522.3 mm,年平均蒸發(fā)量805.5 mm。研究區(qū)河岸帶土壤受張力作用和外營力(流水和地質構造)強烈沖蝕切割作用,抗侵蝕能力較弱。由于地形限制,其干流河岸帶以慈竹(Bambusa emeiensis)等竹類植物為主,并形成帶狀林地,向河岸帶外區(qū)域演替。
1.2" "樣點選擇與區(qū)段劃分
通過2018—2020年多次野外調查,依據(jù)《環(huán)境影響評價技術導則 地表水環(huán)境》(HJ 2.3—2018)、《環(huán)境影響評價技術導則 土壤環(huán)境》(HJ 964—2018),在兼顧筍溪河實際情況和可操作性的基礎上,從河流的發(fā)源地四面山開始布設河岸帶樣點,順流而下至匯入綦江,共設置44個樣點(圖1)。于2021年5月下旬,同步采集44個樣點的土壤和水體樣品,同時記錄樣點的地形環(huán)境,包含海拔、坡度和坡向3個定量因子,坡位和地形地貌2個定性因子。根據(jù)3個定量因子,在R軟件中進行樣點的聚類分析,最終將筍溪河沿河流域分為上、中、下游(表1)。
1.3" "樣品采集與測定
在距離河岸3~5 m的河流中用聚乙烯瓶采集水樣,參照《水與廢水監(jiān)測分析方法》(國家環(huán)境保護總局,2002)現(xiàn)場測定河岸帶水體pH、溫度(WT)、電導率(EC)和溶解氧(DO),之后滴加硫酸調節(jié)pH為2左右,低溫保存于便攜式冰箱,及時帶回實驗室,分析水體化學需氧量(COD)、總氮(WTN)和總磷(WTP),檢測方法分別采用重鉻酸鉀鹽法(HJT 828—2017)、堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度計法(HJ 636—2012)和鉬酸銨分光光度法(GB/T 11893—1989)。
在水樣采集點的河岸100 m范圍內,沿河岸S形隨機布設5點,采集0~20 cm和20~40 cm的混合土樣,其中新鮮土壤樣品存于便攜式冰箱,用于測定硝態(tài)氮(SNN),另一部分土樣經(jīng)風干、磨細過篩,參照《土壤農化分析》(鮑士旦,2000)測定土壤pH、有機碳(SOC)、全氮(STN)、硝態(tài)氮(SNN)全磷(STP)、有效磷(SAP)以及土壤粒徑,同時用環(huán)刀采集各土層的原狀土,測定土壤密度、孔隙度、通氣度以及土壤含水量,包括自然持水量(NC)、容積含水量(VC)、飽和含水量(SC)、毛管含水量(CC)和最小含水量(MC)。
1.4" "數(shù)據(jù)處理
基于土壤有機碳和粒徑分布進行土壤可蝕性K值估算,按照EPIC模型進行計算(Williams et al,1983)。采用ArcGIS 10.8軟件繪制采樣圖,Excel 2019和R 4.1.1進行數(shù)據(jù)整理和聚類分析,SPSS 24進行單因素方差分析(one-factor analysis of variance)和LSD多重比較以及Pearson相關性分析。探討各河段河岸帶土壤、水體質量變化特征及空間差異,分析兩者之間的相關性,并估算土壤對侵蝕的敏感程度。
2" "結果與分析
2.1" "河岸帶土壤質量變化特征
2.1.1" "土壤質量的垂直分異" "如表2、表3所示,土壤含水量在全河段垂直空間上的變化規(guī)律并不相同,其中VC表現(xiàn)為0~20 cm(29.02%)lt;20~40 cm(30.60%),而NC、SC、CC和MC則表現(xiàn)為0~20 cmgt;20~40 cm,各含水量指標均呈現(xiàn)極顯著的垂直分異(Plt;0.01)。土壤密度隨土層深度的增加呈遞增趨勢,其在0~20 cm和20~40 cm土層中的均值由1.50 g/cm3增大到1.66 g/cm3,土質逐漸緊實;上游毛管孔隙度在0~20 cm和20~40 cm土層中分別為26.64 %和26.06 %,除此之外,各河段孔隙度在兩土層間均存在極顯著差異(Plt;0.01),總孔隙度和非毛管孔隙度垂直遞減,分別從43.43%減小到37.37%,15.14%減小到7.84%,而毛管孔隙度垂直遞增,從28.18%增大到29.54%。除上游砂粒外,各河段土壤顆粒在兩土層間差異均不顯著(Pgt;0.05),全河段土壤砂粒含量從58.21%下降到57.32%,粉粒含量從19.77%下降到19.57%,均隨土層深度的增加略有減小,僅黏粒含量略有增大,從22.01%增加到23.11%,符合水沙沉積的規(guī)律。土壤pH值由0~20 cm(6.96)到20~40 cm(7.30)逐漸增大,且在各河段均呈極顯著差異;土壤碳、氮、磷具有表層富集現(xiàn)象,0~20 cm土層SOC、STN、STP和SAP極顯著大于20~40 cm土層(Plt;0.01)。
