川中丘陵區(qū)不同巨桉林地模式下土壤抗蝕性研究

張 洲，謝賢健，李 想，師 楊，唐雷生，王舉媚

（內(nèi)江師范學(xué)院 地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川 內(nèi)江 641112）

巨桉（Eucalyptus grandis），桃金娘科桉樹屬雙蒴蓋亞屬橫脈組柳桉系中的樹種，具有生長快，干性好，適應(yīng)性強，用途廣，經(jīng)濟效益高等特點，被世界各國廣泛栽培，我國于20世紀60年代引種巨桉，四川于80年代開始引種，現(xiàn)在已把它作為退耕還林的重要栽培樹種［1］。巨桉的生長主要受基因優(yōu)勢、水和土壤養(yǎng)分的影響，川中地區(qū)大部分為丘陵，處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)內(nèi)，溫暖濕潤，適合巨桉生長，但是隨著種植面積的不斷擴大，已經(jīng)出現(xiàn)了諸如種植地地力衰退、水土保持能力下降、生物多樣性降低等一系列的生態(tài)環(huán)境問題［2－4］。土壤生態(tài)環(huán)境的惡化必然導(dǎo)致其抗蝕能力的衰退，因此，在巨桉引種區(qū)開展不同模式下土壤抗蝕性研究具有重要的現(xiàn)實意義。

土壤抗蝕性是評估土壤抵抗侵蝕能力的重要參數(shù)之一，歷來為研究者所重視［5－7］。土壤抗蝕性的大小除了與土壤理化性質(zhì)等內(nèi)在因素有關(guān)外，還受土地利用方式、退耕模式等外部因素的影響［7－8］。關(guān)于土壤抗蝕性的研究報道頗多，但主要集中在黃土高原區(qū)、南方紅壤丘陵區(qū)及川中丘陵區(qū)，且以單項指標研究為主［9－12］，對不同巨桉模式下土壤抗蝕性的綜合研究未見報道。因此本文以川中丘陵區(qū)為研究單元，通過試驗手段，定量研究不同巨桉人工林模式下土壤的機械組成、團聚體組成，并計算土壤抗蝕性指數(shù)、水穩(wěn)性指數(shù)等指標，探討不同巨桉林地模式下土壤抗蝕性的差異，以期為巨桉人工林培育提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗地位于四川省內(nèi)江市東興區(qū)，東經(jīng)105°2.044′，北緯29°36.783′，地形區(qū)為川中丘陵區(qū)。本區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，全年平均氣溫15～28℃，1月均溫6～8℃，7月平均氣溫26～28℃；年降雨量在1000 mm以下，多分布在夏季，約占全年雨量的60%，雨季與高溫期基本一致，春季約占17%，冬季僅占4%，冬半年旱情出現(xiàn)頻率高，夏旱也有發(fā)生；年無霜期約310d，年日照時數(shù)1100 ～1300 h；全年空氣濕度大，陰天較多，夏季較悶熱，冬季較陰冷，因此多種速生樹種，如桉樹、楊樹、竹柳均可在此生長。成土母質(zhì)為海相沉積巖，土壤類型多，但不平衡，主要土壤類型包括:紫色土，占耕地面積的54.24%，以泥巖和砂巖為主，大部分為鈣質(zhì)膠結(jié)，一般含有數(shù)量不等的碳酸鈣；水稻土類，占耕地面積的41.21%；黃壤，占耕地面積的3.20%，母質(zhì)有砂巖、頁巖和花崗巖等風(fēng)化物；新積土類，占耕地面積的0.92%；黑色石灰土類，占耕地面積的0.15%。

2 研究方法

2.1 樣地選擇和樣品采集

于2012年7月進行野外樣品采集，選擇3.5a生的巨桉純林（純林）、巨桉＋果樹（林果）、巨桉＋糧食作物（林糧）3種林地模式的土壤作為研究對象，棄耕地土壤（棄耕地）作為對照，樣地情況如表1所示。

選擇面積為20m×20m的標準地，采用S型取樣法選取5個樣點，并避開河邊、林邊、路邊，開挖1m×1m的方形土坑，深度大于30cm，按0—15cm（Ⅰ層）、15—30cm（Ⅱ?qū)樱﹥蓪臃謱硬杉翗?，每個樣品約2kg，共計40個樣品，采集和運輸過程中盡量減少對土樣的擾動，以免破壞團聚體。實驗室內(nèi)風(fēng)干土樣，然后沿土壤結(jié)構(gòu)的自然剖面掰分成小團塊，剔除石塊和動植物殘體備用。稱取約200g土樣置于5mm，2mm，1mm，0.5mm，0.25mm羅列好的篩子內(nèi)，左右震蕩2min（大約100次），進行干篩（重復(fù)3次）制備土樣。樣品室內(nèi)分析測試于2012年8月完成。

