翟 輝李國榮李進(jìn)芳童生春趙健赟朱海麗劉亞斌陳文婷胡夏嵩

(1.青海大學(xué) 地質(zhì)工程系,青海 西寧810016;2.青藏高原北緣新生代資源環(huán)境重點實驗室,青海 西寧810016)

土壤風(fēng)蝕是導(dǎo)致干旱區(qū)和半干旱區(qū)土壤流失的最重要的因素之一[1-2],尤其在青藏高原部分地區(qū)風(fēng)蝕作用極其強(qiáng)烈,導(dǎo)致裸露區(qū)土壤流失加劇,對高寒干旱區(qū)草地和土壤的退化產(chǎn)生較大影響,也引起諸多學(xué)者的關(guān)注和重視[3-6]。土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度不僅與植被蓋度、團(tuán)聚體大小[7]、風(fēng)速大小、有機(jī)質(zhì)含量[8]、含根量等有關(guān),也與土壤質(zhì)地和草地的退化程度密切相關(guān),影響風(fēng)蝕強(qiáng)度的因素已成為研究土壤風(fēng)蝕的重要內(nèi)容[9-10]。有研究[11-13]結(jié)果表明,隨著風(fēng)蝕作用的加強(qiáng),地表土壤侵蝕量明顯增加。有學(xué)者[14-16]提出農(nóng)田、草地和沙漠地區(qū)土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速大小間呈指數(shù)函數(shù)或冪函數(shù)的遞增關(guān)系,說明風(fēng)速對土壤風(fēng)蝕量的影響極為明顯。植被是抑制地表土壤風(fēng)蝕的重要因子,然而在氣候、嚙齒動物干擾等影響下,草地植被遭到一定的破壞,植被退化越嚴(yán)重,土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度越大[17],其不僅改變了土壤質(zhì)地和組成結(jié)構(gòu)[18],也影響了土壤退化和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定[19]。因此研究高寒地區(qū)土壤風(fēng)蝕特征對揭示草地退化機(jī)理,保護(hù)和修復(fù)草地生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

黃河源區(qū)地處青藏高原東北部,屬于典型的高原大陸性氣候,高寒、干旱少雨的氣候環(huán)境使該地區(qū)草地生態(tài)環(huán)境更加脆弱,且受高原地區(qū)各種地質(zhì)作用頻繁,侵蝕作用強(qiáng)烈[20-21],再加上多風(fēng)、大風(fēng)等氣象條件的影響,風(fēng)蝕作用是導(dǎo)致其草地退化和土壤退化的重要因素[22],部分地區(qū)草地土壤因此而出現(xiàn)沙化現(xiàn)象[23-26]。研究資料表明,黃河源區(qū)70%的土地類型為高寒草地[27],且廣泛分布著以高原鼠兔和高原鼢鼠為主的小型嚙齒類動物[28],這些鼠類活動使原本脆弱的高寒草地遭受嚴(yán)重的破壞,致使部分地區(qū)草地退化嚴(yán)重[29-31],尤其是因小型嚙齒動物的掘穴、堆積鼠丘等,鼠類活動不僅破壞植被,也使得地表土層遭受機(jī)械擾動,從而激發(fā)草地退化和土壤流失[32-33]。針對黃河源區(qū)的上述現(xiàn)狀,目前諸多學(xué)者開始高度關(guān)注鼠類爆發(fā)后的土壤風(fēng)蝕和草地退化現(xiàn)象,也逐漸開展了相應(yīng)的研究,如馮筱等[34]研究了鼠丘土壤堆積對草地沙漠化的影響,談靜等[35]采用風(fēng)蝕盤法對鼠丘風(fēng)蝕量進(jìn)行了長期監(jiān)測,馬素潔等[36]選用風(fēng)蝕橋法測定高原鼢鼠土壤隨時間的流失特征。李國榮等[37]對高原鼠兔鼠丘在不同風(fēng)速下土壤風(fēng)蝕量隨時間的變化等開展了研究,盡管上述研究對鼠丘土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速的關(guān)系進(jìn)行了總結(jié),但是圍繞不同土壤質(zhì)地、不同類型的鼠丘土壤在不同風(fēng)速梯度下的對比分析等尚未得到更深入的調(diào)查和分析。為此,本研究采用野外人工模擬風(fēng)蝕試驗的方法,以黃河源區(qū)不同類型、不同大小以及不同土壤質(zhì)地的鼠丘作為研究對象,探究鼠丘土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速大小的變化關(guān)系等,研究結(jié)論將為深入認(rèn)識黃河源區(qū)鼠丘土壤風(fēng)蝕特征和規(guī)律提供依據(jù),也對揭示鼠害退化區(qū)鼠丘土壤流失和風(fēng)蝕機(jī)理具有重要的意義。

