湖北省土壤可蝕性研究

閆 婧，張必輝，高 超，丁樹文

(1.華中農業大學 資源與環境學院，湖北 武漢 430070；2.湖北省水土保持監測中心站，湖北 武漢 430071)

土壤對侵蝕的敏感性，或土壤受侵蝕的潛在可能性稱為土壤的可蝕性[1]。土壤可蝕性K值的大小表示土壤被沖蝕的難易程度，是影響土壤流失量的內在因素，也是定量研究土壤侵蝕的基礎[2]。關于土壤可蝕性的研究，俄國科學家羅蒙諾索夫最早在1753年就詳細論述了土壤侵蝕對農業生產的影響[1]。后來，ZINGG在1940年提出了世界上最早的土壤流失方程。1957—1958年，WISCHMEIER和SMITH建立了現在應用廣泛的通用土壤流失方程(USLE)[1-4]，方程中包含有土壤可蝕性因子K。之后，WISCHMEIER等建立了土壤可蝕性諾謨方程和修正諾謨方程，通過分析粉粒和極細砂粒含量、砂粒含量、有機質含量、土壤結構、土壤通透性等5項土壤特性指標來估算土壤可蝕性K值[5]。20世紀80年代初期，美國德克薩斯農工大學黑土地研究中心和美國農業部草地、土壤和水分研究所共同研究開發出了環境政策綜合氣候模型(EPIC模型)，采用土壤有機碳和機械組成來估算土壤可蝕性K值[6]。在我國，具有土壤侵蝕預報價值的土壤可蝕性K值研究開始于20世紀90年代，在土壤可蝕性研究方法、區域性土壤可蝕性特征、土壤可蝕性實測法與估算法對比分析及兩者的定量關系方面進行了大量的研究，在研究手段方面既有基于徑流小區觀測資料實測土壤可蝕性K值，也有采用國際上通用的土壤可蝕性估算公式估算K值[6-7]。

湖北省土地總面積18.59萬km2，根據全國第一次水利普查水土保持專項普查結果，全省現有水土流失面積3.69萬km2，占土地總面積的19.8%，年土壤侵蝕量1.25億t，嚴重的水土流失制約著湖北省社會經濟的可持續發展。本研究以湖北省為研究區，使用通用性較好的EPIC模型對湖北不同類型土壤的可蝕性進行系統研究，揭示各類土壤遭受侵蝕的潛在可能性，并提出相應的防治措施，以期為湖北省防止土地退化、治理水土流失等提供借鑒。

1 研究區概況

湖北省位于長江中游，地理位置介于N29°05′～33°20′、E108°21′～116°07′，地處亞熱帶季風區，年均降水量1 200 mm左右，年均氣溫15～17 ℃，雨熱同期。湖北省處于中國地勢第二級階梯向第三級階梯過渡地帶，地貌類型多樣，山地、丘陵和平原兼備，其中山地面積約占土地總面積的55.5%，丘陵約占24.5%，平原湖區約占20%。土壤類型多樣，主要有紅壤、黃壤、黃棕壤、黃褐土、砂姜黑土、棕壤、暗棕壤、石灰土、紫色土、山地草甸土、沼澤土、潮土、水稻土等13種土類。

2 研究方法

本研究采用湖北省第二次土壤普查成果——《湖北省土種志》，從其中剔除數據不全的部分，選取湖北省土壤13個土類、30個亞類、345個土種，共398組數據，將各土類的序號、土壤類型、亞類、土屬、土種、所在地區、有機質含量、全氮含量、全磷含量、全鉀含量、土壤機械組成、分布面積及其占土地總面積的比例等錄入Excel。采用通用性較好的EPIC方程計算得到各土種的土壤可蝕性K值，將各土種的分布面積和K值進行加權平均得到各亞類的平均土壤可蝕性K值，然后根據各亞類的分布面積和K值進行加權平均，得到各土類的土壤可蝕性K值，結合土類面積進行相應的分析。

本研究采用EPIC模型，計算公式為

K={0.2+0.3exp[-0.025SAN(1-SIL/100)]}×

[SAN/(CLA+SIL)]0.3×

{1.0-0.25C/[C+exp(3.72-2.95C)]}×

{1.0-0.75SN1/[SN1+exp(-5.51+22.9SN1)]}

式中：SAN為砂粒含量，%；SIL為粉粒含量，%；CLA為黏粒含量，%；SN1=1-SAN/100[5]；C為有機碳含量，%；所得結果為美制單位。

3 結果與分析

表1為各土類及其亞類的土壤可蝕性K值與分布面積。對各土類的土壤可蝕性K值與分布面積進行加權平均，得到湖北省平均土壤可蝕性K值為0.228 5。

表1 各土類及其亞類土壤可蝕性K值與分布面積

13個土類中，分布面積較大的有黃棕壤、水稻土、石灰土，其次是紅壤、潮土、黃壤、棕壤、紫色土及黃褐土，剩余4種土類分布面積僅占全省土地總面積的0.32%；土壤可蝕性K值最大的是棕壤，為0.249 7，其次是暗棕壤，為0.246 6，最低的是紫色土，為0.208 3。

