贛南不同母質及植被覆蓋對紅壤水穩(wěn)性的影響

徐祥明, 高珍萍, 邱秀亮, 覃靈華

(贛南師范學院 地理與規(guī)劃學院, 江西 贛州 341000)

贛南不同母質及植被覆蓋對紅壤水穩(wěn)性的影響

徐祥明, 高珍萍, 邱秀亮, 覃靈華

(贛南師范學院 地理與規(guī)劃學院, 江西 贛州 341000)

[目的] 探討贛江流域地區(qū)植被恢復對土壤抗侵蝕能力提高的作用機理以及土壤水穩(wěn)定性的測定方法。[方法] 選取3種不同成土母質(花崗巖、紅砂巖、第四紀紅土)，每一種母質又設置了3種植被覆蓋條件下的紅壤，應用靜水天平法測定土壤的水穩(wěn)性指數，并研究其隨時間的變化規(guī)律。[結果] 贛南紅壤的水穩(wěn)性隨浸水時間延長而減弱，這種減弱變化不受母質類型和植被覆蓋的變化而改變。林草地和灌草地土壤水穩(wěn)性在浸水過程中土壤的水穩(wěn)性指數較為穩(wěn)定，下降幅度小，(林下)裸地土壤浸水后水穩(wěn)性指數下降幅度較大。以(林下)裸地作為對照，3種母質的林草地、灌草地的水穩(wěn)性指數均有顯著提高。[結論] 靜水天平法特別適合研究土壤水穩(wěn)性的動態(tài)變化規(guī)律。贛江流域紅壤地區(qū)的植被恢復有助于提高土壤的水穩(wěn)定性。

贛南紅壤; 水穩(wěn)性指數; 動態(tài)變化; 植被覆蓋; 靜水天平法

土壤抗蝕性指土壤抵抗水的分散和懸浮的能力[1]。土壤抗蝕性的研究始于20世紀30年代，鑒于可蝕性是抗蝕性的倒數，國外對土壤抗侵蝕能力一般從土壤可蝕性的角度來研究。土壤可蝕性是指土壤對侵蝕的敏感性[2]。關于土壤可蝕性研究，大體上可以分作3個階段：土壤可蝕性評價指標確定、美國通用流失方程(USLE)中K值的測定和估算[3]、土壤可蝕性指標的時空變化及不確定性分析[4]。20世紀60年代初以來，中國學者先后對土壤抗蝕性進行了比較系統(tǒng)和完善的研究，特別是土壤抗蝕性指標的研究。土壤抗蝕性指標是表征土壤抗蝕能力強弱的特征值。多年來，中國學者對土壤抗蝕性及評價指標進行了大量研究并取得不少重要成果。蔣定生等[5]應用土壤崩解儀研究了黃土高原主要土壤類型的崩解速率，結果表明崩解速率存在明顯的地域分異規(guī)律，并將研究區(qū)崩解速率分為極慢、很慢等5個區(qū)。陳東等[6]分析了已有測定土壤崩解儀的優(yōu)缺點，并提出了一種改進的土壤崩解性測定方法。

已有研究著重從土壤抗蝕性指標的篩選、抗蝕性能的影響因素以及抗蝕性能的評價出發(fā)[7]，對土壤抗蝕指標隨浸水時間的動態(tài)變化規(guī)律研究較為缺乏，且已有研究多局限于黃土高原[8]、長江流域[9]，針對贛南地區(qū)的研究較少。贛南是中國南方地區(qū)水土流失最嚴重的地區(qū)之一，全區(qū)水土流失面積8.66×103km2，占土地總面積的22%[10]。水土流失導致土層變薄，土壤沙化，地力衰退，耕地面積減少，生態(tài)環(huán)境惡化等問題加劇了群眾生活的貧困，使人地矛盾突出。同時，水土流失致使江河湖庫泥沙嚴重淤積，影響了江湖行洪蓄洪能力[11]。江西省人民政府辦公廳關于進一步促進贛南臍橙產業(yè)發(fā)展的意見中提到，預計到2015年，贛南臍橙面積發(fā)展到1.33×105hm2，產量達到3.00×106t[12]。這無疑給該地區(qū)水土流失的防治提出了更高的要求。因此，本文對該區(qū)3種主要母質發(fā)育的紅壤在不同植被覆蓋下的土壤水穩(wěn)性指數的動態(tài)變化進行研究，旨在進一步完善中國土壤抗蝕性研究的基礎資料，并為該區(qū)水土流失防治、植被恢復等提供理論和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 樣地概況及采樣