1 試驗材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域設(shè)在黃河源區(qū)的黃南州河南縣,地理位置為東經(jīng)101°47′,北緯34°44′,海拔約3 600 m。該地區(qū)因特殊的地理位置和高海拔,常年氣候相對比較惡劣,干旱少雨,屬于典型的高原大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫在-1.3～1.6℃,年降雨量597.1～615.5 mm,且年降雨量有逐年降低的趨勢,但冬季略呈增加趨勢。目前該地區(qū)的草地已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的草地退化和土壤荒漠化現(xiàn)象,尤其是在鼠類活動比較頻繁區(qū)域,通過在野外劃定的100 m×100 m的樣方對鼠丘和鼠洞的數(shù)量進(jìn)行計數(shù)統(tǒng)計,鼠丘分布平均密度可達(dá)370個/hm2,鼠洞平均密度可達(dá)950個/hm2(圖1),且該區(qū)域大風(fēng)天氣頻繁且強(qiáng)烈,歷史最大風(fēng)速可達(dá)20 m/s,年平均風(fēng)速2.6 m/s,根據(jù)現(xiàn)場的風(fēng)蝕試驗可知,鼠害退化區(qū)鼠丘土壤起沙風(fēng)速(0.5 m高度)小于3 m/s,屬于典型的風(fēng)蝕強(qiáng)烈作用區(qū)域,風(fēng)蝕作用加劇了嚙齒動物活動區(qū)土壤流失和草地退化。

圖1 鼠害退化區(qū)鼠丘分布

1.2 試驗設(shè)計與方法

根據(jù)研究區(qū)分布的小型嚙齒動物類型,將鼠丘大類分為高原鼠兔鼠丘和高原鼢鼠鼠丘,并根據(jù)草地表面的鼠丘土壤質(zhì)地類型及含沙礫的情況,將研究區(qū)的鼠丘類型劃分為草甸土鼠丘、沙化土鼠丘和含礫石土鼠丘,其中草甸土鼠丘為原生草甸區(qū)土壤堆積形成的鼠丘,黏粒和粉粒含量較高;沙化土鼠丘為草地重度退化區(qū)堆積形成的含沙鼠丘,其土壤沙化明顯,通過干篩法測得粗砂含量大于50%;含礫石土鼠丘為原生草甸區(qū)由嚙齒類動物活動堆積的鼠丘,鼠丘中夾雜著直徑超過1 cm的礫石,單個鼠丘平均礫石個數(shù)為30～50。

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),高原鼠兔鼠丘和高原鼢鼠鼠丘在形狀上多呈半球型,按照鼠丘平均直徑和高度分別設(shè)置為大中小3個梯度(表1)。為避免其他因素的干擾,鼠丘選擇未結(jié)皮、未受擾動的新生鼠丘,然后采用人工模擬風(fēng)蝕試驗裝置分別對不同鼠丘土壤進(jìn)行恒定風(fēng)速的風(fēng)蝕試驗。

表1 高原鼠兔鼠丘和高原鼢鼠鼠丘大小參數(shù)

