黃土殘塬區瀉溜紅土坡積體土壤改良效果研究

柴亞凡 周波 呂文強 金毅

摘要：以黃土殘塬區瀉溜紅土坡積體為研究對象，采用河沙、粉煤灰、鋸末和有機肥4種材料作為土壤改良劑，與瀉溜紅土按照不同配比混合制成試驗基質，根據玉米生長狀況和收獲后的土壤理化性質篩選出最適宜的改良劑及配比。研究結果表明：①加入改良劑后，玉米的苗高、地徑和生物量在不同配比組間均差異顯著，樣品+有機肥的苗高、地徑和生物量均顯著高于其他各組;②各配比組間土壤pH值差異不顯著，而土壤有機質和全氮含量差異顯著;③加入改良劑后，各配比組土壤大團聚體占比減小，而小團聚體和微團聚體占比增大。綜上，土壤改良劑的加入對瀉溜紅土的改良產生了積極影響，土壤肥力是影響瀉溜紅土植物生長的最主要因素。

關鍵詞：紅土瀉溜侵蝕;坡積體;土壤改良;黃土殘塬區

中圖分類號：S157.2

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j .issn. 1000- 1379.2019.01.019

黃土高原殘塬溝壑區溝谷中由紅色黃土（簡稱紅土）構成的瀉溜坡面巖體，在冬春凍融變化引起收縮以及物理風化作用下所產生的巖屑，受重力作用向坡腳滾溜而發生瀉溜，這種以重力作用為主的侵蝕方式，稱為瀉溜侵蝕[1-2]。在紅土出露廣泛分布的地區，這是一種重要而強烈的侵蝕方式[3]，其結果往往加劇覆蓋在其上部的黃土層發生崩塌、滑坡等侵蝕，溝谷向兩岸擴展，“蠶食”塬面，瀉溜坡積體淤積溝道，導致溝道行洪能力下降[4].嚴重威脅當地人民群眾的生產生活。目前對瀉溜侵蝕的研究僅從其分布特征[5]、影響因素[4]和防治措施[6-8]等方面進行定性分析與評價，關于其侵蝕機理和過程的定量研究鮮有報道。

紅土瀉溜坡面治理關鍵是要穩定坡腳，即先用工程或生物措施穩定坡腳，進而在瀉溜面上植樹種草，改良土壤，恢復植被，蓄水保土，這樣才會收到好的治理效果[4-5]。由于瀉溜坡積體有機質含量低，黏粒含量高，遇水迅速膨脹，透水透氣性差，導致苗木成活率低，因此筆者從造價、利用率和采集難易程度等方面綜合考慮，采用河沙、粉煤灰、鋸末和有機肥4種材料作為土壤改良劑，以改善坡積體土壤結構，從而提高苗木成活率，旨在為隴東黃土高原殘塬溝壑區紅土瀉溜坡面的植被恢復提供參考。

1 研究區概況

研究區位于甘肅省平涼市涇川縣田家溝小流域。田家溝是涇河的一級支流，海拔為1027.9—1374.1m，屬典型的黃土高原殘塬溝壑區河流。流域總面積56.3 km主溝道長17.3 km.溝道平均比降為2.33%，溝壑密度為1.64 krrl/km。溝谷上部為黃土，中下部為紅土，瀉溜侵蝕強烈。氣候屬溫帶半濕潤氣候，年均氣溫10.1℃，極端最低氣溫- 24℃，極端最高氣溫40.0℃，年均日照時數2 274 h、太陽總輻射量542.661J/cm，10℃以上年積溫為2 863℃，年均降水量為515 mm，年均水面蒸發量為1 237.9 mm.最大凍土深度為55 cm，年均無霜期為174 d。流域內主要有黃綿土、灰褐土和紅土3個土類。流域內常見的植物種有側柏、刺槐、狼牙刺、紫荊、沙棘、酸棗和杜梨等。

