梯田對(duì)贛北第四紀(jì)紅壤坡地土壤抗蝕性的影響

方少文，鄭海金，楊 潔，喻榮崗

(1.江西省水土保持科學(xué)研究所，江西南昌330029;2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院，江西南昌330045)

土壤抗蝕性是影響土壤侵蝕的重要因子，是指土壤抵抗降雨、徑流對(duì)其分散和懸浮的能力。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤抗蝕性已做了大量的研究[1-5]，發(fā)現(xiàn)采取水土保持措施后，土壤抗蝕性的各項(xiàng)指標(biāo)均能得到一定程度的改善和提高，但不同治理措施對(duì)土壤抗蝕性產(chǎn)生的影響不相同。發(fā)展柑橘等亞熱帶果樹(shù)是江西乃至南方紅壤區(qū)的一項(xiàng)富民工程，但防治果園開(kāi)發(fā)造成的水土流失也成為亟待解決的難題?？傮w上看，有關(guān)研究發(fā)育于第四紀(jì)紅黏土的紅壤坡地尤其是不同梯田措施下土壤抗蝕性的報(bào)道較少。本研究通過(guò)野外小區(qū)試驗(yàn)，研究不同梯田措施條件下紅壤坡地土壤抗蝕性的變化，以期選擇適宜的治理措施，為南方紅壤區(qū)水土保持生態(tài)建設(shè)和生態(tài)果園開(kāi)發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)布設(shè)在江西省德安縣境內(nèi)的江西水土保持生態(tài)科技園內(nèi)。該科技園地處鄱陽(yáng)湖水系博陽(yáng)河西岸，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降水量1 350.9 mm，年均氣溫16.7℃，年日照時(shí)數(shù)1 650～2 100 h，年均無(wú)霜期249 d;成土母質(zhì)以第四紀(jì)紅黏土為主，該類(lèi)土在江西具有廣泛的代表性;地貌為淺丘崗地，海拔在30—100 m之間，坡度多在5°～25°之間;地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林。試驗(yàn)小區(qū)布設(shè)在山坡的中下部，坡面土層厚度多為0.5～1.5 m，土壤pH 值為5.0、有機(jī)質(zhì)含量為1.55 g/kg、全氮含量為0.08 g/kg、全磷含量為0.07 g/kg，各項(xiàng)速效養(yǎng)分含量低，具有酸、黏、板、瘦等不良特性。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在同一坡面布設(shè)6個(gè)試驗(yàn)小區(qū)(5種梯田處理小區(qū)和1個(gè)對(duì)照小區(qū))，各小區(qū)水平面積為100 m2(5 m×20 m)，坡度均為12°。除對(duì)照小區(qū)外，每個(gè)梯田小區(qū)設(shè)3個(gè)臺(tái)面，每個(gè)臺(tái)面的水平面積為30 m2(5 m×6 m)，梯壁高1.45 m，坡比1∶0.27，均于2000年春種植2年生柑橘12株，栽植密度均為2.5 m×3.0 m，距小區(qū)兩側(cè)各1.25 m，距坡頂2.5 m。試驗(yàn)處理與設(shè)計(jì)詳見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)處理與設(shè)計(jì)

1.3 觀測(cè)內(nèi)容與測(cè)定方法

2010年在各小區(qū)內(nèi)按S形取5個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)取表層0～20 cm土壤300 g，用四分法取混合土樣，用保鮮袋裝土樣帶回試驗(yàn)室供測(cè)試分析用。觀測(cè)內(nèi)容與測(cè)定方法為:土壤微團(tuán)聚體和土壤顆粒組成采用吸管法，土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)采用機(jī)械篩分法，土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀法[6]。

土壤抗蝕性與土壤理化性質(zhì)關(guān)系十分密切[7-8]。表征土壤抗蝕性的指標(biāo)較多，本研究選擇團(tuán)聚狀況、團(tuán)聚度、分散率、EVA(受蝕性指數(shù))、侵蝕率等土壤顆粒分散特性指標(biāo)，以及SPBR(結(jié)構(gòu)破壞率)、WSA(＞0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量百分?jǐn)?shù))、EMWD(濕篩水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均直徑)、MWDC(干濕篩團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑差值)、有機(jī)質(zhì)等土壤穩(wěn)定特性指標(biāo)進(jìn)行分析。各個(gè)抗蝕性指標(biāo)計(jì)算公式參見(jiàn)文獻(xiàn)[9-12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒組成及穩(wěn)定性

