基于長(zhǎng)時(shí)間序列的水平竹節(jié)溝土壤改良成效分析

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)時(shí)間序列；水平竹節(jié)溝；土壤改良；水土保持；塘背河小流域

中圖分類號(hào)：S157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.10.016

水土資源是人類賴以生存的根本，是人類發(fā)展的基礎(chǔ)。水土流失不僅會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞，而且嚴(yán)重威脅國(guó)家糧食安全、人民生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。水土保持措施能夠有效地對(duì)水土流失土地進(jìn)行防治和改良，從而提高土地生產(chǎn)力，有利于充分發(fā)揮水土資源的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，建立良好的生態(tài)環(huán)境[2]。20 世紀(jì)以來(lái)贛南地區(qū)一直是我國(guó)南方水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域，自從20世紀(jì)80年代全國(guó)開(kāi)始實(shí)施八片水土保持重點(diǎn)治理工程以來(lái)，歷經(jīng)40多a時(shí)間，贛南地區(qū)水土保持工作取得了顯著成效[3]。贛南地區(qū)常用的水土保持措施中，水平竹節(jié)溝能夠調(diào)節(jié)地表徑流、固持土壤，發(fā)揮了重要的水土保持作用。目前有關(guān)水平竹節(jié)溝的研究主要集中在植被恢復(fù)、蓄水保水及土壤改良等方面，如：彭浪等[4]對(duì)花崗巖侵蝕區(qū)的人工林研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照區(qū)相比，采用“水平竹節(jié)溝 + 喬灌草”治理措施后，植物群落的物種豐富度、辛普森指數(shù)等均得到了顯著提升，說(shuō)明該措施能有效促進(jìn)植被恢復(fù)，提升植物多樣性；王嘉等[5]對(duì)紅壤區(qū)4個(gè)坡面樣地進(jìn)行了全年取樣試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水平竹節(jié)溝溝內(nèi)的蓄水量更大，說(shuō)明水平竹節(jié)溝具有蓄積水分的作用；宋月君等在88條典型小流域設(shè)立調(diào)查樣方并進(jìn)行土壤分析，結(jié)果表明水平竹節(jié)溝在水土流失治理中對(duì)土壤的改良效果顯著。但目前大部分研究成果對(duì)水平竹節(jié)溝治理效果的研究歷時(shí)較短，鮮有幾十年跨度的研究成果。為了進(jìn)一步研究在長(zhǎng)時(shí)間序列下水平竹節(jié)溝對(duì)水土流失區(qū)域土壤的改良效果，本研究選取塘背河小流域?yàn)檠芯繀^(qū)，對(duì)長(zhǎng)達(dá)40a的水保林水平竹節(jié)溝治理措施的土壤改良效果進(jìn)行研究，以期為江西省水土保持工作提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

塘背河小流域位于江西省贛州市興國(guó)縣西南部，是鄱陽(yáng)湖水系贛江流域的一部分。小流域總面積16.38km² ，海拔 131～469m ，主要為山地和丘陵；屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量 1 528.8mm ；土壤主要由花崗巖類風(fēng)化物構(gòu)成，以紅壤和水稻土為主；地帶性植被主要是亞熱帶常綠闊葉林，其中包括針闊混交林、針葉林和荒山灌草地，該區(qū)域以馬尾松純林為主，林草覆蓋率約為82.5%[7] 。

塘背河小流域地處南方紅壤丘陵區(qū)，土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，侵蝕強(qiáng)度以輕度和中度為主[7]其巖性、流失類型和治理模式在南方花崗巖侵蝕區(qū)具有典型性和代表性。塘背河小流域水土流失嚴(yán)重，作為20世紀(jì)80年代“江南紅色沙漠”的典型，1983年被列為全國(guó)首批開(kāi)展小流域綜合治理試點(diǎn)的小流域之一，1988年基本完成治理任務(wù)。經(jīng)過(guò)持續(xù)幾十年的治理，共治理水土流失面積 1153.27hm² ，其中營(yíng)造水保林 、經(jīng)濟(jì)林 17.34hm² ，實(shí)施封禁治理184.40hm² ，取得了很好的水土保持治理成效。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法

