川中丘陵區不同巨桉林地模式下土壤抗蝕性研究

張 洲，謝賢健，李 想，師 楊，唐雷生，王舉媚

（內江師范學院 地理與資源科學學院，四川 內江 641112）

巨桉（Eucalyptus grandis），桃金娘科桉樹屬雙蒴蓋亞屬橫脈組柳桉系中的樹種，具有生長快，干性好，適應性強，用途廣，經濟效益高等特點，被世界各國廣泛栽培，我國于20世紀60年代引種巨桉，四川于80年代開始引種，現在已把它作為退耕還林的重要栽培樹種［1］。巨桉的生長主要受基因優勢、水和土壤養分的影響，川中地區大部分為丘陵，處于亞熱帶季風氣候區內，溫暖濕潤，適合巨桉生長，但是隨著種植面積的不斷擴大，已經出現了諸如種植地地力衰退、水土保持能力下降、生物多樣性降低等一系列的生態環境問題［2－4］。土壤生態環境的惡化必然導致其抗蝕能力的衰退，因此，在巨桉引種區開展不同模式下土壤抗蝕性研究具有重要的現實意義。

土壤抗蝕性是評估土壤抵抗侵蝕能力的重要參數之一，歷來為研究者所重視［5－7］。土壤抗蝕性的大小除了與土壤理化性質等內在因素有關外，還受土地利用方式、退耕模式等外部因素的影響［7－8］。關于土壤抗蝕性的研究報道頗多，但主要集中在黃土高原區、南方紅壤丘陵區及川中丘陵區，且以單項指標研究為主［9－12］，對不同巨桉模式下土壤抗蝕性的綜合研究未見報道。因此本文以川中丘陵區為研究單元，通過試驗手段，定量研究不同巨桉人工林模式下土壤的機械組成、團聚體組成，并計算土壤抗蝕性指數、水穩性指數等指標，探討不同巨桉林地模式下土壤抗蝕性的差異，以期為巨桉人工林培育提供理論依據。

1 研究區概況

試驗地位于四川省內江市東興區，東經105°2.044′，北緯29°36.783′，地形區為川中丘陵區。本區屬中亞熱帶季風氣候區，全年平均氣溫15～28℃，1月均溫6～8℃，7月平均氣溫26～28℃；年降雨量在1000 mm以下，多分布在夏季，約占全年雨量的60%，雨季與高溫期基本一致，春季約占17%，冬季僅占4%，冬半年旱情出現頻率高，夏旱也有發生；年無霜期約310d，年日照時數1100 ～1300 h；全年空氣濕度大，陰天較多，夏季較悶熱，冬季較陰冷，因此多種速生樹種，如桉樹、楊樹、竹柳均可在此生長。成土母質為海相沉積巖，土壤類型多，但不平衡，主要土壤類型包括:紫色土，占耕地面積的54.24%，以泥巖和砂巖為主，大部分為鈣質膠結，一般含有數量不等的碳酸鈣；水稻土類，占耕地面積的41.21%；黃壤，占耕地面積的3.20%，母質有砂巖、頁巖和花崗巖等風化物；新積土類，占耕地面積的0.92%；黑色石灰土類，占耕地面積的0.15%。

2 研究方法

2.1 樣地選擇和樣品采集

于2012年7月進行野外樣品采集，選擇3.5a生的巨桉純林（純林）、巨桉＋果樹（林果）、巨桉＋糧食作物（林糧）3種林地模式的土壤作為研究對象，棄耕地土壤（棄耕地）作為對照，樣地情況如表1所示。

選擇面積為20m×20m的標準地，采用S型取樣法選取5個樣點，并避開河邊、林邊、路邊，開挖1m×1m的方形土坑，深度大于30cm，按0—15cm（Ⅰ層）、15—30cm（Ⅱ層）兩層分層采集土樣，每個樣品約2kg，共計40個樣品，采集和運輸過程中盡量減少對土樣的擾動，以免破壞團聚體。實驗室內風干土樣，然后沿土壤結構的自然剖面掰分成小團塊，剔除石塊和動植物殘體備用。稱取約200g土樣置于5mm，2mm，1mm，0.5mm，0.25mm羅列好的篩子內，左右震蕩2min（大約100次），進行干篩（重復3次）制備土樣。樣品室內分析測試于2012年8月完成。