2 研究方法

2.1 試驗材料選擇

（1）試驗玉米品種為涇川縣近年來普播的金科2號。

（2）改良劑選用河沙、粉煤灰、鋸末和有機肥（熟化的羊糞）。

（3）供試土樣于2016年4月采自田家溝科技示范園，采樣地植被稀疏，伴有少量禾本科、菊科和豆科等植物，采樣深度為0～50 cm。供試土壤的基本理化性質見表1。

2.2 試驗設計

（1）樣品制備：將瀉溜紅土去除石塊、枯枝落葉和較大的根莖等雜質，晾曬后自然風干，用5 mm篩網過篩后備用。

（2）改良劑配比：共15種（見表2），分別裝入底部帶有出水孔的橡膠盆內，橡膠盆規格為直徑24 cm、盆高16 cm.每種處理重復3次，并以未施加改良劑的紅土（CK）作為對照。

（3） 2016年4月底開始盆栽試驗，每盆播種4株，播種深度為6 cm左右，待出苗后苗高達到6 cm左右間苗，每盆保留2株。

（4）期間不施用化肥，只定期澆水，于2016年9月收獲玉米進行全株生物量測定，并對盆內土壤進行理化性質分析。

2.3 指標選取及測定方法

土壤pH值采用DELTA - 320型pH計測定（水土比1：1），土壤有機質采用重鉻酸鉀一外加熱法測定，全氮采用凱氏定氮法測定，土壤水穩性團聚體分級采用薩維諾夫濕篩法測定[9]。苗高采用鋼卷尺測量，地徑采用游標卡尺測量。全株生物量采用烘干法，將玉米植株沿基部剪下，將所得到的全株先在90℃下殺青30 min，再在60℃下烘干24 h，稱重。

3 結果與分析

3.1 不同改良劑對植株生長狀況的影響

經過一個生長季，對盆栽玉米的苗高和地徑生長狀況進行測量，測量后對玉米進行刈割，以測定玉米的生物量。為了探究不同配比組對玉米生長的影響，選取苗高、地徑和生物量3項指標，進行方差分析（見表3）。可以看出，玉米的苗高、地徑和生物量在不同配比組間差異顯著（顯著性水平a<0.05）。從不同配比組不同組分玉米生長狀況可以看出，苗高、地徑和生物量最大值均出現在樣品+有機肥（C）組，說明土壤肥力是影響玉米生長的主要因素。樣品+河沙（A）和樣品+粉煤灰（B）組各組分苗高、地徑和生物量較小，原因是河沙和粉煤灰缺乏玉米生長所需的營養元素。

3.2 不同改良劑對土壤化學性質的影響

盆內玉米收割后，對盆內土壤理化性質進行測定，結果見表4。

加入土壤改良劑后，經過一個生長季，相比土壤樣品（pH值為8.75），包括紅土對照（CK）在內的各配比組土壤pH值減小，即土壤pH值更趨向于中性;而相比于土壤樣品（有機質含量為2.31 g/kg，全氮含量為0.30 g/kg），土壤有機質和全氮含量總體呈升高趨勢。

對不同配比組土壤pH值、有機質和全氮進行單因素方差分析，并用Duncan法進行多重比較（見表4）。可以看出，各配比組間土壤pH值差異不顯著（α>0.05），而土壤有機質和全氮含量差異顯著（a<0.05）。由表4可以看出，各配比組土壤pH值按大小排序為：樣品+有機肥（C）=樣品+粉煤灰+鋸末（F）>樣品+河沙+有機肥（E》紅土對照（CK）>樣品+粉煤灰（B》樣品+河沙（A）。樣品+粉煤灰（B）和樣品+河沙（A）配比組pH值小于紅土對照（CK）的，說明河沙和粉煤灰能顯著降低土壤樣品的pH值。各配比組土壤有機質含量均高于紅土對照（CK）的，說明經過一個生長季，不同配比組均提高了土壤有機質含量，具有一定的土壤改良效應。各配比組提高土壤有機質含量按大小排序為：樣品+粉煤灰（B》樣品+粉煤灰+鋸末（F》樣品+有機肥（C》樣品+河沙+有機肥（E》樣品+河沙（A）。從土壤全氮含量可以看出，各配比組均提高了土壤全氮含量，其中樣品十有機肥（C）和樣品+河沙+有機肥（E）能顯著提高土壤全氮含量，這可能與有機肥含氮元素有關。

