植物籬對(duì)坡面土壤養(yǎng)分流失的影響

李海強(qiáng),郭成久,李 勇,沈奕彤

(1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院,沈陽(yáng) 110866; 2.桓仁滿族自治縣水土保持站,遼寧 桓仁滿族自治縣 117200)

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植物籬對(duì)坡面土壤養(yǎng)分流失的影響

李海強(qiáng)1,郭成久1,李 勇2,沈奕彤1

(1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院,沈陽(yáng) 110866; 2.桓仁滿族自治縣水土保持站,遼寧 桓仁滿族自治縣 117200)

植物籬能夠有效控制土壤侵蝕，減少土壤養(yǎng)分流失，被人們廣泛應(yīng)用，然而針對(duì)植物籬影響較短坡長(zhǎng)坡耕地土壤肥力的研究很少。通過(guò)栽培0.8 m，1.0 m，1.2 m三個(gè)寬度植物籬，設(shè)置帶間、帶上、帶中和帶下采樣點(diǎn)以及每個(gè)采樣點(diǎn)分0—15 cm層和15—30 cm層取樣來(lái)研究紫花苜蓿帶對(duì)坡長(zhǎng)為24 m的自然坡面的土壤養(yǎng)分影響。結(jié)果表明：籬寬與土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷之間存在一定的相關(guān)性，在上坡位布設(shè)較寬植物籬能更好地使土壤有效磷在坡面上均勻分布；土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷在帶上富集，而表現(xiàn)為帶間和帶下強(qiáng)烈侵蝕，出現(xiàn)水平帶狀分布；0—15 cm層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷變化受植物籬的影響較大，15—30 cm層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷變化幅度較小。植物籬可以改變坡面微地形，且0—15 cm層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷在帶上部位富集，含量最高，而15—30 cm層在帶中含量最高。土壤有機(jī)質(zhì)在坡面呈高度耗損，而有效磷呈高度富積。因此，種植草本植物籬時(shí)，應(yīng)該考慮合適寬度，選擇適時(shí)適地的植物種，考慮植物籬給帶下部位帶來(lái)的養(yǎng)分流失，加強(qiáng)植物籬帶下土壤的管護(hù)，從而提高整體土地生產(chǎn)力。

植物籬; 有效磷; 有機(jī)質(zhì); 土層深度; 樣點(diǎn)位置

植物籬技術(shù)自20世紀(jì)30年代在印度尼西亞產(chǎn)生以后，世界各國(guó)相繼采取有效的植物籬措施來(lái)防治坡耕地水土流失。植物籬技術(shù)在減少土壤侵蝕、控制面源污染的效果顯著，其水土保持效果得到了人們的廣泛認(rèn)可。植物籬技術(shù)是根據(jù)區(qū)域環(huán)境特性來(lái)選擇合適的植物種，同時(shí)設(shè)定合適的帶間距、帶間結(jié)構(gòu)以及植物種植密度，增加坡地表面植被覆蓋度，提高土壤養(yǎng)分，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)，以及改變土層物理性狀，改善土壤水汽狀況，降低坡耕地產(chǎn)流產(chǎn)沙量，最終增加作物產(chǎn)量的水土保持植物措施[1-2]。當(dāng)坡耕地上等高種植植物籬且?guī)чg距控制在細(xì)溝侵蝕發(fā)生的臨界范圍內(nèi)，土壤黏粒質(zhì)量自籬間坡耕地到植物帶部分呈增加趨勢(shì)，至帶下土壤黏粒和土壤養(yǎng)分含量減小[1,3]，有效改善了坡耕地土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分的含量，均衡地表土壤養(yǎng)分的分布，增加坡耕地作物產(chǎn)量[4]。東北黑土區(qū)作為國(guó)內(nèi)重要的糧食產(chǎn)區(qū)，分布著較大面積的坡耕地，其坡耕地為1 280萬(wàn)hm2，占黑土區(qū)總耕地面積的59.38%，但黑土區(qū)坡耕地表土疏松，抗蝕能力弱，加之具有坡緩、坡長(zhǎng)的特點(diǎn)，極易產(chǎn)生水土流失。黑土區(qū)坡耕地水土流失導(dǎo)致寶貴的黑土資源順坡而下，對(duì)土地生產(chǎn)力的影響較大，很多學(xué)者已經(jīng)提出很多有效的水土保持工程措施和植物措施來(lái)防治坡耕地土壤養(yǎng)分流失，提高土地生產(chǎn)力，然而很多工程措施動(dòng)工量大、耗時(shí)、耗力，對(duì)土地?cái)_動(dòng)較大[5]，同時(shí)，施工期間對(duì)同年的農(nóng)作物產(chǎn)量有較大影響。從社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益考慮[6]，在坡長(zhǎng)較短的坡耕地上，修建合適尺度大小的植物籬不僅能夠減少土壤養(yǎng)分的流失，而且還能夠取得較好的社會(huì)效益，更易被人們所接受。本文選取在坡地不同等高位置設(shè)置不同尺度的植物籬研究角度，研究植物籬對(duì)坡耕地水土保持效益的影響，以便來(lái)提高糧食產(chǎn)量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，同時(shí)為東北黑土區(qū)坡耕地植物籬建設(shè)提供理論依據(jù)。

