水保措施對褐土水穩(wěn)性大團聚體的影響研究

韓加強，高曉飛，2，路炳軍，3，譚 欣，王 維，牛建利

（1.北京師范大學 地理學與遙感科學學院，北京100875；2.北京師范大學地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室，北京100875；3.北京市水土保持工作總站，北京100038）

土壤侵蝕是全球性的重大環(huán)境問題。我國是世界上土壤侵蝕最嚴重的國家之一，每年土壤流失量約80～120億t，年損失糧食約18～30億kg［1－2］。土壤侵蝕強度與侵蝕環(huán)境和抵御侵蝕的能力都有密切關系。土壤團聚體（wet aggregate stability）的數量和質量，是土壤對徑流和侵蝕敏感性的有效指示因子［3］。對土壤團聚體粒徑組成及水穩(wěn)定性的研究能為水土流失防治提供科學依據，因而成為學術界研究的重點?？偨Y已有的研究成果，可將影響土壤團聚體穩(wěn)定性的因素概括為土壤有機質、土壤微生物、耕作方式、土地利用類型、氣候條件和植被覆蓋情況等［4－9］。水土流失防治中，工程措施和植物措施是比較常用的兩種方式。在選擇水土保持措施時，不僅要考慮其對土壤流失量的抑制作用，也應該考慮對土壤結構的影響。具有良好結構的土壤不僅對土壤侵蝕具有較好的抑制作用，還對土壤肥力具有較好的保護作用。

為了解不同水土保持措施對土壤結構的影響，以北京市延慶縣水土保持科技示范園中的不同水保措施的徑流小區(qū)為研究對象，探討不同水保措施對土壤水穩(wěn)性大團聚體含量和大團聚體水穩(wěn)定性的影響，以期為水土保持工作提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)介紹

北京市延慶縣水土保持科技示范園位于北京市延慶縣大榆樹鎮(zhèn)上辛莊村，屬永定河水系、官廳水庫上游一級支流媯水河流域。示范區(qū)年平均氣溫為8.5℃，無霜期150～160d［10］。在示范園南側山坡上共布設24個徑流小區(qū)，坡度為10°～40°，長5～21 m，寬1～5m。小區(qū)四周設高出地面20～30cm，埋深30～50cm，厚11.5cm用磚圍砌水泥抹面的擋水圍埂。圍埂外側為與小區(qū)處理相同的保護帶，帶寬1.5m。坡面處理有魚鱗坑整地荒坡、魚鱗坑種植側柏坡面、水平條整地荒坡、水平條種植落葉小喬木坡面（核桃樹）及未采取任何措施的對照坡面等［11］。

研究選取小區(qū)中未采取任何措施的對照坡面（下文簡稱“對照坡面”）、魚鱗坑整地荒坡、魚鱗坑種植側柏坡面、水平條整地荒坡和水平條種植落葉小喬木坡面為研究對象，分別在每個小區(qū)的不同位置進行采樣以減少誤差，具體采樣情況如表1所示。

表1 不同水保措施的采樣地點

1.2 研究方法

土壤水穩(wěn)性大團聚體粒徑分布使用電動土壤水穩(wěn)性團聚體分析儀采用濕篩法［12］進行測定。儀器共有4套篩子，每套由5個孔徑不同的篩子組成，分別為：5，2，1，0.5和0.25mm。實驗中套篩的振幅為4 cm，頻率為30次／min，震動時間為10min。供試樣品分層放入土篩后，不進行預濕，直接浸入水中［13］。

土壤大團聚體水穩(wěn)定性測定采用Kemper和Rosenau方法［14］。只使用一個0.25mm孔徑的篩子，實驗中篩子的升降幅度為3.7cm，頻率為29次／min，持續(xù)時間為10min。同樣，為了減少預濕潤過程中因人為原因造成的誤差，不對土樣進行預濕潤。