人工模擬風(fēng)蝕試驗主要由風(fēng)洞箱、蓄電池、電線以及土壤收集器等組成,風(fēng)速可調(diào)節(jié)幅度為3.0～18 m/s,每1.5 m/s可調(diào)1個風(fēng)級梯度值,平均風(fēng)速脈動約為0.3 m/s,迎風(fēng)橫截面積約2 m2,吹蝕高度為0～1.2 m/s,電池組蓄電充足后最大風(fēng)速時可持續(xù)恒定吹風(fēng)約6 h。試驗時將風(fēng)箱和土壤顆粒收集器分布安置在鼠丘兩側(cè),即吹風(fēng)口對準(zhǔn)鼠丘,土壤顆粒收集器安置在鼠丘另一側(cè),與鼠丘的水平距離均為50 cm,風(fēng)速設(shè)定為3～15 m/s,每隔1.5 m/s為一個梯度,每個風(fēng)速梯度下每種類型鼠丘重復(fù)3次,每類鼠丘風(fēng)蝕時間設(shè)定為60 min,待吹蝕60 min后,將收集器中收集到的土壤顆粒裝入密封袋后帶回實驗室用電子天平稱重(精度為0.001 g)。

此外,試驗中以9 m/s風(fēng)速下兩種中度鼠丘為例,風(fēng)蝕試驗中每隔5 min測試其土壤風(fēng)蝕量,分析土壤風(fēng)蝕量隨風(fēng)蝕時間的變化規(guī)律,并對被吹蝕的不同鼠丘土壤顆粒組成進(jìn)行了分析。該試驗在2021年8—9月進(jìn)行,所有試驗數(shù)據(jù)均采用SPSS統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理,并對不同鼠丘類型的土壤風(fēng)蝕量測試結(jié)果進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 高原鼠兔鼠丘風(fēng)蝕量與風(fēng)速的關(guān)系

研究結(jié)果表明,隨著風(fēng)速的增加,3種鼠丘土壤風(fēng)蝕量增加幅度呈現(xiàn)出先慢后快的變化趨勢,土壤流失總變化量大小依次為:沙化土鼠丘＞草甸土鼠丘＞含礫石土鼠丘(圖2)。

圖2 高原鼠兔3種鼠丘土壤風(fēng)蝕量隨風(fēng)速的變化規(guī)律

對于高原鼠兔的小鼠丘,當(dāng)風(fēng)速低于10.5 m/s時,沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量與草甸土鼠丘接近,而當(dāng)風(fēng)速高于10.5 m/s時,沙化土小鼠兔鼠丘土壤風(fēng)蝕量顯著大于草甸土鼠丘。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到15 m/s時,沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量比草甸土鼠丘多26.472 g,含礫石土鼠丘土壤風(fēng)蝕量最少,比沙化土鼠丘少84.826 g。對于高原鼠兔的中鼠丘而言,含礫石土鼠丘土壤風(fēng)蝕量均低于其他兩種類型的鼠丘,當(dāng)風(fēng)速小于6 m/s時,草甸土鼠丘土壤風(fēng)蝕量大于沙化土鼠丘,當(dāng)風(fēng)速大于6 m/s時,沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量明顯高于草甸土中鼠兔鼠丘。對于大鼠丘而言,含礫石土鼠丘土壤風(fēng)蝕量也始終低于其他兩種類型鼠丘,當(dāng)風(fēng)速低于7.5 m/s時,草甸土鼠丘土壤風(fēng)蝕量高于同風(fēng)速下的沙化土鼠丘,當(dāng)風(fēng)速大于7.5 m/s時,沙化土鼠丘的土壤風(fēng)蝕量明顯大于其他兩種土壤質(zhì)地類型鼠丘。對不同大小和不同土壤質(zhì)地的高原鼠兔鼠丘風(fēng)蝕量與風(fēng)速大小增長關(guān)系的統(tǒng)計分析得出,當(dāng)風(fēng)速小于4.5 m/s時,風(fēng)速的增加不會顯著增加高原鼠兔鼠丘土壤的風(fēng)蝕量(p＞0.05),當(dāng)風(fēng)速在4.5～7.5 m/s之間時,風(fēng)速的增加會顯著增加高原鼠兔鼠丘土壤的風(fēng)蝕量(p＜0.05),當(dāng)風(fēng)速大于7.5 m/s時,高原鼠兔鼠丘土壤的風(fēng)蝕量的增加隨風(fēng)速的增加極顯著(p＜0.01)。

