土壤團(tuán)聚體與土壤侵蝕關(guān)系研究進(jìn)展

王小云

(山西省水土保持科學(xué)研究所，山西太原 030045)

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土壤團(tuán)聚體與土壤侵蝕關(guān)系研究進(jìn)展

王小云

(山西省水土保持科學(xué)研究所，山西太原 030045)

從影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的因素、團(tuán)聚體對(duì)土壤侵蝕的影響和團(tuán)聚體與養(yǎng)分流失的關(guān)系3個(gè)方面，綜述了土壤團(tuán)聚體的研究進(jìn)展。

土壤團(tuán)聚體；水穩(wěn)性；土壤可蝕性；粒徑組成

土壤侵蝕作為地球表面的一種自然現(xiàn)象[1]，自人類(lèi)社會(huì)出現(xiàn)后，成為自然和人類(lèi)活動(dòng)共同作用的一種動(dòng)態(tài)過(guò)程，現(xiàn)已成為當(dāng)今世界資源與環(huán)境問(wèn)題的重點(diǎn)[2]。而土壤團(tuán)聚體作為土壤的重要組成部分，影響著土壤的物理化學(xué)性質(zhì)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤團(tuán)聚體的形成、破碎特征、粒徑組成、對(duì)土壤可蝕性和養(yǎng)分的影響等多方面進(jìn)行了大量研究。筆者對(duì)這些研究從土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響因素、團(tuán)聚體對(duì)土壤侵蝕和養(yǎng)分流失3方面進(jìn)行了總結(jié)，旨在為今后土壤侵蝕方面的研究提供借鑒。

1　土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響因素

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，是土壤的重要組成部分。土地利用方式和土壤管理措施與土壤的結(jié)構(gòu)性能密切相關(guān)，不同土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分、內(nèi)部環(huán)境、生物活性及土壤團(tuán)聚體的形成過(guò)程、團(tuán)聚體的穩(wěn)定性及粒徑分布產(chǎn)生影響。團(tuán)聚體具有不同的形態(tài)和大小，通常將其分為2個(gè)部分：大團(tuán)聚體(>250 μm)和微團(tuán)聚體(<250 μm)[3]。

近年來(lái)，土壤研究者對(duì)土壤團(tuán)聚體的形成機(jī)制、穩(wěn)定性影響因素、與農(nóng)業(yè)管理措施間的關(guān)系、團(tuán)聚體的粒徑組成與分布、有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量的關(guān)系等方面做了大量研究[4-7]。土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性主要與土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤微生物、土地利用方式、全氮含量、全磷含量、蔗糖酶、礦物種類(lèi)等相關(guān)[8-10]。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定機(jī)制與影響因素做了大量研究。發(fā)現(xiàn)直徑小于0.05 mm團(tuán)聚體的數(shù)量與有機(jī)質(zhì)的含量相關(guān)系數(shù)為0.65～0.75。魏朝富等[11-12]對(duì)紫色土、紅壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體研究發(fā)現(xiàn)，水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量和穩(wěn)定性均與土壤有機(jī)質(zhì)的含量呈正相關(guān)[11-12]。姚賢良等[13-17]研究了紅壤、黑土、棕壤、紫色土團(tuán)聚體的膠結(jié)物質(zhì)組成和存在狀態(tài)，認(rèn)為有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合和土粒團(tuán)聚的關(guān)系是通過(guò)原土復(fù)合量和小于0.01 mm土粒團(tuán)聚量的關(guān)系體現(xiàn)。國(guó)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)中斥水胡敏酸可有效提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，而且通過(guò)對(duì)施加礦質(zhì)肥料和有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響的研究表明，有機(jī)質(zhì)超過(guò)一定含量后，水穩(wěn)性團(tuán)粒不再隨有機(jī)質(zhì)含量的增加而增加，而且有機(jī)質(zhì)的排列對(duì)土壤團(tuán)粒的穩(wěn)定性發(fā)揮更大的作用。王文艷等[10]研究表明，>0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量從坡頂?shù)狡碌字饾u升高，而且水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量與方解石含量呈正相關(guān)，與正長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石含量呈負(fù)相關(guān)。Neergaadhe等[18]研究認(rèn)為，真菌菌根和分支根瘤中根瘤菌可有效穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)和提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，尤其是VAM菌絲及其分泌的土壤多糖(包括其他有機(jī)質(zhì))對(duì)土壤團(tuán)聚體的形成具有重要影響。

土壤團(tuán)聚體的特性和穩(wěn)定性與土壤有機(jī)質(zhì)、粒徑組成、礦物種類(lèi)與含量及微生物種群等多種因素相互作用和相互影響，并呈單向關(guān)系。因此，土壤團(tuán)聚體對(duì)土壤的侵蝕性和養(yǎng)分吸附與運(yùn)移過(guò)程具有重要影響，可以作為表征土壤生態(tài)特性的重要指標(biāo)[19]。