樣地位于江西省贛州，地處北緯24°29′—27°09′，東經113°54′—116°38′，位于中亞熱帶南緣，屬典型的亞熱帶濕潤季風氣候。土壤類型主要是紅壤，紅壤可在多種母質上發(fā)育形成，贛南紅壤主要有花崗巖土壤、紅砂巖土壤和第四紀紅土，理化性狀有一定的差異。本項目以贛南紅壤為研究對象，分別設置3種不同成土母質(花崗巖、紅砂巖、第四紀紅土)，每一種母質發(fā)育的紅壤設置了3種植被覆蓋條件。2014年6月分別在贛州黃金區(qū)虎形村(第四紀紅土母質)、贛州南康區(qū)龍回鎮(zhèn)(花崗巖母質)、贛州龍華鄉(xiāng)(紅砂巖母質)采集表層土樣，深度為0—20 cm，去除植物的地上部分及表層2 cm厚土層，用團粒盒采集原狀土樣帶回實驗室，每個樣地設置重復樣。樣地環(huán)境特征及基本理化性質見表1。

表1 樣點環(huán)境特征及主要土壤性質

1.2 試驗方法

水穩(wěn)性指數測定方法參照劉剛才[13]提出靜水天平測定法。原狀土樣除去石頭和根系枝葉等有機物，把大塊土壤掰成直徑1 cm左右的小土粒后風干(室內2周，風干后含水量在1%～2%)，稱取土粒50.00 g用于水穩(wěn)性指數測定。土壤水穩(wěn)性指數測定采用自制的土壤崩解測定儀(圖1)，原理是根據浮力和重力的關系計算土壤水穩(wěn)性指數。在觀測開始前和結束后，升降平臺降低，使得土壤懸架提出水槽，可方便換土樣和水；開始觀測時升降平臺升高，當土樣完全浸入水中后，開始計時，并記錄電子靜水天平數據的變化。土壤pH采用電極法，有機質采用重鉻酸鉀—外加熱容量法測定。

注： 1電子靜水天平；2框架；3土樣懸架；4水槽；5升降平臺；6面板；7支腳

圖1 靜水天平測定法

水穩(wěn)性指數按照公式：A=(R0-RT)/R0

(1)

式中：A——水穩(wěn)性指數，值介于0～1；R0——試樣開始時天平讀數(g)；RT——T時刻天平讀數(g)。

2 結果與分析

2.1 贛南紅壤水穩(wěn)性動態(tài)變化

不同母質及植被覆蓋的紅壤水穩(wěn)性指數動態(tài)變化有所不同，由圖2可知，總體變化是土壤抗蝕性隨浸水時間延長而減弱，這種減弱變化不受母質類型和植被覆蓋的變化而改變。圖2a表明：第四紀紅土紅壤水穩(wěn)性指數隨著浸水時間延長，3種植被覆蓋下土壤水穩(wěn)性指數均是逐漸減弱，林草地浸水1 min內水穩(wěn)性指數便穩(wěn)定在0.96左右，灌草地浸水4 min便穩(wěn)定在0.87左右，林下裸地則是浸水20 min才穩(wěn)定在0.64左右。由圖2b可知，紅砂巖林草地浸水20 s 便達到最小值0.94，然后有所上升穩(wěn)定在0.97左右，灌草地水穩(wěn)性指數一直很穩(wěn)定，保持在0.99左右，抗蝕性能最強，林下裸地的水穩(wěn)性指數隨浸水時間一直減弱，一直到60 min 才穩(wěn)定在0.75左右。圖2c表明：花崗巖林草地水穩(wěn)性指數非常穩(wěn)定，10 s以后一直維持在0.98左右，水穩(wěn)性指數較強，灌草地2 min后邊穩(wěn)定在0.87左右，裸地紅壤的水穩(wěn)性指數下降速度最快，幅度最大，10 s時水穩(wěn)性指數便下降至0.35，下降幅度達到0.65,1 min后穩(wěn)定在0.22左右。紅壤水穩(wěn)性指數隨浸水時間延長而減弱，這種減弱與土壤團聚體遇水崩解等有關。

圖2 不同母質及植被覆蓋紅壤水穩(wěn)性指數動態(tài)變化

2.2 不同母質發(fā)育紅壤水穩(wěn)性指數比較

為比較不同母質發(fā)育紅壤的水穩(wěn)性指數，本試驗采用第150 min時的天平讀數，根據公式(1)計算第150 min的水穩(wěn)性指數，即可計算出3種母質的平均水穩(wěn)性指數，結果見圖3。由圖3看出，不同母質其水穩(wěn)性指數有差異，由大到小的排序為：紅砂巖>第四紀紅土>花崗巖?；◢弾r的水穩(wěn)性指數最小，這也印證了在贛南地區(qū)水土流失比較嚴重的地區(qū)基本是由花崗巖發(fā)育的紅壤這一現象。