根據(jù)土壤顆粒流失量與風(fēng)速間的擬合關(guān)系可知,相同土壤質(zhì)地條件下草甸土和含礫石土土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速間呈指數(shù)函數(shù)的遞增關(guān)系,而沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速間呈冪函數(shù)的遞增關(guān)系,擬合度高于0.95(表2)。

表2 高原鼠兔3種鼠丘土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速的擬合關(guān)系

根據(jù)3種土壤質(zhì)地類型的鼠丘土壤風(fēng)蝕量對比結(jié)果可知,當(dāng)風(fēng)速15 m/s時沙化土小鼠丘土壤風(fēng)蝕量分別是草甸土和含礫石土小鼠丘的1.25,2.39倍,沙化土鼠兔中鼠丘分別是草甸土和含礫石土中鼠丘的1.28,2.21倍,沙化土鼠兔大鼠丘分別是草甸土和含礫石土大鼠丘的1.19,2.10倍(圖3)。此外,當(dāng)風(fēng)速從9 m/s增加到15 m/s時,草甸土大、中、小鼠丘土壤風(fēng)蝕量分別增加2.46,2.23,3.15倍,沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量分別增加2.73,2.83,2.72倍,含礫石土鼠丘土壤風(fēng)蝕量分別增加3.38,3.47,4.00倍。分析得出,土壤質(zhì)地對土壤風(fēng)蝕量的影響較顯著,鼠丘體積越大時土壤風(fēng)蝕量越大。統(tǒng)計分析結(jié)果表明,在風(fēng)速為9 m/s的情況下,沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量與草甸土鼠丘土壤風(fēng)蝕量差異性顯著(p＜0.05),與含礫石土鼠丘土壤風(fēng)蝕量差異性極顯著(p＜0.01),當(dāng)風(fēng)速為15 m/s時,3種土壤質(zhì)地鼠丘土壤風(fēng)蝕量呈現(xiàn)相同的統(tǒng)計結(jié)果。

圖3 不同大小高原鼠兔鼠丘土壤風(fēng)蝕量對比

以高原鼠兔中等鼠丘為例,每隔5 min統(tǒng)計土壤風(fēng)蝕量后可知,當(dāng)風(fēng)速為9 m/s時3種不同類型的鼠丘土壤風(fēng)蝕量變化規(guī)律相似,均表現(xiàn)為前15 min土壤顆?？焖倭魇?圖4),反映出鼠丘土壤風(fēng)蝕率的敏感期,且草甸土和沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量及風(fēng)蝕規(guī)律基本一致,但其風(fēng)蝕量明顯高于含礫石土鼠丘(p＜0.05)。