1　研究地概況

本試驗(yàn)布設(shè)在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院綜合試驗(yàn)基地內(nèi)，研究區(qū)地理位置位于東經(jīng)123°33′59.75″，北緯41°50′12.34″，平均海拔為57 m。試驗(yàn)區(qū)土壤為棕壤，屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷漫長(zhǎng)，年平均氣溫7.7℃，一年無(wú)霜期平均為155 d，多年平均降雨量為615.75 mm，降雨主要集中在夏季，試驗(yàn)期年降雨量為607.5 mm。所選取的試驗(yàn)地是坡長(zhǎng)為24 m的自然坡面，坡度為8°左右，總面積為200 m2。在整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)種植植物籬前后有果農(nóng)定期割刈雜草，對(duì)表土擾動(dòng)較小，使試驗(yàn)在種植植物籬的裸露坡面上進(jìn)行。

2　研究方法

2.1樣地設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)將選取的自然坡面劃分為1號(hào)、2號(hào)試驗(yàn)樣地，1號(hào)樣地植物籬從坡頂?shù)狡碌撞荚O(shè)寬度依次為0.8 m，1.0 m，1.2 m；2號(hào)樣地植物籬從坡頂?shù)狡碌撞荚O(shè)寬度依次為1.2 m，1.0 m，0.8 m，其每帶植物籬的長(zhǎng)度均為5 m，帶與帶之間的間距為6 m，具體植物籬布設(shè)見(jiàn)圖1。所選植物籬種植物種紫花苜蓿在2015年4月初根據(jù)基地內(nèi)果農(nóng)的經(jīng)驗(yàn)種植。

2.2土樣采集

根據(jù)試驗(yàn)地植物籬布設(shè)情況，每個(gè)植物帶分為帶間、帶上、帶中、帶下四個(gè)部分采取土樣，分別是指坡面上距上一紫花苜蓿帶順坡向下3 m和距下一紫花苜蓿帶順坡向上3 m交匯處(帶間)、距紫花苜蓿帶上邊沿25 cm處(帶上)、紫花苜蓿帶內(nèi)中心部位(帶中)和距紫花苜蓿帶下邊沿25 cm處(帶下)，見(jiàn)圖1，在2015年4月栽培植物籬前按植物籬設(shè)置采取土壤養(yǎng)分含量背景值，然后5—10月份，在不施加任何肥料的情況下逐月定期每個(gè)植物籬每個(gè)采樣部分等高選取3個(gè)重復(fù)樣點(diǎn)，將3個(gè)重復(fù)作為每一樣地同一等高采樣部分樣品，同時(shí)，每個(gè)采樣點(diǎn)分0—15 cm層和15—30 cm層用土鉆取樣，每次共取144個(gè)土樣，將其帶回試驗(yàn)室進(jìn)行處理。