主要搜集了1981年（治理前）、1990年（基本治理完成）、2009年、2016年、2021年未治理區(qū)域（以下簡(jiǎn)稱“對(duì)照組”）數(shù)據(jù)，以及2009年、2016年和2021年封禁治理、水平竹節(jié)溝治理區(qū)域數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)立調(diào)查樣方，對(duì)樣方內(nèi) 0～20cm 土層土壤進(jìn)行定點(diǎn)調(diào)查和采樣分析試驗(yàn)。1981年和1990年數(shù)據(jù)均來(lái)源于1995年《江西省水土保持小流域技術(shù)資料匯編》，其中1981年監(jiān)測(cè)指標(biāo)為有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷含量，1990年監(jiān)測(cè)指標(biāo)為有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量。之后的數(shù)據(jù)來(lái)自課題組野外樣方調(diào)查，其中：2016年監(jiān)測(cè)指標(biāo)為有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效磷含量；2009年和2021年監(jiān)測(cè)指標(biāo)為有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、速效磷含量。本次試驗(yàn)所測(cè)的土壤理化性質(zhì)及其方法分別為：有機(jī)質(zhì)（重鉻酸鉀容量法-外加熱法）、全氮（凱氏定氮法）、堿解氮（堿解擴(kuò)散法）、全磷（硫酸高氯酸消解-比色法）、速效磷（碳酸氫鈉浸提-比色法）[8]。土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)采用南方紅壤區(qū)土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。采用SPSS26.0、Origin2022、Excel2016等統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

表1南方紅壤區(qū)土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[9]

3 結(jié)果與分析

3.1土壤有機(jī)質(zhì)改良分析

圖1為不同年份小流域調(diào)查樣方土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)比。從圖1可知，1981年和1990年對(duì)照組樣方土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為 0.09% 和 0.83% ，參照表1，從有機(jī)質(zhì)指標(biāo)來(lái)看土壤肥力均為嚴(yán)重缺乏。經(jīng)過(guò)水平竹節(jié)溝治理，2009年、2016年、2021年樣方土壤的有機(jī)質(zhì)含量分別為 4.73%13.14%17.71% ，土壤肥力顯著提高，均達(dá)到肥沃水平，與相同年份對(duì)照組相比，土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高了 2.79，5.87，8.08 個(gè)百分點(diǎn)，說(shuō)明隨著治理時(shí)間增加，治理效果有所提升。經(jīng)過(guò)封禁治理，2009年、2016年、2021年樣方土壤的有機(jī)質(zhì)含量分別為 3.09%.28.64%.29.64% ，顯著高于相同年份對(duì)照組，且隨著治理時(shí)間增加土壤有機(jī)質(zhì)含量增加明顯（2016—2021年有機(jī)質(zhì)含量增幅較小）。

在水土流失治理過(guò)程中布設(shè)水平竹節(jié)溝能夠改變地形，攔截泥沙和地表徑流，起到固持土壤、減少土壤養(yǎng)分流失的作用，從而有利于土壤中有機(jī)質(zhì)的累積，提高土壤肥力；而實(shí)施封禁治理則沒(méi)有了人為干擾，同時(shí)枯落物等能使土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯增加。

圖1不同年份小流域調(diào)查樣方土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)比

3.2土壤全氮改良分析

圖2為不同年份小流域調(diào)查樣方土壤全氮含量對(duì)比。由圖2可知，1981年和1990年對(duì)照組樣方土壤全氮含量分別為 0.01% 和 0.03% ，參照表1，從全氮指標(biāo)來(lái)看土壤肥力均為嚴(yán)重缺乏。經(jīng)過(guò)水平竹節(jié)溝治理，2009年、2016年、2021年樣方土壤的全氮含量分別為 0.08%.0.41%.0.56% ，與相同年份對(duì)照組相比，土壤全氮含量分別增加了 0.04，0.13，0.27 個(gè)百分點(diǎn)，土壤肥力顯著提高，2009年土壤肥力為中度缺乏，2016年和2021年土壤肥力則均達(dá)到肥沃水平。經(jīng)過(guò)封禁治理，2009 年、2016年、2021年樣方土壤的全氮含量分別為 0.12%1.14%1.21% 。相同年份水平竹節(jié)溝治理樣方的全氮含量低于封禁治理樣方。