表1 土樣采集樣地概況

2.2 樣品理化性質分析測試

（1）土壤機械組成測定，采用比重法；

（2）土壤大團聚體測定，采用機械篩分法［8］；

（3）土壤抗蝕性測定，采用靜水崩解法［8］，選取直徑為5～7mm的土壤團粒體150粒，進行水浸試驗，每次30粒，5次重復，取平均值。每隔1min記錄崩塌的土粒數，連續記錄10min，用于計算水穩性指數。

2.3 評價指標

（1）粗粉粒0.05～0.01mm（%）、中細粉0.01～0.001mm（%）、物理性黏粒＜0.01mm（%）、黏粒＜0.001mm（%）、砂粒＞0.05mm（%）；

（2）＞5mm，5～2mm，2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm、＞0.25mm干篩團聚體含量（%）；

（3）土粒累計靜水崩解速率；

（4）水穩性指數［13］

式中:i＝1，2，3，…，10；Pi——第i分鐘分散的土粒數量；Pj——10min內未分散的土粒數；Ki——第i分鐘校正系數；A——供試土粒總數。

3 結果與分析

3.1 土壤機械組成

土壤機械組成是由大小不同的土粒按不同的比例組合而成的，這些不同的粒徑混合在一起表現出的土壤粗細狀況［14］。由土壤機械組成可以確定土壤質地，土壤質地對土壤性狀有很大的影響。土壤質地是根據土壤的顆粒組成一般分為砂土、壤土和黏土三類，砂質土通透性好，易耕作；黏質土通透性差，難耕作；兩者之間是壤質土，為理想的耕地土壤。用SPSS統計軟件進行單因素方差分析和Duncan法多重比較，結果見表2。

表2 土壤機械顆粒組成 %

根據表2，采用單因素方差分析，比較不同模式下土壤機械顆粒組成的差異，F＝100.14＞F0.01（4，15），說明不同模式下土壤的機械組成差異極顯著。土壤機械組成顆粒主要集中在＜0.01mm和＞0.05mm兩個粒級范圍內。不同模式下0—15cm土層＜0.01 mm物理性黏粒含量棄耕地＞純林＞林果＞林糧；該粒徑下林糧團聚體含量與其它模式差異顯著，純林和棄耕地差異不顯著，二者與林果差異顯著。＞0.05 mm砂粒含量林糧＞林果＞棄耕地＞純林；該粒徑下林糧模式與其它模式差異顯著，林果和棄耕地差異不顯著，二者與純林差異顯著。15—30cm土層＜0.01 mm物理性黏粒含量純林＞林果＞林糧＞棄耕地；該粒徑下純林團聚體含量與其它模式差異顯著，林果、林糧、棄耕地之間差異不顯著。＞0.05mm砂粒含量林果＞棄耕地＞林糧＞純林，該粒徑下純林團聚體含量與林糧模式差異不顯著，與林果、棄耕地差異顯著，林果、林糧、棄耕地之間差異不顯著。物理性黏粒含量減少和砂粒含量增加導致土壤抗水搬運的能力減弱，綜合以上分析說明純林的土壤抗蝕性大于棄耕地，而林果、林糧小于棄耕地。根據卡慶斯基制土壤質地分類，純林為重壤土，偏黏質；林果、林糧、棄耕地土壤為中壤土，偏砂質，說明巨桉純林提高了土壤的黏性，因此有利于提高土壤的抗蝕性。

3.2 土壤干篩團聚體

土壤團聚體具有一定的機械穩定性和水穩性，它是由土壤顆粒凝聚、膠結和黏結而相互聯結組成的。林分對土壤團聚體組成的影響主要表現為提高了較大團聚體的比例［14］。土壤大團聚體含量增加使得土壤孔隙度、入滲能力和土壤特性均得到改善［15］。本文運用干篩分析法測得土壤干篩團聚體各粒級百分比，見表3。