2.1.2" "土壤質量的空間分布" "由表2和表3可知,在河流全域的空間變化中,河岸帶土壤各含水量指標均呈極顯著差異(Plt;0.01),其中NC、VC、0~20 cm土層SC表現(xiàn)為中游lt;上游lt;下游,CC、MC、20~40 cm土層SC則表現(xiàn)為上游lt;中游lt;下游,各含水量監(jiān)測指標均表現(xiàn)出下游最大的空間分布特征。0~20 cm土層土壤密度相對穩(wěn)定,上、中和下游均接近1.50 g/cm3,總孔隙度與毛管孔隙度沿河流走向逐漸增大,非毛管孔隙度逐漸減小,通氣度表現(xiàn)為中游最大;在20~40 cm土層,中、下游的土壤密度接近,分別為(1.68±0.03)和(1.67±0.05 )g/cm3,略大于上游(1.61±0.04 )g/cm3。土壤砂粒含量在中游最大,其在0~20 cm和20~40 cm土層分別為(63.90±10.71)%和(65.54±10.06)%,粉粒含量在下游最大,其在0~20 cm和20~40 cm土層分別為(24.13±7.45)%和(23.66±7.16)%,黏粒含量在0~20 cm土層下游最大,為(25.54±7.41)%,20~40 cm土層上游最大,為(27.73±10.19)%。沿河流走向,土壤pH在2個土層中均表現(xiàn)出從微酸性向微堿性漸變的特性,0~20 cm土層的SOC、STN和SNN在河流區(qū)段間均無顯著差異(Pgt;0.05),STP和SAP則呈極顯著差異;20~40 cm土層的SOC、STN和SAP呈顯著或極顯著差異(Plt;0.05和(Plt;0.01)。
2.2" "河岸帶水體質量變化特征
由表4可知,水溫從上游到下游逐漸升高,上游為(17.15±1.29)℃;下游為(22.98±1.04) ℃,整體保持在(20.89±3.36)℃,DO逐漸減小,平均(7.83±1.18)mg/L;EC呈先降后升、總體增大趨勢,即中游(171.67±24.18)μS/cmlt;上游(192.71±61.37)μS/cmlt;下游(226.52±74.22)μS/cm。單因素方差分析結果顯示,水溫和DO在全河段呈極顯著差異(Plt;0.001),EC差異僅達到顯著水平(Plt;0.05)。筍溪河河岸帶水體呈堿性,全河段pH為8.11±0.27,低于上游,高于中、下游,河段間略有差異;全河段COD呈逐漸增大趨勢(上游lt;中游lt;下游),中、下游的變異系數(shù)分別為53.97%和21.71%,說明COD受河岸區(qū)段的影響,并在隨河流移動的過程中,差異性逐步減小;WTN和WTP在下游的含量顯著高于中上游(Plt;0.01)。水體pH、COD、WTN和WTP在全域的空間分布上均呈極顯著差異(Plt;0.001)。
2.3" "土壤-水體質量的相關性
河岸帶水質狀況與土壤理化性質有一定的相關性,且相關程度因具體指標和土壤深度而異(表5)。在水體物理指標中,WT與0~20和20~40 cm土層的土壤pH、STP、SAP、20~40 cm土層的NC、土壤密度均呈極顯著正相關(Plt;0.001和Plt;0.01);DO與兩土層STP、SAP、20~40 cm土層的NC和土壤密度均呈極顯著負相關(Plt;0.001和Plt;0.01);EC僅與各土層的NC和SAP有一定的相關性,與其他指標的相關性均未達到顯著水平(Pgt;0.05)?;瘜W指標中,水體pH與0~20 cm土層的土壤密度和pH分別呈顯著正相關和顯著負相關(Plt;0.05),與20~40 cm土層的土壤密度、砂粒含量呈顯著負相關,與黏粒含量呈顯著正相關(Plt;0.05);COD與各土層的土壤pH、STP和SAP的相關性最強,均呈極顯著正相關(Plt;0.001);WTN和WTP均與兩土層的NC、STP和SAP呈極顯著正相關,與砂粒和粉粒含量的相關性也達到顯著或極顯著水平(Plt;0.05和Plt;0.01)。與物理指標相比,水體的化學指標與土壤質量的相關性更強。