圖4 在9 m/s風(fēng)速下高原鼠兔中等鼠丘土壤風(fēng)蝕量隨風(fēng)蝕時間的關(guān)系

2.2 高原鼢鼠鼠丘風(fēng)蝕量與風(fēng)速的關(guān)系

由圖5可知,3種不同土壤質(zhì)地高原鼢鼠鼠丘土壤風(fēng)蝕量隨風(fēng)速的增加也呈先慢后快的變化趨勢,在流失總量上也與高原鼠兔鼠丘相同,即,沙化土鼠丘＞草甸土鼠丘＞含礫石土鼠丘。對于高壓鼢鼠鼠丘而言,當(dāng)風(fēng)速小于9 m/s時,草甸土小鼠丘土壤風(fēng)蝕量略高于沙化土鼠丘,當(dāng)風(fēng)速大于9 m/s時,沙化土小鼠丘土壤風(fēng)蝕量顯著大于草甸土小鼢鼠鼠丘。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到15 m/s時,沙化土小鼠丘土壤風(fēng)蝕量達(dá)到了草甸土小鼠丘流失量的1.56倍,含礫石土小鼠丘除3 m/s的風(fēng)速下流失量高于沙化土小鼠丘外,其余流失量均低于同等條件下其他兩種鼠丘。沙化土中鼠丘除3 m/s的風(fēng)速下流失量低于草甸土中鼠丘外,其余流失量均大于同等條件的其他兩種鼢鼠。在風(fēng)速為15 m/s時,沙化土中土壤風(fēng)蝕量分別是草甸土中鼠丘和含礫石土中鼠丘的1.63,2.39倍。當(dāng)風(fēng)速大于7.5 m/s時,3種土壤質(zhì)地的中鼠丘土壤風(fēng)蝕量均會隨風(fēng)速增加快速地增加,其增加幅度為沙化土鼠丘最大,含礫石土鼠丘增加幅度最小。對不同大小和不同土壤質(zhì)地的高原鼢鼠鼠丘風(fēng)蝕量與風(fēng)速大小增長關(guān)系的統(tǒng)計分析得出,當(dāng)風(fēng)速小于6 m/s時,風(fēng)速的增加不會顯著增加高原鼢鼠鼠丘土壤的風(fēng)蝕量(p＞0.05),當(dāng)風(fēng)速在6～9 m/s之間時,風(fēng)速的增加會顯著增加高原鼢鼠鼠丘土壤的風(fēng)蝕量(p＜0.05),當(dāng)風(fēng)速大于9 m/s時,高原鼢鼠鼠丘土壤的風(fēng)蝕量的增加隨風(fēng)速的增加極顯著(p＜0.01)。

圖5 高原鼢鼠3種鼠丘不同質(zhì)地土壤風(fēng)蝕量隨風(fēng)速的變化規(guī)律

由高原鼢鼠鼠丘土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速的擬合關(guān)系可知,高原鼢鼠鼠丘與高原鼠兔鼠丘具有相似的規(guī)律,草甸土和含礫石土土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速大小間呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系,沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速間呈冪函數(shù)關(guān)系,擬合度均在0.97以上(表3)。

表3 高原鼢鼠3種鼠丘土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速的擬合關(guān)系

研究結(jié)果表明,當(dāng)風(fēng)速為15 m/s時高原鼢鼠沙化土小鼠丘的土壤風(fēng)蝕量分別是草甸土和含礫石土小鼠丘的1.56,2.84倍,中鼠丘分別是草甸土和含礫石中土鼠丘的1.63,2.39倍,大鼠丘分別是草甸土和含礫石土大鼠丘的1.34,2.32倍(圖6)。風(fēng)速對土壤風(fēng)蝕量的影響也較大,如風(fēng)速從9 m/s增加到15 m/s時,草甸土大、中、小鼠丘土壤風(fēng)蝕量分別增加3.15,2.74,2.94倍,沙化土大、中、小鼠丘土壤風(fēng)蝕量分別增加2.57,2.78,4.52倍,含礫石土大、中、小鼠丘土壤風(fēng)蝕量分別增加3.91,4.48,3.48倍?？傮w風(fēng)蝕特征與高原鼠兔鼠丘類似,即土壤質(zhì)地類型間的土壤風(fēng)蝕量差異顯著,且土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速和鼠丘大小之間呈正相關(guān)。統(tǒng)計分析結(jié)果表明,在風(fēng)速為9 m/s和15 m/s的情況下,與高原鼠兔鼠丘一致,高原鼢鼠沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量與草甸土鼠丘土壤風(fēng)蝕量差異性顯著(p＜0.05),與含礫石土鼠丘土壤風(fēng)蝕量差異性極顯著(p＜0.01)。