表1 土樣采集樣地概況

2.2 樣品理化性質(zhì)分析測試

（1）土壤機械組成測定，采用比重法；

（2）土壤大團聚體測定，采用機械篩分法［8］；

（3）土壤抗蝕性測定，采用靜水崩解法［8］，選取直徑為5～7mm的土壤團粒體150粒，進行水浸試驗，每次30粒，5次重復(fù)，取平均值。每隔1min記錄崩塌的土粒數(shù)，連續(xù)記錄10min，用于計算水穩(wěn)性指數(shù)。

2.3 評價指標

（1）粗粉粒0.05～0.01mm（%）、中細粉0.01～0.001mm（%）、物理性黏粒＜0.01mm（%）、黏粒＜0.001mm（%）、砂粒＞0.05mm（%）；

（2）＞5mm，5～2mm，2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm、＞0.25mm干篩團聚體含量（%）；

（3）土粒累計靜水崩解速率；

（4）水穩(wěn)性指數(shù)［13］

式中:i＝1，2，3，…，10；Pi——第i分鐘分散的土粒數(shù)量；Pj——10min內(nèi)未分散的土粒數(shù)；Ki——第i分鐘校正系數(shù)；A——供試土?？倲?shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤機械組成

土壤機械組成是由大小不同的土粒按不同的比例組合而成的，這些不同的粒徑混合在一起表現(xiàn)出的土壤粗細狀況［14］。由土壤機械組成可以確定土壤質(zhì)地，土壤質(zhì)地對土壤性狀有很大的影響。土壤質(zhì)地是根據(jù)土壤的顆粒組成一般分為砂土、壤土和黏土三類，砂質(zhì)土通透性好，易耕作；黏質(zhì)土通透性差，難耕作；兩者之間是壤質(zhì)土，為理想的耕地土壤。用SPSS統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析和Duncan法多重比較，結(jié)果見表2。

表2 土壤機械顆粒組成 %

根據(jù)表2，采用單因素方差分析，比較不同模式下土壤機械顆粒組成的差異，F(xiàn)＝100.14＞F0.01（4，15），說明不同模式下土壤的機械組成差異極顯著。土壤機械組成顆粒主要集中在＜0.01mm和＞0.05mm兩個粒級范圍內(nèi)。不同模式下0—15cm土層＜0.01 mm物理性黏粒含量棄耕地＞純林＞林果＞林糧；該粒徑下林糧團聚體含量與其它模式差異顯著，純林和棄耕地差異不顯著，二者與林果差異顯著。＞0.05 mm砂粒含量林糧＞林果＞棄耕地＞純林；該粒徑下林糧模式與其它模式差異顯著，林果和棄耕地差異不顯著，二者與純林差異顯著。15—30cm土層＜0.01 mm物理性黏粒含量純林＞林果＞林糧＞棄耕地；該粒徑下純林團聚體含量與其它模式差異顯著，林果、林糧、棄耕地之間差異不顯著。＞0.05mm砂粒含量林果＞棄耕地＞林糧＞純林，該粒徑下純林團聚體含量與林糧模式差異不顯著，與林果、棄耕地差異顯著，林果、林糧、棄耕地之間差異不顯著。物理性黏粒含量減少和砂粒含量增加導(dǎo)致土壤抗水搬運的能力減弱，綜合以上分析說明純林的土壤抗蝕性大于棄耕地，而林果、林糧小于棄耕地。根據(jù)卡慶斯基制土壤質(zhì)地分類，純林為重壤土，偏黏質(zhì)；林果、林糧、棄耕地土壤為中壤土，偏砂質(zhì)，說明巨桉純林提高了土壤的黏性，因此有利于提高土壤的抗蝕性。

3.2 土壤干篩團聚體

土壤團聚體具有一定的機械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性，它是由土壤顆粒凝聚、膠結(jié)和黏結(jié)而相互聯(lián)結(jié)組成的。林分對土壤團聚體組成的影響主要表現(xiàn)為提高了較大團聚體的比例［14］。土壤大團聚體含量增加使得土壤孔隙度、入滲能力和土壤特性均得到改善［15］。本文運用干篩分析法測得土壤干篩團聚體各粒級百分比，見表3。

