黃土區(qū)不同生長期大豆坡耕地的抗蝕性特征

王計(jì)磊，吳發(fā)啟(.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西 楊凌 700； . 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 700)

0 引 言

我國坡耕地面積大，其水土流失量占水土流失總量較大比重[1,2]，坡耕地水土流失防治是我國水土流失治理工作的重點(diǎn)[3]。因此，坡耕地土壤侵蝕防治是我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，土壤抗蝕性是指土壤抵抗徑流對其懸浮和分解的能力，土壤侵蝕的發(fā)育與其有密切關(guān)系[4]，坡耕地土壤抗蝕性研究也成為現(xiàn)代土壤侵蝕研究重點(diǎn)。黃土高原是我國坡耕地主要分布地區(qū)，黃土高原丘陵溝壑區(qū)同時(shí)又是我國水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)，就坡耕地土壤抗蝕性進(jìn)行系統(tǒng)研究，對黃土區(qū)坡耕地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及土壤侵蝕的防治有重要意義。當(dāng)前土壤抗蝕性研究大多集中在森林、草地、退耕地植被恢復(fù)過程中的土壤抗蝕性特征以及與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系[5]。張振國等[6]通過分析土壤物理組成對黃土區(qū)退耕地土壤抗蝕性進(jìn)行研究，指出退耕后生長以人工林地和還草地為主的土壤抗蝕性最好。李聰會(huì)等[7]采用室外采樣室內(nèi)分析的手段研究了牧草籬對坡耕地土壤抗侵蝕能力的影響，指出牧草通過改善土壤物理性狀以及根系作用顯著提高土壤抗侵蝕能力。王國強(qiáng)等[8,9]通過實(shí)驗(yàn)室模擬研究了土壤入滲和養(yǎng)分流失與土壤抗蝕性的關(guān)系。可見，目前土壤抗蝕性研究呈多樣化的趨勢，取得了一定的成果，但多集中在退耕地、森林和草地，而黃土丘陵地區(qū)作為黃土高原重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地，有作物覆蓋的土壤抗蝕性特征有必要進(jìn)行深入研究，張鵬輝等[10]通過野外采樣與實(shí)驗(yàn)室分析對冬小麥?zhǔn)斋@后的土壤抗侵蝕能力進(jìn)行研究，并指出小麥根系對土壤抗侵蝕能力有顯著影響。大豆耐旱能力較強(qiáng)，又是黃土高原種植的主要作物之一，因此，本文以黃土區(qū)大豆季土壤為研究對象，研究不同土層、生育期的土壤抗蝕性特征，以期為黃土區(qū)坡耕地土壤侵蝕防治和區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省楊凌農(nóng)業(yè)高新產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，地處黃土高原南緣地帶。該區(qū)為大陸性季風(fēng)半濕潤氣候，年降雨量635～646 mm，年均蒸發(fā)量993 mm， 區(qū)內(nèi)60% 降雨集中于 7-10月，且多大到暴雨。常年平均氣溫12.9 ℃ ，月平均氣溫7月份為26.1 ℃ ，1月份為 -1.2 ℃。土壤類型為塿土，pH值為7.85，有機(jī)質(zhì)含量為1.25%，速效氮含量為47.68 mg/kg，速效磷含量為8.52 mg/kg，速效鉀含量為126.31 mg/kg。

1.2 供試材料

供試大豆種植于西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院水土保持工程實(shí)驗(yàn)室種植園，其品種為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育的中黃13，于2012年6月中旬播種，行距40 cm，株距20 cm。選用有機(jī)肥和磷酸二銨(含N和P2O5分別為18%和46%)作為底肥，用量分別為50 000和200 kg/hm2，有機(jī)肥為腐熟羊糞，其他管理措施按當(dāng)?shù)剞r(nóng)事操作習(xí)慣進(jìn)行。

1.3 樣品采集

按大豆幼苗期(7月6日-7月8日)、分枝期(7月15日-7月17日)、開花期(7月28日-7月30日)、結(jié)莢期(8月6日-8月8日)、始粒期(8月14日-8月16日) 、鼓粒期(8月23日-8月25日)進(jìn)行樣品采集。各生育期樣品采集時(shí)，在試驗(yàn)小區(qū)選取3個(gè)具有代表性的點(diǎn)，然后分別在0～5 cm、>5～10 cm和>10～20 cm土層，用方形扣鏈狀環(huán)刀在距離大豆莖稈5 cm位置采集5 cm×5 cm×4 cm(長×寬×高)原狀土，用于土壤抗蝕性分析。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1-電腦;2-數(shù)顯式推拉力計(jì);3-篩網(wǎng)；4-試樣；5-玻璃缸圖1 土壤崩解裝置示意圖Fig.1 Soil disintegration equipment