3.3 不同改良劑對土壤團聚體的影響

土壤團聚體是土壤結構的基本單位，其形成和穩定主要通過土壤中各種膠結物質的膠結作用實現[10]。土壤團聚體對土壤養分有重要影響，土壤團粒結構是土壤肥力的物質基礎，是作物高產所需的土壤條件。土壤肥力的高低，不僅取決于大、小粒級微團聚體自身的作用，而且與其組成比例有關。通過對不同配比組間土壤水穩性微團聚體（粒徑<0.25 mm）、小團聚體（粒徑為0.25～ 2.00 mm）和大團聚體（粒徑>2.00 mm）進行單因素方差分析（見表5）發現，不同配比組間土壤微團聚體、小團聚體和大團聚體差異均不顯著（α>0.05）。

與紅土對照（CK）相比，各配比組土壤大團聚體占比減小，而小團聚體和微團聚體占比增大，說明加入土壤改良劑可促使土體中的大團聚體向小團聚體和微團聚體轉化，原因是土壤水穩性團聚體的形成需要土壤膠體物質的有機黏合作用，瀉溜紅土中含有大量的親水性黏粒礦物，本身黏粒含量較高，因此土體中的團聚體多以大團聚體的形式存在，而加入的土壤改良劑分散性強，將土體中大團聚體分散為小團聚體或微團聚體。

4 結語

（1）玉米的苗高、地徑和生物量在不同配比組間均差異顯著（α<0.05）。樣品+有機肥（C）是對玉米生長最有益的配比組。不同配比組間土壤pH值差異不顯著（α>0.05），而土壤有機質和全氮含量差異顯著（α<0.05）。

（2）加入改良劑后，各配比組土壤大團聚體占比減小，而小團聚體和微團聚體占比增大，說明加入的土壤改良劑可將土體中大團聚體分散為小團聚體或微團聚體。

（3）瀉溜坡積體的土體改良試驗初衷是從改良土壤結構、增加土體的透水透氣性考慮，但是從試驗結果來看，土壤肥力仍是影響瀉溜紅土植物生長的主要因素。

參考文獻：

[1]涂安千，“紅土”陡坡的瀉溜侵蝕及其防治[J].水土保持通報，1981，1（4）：29-33.

[2]王斌科，海東黃土區的瀉溜侵蝕[J].中國水土保持，1990（5）：25-26.

[3]王玉惠，田存信，紅土嚴重裸露的里仁溝小流域治理及效益[J].中國水土保持，1994（12）：47-49.

[4] 王德賢，瀉溜侵蝕的防治問題[J].黃河建設，1965（1）：28.

[5]李裕后，黃土高原瀉溜侵蝕的分布特征[J].中國水土保持，1989（9）：33-35.

[6]胡建忠，沙棘：一種防治紅土瀉溜侵蝕的優良樹種[J].林業科技開發，1993（1）：5-6.

[7]胡建忠，王愿昌，沙棘對瀉溜紅土的改良及其生長規律[J].水土保持通報，1993，13（4）：44-50.

[8] 柴亞凡，周波，呂忠明，等，黃土高原殘塬溝壑區紅土瀉溜面防治模式研究[J].中國水土保持，2014（2）：49-51.

[9] 陳立新，土壤實驗實習教程[M].哈爾濱：東北林業大學出版社，2005：98-101.

[10] 王清奎，汪思龍，土壤團聚體形成與穩定機制及影響因素[J].土壤通報，2005，36（3）：415-419.