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的大小、數(shù)量和穩(wěn)定性決定著土壤孔隙的大小和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，影響土壤的通透性和抗蝕性，是表征土壤抗蝕性的重要指標(biāo)[13]。表2是不同處理措施下表層土壤的穩(wěn)定特性。從表2可知，對(duì)照土壤團(tuán)聚體干篩時(shí)較大粒徑團(tuán)聚體含量多，較小粒徑團(tuán)聚體含量少，＞5、5—0.25、＜0.25 mm團(tuán)聚體含量分別為78.22%、19.39%、2.39%;濕篩時(shí)較大粒徑團(tuán)聚體數(shù)量明顯減少而較小團(tuán)聚體數(shù)量增加，＞5、5—0.25、＜0.25 mm團(tuán)聚體含量分別為0.65%、39.60%、59.75%。由此可知對(duì)照土壤團(tuán)聚體具有干篩時(shí)大團(tuán)聚體數(shù)量多而濕篩時(shí)小團(tuán)聚體數(shù)量多的特點(diǎn)，即土壤具有干時(shí)結(jié)塊、遇水易分散的特點(diǎn)。采取梯田措施后，土壤干篩時(shí)較大粒徑團(tuán)聚體數(shù)量均有所減少，而濕篩時(shí)較大粒徑團(tuán)聚體數(shù)量均有所增加，表明實(shí)施梯田措施后土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得以提高，抗蝕性得到增強(qiáng)。

EMWD是常用的土壤結(jié)構(gòu)性評(píng)定指標(biāo)之一，其值愈大表示結(jié)構(gòu)性愈好[9]。MWDC值小的表明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好[9]。對(duì)照土壤EMWD為0.52 mm，MWDC為7.41 mm，反映出該裸露坡地土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性較差。同時(shí)，由于缺少植物對(duì)土壤的保護(hù)作用，土壤團(tuán)聚體極易被破壞而造成侵蝕。采取梯田措施后，各處理小區(qū)土壤的MWDC較對(duì)照明顯降低，平均降低了11.07%;而EMWD則明顯增加，平均增加了78.85%。

WSA一定程度上反映了土壤結(jié)構(gòu)的好壞，結(jié)構(gòu)好的其值大些。SPBR表征的是土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，其值越大表明抗蝕性越差[11-12]。對(duì)照坡地小區(qū)WSA僅為 28.46%，SPBR高達(dá)58.77%，這都表明裸露坡地土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒含量少、粒徑小、結(jié)構(gòu)性差、穩(wěn)定性弱。梯田措施實(shí)施9年后，土壤SPBR均有所降低，平均降低了11.59%，而WSA均有所增加，平均增加了22.66%。

有機(jī)質(zhì)是水穩(wěn)性團(tuán)聚體的主要膠結(jié)物，其含量越高土壤的抗蝕性就越強(qiáng)。從表2可以看出，裸露對(duì)照坡地小區(qū)的表層土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，為11.41 g/kg，加之WSA很低、SPBR很高，極易引起嚴(yán)重的水土流失。采取梯田措施處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量高于對(duì)照，平均提高了12.80%，這與梯田水土流失較輕、由徑流泥沙攜帶走的有機(jī)質(zhì)含量較少等因素有關(guān)。

表2 不同處理措施小區(qū)表層土壤穩(wěn)定特性

綜上所述，采取梯田措施后，經(jīng)過(guò)9年的時(shí)間，表層土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒組成及穩(wěn)定性發(fā)生了一定的變化。與對(duì)照相比，梯田措施土壤的SPBR、MWDC明顯降低，而WSA、EMWD和有機(jī)質(zhì)明顯增加，說(shuō)明梯田能明顯地增加土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒含量和有機(jī)質(zhì)含量，增大團(tuán)聚體粒徑，降低土壤結(jié)構(gòu)體破壞率等，從而改善土壤結(jié)構(gòu)性能，增強(qiáng)團(tuán)粒穩(wěn)定性。從SPBR、WSA、MWDC這3個(gè)指標(biāo)總體上來(lái)看，梯田措施Ⅰ表現(xiàn)最佳;但從有機(jī)質(zhì)指標(biāo)來(lái)看，梯田措施Ⅰ表現(xiàn)又不是特別理想，其原因還有待進(jìn)一步探究。