1.5 數(shù)據(jù)分析

選用Excel(2007)與sigma plot 12.0分別進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與圖表制作，采用spss 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆各生育期土壤抗蝕性指數(shù)隨浸水時(shí)間的變化特征

通過對土壤抗蝕性指數(shù)隨浸水時(shí)間變化(圖2)的分析，大豆各生育期及各土層土壤抗蝕性指數(shù)隨著土壤浸水歷時(shí)的增加均逐漸減小，表明隨著土壤浸水歷時(shí)的增加，其抵抗徑流對其分散與懸浮的能力逐漸減弱，結(jié)果使越來越多的土壤隨著浸水時(shí)間的延長而發(fā)生崩解，崩解的土壤一部分將土壤孔隙堵塞影響土壤入滲，從而使降雨更多地轉(zhuǎn)化為地表徑流，加劇水土流失，另一部分會(huì)在地表徑流形成后，被搬運(yùn)沉積，造成土壤侵蝕。0～5 cm土層，在15 s時(shí)，苗期、分枝期和開花期土壤抗蝕性指數(shù)較為接近，土壤抗蝕性指數(shù)分布在73.28%～79.25%，其整體水平明顯低于結(jié)莢期和始粒期以及鼓粒期(為88.23%～93.38%)。隨著浸水時(shí)長的增加，各生育期土壤抗蝕性指數(shù)均逐漸降低。大豆苗期各觀測時(shí)間點(diǎn)土壤抗蝕性指數(shù)均低于其他生育期，在2 min后變化較小，保持在一個(gè)較低的水平，這說明苗期土壤抗侵蝕能力最為薄弱，最易產(chǎn)生土壤侵蝕。結(jié)莢期、始粒期與鼓粒期土壤抗蝕性指數(shù)隨著浸水歷時(shí)的增加變化較其他生育期小，說明這3個(gè)生育期土壤抵抗徑流分散與懸浮的能力較強(qiáng)，土壤抗侵蝕能力較強(qiáng)，土壤侵蝕相對不易發(fā)生。>5～10 cm土層，苗期、分枝期土壤抗蝕指數(shù)隨著浸水時(shí)間波動(dòng)較大，在1 min 30 s前下降幅度較大，之后逐漸趨于平穩(wěn)。開花期、結(jié)莢期、始粒期和鼓粒期在前2 min內(nèi)土壤可蝕性指數(shù)下降趨勢較2 min之后明顯。>10～20 cm土層，苗期、分枝期與開花期土壤抗蝕性指數(shù)變化隨浸水歷時(shí)變化比較相似，于浸水后1 min內(nèi)抗蝕性指數(shù)迅速降低，1 min 30 s后趨于平穩(wěn)。結(jié)莢期、始粒期和鼓粒期整體變化幅度較前3個(gè)生育期平穩(wěn)，同時(shí)土壤抗蝕性指數(shù)隨著生育期的延伸而逐漸增大，說明該層土壤抗侵蝕能力按生育期的順序依次增大。在同一土層，土壤抗蝕性指數(shù)下降速度隨生育期的推進(jìn)先減小后增大，始粒期土壤抗蝕性指數(shù)最為平穩(wěn)，說明此生育期土壤抵抗徑流分散與懸浮能力較強(qiáng)。

圖2 大豆各生育期土壤抗蝕性指數(shù)隨浸水時(shí)間的變化特征Fig.2 Characteristics of index of soil anti-erodibility with increase of time during growing stages of soybean

2.2 大豆各生育期土壤抗蝕性特征

大豆地各土層土壤抗蝕性指數(shù)隨著其生育期的推進(jìn)(表1)均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，在始粒期達(dá)到最大值，說明土壤抗侵蝕能力隨著大豆的生長發(fā)育呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢，始粒期抗侵蝕能力最強(qiáng)。0～5 cm土層，苗期抗蝕性指數(shù)最低，其值為42.21%，始粒期最高，其抗蝕性指數(shù)為71.34%，是苗期的1.69倍，鼓粒期抗蝕性指數(shù)開始降低，其值為68.37%，仍高于結(jié)莢期66.47%。對該土層土壤抗蝕性指數(shù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示始粒期與鼓粒期差異不顯著，鼓粒期與結(jié)莢期差異未達(dá)到顯著水平，其他各生育期間抗蝕性指數(shù)均差異顯著。>5～10 cm土層，抗蝕性指數(shù)隨著生育期的延伸先增加后減小，在始粒期達(dá)到最大值，為78.89%。對該土層土壤抗蝕性指數(shù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示始粒期與鼓粒期差異不顯著，鼓粒期與結(jié)莢期差異未達(dá)到顯著水平，其他各生育期間抗蝕性指數(shù)均差異顯著。>10～20 cm土層，始粒期土壤抗蝕性指數(shù)最大，為67.25%，通過方差分析，始粒期與苗期、分枝期和開花期差異均達(dá)到顯著性水平，但與結(jié)莢期和鼓粒期間差異不顯著。同一生長期，對土壤抗蝕性指數(shù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示：苗期，0～5 cm土層最高，且與其他兩土層抗蝕性指數(shù)差異性達(dá)到顯著水平；分枝期0～5 cm和>5～10 cm土層差異不顯著，但均與>10～20 cm土層差異性顯著；開花期各土層間抗蝕性指數(shù)均未達(dá)到顯著性水平；結(jié)莢期>5～10 cm土壤抗蝕性指數(shù)最高，且與其他兩土層差異顯著；始粒期三個(gè)土層間抗蝕性指數(shù)均差異均達(dá)到顯著性水平；而鼓粒期>5～10 cm土層抗蝕性指數(shù)最高，與其他兩土層差異性達(dá)到顯著水平。