圖1　植物籬和采樣點(diǎn)布設(shè)圖

2.3測(cè)取指標(biāo)及數(shù)據(jù)分析方法

將每次采取的144個(gè)土樣在實(shí)驗(yàn)室陰干后，通過(guò)四分法選取土樣，運(yùn)用土樣粉碎機(jī)研磨過(guò)篩，最后測(cè)取土樣有機(jī)質(zhì)和有效磷。土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定方法采用重鉻酸鉀容量法(GB9834—88)；有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法。

選取試驗(yàn)期內(nèi)降雨逐漸減少的9月份測(cè)量數(shù)據(jù)，采用Excel進(jìn)行基本處理；運(yùn)用SPSS 17.0軟件對(duì)0—15 cm層和15—30 cm層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷、植物籬寬度、采樣點(diǎn)位置之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。

3　數(shù)據(jù)與分析

3.1紫花苜蓿帶對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

3.1.1不同采樣點(diǎn)位置土壤有機(jī)質(zhì)圖2表示1號(hào)和2號(hào)樣地在不同土層深度不同采樣點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)的變化情況。植物籬可以有效地減少土壤侵蝕量，從而使土壤養(yǎng)分流失量減少。根據(jù)植物籬不同采樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)的含量變化可以看出，帶間采樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)含量低于其他采樣點(diǎn)的含量，說(shuō)明紫花苜蓿帶間呈現(xiàn)土壤侵蝕態(tài)勢(shì)，致使土壤有機(jī)質(zhì)含量降低。在植物籬截流減沙的機(jī)械作用下，帶間經(jīng)過(guò)降雨沖蝕的土壤顆粒在植物籬帶上部沉積下來(lái)，最終表現(xiàn)為帶上土壤有機(jī)質(zhì)出現(xiàn)累積。帶中土壤有機(jī)質(zhì)含量較帶上變化小，說(shuō)明植物籬帶對(duì)生長(zhǎng)地的土壤有機(jī)質(zhì)含量本身有提高作用。同時(shí)分析可看出，植物籬帶下采樣點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量較帶上和帶中有所下降，說(shuō)明帶下處于侵蝕狀況。從表1可以看出，0—15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)最大值為8.8 g/kg，出現(xiàn)在植物籬帶上采樣點(diǎn)；最小值為4.53 g/kg，出現(xiàn)在帶間采樣點(diǎn)處；0—15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量均值為6.54 g/kg，標(biāo)準(zhǔn)離差為1.11。15—30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)最大值為7.18 g/kg，出現(xiàn)在帶中；最小值為3.63 g/kg，出現(xiàn)在帶下采樣點(diǎn)處；其15—30 cm土層均值為5.05 g/kg，標(biāo)準(zhǔn)離差為1.09。從圖2可以看出，1號(hào)樣地0.8 m寬度的植物籬0—15 cm土層帶間采樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，1.2 m寬度的植物籬帶上采樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，也是0—15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量最高的采樣點(diǎn)處：同時(shí)不難看出，0.8 m寬度的植物籬帶下有機(jī)質(zhì)含量也最低。在種植植物籬后上坡位仍處于侵蝕狀態(tài)，但0.8 m寬度植物籬帶上有機(jī)質(zhì)出現(xiàn)富集，即在一定程度上植物籬減緩了土壤侵蝕。1號(hào)樣地15—30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)在帶中部位出現(xiàn)最大值，根據(jù)植物籬種植設(shè)計(jì)不難發(fā)現(xiàn)，在較深土層內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)在下坡位富集，這與實(shí)際地形情況相符。另外，0.8 m，1.0 m，1.2 m寬度的植物籬在15—30 cm土層深度的有機(jī)質(zhì)在帶間、帶上、帶中和帶下的變化相似。2號(hào)樣地1.0 m寬植物籬各個(gè)采樣點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)含量變化較大，沒(méi)有呈現(xiàn)出一定的規(guī)律；0.8 m寬的植物籬各采樣點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)含量變化依次為：帶下>帶中>帶上>帶間，與1號(hào)試驗(yàn)地相比，布設(shè)0.8 m寬植物籬在坡底部位，沒(méi)有布設(shè)1.2 m寬植物籬的截流攔沙作用好，因此在條件容許的情況下，坡底應(yīng)設(shè)置較寬的植物籬。2號(hào)樣地15—30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)變化與1號(hào)樣地在各個(gè)采樣點(diǎn)的變化一致；同時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量最大值出現(xiàn)在帶中部位。