2.4" "河岸帶土壤可蝕性K值及侵蝕評價
土壤可蝕性K值在不同河段與不同土壤深度上的表現(xiàn)不同(表6),其在0~20 cm與20~40 cm土層分別為0.15~0.30和0.16~0.35,兩個土層土壤均存在較高的侵蝕風險。土壤可蝕性K值在上、中、下游的空間分布中差異不顯著(Pgt;0.05),而在各河段0~20 cm與20~40 cm土層間的垂直分布上均呈極顯著差異(Plt;0.01),20~40 cm土層更容易失去物理機械結構的支撐,發(fā)生下部坍塌、移位和侵蝕。
3" "討論
3.1" "筍溪河河岸帶土壤質量變化特征
土壤的理化性質受地理空間位置、流域尺度、土地利用類型、區(qū)域生境和河流區(qū)段的影響,具有一定的區(qū)域特性和空間異質性,而河岸帶土壤理化性質的差異會直接改變土壤功能,進而對外源氮素輸入過程中土壤對氮素的濾除過程和機制產(chǎn)生重要影響(Sun et al,2021)。筍溪河河岸帶0~20 cm和20~40 cm土壤的各項持水性能指標沿河流走向均表現(xiàn)出下游最大的變化特征,低于四面山其他研究區(qū)的森林土壤而高于農田土壤(吳煜禾等,2011;孫艷紅等,2009),可見土地利用類型在一定程度上決定了土壤持水性能的強弱。楊三紅等(2015)在文峪河的研究結果表明,3種典型河岸林土壤持水量和孔隙度表現(xiàn)為云杉林gt;楊樺林gt;華北落葉松林,說明植被類型的差異也是河岸帶土壤理化性質差異產(chǎn)生的重要原因。筍溪河河岸帶附近多為竹林地,幾乎沒有農耕地,土壤的持水性能與地上覆蓋植被有直接關系,同時也與河岸帶土壤的淹水頻率和流域內景觀格局有關(Li et al,2020b)。本研究結果顯示,20~40 cm的土壤密度和總孔隙度隨河流空間走向呈極顯著差異(Plt;0.001),這與徐建霞和王建柱(2018)在三峽庫區(qū)香溪河流域、余飛燕(2021)在長江流域金馬河溫江區(qū)段的研究結果相似,流域內上、下游的空間格局對土壤物理性質有顯著影響。筍溪河河岸帶土壤顆粒組成以50.34%~65.54%的砂粒為主,其次是18.11%~27.73%的黏粒和16.13%~24.13%的粉粒,在垂直和空間方向上表現(xiàn)出非均勻分布的特征。該結果與馬云等(2011)在重慶忠縣河岸帶的研究結果相似,均表現(xiàn)出砂粒為主、空間分布不均的特點,而與重慶北碚區(qū)黏粒占比最小的研究結果不同(陶俊等,2013)。作為土壤最基本的構成要素,顆粒組成不僅能反映土壤基本礦物的形成及演化過程,還可表示土壤的質地狀況。黏粒含量高導致土壤通氣透水性變差,滲透能力降低,土壤對侵蝕外營力剝離和搬運的敏感性升高,坡地徑流量和泥沙量增加,容易對河流水體造成污染。這是受河岸帶位置、流域水文特性、土壤本底值和地上植被類型等因素綜合影響的結果。
土壤pH沿河流走向從微酸性(6.21)向微堿性(7.62)漸變,與巫山境內的森林土壤pH(7.52~8.02)相比,結果偏小,而與澎溪河流域及其消落帶的土壤pH(5.76~6.90)相比,結果偏大,說明在流域尺度氣候類型穩(wěn)定的條件下,pH與土壤母質、地形因素和地上植被有較大的關系(吳焦焦等,2020;方芳等,2017)。土壤養(yǎng)分的空間分布狀況及其影響因素,直接關系著土壤質量及河岸帶生境的穩(wěn)定性,更是生態(tài)價值評價的基礎。筍溪河0~20 cm土層的SOC、STN和STP含量分別為(7.85±2.34)、(0.70±0.23)和(0.29±0.11)g/kg,而20~40 cm土層為(4.96±1.89)、(0.54±0.21)、(0.23±0.09)g/kg,與庫區(qū)內香溪河流域河岸帶SOC(24.80 g/kg)、STN(2.12 g/kg)、STP(1.38 g/kg)和涪陵段王家溝流域6種土地利用類型的STN(1.14~1.49 g/kg)和STP(0.76~1.32 g/kg)含量相比均偏?。惓升埖龋?017;孫婷婷等,2015)。根據(jù)已有的研究結果,香溪河沿岸地帶工業(yè)開采及農業(yè)施肥較多,近河岸帶土壤吸收、截留了大量碳氮磷等物質,而筍溪河兩岸以天然慈竹林為主,農耕地和果園基地均與河流有一定距離,河岸帶土壤幾乎不受施肥、灌溉等人為因素的干擾,反而在河流水文及淹水作用的影響下,土壤養(yǎng)分的累積量較小,明顯低于相近流域不同土地利用類型的土壤,進一步表明空間尺度上土壤理化性質的差異與外源營養(yǎng)物質的輸入和截留密切相關。