有機質含量采用“重鉻酸鉀容量—外加熱法”測定［15］。

2 結果與分析

2.1 土壤水穩(wěn)性大團聚體粒徑組成分析

2.1.1 土壤水穩(wěn)性大團聚體含量 研究發(fā)現(xiàn)，同一種水保措施不同位置的水穩(wěn)性大團聚體的含量存在較大差異（圖1）。將每種水保措施不同位置的水穩(wěn)性大團聚體含量的平均值作為每種水保措施土壤的水穩(wěn)性大團聚體含量的平均狀況。則結果顯示為：魚鱗坑種植側柏坡面（33.2%）＞水平條種植小喬木坡面（33.1%）＞對照坡面（25.5%）＞水平條整地荒坡（21.5%）＞魚鱗坑整地荒坡（20.4%）（表2）。

研究結果表明，工程措施會減少土壤水穩(wěn)性大團聚體的含量，采取植物措施后土壤水穩(wěn)性大團聚體的含量會顯著增加。和對照坡面相比，僅采用工程措施的魚鱗坑整地荒坡和水平條整地荒坡的土壤水穩(wěn)性大團聚體的含量都明顯降低，分別減少了5.1%和4.0%。采取植物措施后，魚鱗坑種植側柏坡面土壤的水穩(wěn)性大團聚體的含量明顯高于僅采用工程措施的魚鱗坑整地荒坡，增加了12.8%；水平條種植小喬木坡面土壤的水穩(wěn)性大團聚體的含量明顯高于僅采用工程措施的水平條整地荒坡，增加了11.6%。

圖1 不同水保措施的土壤水穩(wěn)性大團聚體的含量

2.1.2 土壤水穩(wěn)性大團聚體粒徑組成 研究區(qū)的土壤以較大粒徑（2～5mm和5～8mm）的水穩(wěn)性大團聚體為主，但不同水保措施的水穩(wěn)性大團聚體的粒徑組成具有較大的差異（表2）。和對照坡面相比，僅采用工程措施會對土壤水穩(wěn)性大團聚體造成破壞，主要表現(xiàn)為破壞了較大粒徑（2～5mm和5～8mm）的水穩(wěn)性大團聚體。魚鱗坑整地荒坡各粒徑的水穩(wěn)性大團聚體的含量均低于對照坡面，降低幅度最大的是粒徑為5～8mm的水穩(wěn)性大團聚體，降低了2.7%；粒徑為2～5mm，1～2mm，0.5～1mm，0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性大團聚體分別降低了0.1%，0.5%，1.0%，0.9%。水平條整地荒坡各粒徑中，粒徑為5～8mm，2～5mm，1～2mm，0.5～1mm的水穩(wěn)性大團聚體的含量均低于對照坡面，降低幅度最高的為粒徑為5～8mm的水穩(wěn)性大團聚體，降低了3.5%；粒徑為2～5mm，1～2mm，0.5～1mm的水穩(wěn)性大團聚體分別降低了1.5%，0.9%，0.5%（表2）。

表2 不同水土保持措施的土壤水穩(wěn)性大團聚體的粒徑組成 %

與僅采用工程措施相比，在工程措施的基礎上增加植物措施會增加土壤水穩(wěn)性大團聚體的含量，主要體現(xiàn)在增加了較大粒徑（2～5mm和5～8mm）的水穩(wěn)性大團聚體。和魚鱗坑整地荒坡相比，增加了植物措施的魚鱗坑種植側柏坡面的各粒徑水穩(wěn)性大團聚體的含量都高于魚鱗坑整地荒坡，增加最多的是粒徑為5～8mm的水穩(wěn)性大團聚體，增加了6.3%，其次是粒徑為2～5mm的水穩(wěn)性大團聚體，增加了4.9%，粒徑為1～2mm，0.5～1mm和0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性大團聚體的含量分別增加了1.3%，0.1%，0.1%。和水平條整地荒坡相比，增加了植物措施的水平條種植小喬木坡面的粒徑為5～8mm，2～5mm，1～2mm，0.5～1mm的土壤水穩(wěn)性大團聚體的含量都明顯增加，分別增加了4.8%，5.4%，1.7%，1.1%。

