薄層土石山區(qū)坡改梯土壤環(huán)境效應研究

宋曉強（陜西省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心陜西西安710004）

薄層土石山區(qū)坡改梯土壤環(huán)境效應研究

宋曉強
（陜西省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心陜西西安710004）

坡改梯是薄層土石山區(qū)控制水土流失，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。本文基于對土石山區(qū)不同類型梯田的實地調查采樣，通過室內(nèi)實驗分析，結合模糊數(shù)學評價模型，分析了土石山區(qū)坡改梯前后土壤生態(tài)效應變化。

土石山區(qū)；土壤養(yǎng)分評價；坡改梯；分析研究

1　前言

陜西省南部地區(qū)坡地嚴重的水土流失，導致大量的泥沙順坡匯集注入江河，給下游地區(qū)帶來災害［1-2］。坡耕地是導致陜南薄層土石山區(qū)水土流失的主要原因。因此，合理有效的治理陜南土石山區(qū)坡耕地的水土流失，對建設生態(tài)農(nóng)業(yè)，發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義［3-4］。改造坡耕地，建設水平梯田，是控制陜南土石山區(qū)開發(fā)利用坡地，實現(xiàn)當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。

本文對研究區(qū)相同立地類型的坡耕地和梯田的土壤粒徑、土壤團聚體和土壤養(yǎng)分等理化性質進行統(tǒng)計分析，并計算土壤團聚體的平均重量直徑、幾何平均直徑和分形維數(shù)，闡明坡改梯前后研究區(qū)的土壤環(huán)境生態(tài)效應變化特征。

2　材料和方法

2.1研究區(qū)概況

余姐河流域位于陜西省安康市漢濱區(qū)恒口鎮(zhèn)境內(nèi)，占地面積0.141km2。流域上游坡面陡，土層薄，耕地以坡耕地為主，主要農(nóng)作物有花生、玉米和豌豆等。流域多年平均降雨量850mm，降水量年內(nèi)分配不均，雨季7月～10月降水量占全年降水量的65%。

2.2土壤樣品采集與測試

在余姐河以30m×30m網(wǎng)格利用直徑5 cm的土鉆分不同土層深度采集土壤樣品，共計采樣點207個，采集原狀土帶回實驗室測定土壤團聚體、氮、磷和有機質等。

3　結果與分析

3.1坡改梯前后土壤機械組成及分布特征

從表1可以看出研究區(qū)內(nèi)坡耕地土壤機械組成中粉粒含量占主導地位，粉粒（0.05 mm～0.002mm）平均百分比為81.15%，細砂粒（0.25mm～0.05mm）平均百分比、中粗砂粒（1 mm～0.25mm）平均百分比、極粗砂粒（2mm～1mm）平均百分比分別為8.66%、0.45%、0.13%，粘粒（＜0.002mm）平均含量百分比為0.59%，中粗砂粒含量和極粗砂粒含量相對較低。不同土層深度也表現(xiàn)出類似的規(guī)律，說明坡耕地的土壤顆粒沒有土層的差異，所產(chǎn)生的差異主要由于人為耕作活動、地形條件以及水土流失情勢等差異而造成的。不同土層深度也表現(xiàn)出類似的規(guī)律，說明梯田的土壤顆粒同樣沒有土層的差異。

表1　土壤顆粒機械組成變化

表2　土壤團聚體含量百分比（%）

3.2坡改梯前后土壤團聚體組成及分布特征

有研究表明，粒徑＞0.25mm土壤團聚體含量與土壤抗蝕性密切相關，因此，以R0.25分析土壤團聚體的坡面變化。由表2可以看出坡耕地不同土層深度下粒徑＞0.25mm土壤機械穩(wěn)定性團聚體含量（R0.25）均較高，大于98%，其中土層深度為40cm～60cm土壤中R0.25的含量最高，達到98.96%。從表中也可以看出在三個不同的土層深度下，土壤粒徑＞5mm、2mm～5mm、1mm～2mm、0.5mm～1mm、0.25mm～0.5mm的含量均表現(xiàn)為逐漸減少。

表3　團聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）及分形維數(shù)（D）

表4　土壤養(yǎng)分統(tǒng)計特征

從表3可以看出，坡耕地土壤機械團聚體的平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）的變化趨勢一致，均表現(xiàn)為0cm～20 cm值最大，20cm～40cm土層的值最小，分形維數(shù)D的變化與MWD和GMD的變化趨勢相反，表現(xiàn)為0cm～20cm的值最小，20cm～40cm土層的值最大，而40cm～60 cm土層D值的變化與0cm～20cm的變化相差不大。表明在20cm～40cm土層的平均粒度團聚度較大，土壤結構較好，團聚體穩(wěn)定性良好。梯田土壤團聚體的MWD 和GMD的結果變化趨勢一致，均隨著土層深度的增加而逐漸增大，說明隨著土層深度的增加，土壤團聚體的狀況越好，其粒徑團聚度越高，穩(wěn)定性也越強。