3.2" "筍溪河河岸帶水體質量變化特征
水體的理化性質及分布特征是流域水資源質量、環(huán)境化學性質和基本元素循環(huán)轉變的基礎,水環(huán)境特征及其承載力是衡量流域可持續(xù)發(fā)展的重要指標(Nweze amp; Eze,2018)。研究結果顯示,筍溪河各河段DO平均為6.91~8.77 mg/L,沿河流走向逐漸降低,上游顯著高于下游(Plt;0.01),EC為171.67~226.52 μS/cm,下游顯著高于中、上游(Plt;0.05),這主要是由于筍溪河上游林地居多,生態(tài)環(huán)境良好,人為干擾較少,下游村鎮(zhèn)密布,人口密集,且地形變化小,村民大量開墾梯田,種植紅薯、花椒等農作物,常有村民在河畔浣洗衣物,生活污水和農業(yè)生產(chǎn)活動的輸入導致水體中離子濃度增加(鄭永林等,2021a)。姜偉等(2017)在三峽庫區(qū)的研究發(fā)現(xiàn),河道營養(yǎng)豐富、藻類富集的區(qū)域,電導率常存在明顯上升的趨勢,該指標對面源污染以及水華暴發(fā)有一定的指示作用,為防治非點源污染,應建立長期監(jiān)測體系,盡量減少外源污染輸入,使該值保持在相對穩(wěn)定的范圍。
筍溪河河岸帶水體呈堿性,在河流上、中、下游的空間變化中,筍溪河水體的COD、WTN、WTP均呈極顯著差異(Plt;0.001),且表現(xiàn)出下游最大的規(guī)律,這與三峽庫區(qū)香溪河、澎溪河的氮磷空間分布規(guī)律相同(盧玨安等,2019),下游地區(qū)人口居多,植被稀疏,土地大部分裸露,加之采樣時正值重慶夏日雨季,雨水沖刷導致土壤內聚力降低,容易加速團聚體分解而引起嚴重的水土流失;此外,村鎮(zhèn)附近大量未經(jīng)處理的生活污水和人畜糞便直接排入筍溪河,土壤侵蝕和人為干擾程度遠高于中上游地區(qū),氮磷等物質隨地表徑流自上而下遷移并逐漸積累,一系列綜合因素導致污染物在筍溪河下游匯聚。袁軼君等(2019)對三峽庫區(qū)12條典型支流的水體理化指標進行綜合監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)庫區(qū)內營養(yǎng)鹽含量不存在顯著的季節(jié)性差異。筍溪河的WTP含量偏低,小于庫區(qū)其他支流(0.07~0.31 mg/L),COD大于其他支流(1.8~4.8 mg/L),下游WTN含量則顯著高于其他支流的平均水平(2.0 mg/L),符合鄭永林等(2021b)高氮低磷的研究結果。氮磷差異來源于氮磷輸出機制,是否受季節(jié)性影響仍有待進一步研究。地表徑流中氮素輸出以水溶態(tài)為主,而磷素以泥沙結合態(tài)為主。在后期的河流管理中,應追蹤多年多季節(jié)監(jiān)測數(shù)據(jù),加強城鎮(zhèn)污水和農村污水的處理率,從源頭上削減污染負荷。
3.3" "筍溪河河岸帶土壤-水體相關性
降雨是引起地表徑流的驅動因素。重慶地區(qū)常年降水豐沛,相對濕度較高,雨季對土壤養(yǎng)分流失量和流失形態(tài)產(chǎn)生的影響巨大,在雨水的沖刷下土壤中的養(yǎng)分元素不易被土壤膠體吸附,遷移能力增強,會隨淺層地下水和地表徑流進入河流,引發(fā)水體的侵入式污染(田宇等,2020)。筍溪河河岸帶水質指標與土壤的NC、土壤密度、顆粒組成、pH、STP和SAP的相關性較為明顯,其中與SOC和STN的相關性受土壤深度的影響存在較大差異。WTN與STN的相關性與香溪河河岸帶略有不同,筍溪河為正相關,且僅在20~40 cm土層具有顯著相關性(Plt;0.05),香溪河水體與土壤則呈顯著負相關(孫婷婷等,2015)。由于香溪河位于三峽庫區(qū)庫首,其河岸帶土壤受河流水位漲消因素、沿岸土地利用類型和污染原排放的影響較為強烈,而筍溪河位于三峽庫尾,所受影響較小。