根據K值對土壤可蝕性級別進行分級，<0.1為低可蝕性，0.1～0.2為中低可蝕性，0.2～0.3為中可蝕性，0.3～0.4中高可蝕性，0.4～0.5為高可蝕性，≥0.5為極高可蝕性。研究可知，湖北省土壤主要為中可蝕性和中低可蝕性，分布面積分別為110 287.572、4 990.011 km2，分別占全省土地總面積的59.33%、2.68%。可見，中可蝕性基本可以反映湖北省土壤侵蝕狀況。

表2為各土類的土壤機械組成及有機質、有機碳含量。由表2可知，在湖北省各土類的土壤機械組成中，砂粒(2～0.02 mm)含量介于22.35%～55.97%，其中砂粒含量最多的是潮土，為55.97 %，最少的是石灰土，為22.35%；粉粒(0.02～0.002 mm)含量介于27.40%～42.00%，粉粒含量最少的是紫色土，為27.40%，最多的是棕壤，為42.00 %；黏粒(<0.002 mm)含量介于13.95%～40.52%，其中黏粒含量最多的是石灰土，為40.52%，其次是砂姜黑土，為39.19 %，潮土最少，僅為13.95%。各土類的土壤有機質含量差異較大，總體介于11.80～255.30 g/kg，其中有機質含量最少的是紫色土，為11.80 g/kg，最多的是沼澤土，為255.30 g/kg。

表2 各土類土壤機械組成及有機質、有機碳含量

各土類土壤養分特征見表3。由表3知，各土類的全氮含量介于0.75～10.09 g/kg，其中全氮含量最高的是沼澤土，為10.09 g/kg，最低的是黃褐土與紫色土，均為0.75 g/kg。全磷含量介于0.32～1.10 g/kg，其中全磷含量最高的是山地草甸土，為1.10 g/kg，最少的是黃褐土，為0.32 g/kg。全鉀含量介于0.77～20.72 g/kg，其中全鉀含量最高的是山地草甸土，為20.72 g/kg，其次是潮土，為19.88 g/kg，最少的是暗棕壤，為0.77 g/kg。

表3 各土類土壤養分特征

4 討 論

計算結果表明，湖北省各土類的土壤可蝕性K值介于0.208～0.250，而在同屬亞熱帶的川渝地區一些相同土類的K值就相對要高一些。侯大斌[1]研究得到川渝地區紫色土K值最大，達0.345 0，而湖北省紫色土的K值只有0.208 3。調查發現川渝地區紫色土砂粒含量為82.50%，粉粒為9.75%，黏粒為7.75%[1]，而湖北省紫色土對應數據分別為50.39%、27.40%、22.51%。川渝地區紫色土的粉粒、黏粒含量均低于湖北省紫色土，砂礫含量相對較高。此外，采集土樣地點的狀態、坡度、受光性好壞及采樣時間、天氣等因素也會對土壤機械組成和養分特征造成一定影響，進而影響到土壤可蝕性測定結果。這些都造成本研究結果中湖北省紫色土可蝕性K值低于川渝地區。

水土流失與人民生活質量息息相關，降低可蝕性K值以減輕水土流失，湖北省可以從幾個方面著手：一是在有機質缺乏的土壤中施用有機肥，如塘泥、綠肥、糞肥等增加土壤有機質和氮的積累。有機肥料的施用既增加了土壤有機膠體，又借助微生物的作用把許多有機物也分解轉化成有機膠體，大大增加了土壤吸附表面，產生了許多膠黏物質，使土壤顆粒膠結起來變成穩定的團粒結構，提高了土壤保水、保肥和透氣的性能，以及調節土壤溫度的能力。二是秸稈還田。秸稈中含有大量新鮮的有機物料，在農田中經過一段時間的腐解作用，就可以轉化成有機質和速效養分，從而改善土壤理化性狀。但秸稈分解過程中微生物會與作物爭奪土壤有效氮，因此必須增施無機氮肥。三是牧草與作物輪作。輪作根系深度不同的作物，深根作物可以利用由淺根作物溶脫而向下層移動的養分，并把深層土壤的養分吸收轉移上來，殘留在根系密集的耕作層。同時，輪作可借根瘤菌的固氮作用補充土壤氮素，提高土壤中有機質的含量。

5 結 論

(1)湖北省平均土壤可蝕性K值為0.228 5，各土類的K值介于0.208～0.250，其中最大的是棕壤，為0.249 7，最低的是紫色土，為0.208 3。

(2)湖北省以中可蝕性和中低可蝕性土壤為主，其中中可蝕性土壤占全省土地總面積的59.33%，而中低可蝕性土壤只占2.68%。

(3)砂粒(2～0.02 mm)含量最少的是石灰土，為22.35%，最多的是潮土，為55.97%；粉粒(0.02～0.002 mm)含量最少的是紫色土，為27.40%，最多的是棕壤，為42.00%；黏粒(<0.002 mm)含量最少的是潮土，為13.95%，最多的是石灰土，為40.52%。土壤全氮含量在0.75～10.09 g/kg之間，全磷含量在0.32～1.10 g/kg之間，全鉀含量在0.77～20.72 g/kg之間，有機質含量在11.80～255.30 g/kg之間。