2　土壤團(tuán)聚體對(duì)土壤侵蝕的影響

土壤團(tuán)聚體的特性對(duì)土壤綜合性能具有重要的代表意義，對(duì)團(tuán)聚體的穩(wěn)定性、破碎重組、土壤的養(yǎng)分循環(huán)和土壤可蝕性和土壤可持續(xù)利用具有重要影響[20-21]。

團(tuán)聚體的粒徑分布和穩(wěn)定性極大地影響著土壤的物理性質(zhì)和土壤中發(fā)生的各種過(guò)程[22-23]。研究表明，團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響著土壤入滲、結(jié)皮、產(chǎn)沙等土壤侵蝕的各個(gè)過(guò)程[24]，是預(yù)測(cè)土壤抗侵蝕能力的良好指標(biāo)[25-27]，同時(shí)團(tuán)聚體的粒徑組成和穩(wěn)定性也是土壤侵蝕的重要指標(biāo)[28]。田積瑩等[29-34]在研究土壤可蝕性時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤可蝕性取決于土壤水穩(wěn)定性的團(tuán)聚體數(shù)量和質(zhì)量。同時(shí)，陳山等[35]研究認(rèn)為，團(tuán)聚體穩(wěn)定性與平均重量直徑間具有不同的變化趨勢(shì)，而且不同粒級(jí)團(tuán)聚體之間差異較大，甚至完全相反。而Yan等[36-38]在 WEEP模型的基礎(chǔ)上，利用團(tuán)聚體水穩(wěn)性代替可蝕性因子建立了新的細(xì)溝和細(xì)溝間土壤侵蝕預(yù)測(cè)模型，取得了良好效果。Li等[39-40]對(duì)紅壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性進(jìn)行了深入研究，證實(shí)了團(tuán)聚體穩(wěn)定性是紅壤抗侵蝕能力的主要決定因素。由于團(tuán)聚體的穩(wěn)定性對(duì)土壤可蝕性具有重要意義，因此團(tuán)聚體穩(wěn)定性的下降往往暗示土壤潛在可蝕性的增長(zhǎng)及土壤肥力水平的下降[41]。20世紀(jì)30、40年代國(guó)外學(xué)者先后提出了用黏粒率(clayRatio)[黏粒率：(沙+粉沙)/黏粒，黏粒率越小土壤越不容易侵蝕]和土壤滲透性作為土壤可蝕性指標(biāo)，并進(jìn)一步提出了團(tuán)聚狀況和團(tuán)聚度指標(biāo)。除此之外，還提出了平均重量直徑指標(biāo)。Anderson等提出的團(tuán)聚體表面率和團(tuán)聚體的穩(wěn)定性及分散率等指標(biāo)[團(tuán)聚體的表面率≥0.05 mm顆粒的表面積/團(tuán)聚體的量(粉沙+黏粒)]。Kazuhiko和 Katsutoshi研究發(fā)現(xiàn)，團(tuán)聚體的穩(wěn)定性與土壤侵蝕量之間呈顯著負(fù)相關(guān)，其次是分散率和侵蝕率，并指出團(tuán)聚體的穩(wěn)定性可作為暗色土的可蝕性指標(biāo)。高維森等[42-43]對(duì)不同類(lèi)型土壤的可蝕性指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定分析，指出最佳土壤可蝕性指標(biāo)、> 0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)粒和風(fēng)干土水穩(wěn)性團(tuán)粒含量是反映土壤可蝕性強(qiáng)弱的最佳指標(biāo)。Tejada等[44-45]研究表明，土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)降低，土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)，土壤可蝕性增強(qiáng)，泥沙流失量減少。Colazod對(duì)土壤團(tuán)聚體與風(fēng)蝕關(guān)系研究表明，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性降低，土壤風(fēng)蝕的可蝕性增加，而對(duì)沙土和黏土無(wú)顯著影響。不同尺度范圍內(nèi)模擬降雨的研究表明，表層土壤團(tuán)聚體含量和粒徑與徑流和土壤流失量具有顯著相關(guān)性，且不同降雨時(shí)間段差異顯著，甚至相反。

3　土壤團(tuán)聚體與養(yǎng)分流失的關(guān)系

土壤的全氮含量反映了土壤供氮能力的大小，在一定程度上也反映了土壤結(jié)構(gòu)和土壤肥力狀況的好壞，也與土壤抗侵蝕能力有一定關(guān)系。在自然條件下，土壤氮素含量與土壤團(tuán)聚體特別是水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量關(guān)系密切。土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量與土壤全氮(包括土壤速效氮)含量隨之增加，其中土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(粒徑>0.25 mm)的含量增加幅度較大，而土壤磷含量隨著水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑的增加而增加[46]。