總的來說，在同一土層，土壤抗蝕性指數(shù)隨著大豆生育期的延伸均呈先升高后降低的趨勢，在始粒期達(dá)到最大值，說明土壤抵抗徑流分散和懸浮的能力隨著大豆的生長發(fā)育先增強(qiáng)后減弱，這可能與隨著大豆的生長根系對土壤的固定作用增強(qiáng)有關(guān)，已有研究[13-15]表明，土壤抗蝕性與土壤根系含量成極顯著正相關(guān)關(guān)系，植物通過根系在土體中穿插、纏繞、網(wǎng)絡(luò)、固結(jié)，有效提高了土壤的抗侵蝕能力。隨著大豆的生長，土壤中大豆根系含量升高，根系固土能力增強(qiáng)，始粒期大豆根系生長達(dá)到頂峰，此生長階段土壤抗蝕性也達(dá)到最大值，之后隨著植株生殖生長的進(jìn)行，根系發(fā)育逐漸停止并開始衰減，土壤抗蝕性逐漸減弱。在苗期和分枝期，0～5 cm土層土壤抗蝕性指數(shù)高于>5～10 cm和>10～20 cm土層，這表明此生長階段，0～5 cm土層抵抗徑流分散與懸浮能力較強(qiáng)，而之后四個(gè)生育期5～10 cm土層抗蝕性指數(shù)最高，這表明此階段>5～10 cm土層土壤抵抗徑流分散與懸浮能力最強(qiáng)，超過0～5 cm土層。在大豆各生育期，>10～20 cm土層土壤抗蝕性指數(shù)均低于0～5與>5～10 cm土層，表明>10～20 cm土層土壤抗蝕性最弱。不同土層間土壤抗蝕性的差異可能與大豆在土壤中的根系分布情況有關(guān)，孫廣玉等[16]通過研究發(fā)現(xiàn)大豆根系絕大部分分布在土壤0～10 cm土層，10 cm以下根系分布較少，所以在同一生育期不同土層間土壤抗蝕性指數(shù)也存在差異，這也說明了土壤抗蝕性受根系影響較大。

表1 大豆各生育期土壤抗蝕性特征Tab.1 Characteristics of soil anti-erodibility during growing stages of soybean

注：數(shù)字后不同小寫字母表示土層間在P<0.05水平上差異顯著，不同大寫字母表示生育期間在P<0.05水平上差異顯著，下同。

3 結(jié) 語

(1)大豆各生育期土壤抗蝕性指數(shù)隨浸水歷時(shí)的延長均逐漸減小，即說明土壤浸水時(shí)間越長，土壤抗侵蝕能力越弱，更易發(fā)生侵蝕，而苗期和分枝期因根系不發(fā)達(dá)，土壤抗蝕性較其他生育期弱，這表明土壤長時(shí)間持續(xù)與水作用更易被分散和懸浮，當(dāng)降雨歷時(shí)較長時(shí)，尤其在苗期和分枝期植株冠幅較小，更易發(fā)生土壤侵蝕，此時(shí)期應(yīng)加強(qiáng)土壤侵蝕監(jiān)測防控。

(2)大豆各生育期>10～20 cm土層土壤抗蝕性均較其他兩土層弱，苗期和分枝期0～5 cm土層土壤抗蝕性最強(qiáng)，而后期>5～10 cm土層土壤抗蝕性強(qiáng)于0～5和>10～20 cm土層。這表明地表土壤抗蝕性較弱，應(yīng)在適當(dāng)時(shí)期采取增加地表覆蓋等措施避免土壤裸露，預(yù)防表層以及深層土壤侵蝕的發(fā)生。

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