表3 土壤團聚體（干篩）組成分析 %

采用單因素方差分析法分析不同粒徑下土壤干篩團聚體組成的差異，在0.01顯著水平的臨界值F0.01（5，18）＝4.25，Ⅰ層 F＝393.27＞F0.01（5，18），Ⅱ?qū)覨＝501.28＞F0.01（5，18），說明不同模式下土壤干篩團聚體組成差異極顯著。

不同模式下0—15cm土層土壤團聚體組成表現(xiàn)為隨粒級的減小其所占比例呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，對土壤團聚體組成的影響主要表現(xiàn)在相對提高較大粒級團聚體的比例上。不同模式團聚體組成（林糧除外）均以2～5mm所占比例最大，且該粒徑下林糧與其他3種模式團聚體含量差異顯著。由表3可知，4種模式下＞5mm粒徑的團聚體含量純林＞林果＞棄耕地＞林糧；該粒徑下林糧土壤團聚體含量與其它模式差異顯著；1～2mm粒徑的團聚體含量林糧＞純林＞林果＞棄耕地，不同模式之間土壤團聚體含量差異顯著；0.5～1mm粒徑的團聚體含量林糧＞棄耕地＞純林＞林果，該粒徑下林糧與其他3種模式團聚體含量差異顯著；純林、林果、棄耕地之間差異不顯著；0.25～0.5mm粒徑的團聚體含量林糧＞棄耕地＞純林＞林果，4種模式下團聚體含量差異不顯著；＞0.25mm粒徑的團聚體含量純林＞林果＞林糧＞棄耕地，4種模式下團聚體含量差異不顯著。

不同模式下15—30cm土層土壤團聚體組成隨粒徑變化的趨勢與0—15cm土層相同。由表3可知，4種模式下＞5mm粒徑的團聚體含量純林＞林果＞棄耕地＞林糧；該粒徑下純林土壤團聚體含量與其它模式差異顯著；2～5mm粒徑的團聚體含量林果＞純林＞林糧 ＞棄耕地，林果土壤團聚體含量與其它模式差異顯著；1～2mm粒徑的團聚體含量林糧＞林果＞純林＞棄耕地，且與其它模式之間土壤團聚體含量差異顯著；0.5～1mm粒徑的團聚體含量林糧＞棄耕地＞純林＞林果，該粒徑下林糧與其他3種模式團聚體含量差異顯著；純林、林果、棄耕地之間差異不顯著；0.25～0.5mm粒徑的團聚體含量棄耕地＞林果＞純林＞林糧，棄耕地團聚體含量與其它模式差異顯著；＞0.25mm粒徑的團聚體含量林果＞林糧＞純林＞棄耕地，棄耕地團聚體含量與林果、林糧差異顯著，與純林差異不顯著。

影響土壤團聚體穩(wěn)定性的主要外界因素是土地利用方式；大團聚體含量越多，土壤結(jié)構(gòu)越良好［16］，土壤越穩(wěn)定。通過表3分析，3種巨桉人工林模式下兩層土層中大團聚體含量（＞0.25mm）大于棄耕地含量，說明3種林地土壤結(jié)構(gòu)較棄耕地好。

3.3 土壤抗侵蝕性與侵蝕時間

土粒的崩解是評價土壤可蝕性的重要指標［14］。運用靜水崩解速率，即單位時間內(nèi)崩解土粒與總土粒的比例，這一變化趨勢可以直觀地分析土壤的抗蝕性特征。從測定結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，純林與棄耕地靜水崩解速率具有相似的變化幅度趨勢，而林果、林糧在1min之內(nèi)崩解率就達到了78%以上，說明純林和棄耕地在提高土壤的抗蝕性能力上優(yōu)于林果和林糧。

純林與林果、林糧、棄耕地的靜水崩解過程在垂直方向上表現(xiàn)出相反的規(guī)律。純林抗蝕能力表現(xiàn)出Ⅰ層大于Ⅱ?qū)?，Ⅰ層?0min時的崩解率為95%，而Ⅱ?qū)右呀?jīng)崩解完畢，且在這一過程中，Ⅰ層在各時段的崩解速率均低于Ⅱ?qū)?，即表現(xiàn)出相對較強的抗蝕性特征。這種現(xiàn)象的原因可能是由于3.5a生巨桉純林受人為擾動較少，且表層枯枝落葉層分解后利于土壤大團聚體的形成，從而抵御水蝕能力增強，提升了其抗蝕性能。

