三峡水库消落带典型断面155~172 m海拔范围内的狗牙根草地表土可蚀性K值为0.049 6~0.061 2,均值为0.054 1,按饶良懿等[7]土壤可蚀性分级标准,达到高可蚀性。远高于全国30个省(市、区)0.023 5~0.046 0范围的土壤可蚀性K值[5]。但不同估算模型算法会对K值结果产生重要影响,且每个算法的适用性因区域而异[6-8]。紫色土地区的已有研究表明,EPIC算法较适宜于紫色土地区[6]。因此,本研究采用了该算法对消落带土壤可蚀性K值进行了分析。根据采用同一算法对不同土地利用类型土壤K值研究结果,紫色土地区坡耕地、荒地和林地的土壤可蚀性K值(国际制单位)介于0.041~0.052 8之间[6,8],明显低于本研究消落带土壤的K值。这表明周期性淹水—出露—淹水的极端水文变化过程,导致了消落带土壤K值的升高,其根本原因在于消落带遭受长时间、反季节、高压淹水胁迫,消落带土壤特性、植被群落结构均在短时间发生显著变化[3,21,26],表现在植被消亡演替、剧烈土壤侵蚀、土壤结构劣化等[13-15,21],并引起土壤有机质、氮磷钾等养分含量的显著下降[19],从而影响土壤可蚀性。
消落带内部土壤可蚀性K值随土层和海拔的分布差异,主要原因是不同海拔土壤的淹没时间、库水压力、淹水—出露频率和水位变动幅度等均具有差异,遭受的土壤侵蚀情况也不同[27],导致坡面侵蚀产沙、团聚体组成和稳定性、植物根系分形特征、有机质含量等具有一定的空间异质性[18-19,21,27]。相关研究表明,消落带低海拔区域淹水时间和淹水深度显著高于高海拔区域,植被可利用的生长时间减少,造成植被群落多样性和覆盖度降低,根系固土作用减弱,使土壤团聚体更易分散[18]。本研究结果表明,与未淹水的180 m海拔对照样地土壤相比,消落带155~163 m低海拔区域土壤>0.25 mm的团聚体平均含量显著降低(p<0.05),这表明周期性淹水浸泡和波浪冲击的特殊水文环境导致消落带土壤大粒径团聚体崩解破碎,使得团聚体粒径降低。这可能也与消落带水位快速升降引起的团聚体崩解有关[18]。消落带不同海拔植被组成与群落结构的差异,也会影响到土壤养分的积累与分解存在空间异质性,消落带土壤在经历多次淹水—出露—淹水的干湿循环后,土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量均显著下降[28],且呈现随海拔升高而升高的趋势[29]。土壤可蚀性是由土壤内在理化性质决定的特征参数[6],K值大小与土壤颗粒组成和有机质密切相关[7]。消落带土壤特性在海拔梯度上的空间异质性,将导致土壤可蚀性K值沿海拔梯度存在空间差异。本研究结果表明消落带0—20 cm表层土壤有机质、黏粒、>0.25 mm水稳定性团聚体等含量均随着海拔的降低而降低(图1),且上述因子均与土壤可蚀性K值呈极显著负相关(p<0.01),最终导致消落带土壤可蚀性K值随海拔升高而降低。