喀斯特石漠化地區(qū)不同水土保持措施對(duì)土壤物理性質(zhì)及抗剪性的影響

岳坤前 顧再柯 袁蘢 方啟彬

摘要 分析了喀斯特石漠化地區(qū)不同水土保持措施對(duì)土壤物理性質(zhì)和抗剪性的影響，結(jié)果表明，不同措施下土壤平均持水性總體表現(xiàn)為水保林>封山育林>經(jīng)濟(jì)林>坡耕地>坡改梯，平均土壤容重表現(xiàn)為水保林<經(jīng)濟(jì)林<封山育林<坡耕地<坡改梯，平均土壤總孔隙度表現(xiàn)為水保林>經(jīng)濟(jì)林>封山育林>坡耕地>坡改梯，土壤平均抗剪強(qiáng)度大小排序?yàn)榉馍接?水保林>坡改梯>坡耕地>經(jīng)濟(jì)林，總體表現(xiàn)為水保林增加土壤持水性、土壤孔隙度，降低土壤容重效果顯著，封山育林狀態(tài)下土壤抗剪性最強(qiáng)，坡改梯由于人為擾動(dòng)增加了土壤容重。綜合分析，水保林對(duì)土壤物理性質(zhì)改良效果較好。

關(guān)鍵詞 水土保持措施;土壤物理性質(zhì);抗剪性;影響; 喀斯特石漠化地區(qū)

中圖分類號(hào) S152.7+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）05-0080-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.05.022

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of Different Soil and Water Conservation Measures on Soil Physical Properties and Shear Resistance in Karst Rocky Desertification Areas

YUE Kun-qian1，GU Zai-ke1，YUAN Long2 et al

（1.Guizhou Monitoring Station of Soil and Water Conservation，Guiyang，Guizhou 550002;2.School of International Tourism and Culture，Guizhou Normal University，Guiyang，Guizhou 550001）

Abstract The effects of different water and soil conservation measures on soil physical properties and shear resistance in Karst rocky desertification areas were analyzed. The results showed that the overall performance of soil average water holding capacity under different measures was soil and water conservation forests> afforestation> economic forest> sloping farmland> slope-to-terrace;the average soil bulk density was represented by soil and water conservation forestseconomic forests>afforestation>sloping farmland>slope-to-terrace;the average shear strength of soil order as follows： afforestation > soil and water conservation forests > slope-to-terrace > sloping farmland > economic forests.The overall performance was that soil and water conservation forests increased soil water holding capacity and soil porosity， and reduced soil bulk density. The soil had the strongest shear resistance in the state of closed hills for afforestation. The slope-to-terrace increased the soil bulk density due to human disturbance.Comprehensive analysis showed that the soil and water conservation forest had good effect on soil physical properties improvement.

Key words Soil and water conservation measures;Physical properties of soil;Shear resistance;Effect;Karst rocky desertification areas

土壤作為生態(tài)系統(tǒng)中植物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，其蓄水、持水能力、土壤水文功能的強(qiáng)弱主要取決于土壤層的厚度、土壤容重、孔隙度等物理性狀，其物理性質(zhì)直接影響著植物根系的呼吸作用和生長(zhǎng)速度[1-2]，大量研究表明，植物能通過(guò)地表凋落物和地下根系的增加降低土壤容重[3-4]。目前，常用的水土保持措施主要為林草措施、農(nóng)業(yè)措施和工程措施[5-7]，而不同的水土保持措施對(duì)土壤容重、孔隙度、土壤含水量等物理性質(zhì)產(chǎn)生的影響不同。該研究以興義市攏岸小流域不同水土保持措施水保林、坡耕地、封山育林、經(jīng)濟(jì)林、坡改梯為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)不同水土保持措施土壤容重、孔隙度、土壤含水量和抗剪強(qiáng)度的測(cè)定，探討不同水土保持措施對(duì)土壤物理性質(zhì)和抗剪性的影響，以期為改善土壤結(jié)構(gòu)、恢復(fù)生態(tài)環(huán)境提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

攏岸小流域位于興義市敬南鎮(zhèn)，涉及攏岸村和七舍鎮(zhèn)糯泥村，總面積20.84 hm2。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)共有居民1 428戶，總?cè)丝? 582人，項(xiàng)目區(qū)為亞熱帶濕潤(rùn)氣候地區(qū)，具有高原季風(fēng)氣候特點(diǎn)，冬季較寒冷、夏季較溫涼、雨熱同期、冬春干旱、夏季潮濕。境內(nèi)年平均氣溫為15.4 ℃，>10 ℃活動(dòng)積溫為3 681 ℃·d，年平均降雨量為1 531 mm，流域區(qū)植被屬亞熱帶常綠闊葉林植被帶，原生植被多被破壞，由次生植被所替代，喀斯特地表裂隙、管道發(fā)育，水土流失嚴(yán)重。