2.2 土壤顆粒分散特性

土壤機(jī)械組成在土壤形成和農(nóng)業(yè)利用中具有重要意義，改良和培肥土壤的主要目的就是為了改變土壤質(zhì)地。從表3看出，裸露對(duì)照小區(qū)土壤顆粒組成集中在＞0.01 mm范圍內(nèi)，其值占51.87%，而＜0.001 mm的顆粒含量卻相對(duì)較少，僅占20.19%，這表明對(duì)照坡地紅壤黏粒易遭受淋失。采取梯田措施后，土壤中＜0.001 mm黏粒含量(機(jī)械組成)較對(duì)照提高了44.13% ～59.93%，而＞0.01 mm顆粒的含量降低了15.23% ～21.90%，表明實(shí)施梯田措施后土壤質(zhì)地得到了明顯改善。

土壤分散特性是指土壤對(duì)水的分散與懸浮的程度，一般采用分散率和侵蝕率表示。土壤顆粒是構(gòu)成土壤結(jié)構(gòu)的主要組分，通過(guò)抵抗水分散的微團(tuán)聚體含量來(lái)反映土壤抗侵蝕性能的大小，而分散率的大小與粉粒含量有關(guān)，粉粒含量的減少會(huì)導(dǎo)致表層土壤顆粒團(tuán)聚體性能的降低和分散性能的增加[14]。作為土壤分散性和土壤水的輸送特性的EVA也常用來(lái)表征土壤抗蝕性[15]。表3顯示:對(duì)照坡地土壤團(tuán)聚狀況、團(tuán)聚度依次僅為6.18%、30.90%，而分散率和EVA卻分別高達(dá) 91.41%和9.41%，這表明裸露坡地土壤團(tuán)聚狀況差，易遭受侵蝕;裸露對(duì)照坡地的表層土壤侵蝕率較大，為12.84%。參考Middleton提出的土壤侵蝕率＞10%者為易蝕、＜10%者為不易蝕的標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)區(qū)對(duì)照裸露坡地土壤處于易蝕狀態(tài)。梯田措施的土壤團(tuán)聚狀況、團(tuán)聚度、分散率、EVA、侵蝕率的平均水平分別為13.45%、54.00%、84.80%、8.57%、9.74%，與對(duì)照相比，土壤分散率、侵蝕率和EVA明顯降低，分別降低了7.23%、8.93%和24.14%;而土壤團(tuán)聚狀況和團(tuán)聚度明顯增加，分別增加了1.17倍和0.75倍。

表3 不同處理措施小區(qū)表層土壤顆粒分散特性

從以上分析可知，采取梯田措施后，經(jīng)過(guò)9年的時(shí)間，表層土壤顆粒組成和分散特性均發(fā)生了一定的變化。與對(duì)照相比，梯田措施能夠顯著地改善土壤團(tuán)聚狀況，提高團(tuán)聚度，降低分散率、侵蝕率和EVA。從團(tuán)聚度、EVA、侵蝕率這3個(gè)指標(biāo)看，梯田措施Ⅰ表現(xiàn)最佳;從團(tuán)聚狀況、分散率這2個(gè)指標(biāo)看，措施Ⅰ表現(xiàn)也較佳，表明水平梯田輔以梯壁植草和前埂后溝技術(shù)，能夠明顯地提高土壤的抗蝕性。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)贛北第四紀(jì)紅壤荒坡地土壤抗蝕能力低，這與其缺少地表植被覆蓋，雨滴直接擊打、徑流沖刷、表層土壤有機(jī)質(zhì)分解和流失，引起土壤中有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合體減少，使土壤顆粒間團(tuán)聚性能和抗分散性能下降有關(guān)。實(shí)施不同梯田措施后，表層土壤＜0.001 mm顆粒含量有一定程度的提高，＞0.01 mm顆粒含量有所降低，SPBR、MWDC、分散率、EVA、侵蝕率顯著降低，而WSA、EMWD、團(tuán)聚狀況、團(tuán)聚度和有機(jī)質(zhì)等總體在增加，這對(duì)提高紅壤的抗蝕性十分有利。

(2)對(duì)實(shí)施不同梯田措施后土壤顆粒分散性能和水穩(wěn)性團(tuán)聚體性能各指標(biāo)進(jìn)行分析，可知梯田措施Ⅰ的效果最佳。因此，對(duì)于侵蝕坡地修筑梯田進(jìn)行果業(yè)開(kāi)發(fā)，建議采用水平梯田輔以前埂后溝和梯壁植草技術(shù)，此種措施配置更有利于改善土壤團(tuán)聚狀況，提高土壤團(tuán)聚度，顯著降低土壤分散率和侵蝕率?？紤]到培肥地力和鞏固水土保持效果因素，可以在梯埂和溝邊種植一些綠肥或經(jīng)濟(jì)作物。

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