筍溪河河岸帶0~20 cm與20~40 cm土層的土壤可蝕性K值分別為0.22±0.04與0.24±0.04,都存在較高的侵蝕風險,同時,兩土層間的土壤可蝕性K值呈顯著差異,一旦表層的土壤受到破壞,深層土壤暴露于地表,會造成更為嚴重的土壤侵蝕。K值與鄭永林等(2021b)在筍溪河流域其他土地利用類型的研究結果相比偏大,表明河岸帶土壤的物理機械保持能力較弱。一般來說,林木冠層和林下植被會減弱雨滴動能,降低擊濺作用對土壤造成的侵蝕,但筍溪河河岸帶多竹林,樹種類型及林分結構過于單一,無法形成大量枯落物增加土壤有機質含量,同流域內的農田、林地、果園、草地和未利用土地相比,極易使河岸帶土壤受河流水位升降、干濕交替的影響。
4" "結論
(1)除粒徑外,全河段河岸帶土壤各理化性質在0~20 cm與20~40 cm土層間均呈極顯著差異(Plt;0.01),具有一定的垂直分異。河流上、中、下游河岸帶各土層之間的土壤持水性能、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、通氣度、pH、STP和SAP均呈極顯著差異(Plt;0.001),空間異質性明顯。
(2)筍溪河河岸帶水體呈堿性,水溫從上游到下游逐漸升高,COD、WTN、WTP均有明顯的下游積聚現(xiàn)象,且在全河段空間分布上呈極顯著差異(Plt;0.001)。
(3)不同土層土壤質量狀況與水體的相關性有一定差異,且水體化學指標與土壤質量的相關性更強。
(4)河岸帶土壤以砂粒為主(50.34%~65.54%),土壤可蝕性K值在全河段的差異不顯著(Pgt;0.05),20~40 cm土層土壤可蝕性K值較大,比0~20 cm土層具有更高的侵蝕風險。
由于河岸帶土壤和水體受自然因素和人為因素多方面的影響,處于不斷的動態(tài)變化中,具有一定的復雜性和不確定性。本研究僅一次采樣且正值雨季,若能持續(xù)調查監(jiān)測,獲得多年數(shù)據(jù)后進行時間與空間的序列分析,則更能準確把握其分布規(guī)律和變化特征。
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Changes in Soil and Water Quality and Soil Erosion
in the Riparian Zone of Sunxi River
Abstract:The riparian zone is an ecologically sensitive area, high in species diversity and rich in ecological functions. While natural regulation is very high in wetlands, they are vulnerable to environmental stress. In this investigation, we carried out a case study of the Sunxi River watershed in Chongqing City, at the headwaters of Three Gorges Reservoir. We examined soil quality, spatial patterns of eroded soil, correlated soil and water quality indicators in the riparian zone of the watershed, and assessed the impact of soil erosion on river water quality. The study was based on stratified soil (0-20 cm and 20-40 cm) and water samples collected at 44 sampling points in the river and riparian zone along the upper, middle and lower reaches of Sunxi River in May 2021. Results show that: (1) Soil quality in the riparian zone