圖中數(shù)據(jù)為平均±標(biāo)準(zhǔn)差;下同。

圖2兩塊試驗(yàn)地不同采樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)變化

從表2分析看出，不同采樣點(diǎn)與土壤有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)關(guān)系。在1號(hào)和2號(hào)試驗(yàn)地不同寬度的植物籬體系下，每個(gè)樣地所選取的采樣點(diǎn)位置不同，所測(cè)得0—15 cm層土壤有機(jī)質(zhì)變化比15—30 cm土層有機(jī)質(zhì)變化大，使得采樣點(diǎn)位置與0—15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)系數(shù)比采樣點(diǎn)位置與15—30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)系數(shù)大，且影響明顯。種植植物籬后，圖1中表現(xiàn)出每個(gè)植物籬帶間、帶上、帶中、帶下四個(gè)采樣點(diǎn)處的有機(jī)質(zhì)含量變化比較明顯。

3.1.2不同土層深度土壤有機(jī)質(zhì)圖3為兩塊試驗(yàn)地0—15 cm和15—30 cm不同土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量情況。從圖3中可以看出，0—15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量大于15—30 cm深土層土壤有機(jī)質(zhì)含量；從表1中可以看出，0—15 cm層土壤有機(jī)質(zhì)的最大值、最小值和均值以及標(biāo)準(zhǔn)離差均大于15—30 cm層土壤有機(jī)質(zhì)。1號(hào)試驗(yàn)地0—15 cm層每個(gè)采樣點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為：1.2 m>1.0 m>0.8 m，而15—30 cm層在不同采樣點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)變化不大，反映出植物籬對(duì)表層土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響大于較深層次的土壤有機(jī)質(zhì)。2號(hào)試驗(yàn)地與1號(hào)正好相反，0—15 cm層每個(gè)采樣點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為：0.8 m>1 m>1.2 m，同時(shí)，15—30 cm層土壤有機(jī)質(zhì)含量變化沒(méi)有0—15 cm層變化明顯。0—15 cm和15—30 cm層土壤有機(jī)質(zhì)均在帶中采樣點(diǎn)出現(xiàn)最大值，這可能與紫花苜蓿植物籬發(fā)揮養(yǎng)分泵的作用有關(guān)。

圖3　兩塊試驗(yàn)地不同土層深度土壤有機(jī)質(zhì)變化

土層深度指標(biāo)最大值最小值均值標(biāo)準(zhǔn)差0—15cm有效磷/(mg·kg-1)47.9732.0738.233.89有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)8.804.536.541.1115—30cm有效磷/(mg·kg-1)40.7231.2136.162.58有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)7.183.635.051.09

在表層土壤顆粒沉積過(guò)程中較深層次土壤有機(jī)質(zhì)逐漸增加；隨著表層土壤發(fā)生侵蝕而較深層次土壤養(yǎng)分發(fā)生流失，在一定深度范圍內(nèi)，表層土壤有機(jī)質(zhì)和較深層次土壤有機(jī)質(zhì)之間存在一定的相關(guān)性。從表2可以看出，籬寬對(duì)0—15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)的影響比15—30 cm土層明顯，且籬寬與有機(jī)質(zhì)之間呈正相關(guān)關(guān)系；籬寬與0—15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)系數(shù)比籬寬與15—30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)系數(shù)大，且顯著性概率小。