圖2不同年份小流域調(diào)查樣方土壤全氮含量對(duì)比

3.3土壤堿解氮改良分析

圖3為不同年份小流域調(diào)查樣方土壤堿解氮含量對(duì)比。1990年對(duì)照組樣方土壤堿解氮含量為3.88mg/100g 。經(jīng)過(guò)水平竹節(jié)溝治理，2009年和2021年樣方土壤堿解氮含量分別為 8.83，3.14mg/100g 。經(jīng)過(guò)封禁治理，2009年和2021年樣方土壤中堿解氮含量分別達(dá)到了 6.25.5.43mg/100g 。2009—2021年，相同措施樣方堿解氮含量均有所下降，這可能是因?yàn)殡S著植被覆蓋度持續(xù)增加，植物對(duì)氮素的需求量大幅增加，尤其是快速生長(zhǎng)的草本和灌木，大量吸收土壤中的堿解氮用于自身生長(zhǎng)，導(dǎo)致土壤供氮能力相對(duì)不足，含量下降。

圖3不同年份小流域調(diào)查樣方土壤堿解氮含量對(duì)比

3.4土壤全磷改良分析

圖4為不同年份小流域調(diào)查樣方土壤全磷含量對(duì)比。2009年、2016年和2021年水平竹節(jié)溝治理樣方土壤全磷含量分別為 0.04%.0.21%.0.25% ，參照表1，從全磷指標(biāo)來(lái)看，2009年土壤肥力處于中度缺乏水平，2016年與2021年土壤肥力則均達(dá)到肥沃水平。2009年、2016年和2021年封禁治理樣方土壤全磷含量分別為 0.04%.0.23%.0.24% 。由圖4可知，封禁治理和竹節(jié)溝在土壤全磷改良方面治理效果差別不大。

圖4不同年份小流域調(diào)查樣方土壤全磷含量對(duì)比

3.5土壤速效磷改良分析

圖5為不同年份小流域調(diào)查樣方土壤速效磷含量對(duì)比。1981年對(duì)照組樣方土壤速效磷含量為0.10mg/100g ，參照表1，從速效磷的指標(biāo)來(lái)看，土壤肥力為嚴(yán)重缺乏。經(jīng)過(guò)水平竹節(jié)溝治理，2009年和2021年樣方土壤的速效磷含量分別為 0.62，1.46mg/100 g，2009 年土壤肥力仍處于輕度缺乏水平，但相比治理前已有明顯提升，2021年土壤肥力則達(dá)到肥沃水平。經(jīng)過(guò)封禁治理，2009年和2021年樣方土壤的速效磷含量分別為 0.46，0.70mg/100g ，但與水平竹節(jié)溝的治理效果相比，速效磷含量增量較小。

圖5不同年份小流域調(diào)查樣方土壤速效磷含量對(duì)比

4結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)40a定位觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，塘背河小流域?qū)嵤┧街窆?jié)溝治理后，顯著提升了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷和速效磷含量，5個(gè)指標(biāo)中除堿解氮呈先升后降趨勢(shì)外（可能與后期植被吸收超過(guò)土壤供應(yīng)能力有關(guān)），其余指標(biāo)改良效果均隨年限延長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)。調(diào)查數(shù)據(jù)表明，在長(zhǎng)時(shí)間序列條件下，水平竹節(jié)溝具有持續(xù)改良土壤結(jié)構(gòu)的作用，對(duì)南方紅壤區(qū)水土保持具有重要意義，未來(lái)水平竹節(jié)溝治理需配合植被優(yōu)化與養(yǎng)分調(diào)控，以鞏固其治理成效。

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（責(zé)任編輯李楊楊）