of the Sunxi River varied predictably with river section, longitudinally along the riparian zone and vertically with soil depth. Except for particle size, soil physicochemical properties differed significantly between the 0-20 cm and 20-40 cm soil layers (Plt;0.01). One-way ANOVA showed highly significant differences" (Plt;0.001) in soil water-holding capacity, capillary porosity, non-capillary porosity, aeration, pH, and both total and available phosphorus content between the two soil layers in the upper, middle and downstream sections of the riparian zone, with obvious spatial heterogeneity. (2) Water in the riparian zone was alkaline, and water temperature gradually increased from upstream to downstream. The COD, total nitrogen and total phosphorus in river water all increased in the downstream direction, and spatial distribution of parameter values also varied significantly (Plt;0.001) along the riparian zone. (3) The correlation between soil quality indicators and water quality indicators varied with soil layer, and the correlations between chemical indicators were stronger than correlations between physical indicators. (4) The riparian soil was dominated by sand, accounting for 50.34%-65.54% of the total content. The K value of soil erodibility did not vary significantly within the river watershed (Pgt;0.05). However, the K value for soil erodibility in the lower (20-40 cm) soil layer was higher than for the upper (0-20 cm) layer, indicating a higher erosion risk in the lower layer, and the importance of protecting the upper layer. The results of this study provide theoretical support to guide science-based ecological management and restoration of the Sunxi River and related watersheds.
Key words: riparian zone; soil quality; water quality; correlation analysis; K value of soil erodibility;" Sunxi River