圖6 高原鼢鼠不同大小鼠丘不同質(zhì)地土壤風(fēng)蝕量的對比

高原鼢鼠3種土壤質(zhì)地鼠丘土壤風(fēng)蝕量隨風(fēng)蝕時間的變化規(guī)律也與高原鼠兔鼠丘相似,以風(fēng)速9 m/s時的高原鼢鼠中等鼠丘為例(圖7)。

圖7 在9 m/s風(fēng)速下高原鼢鼠中等鼠丘不同質(zhì)地土壤風(fēng)蝕量隨風(fēng)蝕時間的關(guān)系

高原鼢鼠3種類型的鼠丘間以及與高原鼠兔鼠丘土壤風(fēng)蝕量的變化規(guī)律基本相似,均表現(xiàn)出土壤風(fēng)蝕量先快后慢的變化趨勢即風(fēng)蝕,即前15 min為土壤風(fēng)率的敏感期,3種土壤質(zhì)地鼠丘土壤風(fēng)蝕量的大小依次為:沙化土鼠丘＞草甸土鼠丘＞含礫石土鼠丘。

2.3 兩種鼠丘土壤風(fēng)蝕量和風(fēng)蝕規(guī)律的對比

同等條件下,高原鼢鼠鼠丘土壤風(fēng)蝕量隨風(fēng)速的變化規(guī)律與高原鼠兔鼠丘的類似,2種鼠丘土壤風(fēng)蝕量大小上存在一定的差異。對于草甸土和含礫石土的鼠丘來說,高原鼠兔鼠丘的流失量一般要大于高原鼢鼠鼠丘的風(fēng)蝕量,而對于沙化土鼠丘,高原鼢鼠土壤的風(fēng)蝕量明顯大于高原鼠兔鼠丘的土壤風(fēng)蝕量,如當(dāng)風(fēng)速15 m/s時草甸土高原鼠兔鼠丘土壤風(fēng)蝕量是草甸土高原鼢鼠鼠丘土壤風(fēng)蝕量的1.11～1.21倍,含礫石土高原鼠兔鼠丘土壤風(fēng)蝕量是含礫石土高原鼢鼠鼠丘土壤風(fēng)蝕量的1.03～1.10倍,沙化土高原鼢鼠鼠丘土壤風(fēng)蝕量是含礫石土高原鼠兔鼠丘土壤風(fēng)蝕量的1.02～1.08倍(圖8)。分析認(rèn)為,對于草甸土和含礫石土來說,高原鼠兔活動對土壤結(jié)構(gòu)的破壞更為嚴(yán)重,因此流失量略大于高原鼢鼠鼠丘;對于沙化土來說,由于其土質(zhì)松散,顆粒間的黏結(jié)性較差,但是高原鼢鼠鼠丘土壤的堆積量相對較大,因此此類鼠丘土壤的風(fēng)蝕量表現(xiàn)出高原鼢鼠鼠丘略大于高原鼠兔鼠丘。

圖8 在15 m/s風(fēng)速下2種鼠丘不同質(zhì)地土壤風(fēng)蝕量的對比

2.4 鼠丘土壤風(fēng)蝕物顆粒組成

根據(jù)FAO/USDA分類系統(tǒng),將土壤顆粒有效球面直徑＞50μm,50～2μm和＜2μm的分別劃分為砂粒、粉粒和黏粒[38]。從被吹蝕土壤顆粒的粒徑組成分析結(jié)果可知,含礫石土鼠丘和草甸土鼠丘土壤風(fēng)蝕物顆粒組成相似,均以粉粒為主,砂粒次之,黏粒含量最少;沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕物以砂粒為主,砂粒含量為78.57%,約是含礫石土鼠丘和草甸土鼠丘砂粒含量的3倍,沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕物黏粉粒含量較低(表4)。3種土壤質(zhì)地的鼠丘不僅在風(fēng)蝕量上存在差異,風(fēng)蝕物顆粒組成也存在差異。