1.2 研究方法

試驗(yàn)選取水保林、經(jīng)濟(jì)林、封山育林、坡耕地、坡改梯為研究樣點(diǎn)，采取環(huán)刀土，以不粘鏟的情況下采集，方法是將土表面的雜物和植物清除干凈，用環(huán)刀進(jìn)行采集，一般0～5、5～10 cm各取一個(gè)，將已知體積的環(huán)刀刃口向下垂直壓入土中，直至環(huán)刀筒中充滿土樣為止，用修土刀切開(kāi)環(huán)周圍的土樣，然后將環(huán)刀取出，修平環(huán)刀周邊的土壤，隨即稱重并記錄，在環(huán)刀的外側(cè)附上標(biāo)簽注明采集日期、地點(diǎn)，放入塑料盒內(nèi)，用膠布將其粘好，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)土壤的滲透、土壤含水量、土壤總孔隙度、毛管孔隙度等。

1.3 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2010進(jìn)行分析、Origin 8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤容重分析

土壤容重是評(píng)價(jià)不同水土保持措施對(duì)土壤物理性質(zhì)改良效果的重要因子，影響著土壤孔隙度和持水量等物理性質(zhì)[8]，對(duì)比不同水土保持措施類型，平均土壤容重表現(xiàn)為水保林（1.14 g/cm3）<經(jīng)濟(jì)林（1.22 g/cm3）<封山育林（1.24 g/cm3）<坡耕地（1.29 g/cm3）<坡改梯（1.36 g/cm3），其中坡改梯對(duì)土壤的擾動(dòng)較大，造成土壤容重總體值偏大，而經(jīng)濟(jì)林植物生長(zhǎng)對(duì)土壤容重有改良作用，促進(jìn)土壤透氣性能提高。

土壤容重反映土壤的孔隙狀況、透水性、通氣性和根系生長(zhǎng)的阻力狀況，對(duì)比2015—2018年不同水土保持措施對(duì)土壤容重的改良效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖1），改良效果表現(xiàn)為坡改梯容重下降1.45%，封山育林土壤容重下降6.25%，坡耕地土壤容重沒(méi)有變化，水保林土壤容重下降13.11%，經(jīng)濟(jì)林土壤容重反而上升14.03%。坡改梯工程實(shí)施后，由于在施工期間對(duì)原地面進(jìn)行破壞，加之實(shí)際施工對(duì)表土倒運(yùn)程序要求不嚴(yán)，導(dǎo)致底土層上翻，致使土壤容重增加，但隨著耕作熟化，土壤容重逐漸降低。

2.2 土壤自然含水量、田間持水量、相對(duì)含水量分析

對(duì)比2015—2018年土壤自然含水量變化（表1）發(fā)現(xiàn)，坡改梯、坡耕地分別下降8.83%、8.92%，封山育林、水保林、經(jīng)濟(jì)林分別上升12.90%、10.24%、7.60%。不同水土保持措施土壤自然含水量表現(xiàn)為封山育林>水保林>經(jīng)濟(jì)林>坡改梯>坡耕地，林地土壤含水量最高，坡耕地土壤含水量最低。2015—2018年土壤持水量坡改梯、坡耕地、經(jīng)濟(jì)林分別下降13.94%、1434%、12.79%，封山育林、水保林分別上升22.48%、1881%，2015—2018年相對(duì)含水量總體表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，封山育林、水保林、經(jīng)濟(jì)林、坡改梯、坡耕地分別提高12.90%、10.24%、7.60%、8.83%、8.92%。

對(duì)比不同水土保持措施類型平均土壤持水性總體表現(xiàn)為水保林（45.37%）>封山育林（44.31%）>經(jīng)濟(jì)林（43.20%）>坡耕地（42.72%）>坡改梯（41.94%），水保林較坡改梯土壤含水量增加8.18%、封山育林較坡耕地土壤含水量增加372%，采用自然恢復(fù)更有利于土壤的持水性。