3.2紫花苜蓿帶對(duì)土壤有效磷的影響

3.2.1不同采樣點(diǎn)位置土壤有效磷圖4為在1號(hào)和2號(hào)試驗(yàn)地不同采樣點(diǎn)土壤有效磷的含量變化情況。從圖4可以看出，1號(hào)試驗(yàn)地0—15 cm土層和15—30 cm土層土壤有效磷與有機(jī)質(zhì)變化趨勢(shì)大致相同，但是上坡位0.8 m、中坡位1.0 m、下坡位1.2 m寬度植物籬體系下土壤有效磷變化呈現(xiàn)一致的規(guī)律性；0—15 cm土層帶間采樣點(diǎn)的土壤有效磷含量最高，同時(shí)土壤有效磷的變化規(guī)律為：1.2 m>1 m>0.8 m,這與其紫花苜蓿帶在坡面上的分布狀況有關(guān)；15—30 cm土層帶中采樣點(diǎn)土壤有效磷含量達(dá)到最大，可能是較深層土壤受降雨侵蝕影響較小所致，并且可以看出紫花苜蓿帶對(duì)生長(zhǎng)區(qū)域土壤理化性質(zhì)有一定的影響，且其發(fā)揮土壤養(yǎng)分泵的作用將更深層次不易被吸收和利用的養(yǎng)分向植物根系運(yùn)輸[7-8]，從而使帶中土壤有效磷含量有所提高。2號(hào)試驗(yàn)地0—15 cm層三種寬度處理下土壤有效磷含量變化沒(méi)有一定規(guī)律，而15—30 cm層有效磷含量變化趨勢(shì)與1號(hào)地一致，其帶中土壤有效磷含量最高。從表1中可以看出，0—15 cm深度土壤有效磷最大值為47.97 mg/kg；最小值為32.07 mg/kg；其有效磷含量均值為38.23 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)離差為3.89。15—30 cm土層土壤有效磷最大值為40.72 mg/kg，出現(xiàn)在帶中；最小值為31.21 mg/kg，出現(xiàn)在帶下采樣點(diǎn)處；其均值為36.16 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)離差為2.58。

從表2分析看出，不同采樣點(diǎn)與土壤有效磷呈正相關(guān)關(guān)系，采樣點(diǎn)位置與0—15 cm土層土壤有效磷的相關(guān)性系數(shù)比15—30 cm土層的相關(guān)系數(shù)大，在不同采樣點(diǎn)，植物籬對(duì)0—15 cm土層土壤有效磷的影響相對(duì)明顯。整體可以看出，0—15 cm層和15—30 cm層土壤有效磷均在下坡位植物籬附近富集，表現(xiàn)為1號(hào)樣地1.2 m和2號(hào)樣地0.8 m寬度植物籬有效磷含量均比另外兩種寬度植物籬附近有效磷含量高。同時(shí)，在種植植物籬后，帶間和帶中有效磷含量均有所提高，植物籬阻斷了有效磷直接向坡底遷移，而使整個(gè)坡面磷素的分布相對(duì)均勻。

圖4　兩塊試驗(yàn)地不同不同采樣點(diǎn)土壤有效磷變化

3.2.2不同土層深度土壤有效磷圖5為兩塊試驗(yàn)地0—15 cm和15—30 cm不同土層的土壤有效磷含量情況。植物籬技術(shù)的保持水土作用減少了土壤有效磷的損失，使有效磷在坡面富集，在每一寬度植物籬帶附近，0—15 cm層和15—30 cm層土壤有效磷含量相差不是很大。在1號(hào)與2號(hào)試驗(yàn)地布設(shè)不同寬度植物籬體系，不同深度土層土壤有效磷含量變化趨勢(shì)分別為：1.2 m>1 m>0.8 m，0.8 m>1 m>1.2 m。從表1中看出，0—15 cm層土壤有效磷的最大值、最小值和均值以及標(biāo)準(zhǔn)離差均大于15—30 cm層土壤有效磷。1號(hào)試驗(yàn)地15—30 cm層土壤有效磷變化較小，并與0—15 cm層有效磷變化趨勢(shì)一致。2號(hào)試驗(yàn)地0—15 cm層有效磷和有機(jī)質(zhì)含量變化相同；同樣，15—30 cm土層土壤有效磷比較穩(wěn)定。