表4 鼠丘土壤風(fēng)蝕物不同粒級顆粒組成 %

3 討論

(1)不同鼠丘表面土壤風(fēng)蝕量存在差異的原因。試驗結(jié)果表明,影響鼠丘土壤風(fēng)蝕量大小的因素有鼠丘種類、鼠丘大小以及組成鼠丘的土壤質(zhì)地等,本研究中由于2種鼠類體型大小和生活習(xí)性的不同致使堆積的鼠丘形態(tài)、土壤重組結(jié)構(gòu)以及對土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的破壞等存在明顯差異性[39],因此對土壤風(fēng)蝕作用的影響也存在差異。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),相比于地下活動的高原鼢鼠,高原鼠兔主要在地表在洞口或鼠丘周圍活動,其體型較小,而且其爪子較小,在掘穴過程中對于土壤團(tuán)聚體的破壞程度遠(yuǎn)大于高原鼢鼠,致使高原鼠兔堆積形成的鼠丘中土壤粗團(tuán)聚體組成低于高原鼢鼠鼠丘,因此高原鼠兔鼠丘土壤更易遭受風(fēng)蝕作用。野外調(diào)查還發(fā)現(xiàn),鼠丘越大時接受風(fēng)蝕的表面積越大,易侵蝕的土壤細(xì)顆粒數(shù)量越多,因此土壤風(fēng)蝕量也就越大。此外,與草甸土和含礫石土鼠丘相比,沙化土鼠丘中的細(xì)顆粒含量較少,當(dāng)風(fēng)速較小時土壤風(fēng)蝕量小于其他兩種鼠丘,但由于沙化土鼠丘土壤顆粒相對獨立,結(jié)構(gòu)松散干燥,當(dāng)風(fēng)速增加到9 m/s以上時,沙化土鼠丘土壤達(dá)到起沙風(fēng)速的顆粒明顯高于草甸土鼠丘和含礫石土鼠丘,因此其土壤風(fēng)蝕量明顯大于草甸土鼠丘和含礫石土鼠丘(見圖2和圖5)。

(2)影響鼠丘土壤風(fēng)蝕的因素分析。小型嚙齒動物在掘穴過程中土壤層原來的結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)特性發(fā)生了重大變化,因此鼠丘是受干擾的土壤顆粒及其團(tuán)聚體與植被根系混合重組后形成的裸露土丘,是加劇土壤風(fēng)蝕作用的特殊疏松土體[37]。本研究中草甸土鼠丘來源于嚙齒動物挖掘原生草甸層后堆積產(chǎn)生的土丘,土壤中根系含量較高,由此形成的根—土復(fù)合堆積體對抑制土壤風(fēng)蝕發(fā)揮著重要的作用。其次,草甸土鼠丘土壤的黏粒和粉粒含量較高,且具有較好的儲水能力,土壤含水量相對較高,從而對土壤風(fēng)蝕也產(chǎn)生一定的抑制作用[40]。此外,未退化草地養(yǎng)分含量較高[41],而養(yǎng)分有助于顆粒形成土壤團(tuán)聚體[42]。如野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)草甸土易形成大量的團(tuán)聚體,即使在小型嚙齒動物干擾,大部分土壤團(tuán)聚體并未遭到破壞,由此將增加土壤的抗蝕性。對于含礫石土鼠丘而言,其表面分布大小不一的礫石,礫石的覆蓋不僅降低了土壤的受風(fēng)接觸面,而且鼠丘表面可蝕土壤顆粒的比例較少,從而對土壤風(fēng)蝕產(chǎn)生抑制作用[43]。綜合上述特征后分析認(rèn)為,鼠丘土壤風(fēng)蝕量不僅與風(fēng)速有關(guān),而且與土壤質(zhì)地條件、嚙齒動物活動習(xí)性及其對土壤團(tuán)聚體的破壞和土壤重組特征等均有密切關(guān)聯(lián)。