圖3 不同母質發(fā)育紅壤水穩(wěn)性指數

2.3 不同植被恢復類型紅壤水穩(wěn)性指數比較

不同植被覆蓋下紅壤水穩(wěn)性指數(同上，指用第150 min計算的水穩(wěn)性指數)比較，結果見圖4。由圖4可以看出，不同植被覆蓋下紅壤的水穩(wěn)性指數存在差異，按照從大到小的排序為：林草地>灌草地>裸地，這與植被的種類數量和覆蓋率有關，贛南紅壤區(qū)林草地植被種類較多，既有馬尾松、鵝掌柴，樟樹等喬木，還有黃荊、構樹、芒萁，蜈蚣草等灌草，植被覆蓋率70%～90%，灌草地的種類和覆蓋率居中，(林下)裸地植物單一，只有馬尾松喬木或純裸地，地面侵蝕嚴重，地面裸露或具稀疏的草叢，土壤根系含量低。

圖4 不同植被覆蓋紅壤水穩(wěn)性指數

比較不同母質不同植被覆蓋紅壤的水穩(wěn)性指數，結果見表2。以(林下)裸地作為對照，3種母質的林草地、灌草地的水穩(wěn)性指數均有顯著提高，這個結果表明植被恢復有助于提高土壤的抗蝕性。紅砂巖地區(qū)，林草地與灌草叢水穩(wěn)性指數無顯著差異，但與裸地比較均顯著差異。第四紀紅土和花崗巖地區(qū)林草地與灌草叢水穩(wěn)性指數有顯著差異，林草地更能提高土壤的抗蝕性能。

表2 比較不同母質不同植被覆蓋紅壤水穩(wěn)性指數

注：同一列中字母相同表示沒有顯著性差異；不同字母表示有顯著性差異(p<0.05)。

3 結 論

測定土壤水穩(wěn)性的方法主要有濕篩法、水滴、浸水崩解法等。常用的測定土壤崩解性的方法有蔣定生設計的土壤崩解儀由玻璃缸、浮筒、網板等3部分組成，崩解速率由崩解前后浮筒讀數差除以崩解時間得出[14]。還有選用一定數量的直徑基本相同的土壤顆粒放在金屬網上浸入水中，觀察記錄一定時間內土壤顆粒崩解的粒數，來計算土壤抗蝕性指數[6]。本研究采用的靜水天平法具有數據重現性好，快速精確的特點，可以彌補其他測定方法的不足，特別適合研究土壤抗蝕性的動態(tài)變化規(guī)律。

贛南紅壤的抗蝕性隨浸水時間延長而減弱，這種減弱變化不受母質類型和植被覆蓋的變化而改變。林草地和灌草地土壤抗蝕性在浸水過程中土壤的水穩(wěn)性指數較為穩(wěn)定，下降幅度小，(林下)裸地土壤浸水后水穩(wěn)性指數下降幅度較大。這與土壤團聚體的水穩(wěn)定性能以及物質組成等有關[15]。以(林下)裸地作為對照，3種母質的林草地、灌草地的水穩(wěn)性指數均有顯著提高，這個結果表明植被恢復有助于提高土壤的抗蝕性。第四紀紅土和花崗巖地區(qū)林草地更能提高土壤的抗蝕性能，而紅砂巖地區(qū)林草地和灌草地對水穩(wěn)性指數的提高無明顯差異。這表明植被恢復類型對不同母質發(fā)育的紅壤抗蝕性能的提高效果不一樣。

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Effects of Different Parent Material and Vegetation Coverage on Water Stability Index of Red Soils in Gannan Area

XU Xiangming, GAO Zhenping, QIU Xiuliang, QIN Linghua

(CollegeofGeographyandPlanning,GannanNormalUniversity,Ganzhou,Jiangxi341000,China)

[Objective] This paper aimed to investigate the mechanism of soil erosion resistance by vegetation restoration and the water stability index of red soil in Ganjiang river basin area. [Methods] Soil samples developed from three parent materials(the granite, red sandstone and quaternary red earth) under different vegetation coverage were selected, to explore the dynamic change of water stability by using hydrostatic balance method. [Results] The dynamic change of water stability of red soils decreased with soil immersion time in all samples. This decreasing trend was less in woodland and shrub land compared to bare land. Soil water stability in both woodland and shrub land improved significantly, compared to bare land developed from all the three parent materials. [Conclusion] The hydrostatic balance method is more suitable to study the dynamic change of water stability. Vegetation restoration is beneficial to the improvement of soil water stability in Gannan area.

red soil in Gannan area; water stability index; dynamic change; vegetation restoration; hydrostatic balance method

2014-11-21

2014-12-02

國家自然科學基金項目“中國土壤系統(tǒng)分類水耕人為土微形態(tài)診斷指標研究”(41301226)； 江西省自然科學基金項目(20132BAB213020)； 江西省教育廳青年科學基金項目(GJJ13645)； 巖溶動力學重點實驗室開放基金資助課題(KDL2012-06, 201306)

徐祥明(1982—),男(漢族),廣西壯族自治區(qū)賀州市人,博士,講師,主要從事土壤地理與生態(tài)環(huán)境研究。 E-mail:xmingx2007@163.com。

A

1000-288X(2015)05-0055-04

S157.1