從表2可以看出，籬寬與土壤有效磷呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系；從表3可以看出，在1號(hào)試驗(yàn)地和兩塊樣地的下坡位，籬寬和土壤有效磷均呈正相關(guān)關(guān)系，均反映出植物籬越寬土壤有效磷含量越高，而在2號(hào)試驗(yàn)地和兩塊樣地的上坡位，籬寬和土壤有效磷均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，主要受2號(hào)樣地的植物籬寬度設(shè)計(jì)的影響，由于栽培相對(duì)較寬的植物籬后上坡位仍處于侵蝕狀態(tài)，因此表現(xiàn)為籬寬與土壤有效磷負(fù)相關(guān)，使得總體上籬寬與有效磷呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。同時(shí)，分析發(fā)現(xiàn)，籬寬對(duì)0—15 cm層土壤有效磷的影響比15—30 cm層明顯。種植植物籬后坡面表層土壤被剝蝕搬運(yùn)至籬前沉積，而對(duì)較深層次土壤擾動(dòng)較??；但由于植物籬本身對(duì)土壤理化性質(zhì)的改良作用，栽培較寬植物籬對(duì)較深層次土壤有效磷影響也較明顯。

圖5　兩塊試驗(yàn)地不同土層深度土壤有效磷變化

項(xiàng)目0—15cm有機(jī)質(zhì)有效磷15—30cm有機(jī)質(zhì)有效磷Pearson相關(guān)性0.072-0.0970.007-0.163籬寬顯著性(雙側(cè))0.7390.6510.9750.446平方與叉積的和0.305-1.4520.028-1.615協(xié)方差0.013-0.0630.001-0.07Pearson相關(guān)性0.3430.2790.2120.145采樣點(diǎn)位置顯著性(雙側(cè))0.1010.1870.3210.5平方與叉積的和9.97618.9026.06914.762協(xié)方差0.4340.8220.2640.642

表3　不同條件下籬寬與有效磷之間的相關(guān)分析

注：**.在0.001水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，*.在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

4　討 論

4.1植物籬對(duì)土壤養(yǎng)分平面分布的影響

整個(gè)試驗(yàn)地為了精確地控制土壤養(yǎng)分，沒(méi)有施入任何肥料，所有處理的土壤養(yǎng)分含量均比初始時(shí)低。1號(hào)和2號(hào)試驗(yàn)地從不同寬度植物籬系統(tǒng)下不同采樣點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷的含量對(duì)比顯示，不同的植物籬系統(tǒng)會(huì)影響坡面上土壤養(yǎng)分的含量變化。從圖2和圖4可以看出，1號(hào)試驗(yàn)地土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷均在植物籬帶上采樣點(diǎn)達(dá)到最高，同時(shí)，1.2 m寬度植物籬各個(gè)采樣點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量均最大，1 m寬度植物籬次之，0.8 m寬度植物籬最低。2號(hào)試驗(yàn)地各個(gè)寬度紫花苜蓿帶的每個(gè)采樣點(diǎn)表層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量變化沒(méi)有呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性；相對(duì)1號(hào)地來(lái)說(shuō)，其有機(jī)質(zhì)和有效磷在整個(gè)坡面上分布比較均勻。種植植物籬越寬越好，但是由于坡耕地生產(chǎn)力的要求，植物籬不能無(wú)限度地設(shè)置寬度，而是在一定的寬度閾值范圍內(nèi)種植合適寬度的植物籬。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在上坡位種植較寬植物籬可以有效緩解土壤養(yǎng)分的流失和坡面再分配，但是上坡位仍然處于侵蝕態(tài)勢(shì)，使2號(hào)試驗(yàn)地栽培較寬植物籬后有效磷含量仍降低，表現(xiàn)出籬寬和土壤有效磷呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。但在2號(hào)試驗(yàn)地坡面上部種植相對(duì)較寬植物籬，能夠攔截更多坡面徑流，使侵蝕泥沙直接在坡上較寬植物籬前沉積，部分徑流也被直接攔截入滲，避免在坡面中部形成較大規(guī)模的匯流，從而使有助于減少坡面中部和下部土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷的流失。