與純林不同，林果、林糧、棄耕地表現(xiàn)出隨土層深度的增加土壤的抗蝕性能也相對增加的規(guī)律。林果和林糧Ⅰ層崩解完畢時間分別是4min和2min，Ⅱ?qū)颖澜馔戤厱r間分別為8min和6min，且都處于＞78%的高崩解率水平，表現(xiàn)出極低的抗蝕性能。產(chǎn)生這種差異的原因可能是受人類耕作活動的影響，破壞了土體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤的崩解速率增高，抗蝕性降低（表4）。

表4 土壤團聚體水浸實驗測定結(jié)果

3.4 土壤水穩(wěn)性指數(shù)的變化

水穩(wěn)性指數(shù)（K）是反映土壤團聚體在靜水中分散程度的綜合評價指標，用以比較土壤可蝕性的大小，水穩(wěn)性指數(shù)越高，土壤團聚體越穩(wěn)定、可蝕性越?。?5］。

從圖1的比較中可以看出，4種模式下土壤整體的水穩(wěn)性指數(shù)都較低（K＜0.3），4種模式土壤水穩(wěn)性指數(shù)總體表現(xiàn)為純林＞棄耕地＞林果＞林糧。0—15 cm土層土壤水穩(wěn)性指數(shù)純林與其它模式差異顯著，棄耕地與林果、林糧之間差異顯著，林果、林糧差異不顯著。15—30cm土層土壤水穩(wěn)性指數(shù)純林和棄耕地差異不顯著，二者與林果、林糧差異顯著，林果、林糧之間差異不顯著。在垂直方向上，除純林水穩(wěn)性指數(shù)減小外，其它模式K值均增加，說明人類活動的強烈程度直接影響著巨桉人工林土壤的抗蝕性。水穩(wěn)性指數(shù)是反映土壤團聚體在靜水中的分散程度，水穩(wěn)性指數(shù)越高，土壤團聚體越穩(wěn)定，可蝕性越??；巨桉純林受人為影響較林果、林糧小，土壤結(jié)構(gòu)更易于形成較大團聚體，土壤團聚體越穩(wěn)定，土壤的抗蝕能力強于林果和林糧。

圖1 4種模式土壤水穩(wěn)性指數(shù)比較

4 結(jié)論

（1）土壤機械組成顆粒主要集中在＜0.01mm和＞0.05mm兩個粒級范圍內(nèi)。不同模式下0—15 cm土層＜0.01mm物理性黏粒含量棄耕地＞純林＞林果＞林糧；＞0.05mm砂粒含量林糧＞林果＞棄耕地＞純林。15—30cm土層＜0.01mm物理性黏粒含量純林＞林果＞林糧＞棄耕地；＞0.05mm砂粒含量林果＞棄耕地＞林糧＞純林。物理性黏粒含量減少和砂粒含量增加導(dǎo)致土壤抗水搬運的能力減弱；因此表層土壤純林和棄耕地抗蝕性優(yōu)于林果和林糧；而下層土壤純林的抗蝕性強于其它3種模式。從土壤質(zhì)地分析，純林為重壤土，偏黏質(zhì)；林果、林糧、棄耕地土壤為中壤土，偏砂質(zhì)，說明巨桉純林提高了土壤的黏性，因此有利于提高土壤的抗蝕性。

（2）不同模式對不同粒徑的土壤干篩團聚體含量影響極顯著；土壤團聚體組成表現(xiàn)為隨粒級的減小其所占比例呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，說明不同模式對土壤團聚體組成的影響主要表現(xiàn)在相對提高較大粒級團聚體的比例上。大團聚體含量越多，土壤結(jié)構(gòu)越好［16］，土壤越穩(wěn)定；3種巨桉人工林模式下土層中大團聚體含量（＞0.25mm）大于棄耕地含量，說明3種林地土壤結(jié)構(gòu)較棄耕地好。

（3）通過土壤靜水崩解速率分析，林果、林糧模式土壤靜水崩解速率明顯高于純林和棄耕地土壤。純林土壤土粒抵御靜水崩解的能力表現(xiàn)出隨土壤深度的增加而不斷減弱的趨勢，而其它模式土壤崩解規(guī)律則總體上表現(xiàn)出隨著土層深度的增加，土粒抵御靜水崩解的能力卻相對增強的趨勢。

以上指標為單一因子條件下對不同模式下土壤抗蝕性的比較，因此結(jié)論有所差異。水穩(wěn)性指數(shù)為土壤團聚體在靜水中分散程度的綜合評價指標，通過分析發(fā)現(xiàn)4種模式土壤水穩(wěn)性指數(shù)總體表現(xiàn)為純林＞棄耕地＞林果＞林糧。綜上所述不同模式下土壤的抗蝕性強弱依次為純林＞棄耕地＞林果＞林糧。

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