(3)3種鼠丘土壤風(fēng)蝕量隨風(fēng)速變化關(guān)系的差異分析。由于土壤團(tuán)聚體、植被根系、水分或礫石等對風(fēng)蝕的抑制作用,當(dāng)風(fēng)速較低時,草甸土和含礫石土鼠丘表面的土壤風(fēng)蝕量相對較低,而當(dāng)風(fēng)速持續(xù)增加后,達(dá)到起沙風(fēng)速的顆粒含量快速增多,即隨著風(fēng)速的增加,其鼠丘表面土壤風(fēng)蝕量增加幅度先慢后快,因此草甸土鼠丘和含礫石土鼠丘土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速間呈指數(shù)函數(shù)的遞增關(guān)系,這與王仁德[14]、孫悅超等[44]在農(nóng)田和草地研究結(jié)果基本一致,草甸土鼠丘和含礫石土鼠丘均不可視為充足物源的侵蝕體。沙化土鼠丘分布在經(jīng)長期風(fēng)化后土壤沙化嚴(yán)重的區(qū)域,土壤中砂粒含量較高,顆粒間缺乏黏結(jié)性,多以單顆粒形式存在,水分蒸發(fā)作用強(qiáng)烈,儲水能力較差,當(dāng)風(fēng)速略有增大時表面顆粒極易被吹蝕,這與沙漠風(fēng)蝕相近。通過野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),在黃河源干燥的氣候條件下,當(dāng)表層的顆粒被吹蝕后裸露的顆粒仍會源源不斷地繼續(xù)遭受侵蝕作用,因此沙化土鼠丘的土壤風(fēng)蝕隨風(fēng)速增大持續(xù)增強(qiáng),可視為有充足物源的侵蝕體,因此沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速間呈現(xiàn)冪函數(shù)關(guān)系。在物源充分情況下土壤顆粒流失量一般與風(fēng)速的3次方成正比,在本研究中沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量隨風(fēng)速的2.218 1～2.456 9次方成正比,這也表明風(fēng)蝕作用下沙化土鼠丘土壤流失嚴(yán)重,隨著風(fēng)速的增加,沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量的增加速度要明顯大于草甸土鼠丘和含礫石土鼠丘。

4 結(jié)論

(1)草甸土和含礫石土鼠丘土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速間呈指數(shù)函數(shù)的正相關(guān),礫石對土壤風(fēng)蝕的抑制作用明顯。草甸土鼠丘土壤和含礫石土鼠丘土壤在侵蝕過程中并不能視為有充足物源的侵蝕體,在侵蝕的過程中隨著侵蝕程度不斷加深,侵蝕難度也在不斷地增加。

(2)沙化土鼠丘土壤草流失量隨風(fēng)速梯度呈現(xiàn)冪函數(shù)關(guān)系,土壤風(fēng)蝕量與風(fēng)速的2.218 1～2.456 9次方成正比,沙化土鼠丘土壤可視為有充足物源的侵蝕體,當(dāng)風(fēng)速超過7.5 m/s時,沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕量最大。

(3)高原鼠兔鼠丘和高原鼢鼠鼠丘在同等條件下僅在流失量存在差距,除沙化土鼠丘外,高原鼠兔鼠丘土壤風(fēng)蝕量大于高原鼢鼠鼠丘,鼠丘土壤風(fēng)蝕率隨著風(fēng)速的增加幅度較大,同等風(fēng)速下鼠丘土壤風(fēng)蝕率隨風(fēng)蝕時間的增加呈現(xiàn)先快后慢的趨勢。

(4)被吹蝕的鼠丘土壤風(fēng)蝕顆粒粒徑組成特征與鼠丘土壤質(zhì)地類型有關(guān),其中草甸土和含礫石土鼠丘土壤風(fēng)蝕顆粒以粉粒為主,而沙化土鼠丘土壤風(fēng)蝕顆粒以砂粒為主,這與組成鼠丘的土壤質(zhì)地有關(guān)。