2.3 土壤總孔隙度、毛管孔隙度、通氣度分析

土壤的總孔隙度狀況決定了土壤攔蓄地表徑流的能力，從表2可以看出，不同水土保持措施的平均土壤總空隙度表現(xiàn)為水保林（57.00%）>經(jīng)濟(jì)林（53.96%）>封山育林（53.14%）>坡耕地（51.26%）>坡改梯（48.54%），土壤平均毛管孔隙度表現(xiàn)為水保林（41.59%）>經(jīng)濟(jì)林（38.12%）>坡耕地（37.83%）>封山育林（37.38%）>坡改梯（36.61%），說(shuō)明發(fā)育良好的水土保持林對(duì)林下土壤改良效果較好，土壤蓄水能力最強(qiáng)[9]。與坡改梯相比，林地對(duì)土壤總空隙度和毛管孔隙度改善效果顯著。土壤平均通氣度表現(xiàn)為水保林（56.63%）>經(jīng)濟(jì)林（5363%）>封山育林（52.99%）>坡耕地（50.91%）>坡改梯（48.20%）。總體來(lái)說(shuō)，水保林、經(jīng)濟(jì)林、封山育林對(duì)土壤空隙改善效果較好，坡耕地和坡改梯次之。

對(duì)比2015—2018年不同水土保持措施類型土壤孔隙度變化（表2）發(fā)現(xiàn)，封山育林、坡耕地土壤總孔隙度分別上升6.08%、0.16%，水保林、經(jīng)濟(jì)林土壤總孔隙度分別下降1000%、10.30%，土壤毛管孔隙度總體下降23%～33%，坡改梯、封山育林、坡耕地通氣度分別上升1.90%、5.70%、047%，水保林、經(jīng)濟(jì)林分別下降9.80%、10.00%。

2.4 土壤抗剪強(qiáng)度分析

土壤的抗剪強(qiáng)度是表征土體力學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，受土壤種類、結(jié)構(gòu)等影響[10]，對(duì)比2015—2018年土壤抗剪強(qiáng)度（圖2）發(fā)現(xiàn)，坡改梯下降132%，封山育林上升2.5%，坡耕地下降1.2%，水保林上升0.7%，經(jīng)濟(jì)林上升2.6%，其中土壤抗剪強(qiáng)度上升趨勢(shì)表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)林>封山育林>水保林，土壤抗剪強(qiáng)度下降趨勢(shì)表現(xiàn)為坡改梯>坡耕地，不同水土保持措施地類的總體平均抗剪強(qiáng)度大小排序?yàn)榉馍接?水保林>坡改梯>坡耕地>經(jīng)濟(jì)林，實(shí)施坡改梯工程后，對(duì)土壤的擾動(dòng)較大，降低土壤抗剪強(qiáng)度，而人類活動(dòng)干擾較小的林地土壤抗剪性呈逐步上升趨勢(shì)，因此減少對(duì)土壤的擾動(dòng)可增強(qiáng)土壤抗剪強(qiáng)度。

3 結(jié)論與討論

不同水土保持措施對(duì)喀斯特石漠化地區(qū)土壤物理性質(zhì)影響較大，平均土壤容重表現(xiàn)為水保林<經(jīng)濟(jì)林<封山育林<坡耕地<坡改梯，土壤平均土壤持水性總體表現(xiàn)為水保林>封山育林>經(jīng)濟(jì)林>坡耕地>坡改梯，平均土壤總空隙度表現(xiàn)為水保林>經(jīng)濟(jì)林>封山育林>坡耕地>坡改梯，土壤平均抗剪強(qiáng)度表現(xiàn)為封山育林>水保林>坡改梯>坡耕地>經(jīng)濟(jì)林。

通過(guò)對(duì)喀斯特石漠化地區(qū)封山育林、水保林、坡改梯、坡耕地、經(jīng)濟(jì)林土壤物理性質(zhì)及抗剪性的研究，林地類土壤容重低于坡改梯、坡耕地，而土壤含水量、土壤孔隙度高于坡改梯、坡耕地，說(shuō)明林地類植物措施對(duì)土壤物理性質(zhì)改良顯著優(yōu)于坡改梯類工程措施及保土耕作類坡耕地措施。

生態(tài)恢復(fù)治理是一個(gè)系統(tǒng)工程，受影響因子較多，加之自然和人為的干預(yù)，導(dǎo)致治理難度加大，因此需加深不同水土保持措施所產(chǎn)生效益研究，以人與自然和諧相處為基礎(chǔ)，發(fā)展經(jīng)濟(jì)為中心，進(jìn)行全面綜合整治，全面做好人與自然的和諧發(fā)展。

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