張超等[47]研究表明，根際土壤具有更好團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，且根際土壤分形特征能更好地反映土壤性質(zhì)的變化規(guī)律，可作為黃土丘陵區(qū)植被恢復(fù)過(guò)程中土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的指標(biāo)。黃滿湘等[48-49]對(duì)土壤團(tuán)聚體中養(yǎng)分含量與粒徑分布以及流失土壤對(duì)養(yǎng)分的富集和形態(tài)進(jìn)行了研究。劉愛(ài)霞等[50]對(duì)高速公路邊坡土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑的研究表明，>1 mm的大團(tuán)聚體表層含量大于亞表層，而<1 mm的團(tuán)聚體則相反，其中有機(jī)質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮、速效磷和1～5 mm粒徑是影響分形維數(shù)的主要因子，植被恢復(fù)促進(jìn)團(tuán)聚體均勻分布，使土壤分形維數(shù)降低，改善土壤結(jié)構(gòu)。何淑勤等[51]對(duì)茶園土壤團(tuán)聚體粒級(jí)組成研究表明，0～20和20～40 cm土層土壤團(tuán)聚體的分布均以>2 mm 和2～5 mm 團(tuán)聚體為主，團(tuán)聚體平均重量直徑隨著土壤層次的增加有增加的趨勢(shì)。劉敏英等[52]研究了植茶年限對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響，結(jié)果表明：植茶年限對(duì)團(tuán)聚體大小分布狀況無(wú)顯著影響，對(duì)團(tuán)聚體總量表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢(shì)，其中粒徑>5 mm和<5 mm是水穩(wěn)性團(tuán)聚體隨植茶年限增長(zhǎng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

土壤中至少有70%～90%的磷進(jìn)入土壤后會(huì)成為難以被作物吸收利用的固定形態(tài)磷[53-57]。農(nóng)業(yè)中隨徑流流失的農(nóng)田土壤養(yǎng)分是水體中磷的最主要來(lái)源[58-59]，且地表徑流攜帶的侵蝕泥沙對(duì)氮、磷等養(yǎng)分具有富集作用。土壤和侵蝕泥沙中養(yǎng)分含量和分布與土壤團(tuán)聚體粒級(jí)具有一定的相關(guān)性[60]，同時(shí)不同粒徑團(tuán)聚體對(duì)磷的富集作用和富集系數(shù)不同[61-62]，因此團(tuán)聚體的粒徑分布對(duì)養(yǎng)分的循環(huán)和運(yùn)移具有重要影響。郭萬(wàn)偉等[63]對(duì)旱土和水稻土團(tuán)聚體和磷分布研究表明，土壤磷的形態(tài)分布與團(tuán)聚體粒級(jí)有密切關(guān)系，旱土和水稻土以>0.02 mm粒徑的團(tuán)聚體為主，且在該級(jí)土壤團(tuán)聚體中磷素含量較高，且吸附態(tài)無(wú)機(jī)磷以Fe-P為主，而< 0.02 mm團(tuán)聚體以O(shè)-P為主。王洪杰等[64]研究表明，土壤全磷和有機(jī)質(zhì)含量與粉粒間呈負(fù)相關(guān)，與砂粒間呈正相關(guān)，而氮?jiǎng)t相反。

由于徑流對(duì)泥沙搬運(yùn)選擇性機(jī)制造成的富集系數(shù)(Enrichment Ratio，ER)隨侵蝕泥沙流失的增加而降低，即降雨徑流初期選擇性搬運(yùn)富含養(yǎng)分的黏粒及精細(xì)顆粒，之后養(yǎng)分含量低的砂粒及大團(tuán)聚體破碎分散出的細(xì)顆粒逐漸被搬運(yùn)并進(jìn)入泥沙[45，61]。黃麗等[65]研究表明，流失泥沙中<0.02 mm的微團(tuán)聚體和<0.002 mm的黏粒是養(yǎng)分流失的主要載體，且流失泥沙中微團(tuán)聚體對(duì)磷的富集作用較強(qiáng)，雖然富集系數(shù)與團(tuán)聚體粒徑、腐殖質(zhì)含量有關(guān)[66]，但養(yǎng)分總流失量隨著土壤流失量的增加而增大[67-68]。胡宏祥等[69]研究表明，土壤磷養(yǎng)分流失總量的87.37%是通過(guò)徑流泥沙攜帶方式造成的，且吸附態(tài)磷是流失的主要形態(tài)[70-72]。

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Research Progress of the Relationship between Soil Aggregates and Soil Erosion

WANG Xiao-yun

(Institute of Shanxi Soil and Water Conservation, Taiyuan, Shanxi 030045)

In order to provide materials for the study of soil erosion, research advances of soil aggregate were summarized from three aspects: influential factors on stability of soil aggregate, effects of aggregat on soil erosion, relationship between aggregate and nutrient loss.

Soil aggregate; Water stability; Soil erodibility; Soil particle size

山西省水利科學(xué)技術(shù)研究與推廣項(xiàng)目(201428)。

王小云(1980- )，男，山西興縣人，高級(jí)工程師，從事土壤侵蝕和面源污染科研工作。

2016-07-06

S 15

A

0517-6611(2016)23-106-03