表3 土壤團聚體（干篩）組成分析 %

采用單因素方差分析法分析不同粒徑下土壤干篩團聚體組成的差異，在0.01顯著水平的臨界值F0.01（5，18）＝4.25，Ⅰ層 F＝393.27＞F0.01（5，18），Ⅱ層F＝501.28＞F0.01（5，18），說明不同模式下土壤干篩團聚體組成差異極顯著。

不同模式下0—15cm土層土壤團聚體組成表現為隨粒級的減小其所占比例呈現先增加后減小的趨勢，對土壤團聚體組成的影響主要表現在相對提高較大粒級團聚體的比例上。不同模式團聚體組成（林糧除外）均以2～5mm所占比例最大，且該粒徑下林糧與其他3種模式團聚體含量差異顯著。由表3可知，4種模式下＞5mm粒徑的團聚體含量純林＞林果＞棄耕地＞林糧；該粒徑下林糧土壤團聚體含量與其它模式差異顯著；1～2mm粒徑的團聚體含量林糧＞純林＞林果＞棄耕地，不同模式之間土壤團聚體含量差異顯著；0.5～1mm粒徑的團聚體含量林糧＞棄耕地＞純林＞林果，該粒徑下林糧與其他3種模式團聚體含量差異顯著；純林、林果、棄耕地之間差異不顯著；0.25～0.5mm粒徑的團聚體含量林糧＞棄耕地＞純林＞林果，4種模式下團聚體含量差異不顯著；＞0.25mm粒徑的團聚體含量純林＞林果＞林糧＞棄耕地，4種模式下團聚體含量差異不顯著。

不同模式下15—30cm土層土壤團聚體組成隨粒徑變化的趨勢與0—15cm土層相同。由表3可知，4種模式下＞5mm粒徑的團聚體含量純林＞林果＞棄耕地＞林糧；該粒徑下純林土壤團聚體含量與其它模式差異顯著；2～5mm粒徑的團聚體含量林果＞純林＞林糧 ＞棄耕地，林果土壤團聚體含量與其它模式差異顯著；1～2mm粒徑的團聚體含量林糧＞林果＞純林＞棄耕地，且與其它模式之間土壤團聚體含量差異顯著；0.5～1mm粒徑的團聚體含量林糧＞棄耕地＞純林＞林果，該粒徑下林糧與其他3種模式團聚體含量差異顯著；純林、林果、棄耕地之間差異不顯著；0.25～0.5mm粒徑的團聚體含量棄耕地＞林果＞純林＞林糧，棄耕地團聚體含量與其它模式差異顯著；＞0.25mm粒徑的團聚體含量林果＞林糧＞純林＞棄耕地，棄耕地團聚體含量與林果、林糧差異顯著，與純林差異不顯著。

影響土壤團聚體穩定性的主要外界因素是土地利用方式；大團聚體含量越多，土壤結構越良好［16］，土壤越穩定。通過表3分析，3種巨桉人工林模式下兩層土層中大團聚體含量（＞0.25mm）大于棄耕地含量，說明3種林地土壤結構較棄耕地好。

3.3 土壤抗侵蝕性與侵蝕時間

土粒的崩解是評價土壤可蝕性的重要指標［14］。運用靜水崩解速率，即單位時間內崩解土粒與總土粒的比例，這一變化趨勢可以直觀地分析土壤的抗蝕性特征。從測定結果可以發現，純林與棄耕地靜水崩解速率具有相似的變化幅度趨勢，而林果、林糧在1min之內崩解率就達到了78%以上，說明純林和棄耕地在提高土壤的抗蝕性能力上優于林果和林糧。

純林與林果、林糧、棄耕地的靜水崩解過程在垂直方向上表現出相反的規律。純林抗蝕能力表現出Ⅰ層大于Ⅱ層，Ⅰ層在10min時的崩解率為95%，而Ⅱ層已經崩解完畢，且在這一過程中，Ⅰ層在各時段的崩解速率均低于Ⅱ層，即表現出相對較強的抗蝕性特征。這種現象的原因可能是由于3.5a生巨桉純林受人為擾動較少，且表層枯枝落葉層分解后利于土壤大團聚體的形成，從而抵御水蝕能力增強，提升了其抗蝕性能。