試驗(yàn)中1號(hào)和2號(hào)試驗(yàn)地每條植物籬帶中采樣點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量均僅次于帶上含量。植物籬攔截徑流泥沙一部分在籬前沉積，一部分在植物帶內(nèi)沉積，增加帶內(nèi)土壤細(xì)小顆粒物質(zhì)，在細(xì)小顆粒物中土壤養(yǎng)分含量往往比較高，從而增加了帶中土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷的含量。同時(shí)，植物籬發(fā)揮著養(yǎng)分泵的作用，能夠使較深層的養(yǎng)分和表層淋溶至深層的養(yǎng)分向上運(yùn)移[9]。

4.2植物籬對(duì)不同深度的土壤養(yǎng)分的影響

王海明等[4]研究發(fā)現(xiàn)植物籬帶、籬間0—30 cm土層全磷含量平均值高于對(duì)照，30—60 cm土層籬帶、籬間和對(duì)照的全磷含量相近。從圖2—5可以看出，0—15 cm土層有機(jī)質(zhì)和有效磷含量均大于15—30 cm土層，并且0—15 cm土層有機(jī)質(zhì)和有效磷含量變化較大，而15—30 cm土層變化則不明顯。植物籬的栽植有效地緩解了有機(jī)質(zhì)的降低速度，土壤有機(jī)質(zhì)主要附著于細(xì)小土壤顆粒，當(dāng)坡面徑流運(yùn)移土壤顆粒時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)的含量也隨著變化。土壤有機(jī)質(zhì)在一定程度上對(duì)土壤有效磷的含量有提高作用，種植植物籬可以在坡面上阻斷土壤有效磷向坡底的運(yùn)移，而在植物籬前富集，帶下出現(xiàn)有效磷的損失。1號(hào)試驗(yàn)地0—15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷均在帶上達(dá)到最大值，15—30 cm土層均在帶中達(dá)到最大值；由于2號(hào)試驗(yàn)地植物籬寬度系統(tǒng)與1號(hào)相反，0—15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量在每個(gè)寬度植物籬附近沒(méi)有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，15—30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷變化趨勢(shì)和1號(hào)試驗(yàn)地一致。由于有效磷的運(yùn)移靠粉黏粒的帶動(dòng)，在種植植物籬后，雖減小了土壤侵蝕，但是水土流失依然存在，而植物籬的阻擋作用使帶上有效磷含量較高。0—15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量在帶間、帶上、帶中和帶下四個(gè)采樣點(diǎn)均表現(xiàn)出，1號(hào)試驗(yàn)地1.2 m寬度植物籬最大，1 m寬植物籬次之，0.8 m寬植物籬最小，而2號(hào)試驗(yàn)地與之相反。兩塊試驗(yàn)地進(jìn)行對(duì)比，1號(hào)試驗(yàn)地0—15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷均在1.2 m寬植物籬附近達(dá)到最大，即坡面下部?jī)烧吆孔畲?，不太符合坡耕地的生產(chǎn)力和面源污染物控制的要求；2號(hào)試驗(yàn)地兩個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)雖在各個(gè)采樣點(diǎn)沒(méi)有呈現(xiàn)規(guī)律性，但其能夠使整個(gè)坡面的養(yǎng)分含量均勻分布，同時(shí)，在坡面上部種植較寬植物籬能夠更好改善上部土壤養(yǎng)分和土壤理化性質(zhì)，即使發(fā)生輕微土壤養(yǎng)分流失，也可作為中部和下部土壤養(yǎng)分的來(lái)源。

5　結(jié) 論

在坡耕地種植草本植物籬能夠有效控制土壤侵蝕，減少土壤養(yǎng)分流失，且耗資少，工程量小，見(jiàn)效快。通過(guò)設(shè)置不同寬度的植物籬、不同采樣點(diǎn)以及分層取樣來(lái)研究紫花苜蓿帶對(duì)土壤坡面的土壤養(yǎng)分影響，研究結(jié)果表明:

(1)植物籬寬度與土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷存在一定的相關(guān)性，同時(shí)，在上坡位布設(shè)較寬植物籬能夠更好地使土壤有效磷在整個(gè)坡面上相對(duì)均勻分布；

(2)不同采樣點(diǎn)其養(yǎng)分含量變化不同，隨著土壤侵蝕，土壤顆粒經(jīng)過(guò)搬運(yùn)，最后在籬前淤積，使土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷在帶上采樣點(diǎn)出現(xiàn)富集，而表現(xiàn)為帶間和帶下強(qiáng)烈侵蝕，出現(xiàn)水平帶狀分布；