3.3坡改梯前后土壤養(yǎng)分特征及分布規(guī)律

對坡耕地不同土層深度下土壤養(yǎng)分統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)（見表4），土壤TP、SOC、Fe、Zn 和Mn含量隨著土層深度的增加而逐漸減少，表層含量明顯大于次層，養(yǎng)分指標呈現(xiàn)出銳減趨勢，說明土壤表層作物殘渣和一些凋落物的覆蓋可以使SOC和其他養(yǎng)分在土壤表層富集。土壤TN和AP隨著土層深度的增加逐漸增加，而其他養(yǎng)分指標沒有表現(xiàn)出明顯的垂直分層變化規(guī)律。從養(yǎng)分含量的均值來看，TP、TN和SOC的均值分別為0.39g/kg、0.15g/kg和11.34g/kg，AP、NH4+-N、NO3--N、Cu、Fe、Zn和Mn的均值分別為14.9mg/kg、1.78mg/kg、0.95mg/kg、1.23mg/kg、4.20mg/kg、2.34mg/kg和4.02mg/kg；可見，坡耕地土壤SOC含量最高，NO3--N含量最低。變異系數(shù)可以反映各采樣點之間的平均變異程度，體現(xiàn)了土壤的內(nèi)在性質，可以區(qū)別不同土壤養(yǎng)分抵抗外界因素的敏感性。土壤A3層TN的變異系數(shù)為111%，A2 層NO3--N的變異系數(shù)為115%，三個土層深度下土壤Cu的變異系數(shù)分別為164%、186%、142%，均＞100%，為強變異，說明在特定土層深度下，土壤這些養(yǎng)分的空間變異較大，容易受到外界的干擾。

對梯田不同土層深度下土壤養(yǎng)分統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)（見表5），土壤TP、SOC、NH4+-N、Zn和Mn含量隨著土層深度的增加逐漸減少，養(yǎng)分含量明顯在表層富集，而其他養(yǎng)分指標沒有表現(xiàn)出明顯的垂直分層變化規(guī)律。從養(yǎng)分的含量的變化范圍來看，TP、TN和SOC的變化范圍分別為0.05g/kg～1.27g/kg、0.01g/kg～0.72g/kg和6.7g/kg、5g/kg～42.27g/kg，AP、NH4+-N、NO3--N、Cu、Fe、Zn和Mn的變化范圍分別為0.20mg/kg～61.8mg/kg、0.2mg/kg～6.56mg/kg、0.02mg/kg～3.60mg/kg、0.01mg/kg～8.97mg/kg、0.39mg/kg～12.91mg/kg、0.47mg/kg～6.96mg/kg和0.35mg/kg～9.78mg/kg；可見，土壤AP的極值差為61.6mg/kg，變化范圍最大，TN的極值差為0.71g/kg，變化范圍最小。從養(yǎng)分含量的均值來看，TP、TN和SOC的均值分別為0.49g/kg、0.17g/kg和19.70g/kg，AP、NH4+-N、NO3--N、Cu、Fe、Zn和Mn的均值分別為17.59mg/kg、1.50mg/kg、0.91mg/kg、1.36mg/kg、3.61mg/kg、2.34mg/kg和2.71mg/kg；可見，梯田土壤SOC含量最高，NO3--N含量最低。

4　結語

（1）通過對坡改梯前后土壤機械組成和團聚體的分布特征分析，坡耕地和梯田土壤質地中均是粉粒含量占主導地位，但是粉粒含量表現(xiàn)為坡耕地＞梯田，坡耕地土壤質地中粗砂粒含量和極粗砂粒含量相對較低，梯田土壤質地中粘粒含量和極粗砂粒含量相對較低。

（2）對坡耕地和梯田的土壤團聚體組成統(tǒng)計分析，并計算了土壤團聚體的平均質量直徑（MWD）、平均幾何直徑（GMD）和分形維數(shù)（D），發(fā)現(xiàn)坡耕地不同土層深度下土壤機械穩(wěn)定性團聚體含量（R0.25）均較高，均大于98%，并且粒徑＞5mm的土壤顆粒含量較高；梯田的三個不同土層深度下R0.25含量均大于96%，隨著土層深度的增加R0.25含量逐漸減少，但變化不顯著。在相同的土層深度下坡耕地R0.25的含量均高于梯田；團聚體平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）表現(xiàn)為坡耕地＞梯田；分形維數(shù)D在相同的土層深度下均表現(xiàn)為坡耕地＜梯田。

（3）對比坡耕地與梯田的土壤養(yǎng)分特征可以看出，梯田土壤Fe、Mn和NH4+-N的含量比坡耕地的低，其他養(yǎng)分含量均比坡耕地的含量高。梯田SOC平均含量比坡耕地提高了73%，AP平均含量比坡耕地提高了18%，其他養(yǎng)分指標的基本上處于相對平穩(wěn)狀態(tài)，變化不大。陜西水利

［1］張學權，張旭東，劉永碧，等.坡耕地整治實踐與退耕還林坡耕地治理的探討［J］.西昌學院學報：自然科學版，2007，21（3）:10-14.

［2］Li Xiubin.Living Terrace Edge2an Effective M e thod of Slope Utilization in the Upper Reaches of the Yangtze R iver［J］.Rehabilitation of Degraded Lands in Mountain Ecosystems of the Hindu Kush2H im alayan Region，IC I2 MOD，1995.

［3］王繼夏，孫虎，趙文韜.漢丹江流域水土流失特點及分布規(guī)律［J］.西北大學學報：自然科學版，2009，39（6）:1080-1083.

［4］劉源鑫，焦峰，朱樂天.陜西南水北調中線工程水源區(qū)水土保持工程綜合效益評價［J］.中國水土保持，2012，42-44.

（責任編輯：李蕊）

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