與純林不同，林果、林糧、棄耕地表現出隨土層深度的增加土壤的抗蝕性能也相對增加的規律。林果和林糧Ⅰ層崩解完畢時間分別是4min和2min，Ⅱ層崩解完畢時間分別為8min和6min，且都處于＞78%的高崩解率水平，表現出極低的抗蝕性能。產生這種差異的原因可能是受人類耕作活動的影響，破壞了土體結構，導致土壤的崩解速率增高，抗蝕性降低（表4）。

表4 土壤團聚體水浸實驗測定結果

3.4 土壤水穩性指數的變化

水穩性指數（K）是反映土壤團聚體在靜水中分散程度的綜合評價指標，用以比較土壤可蝕性的大小，水穩性指數越高，土壤團聚體越穩定、可蝕性越?。?5］。

從圖1的比較中可以看出，4種模式下土壤整體的水穩性指數都較低（K＜0.3），4種模式土壤水穩性指數總體表現為純林＞棄耕地＞林果＞林糧。0—15 cm土層土壤水穩性指數純林與其它模式差異顯著，棄耕地與林果、林糧之間差異顯著，林果、林糧差異不顯著。15—30cm土層土壤水穩性指數純林和棄耕地差異不顯著，二者與林果、林糧差異顯著，林果、林糧之間差異不顯著。在垂直方向上，除純林水穩性指數減小外，其它模式K值均增加，說明人類活動的強烈程度直接影響著巨桉人工林土壤的抗蝕性。水穩性指數是反映土壤團聚體在靜水中的分散程度，水穩性指數越高，土壤團聚體越穩定，可蝕性越小；巨桉純林受人為影響較林果、林糧小，土壤結構更易于形成較大團聚體，土壤團聚體越穩定，土壤的抗蝕能力強于林果和林糧。

圖1 4種模式土壤水穩性指數比較

4 結論

（1）土壤機械組成顆粒主要集中在＜0.01mm和＞0.05mm兩個粒級范圍內。不同模式下0—15 cm土層＜0.01mm物理性黏粒含量棄耕地＞純林＞林果＞林糧；＞0.05mm砂粒含量林糧＞林果＞棄耕地＞純林。15—30cm土層＜0.01mm物理性黏粒含量純林＞林果＞林糧＞棄耕地；＞0.05mm砂粒含量林果＞棄耕地＞林糧＞純林。物理性黏粒含量減少和砂粒含量增加導致土壤抗水搬運的能力減弱；因此表層土壤純林和棄耕地抗蝕性優于林果和林糧；而下層土壤純林的抗蝕性強于其它3種模式。從土壤質地分析，純林為重壤土，偏黏質；林果、林糧、棄耕地土壤為中壤土，偏砂質，說明巨桉純林提高了土壤的黏性，因此有利于提高土壤的抗蝕性。

（2）不同模式對不同粒徑的土壤干篩團聚體含量影響極顯著；土壤團聚體組成表現為隨粒級的減小其所占比例呈現先增加后減小的趨勢，說明不同模式對土壤團聚體組成的影響主要表現在相對提高較大粒級團聚體的比例上。大團聚體含量越多，土壤結構越好［16］，土壤越穩定；3種巨桉人工林模式下土層中大團聚體含量（＞0.25mm）大于棄耕地含量，說明3種林地土壤結構較棄耕地好。

（3）通過土壤靜水崩解速率分析，林果、林糧模式土壤靜水崩解速率明顯高于純林和棄耕地土壤。純林土壤土粒抵御靜水崩解的能力表現出隨土壤深度的增加而不斷減弱的趨勢，而其它模式土壤崩解規律則總體上表現出隨著土層深度的增加，土粒抵御靜水崩解的能力卻相對增強的趨勢。

以上指標為單一因子條件下對不同模式下土壤抗蝕性的比較，因此結論有所差異。水穩性指數為土壤團聚體在靜水中分散程度的綜合評價指標，通過分析發現4種模式土壤水穩性指數總體表現為純林＞棄耕地＞林果＞林糧。綜上所述不同模式下土壤的抗蝕性強弱依次為純林＞棄耕地＞林果＞林糧。

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