(3)0—15 cm層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷變化受植物籬的影響較大，15—30 cm層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷變化幅度較小。植物籬可以阻斷侵蝕土壤向下搬運(yùn)，在植物籬帶前淤積，從而改變坡面微地形，0—15 cm層土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷在帶上部位富集，含量最高，而15—30 cm層在帶中含量最高。

因此，種植草本植物籬時(shí)，應(yīng)該考慮合適寬度，選擇適時(shí)適地的植物種，另外，應(yīng)該加強(qiáng)植物籬帶下土壤的管護(hù)，考慮植物籬給帶下部位帶來(lái)的養(yǎng)分流失，從而提高整體土地生產(chǎn)力。試驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)在上坡位種植較寬寬度的植物籬，會(huì)使坡面中部和下部土壤有效磷含量比較接近，也能更好地防治上坡位的土壤侵蝕，但是研究中沒(méi)有對(duì)較短距離坡面種植植物籬的寬度閾值進(jìn)行進(jìn)一步論證，還需后續(xù)試驗(yàn)繼續(xù)研究。

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Effects of Hedgerows on Soil Nutrient Losses on the Sloping Farmlands

LI Haiqiang1,GUO Chengjiu1,LI Yong2,SHEN Yitong1

(1.College of Water Conservancy,Shenyang Agricultural University,Shenyang 110866,China; 2.Soil and Water Conservation Station of Huanren Manchu Autonomous County,Liaoning 117200,China)

Hedgerow can effectively control soil erosion and reduce soil nutrient losses,so it has been widely used.However,there was little research for how hedgerow affects soil fertility of slope farmland with shorter slope length.By setting 0.8 m,1.0 m,1.2 m three width,the simple sites between hedgerows,the top sample sites of hedgerow,the middle sample sites of hedgerow,the bottom sample sites of hedgerow and 0—15 cm layer and 15—30 cm layer,we examined how the alfalfa affected the soil nutrient in the natural slope with 24 m long.The result shows that there is a relationship among the hedgerow width and soil organic matter and available phosphorus.The uphill position arranges wider hedgerow to produce better effect that the soil available phosphorus can be distributed uniformly on the slope.The contents of soil organic matter and available phosphorus are more and more richer in the top sample sites of hedgerow,but the erosion is severe in the simple sites between hedgerows and the simple sites of bottom hedgerows and soil nutrient appears horizontal distribution.With hedgerow affecting,soil organic matter and available phosphorus changes are great in the 0—15 cm layer,however,soil organic matter and available phosphorus in 15—30 cm layer become less in the middle sample sites of hedgerow.Hedgerow can change micro topography of the slope,and contents of soil organic matter and available phosphorus in the 0—15 cm layer are more and more richer in the top sample sites of hedgerow and are the highest,while content of hedgerow are highest in the 15—30 cm layer the middle sample sites.The soil organic matter showed a high degree of loss in the slope,and the available phosphorus is highly concentrated.Therefore,planting grass hedgerow should consider suitable width,and select the appropriate plant species.And people should strengthen hedgerow belt soil management and protection,take soil nutrient loss of the bottom of hedgerows into account,so as to improve the overall land productivity.

hedgerow; available phosphorus; organic matter; soil depth; sample sequence

2016-01-11

2016-01-29

國(guó)家農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)東北黑土區(qū)水土流失重點(diǎn)治理科技推廣項(xiàng)目“面源污染防控技術(shù)體系在水土保持當(dāng)中的應(yīng)用”

李海強(qiáng)(1990—),男,甘肅平?jīng)鋈?碩士,研究方向土壤侵蝕規(guī)律及其治理方面的研究。E-mail:zhonghuahunlhq@163.com

郭成久(1964—),男,遼寧錦州人,教授,主要從事土壤侵蝕規(guī)律及其治理研究。E-mail:chengjiuguo11@163.com

S152.7;S157.1

A

1005-3409(2016)05-0042-07