綜上可知：（1）僅僅采用魚鱗坑或水平條等工程措施會對土壤水穩(wěn)性大團聚體造成破壞，減少土壤水穩(wěn)性大團聚體的含量；采用植物措施后可以明顯增加土壤水穩(wěn)性大團聚體的含量；（2）魚鱗坑和水平條等工程措施對土壤團聚體的破壞主要體現(xiàn)在破壞了粒徑為5～8mm的水穩(wěn)性大團聚體；采取植物措施后能夠對土壤的水穩(wěn)性大團聚體的形成起到較好的促進作用，特別是增加了粒徑為2～5mm和5～8mm的水穩(wěn)性大團聚體的含量。

2.2 土壤大團聚體的水穩(wěn)定性分析

不同水土保持措施的土壤大團聚體的水穩(wěn)定性存在一定的差異，表現(xiàn)為土壤大團聚體的水穩(wěn)定性的大小關系為：魚鱗坑種植側柏坡面（28.9%）＞水平條種植小喬木坡面（27.4%）＞對照坡面（26.1%）＞水平條整地荒坡（25.4%）＞魚鱗坑整地荒坡（23.1%）。僅采用魚鱗坑或水平條等工程措施會降低土壤大團聚體的水穩(wěn)定性，采用植物措施后可以明顯提高土壤大團聚體的水穩(wěn)定性。和對照坡面相比，僅采用工程措施的魚鱗坑整地荒坡和水平條整地荒坡的土壤大團聚體的水穩(wěn)定性都明顯降低，分別降低了3.0%和0.7%。采取植物措施以后，魚鱗坑種植側柏坡面的土壤大團聚體的水穩(wěn)定性明顯高于僅采用工程措施的魚鱗坑整地荒坡，增加了5.8%；水平條種植小喬木坡面的土壤大團聚體的水穩(wěn)定性明顯高于僅采用工程措施的水平條整地荒坡，增加了2.0%。不同水保措施土壤的水穩(wěn)性大團聚體的含量和大團聚體的水穩(wěn)定性之間具有顯著的相關性（p＜0.01）（圖2）。

圖2 土壤水穩(wěn)性大團聚體含量和大團聚體的水穩(wěn)定性之間的相關關系圖

綜上可知：（1）僅僅采用魚鱗坑或水平條等工程措施會降低土壤大團聚體的水穩(wěn)定性，采用植物措施后可以明顯提高土壤大團聚體的水穩(wěn)定性；（2）不同水保措施土壤的水穩(wěn)性大團聚體的含量和大團聚體的水穩(wěn)定性之間具有顯著的相關性。

2.3 有機質對土壤大團聚體的影響分析

土壤有機質對土壤團聚體的形成具有明顯的促進作用。不同水土保持措施土壤的有機質含量和土壤水穩(wěn)性大團聚體含量（圖3a）、大團聚體的水穩(wěn)定性（圖3b）之間具有顯著的相關性（p＜0.01）。

圖3 土壤有機質和水穩(wěn)性大團聚體含量及大團聚體的水穩(wěn)定性之間的相關關系

3 結論

本研究以北京市延慶縣水土保持科技示范園中的徑流小區(qū)為例，研究了不同水保措施對土壤水穩(wěn)性大團聚體含量和大團聚體水穩(wěn)定性的影響，主要研究結果如下：

（1）僅采用魚鱗坑或水平條等工程措施會對土壤水穩(wěn)性大團聚體造成破壞，并降低土壤大團聚體的水穩(wěn)定性；采用植物措施后可以明顯增加2～5mm和5～8mm粒徑的水穩(wěn)性大團聚體的含量，并明顯提高土壤大團聚體的水穩(wěn)定性。

（2）土壤有機質對土壤團聚體的形成具有明顯的促進作用，土壤有機質含量與土壤水穩(wěn)性大團聚體的含量和大團聚體的水穩(wěn)定性之間都有顯著的相關性。

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