典型黑土壟作區(qū)耕地溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分的影響研究①

楊 子，劉曉光，寧 靜，董芳辰，于 杰，張 鵬，王 賽

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030)

典型黑土壟作區(qū)耕地溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分的影響研究①

楊 子，劉曉光*，寧 靜，董芳辰，于 杰，張 鵬，王 賽

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030)

近年來東北黑土區(qū)溝蝕吞食耕地現(xiàn)象加劇，養(yǎng)分流失、耕地質(zhì)量下降等問題凸顯。以賓縣的糖坊鎮(zhèn)和三寶鄉(xiāng)為研究區(qū)，綜合“3S”技術(shù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的模型方法，對(duì)研究區(qū)溝蝕對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效鉀含量的影響及不同壟向耕作下溝蝕對(duì)各養(yǎng)分的影響及差異展開研究。其中橫壟種植指作物壟的方向和地塊坡向方向成垂直的種植方式，順壟種植是作物壟的方向和地塊坡向方向平行的種植方式。結(jié)果表明：溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分含量影響較大，有機(jī)質(zhì)和全氮含量較無侵蝕區(qū)分別減少33.43% 和46.67%，速效鉀與全磷含量則變化不明顯，在溝蝕區(qū)進(jìn)行秸稈覆蓋能夠有效減少土壤養(yǎng)分的流失。溝蝕在造成養(yǎng)分含量下降的同時(shí)，也影響了土壤的理化結(jié)構(gòu)，降低了土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮含量之間的相關(guān)性。橫壟溝蝕、順壟溝蝕及無溝蝕對(duì)照組土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量大小均表現(xiàn)為無溝蝕區(qū)＞順壟溝蝕＞橫壟溝蝕。無侵蝕區(qū)土壤養(yǎng)分含量最高，溝蝕區(qū)順壟耕作較橫壟耕作更具保肥意義。

溝蝕；耕作壟向；土壤養(yǎng)分；黑土區(qū)

土壤侵蝕作為土地系統(tǒng)對(duì)自然過程與人類活動(dòng)的一種消極響應(yīng)，是導(dǎo)致土地退化、土壤肥力下降、區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化的重要原因，直接影響區(qū)域生態(tài)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，已成為土地科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題[1–5]。大量研究已表明土壤侵蝕能夠造成土壤營養(yǎng)元素的流失，導(dǎo)致土壤肥力的下降，并對(duì)自然侵蝕下土壤養(yǎng)分的變化過程進(jìn)行了探討[6–8]。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和強(qiáng)度的變化，由于耕作方式不同而引起的耕地溝蝕現(xiàn)象也逐漸成為土壤侵蝕研究者關(guān)注的重要內(nèi)容。壟作作為一種常見的耕作方式，是通過耕作在種植行的上部形成壟，進(jìn)而在作物生長期將作物播種在壟上的一種耕作模式，是改善表層土壤物理屬性和水文屬性，影響農(nóng)田系統(tǒng)水文學(xué)的主要因子之一[9–11]。壟向的不同在一定程度上影響了地表徑流的方向及過程，進(jìn)而影響耕地溝蝕產(chǎn)流產(chǎn)沙及土壤中氮、磷、鉀等養(yǎng)分的運(yùn)移過程[12–13]。目前耕作壟向(以橫壟和順壟為主)、耕地溝蝕的分布及其對(duì)土壤養(yǎng)分的影響過程已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者及相關(guān)研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)問題，而有關(guān)不同耕作壟向模式下溝蝕的產(chǎn)生以及土壤養(yǎng)分變化的影響過程則鮮有報(bào)道。我國東北黑土區(qū)以土壤肥沃、作物產(chǎn)量高著稱，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)強(qiáng)度大，耕作方式以壟作為主，是我國重要的商品糧、畜牧基地，但長期的不合理耕作也造成土壤侵蝕、水土流失等問題凸顯[14–16]。因此，在掌握耕地溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分影響的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)，明確區(qū)域不同耕作壟向模式下溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分變化的影響，對(duì)區(qū)域制定科學(xué)合理的耕作模式、減少溝蝕影響、保障耕地安全具有重要的指導(dǎo)意義。

本文選擇典型黑土區(qū)賓縣的糖坊鎮(zhèn)和三寶鄉(xiāng)作為研究區(qū)，通過實(shí)地調(diào)研，綜合應(yīng)用“3S”技術(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)的模型方法，對(duì)黑土壟作區(qū)耕地溝蝕對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效鉀含量的影響及不同壟向耕作模式下溝蝕對(duì)以上 4種土壤養(yǎng)分的影響差異展開研究，以明確壟作條件下耕地溝蝕與土壤養(yǎng)分間的關(guān)系，為黑土區(qū)制定和選擇更加合理的耕作模式、保障耕地生態(tài)安全、實(shí)現(xiàn)耕地資源的可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于我國東北典型黑土區(qū)的邊緣(地理位置為126°55′41″ ～ 128°19′17″ E，45°30′37″ ～ 46°01′20″ N)，屬松嫩高平原與張廣才嶺的過渡帶，是黑龍江省國家級(jí)黑土區(qū)水土流失治理重點(diǎn)工程區(qū)(圖 1)。境內(nèi)海拔高度為34 ～ 952 m，地形呈南高北低之勢，南部為丘陵漫崗地，向北逐步過渡為平川地，地勢起伏較大。土壤類型以黑土為主[16]，氣候類型為中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷干旱，夏季溫?zé)釢駶?。多年平均氣?.4℃，年降水量600 ～ 800 mm，多集中在每年的6—9月，占全年降雨量的90%。漫崗地和山地上的耕地保墑能力較差，導(dǎo)致境內(nèi)降雨的空間有效分配有顯著差異。區(qū)域土地資源開發(fā)歷史較早，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)頻繁。耕作方式以旋耕起壟為主(表 1)，耕作壟向多為橫壟和順壟，屬于典型的黑土壟作區(qū)。隨農(nóng)業(yè)生產(chǎn)強(qiáng)度的增加，區(qū)域內(nèi)侵蝕溝分布廣泛，橫壟斷壟垮塌、順壟沖刷壟溝現(xiàn)象十分明顯，區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化，耕地質(zhì)量嚴(yán)重下降。

圖1 研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)Fig. 1 Location of the study area and sampling sites

表1 研究區(qū)耕地地形及耕作方式Table 1 Cultivated land terrains and tillage methods in study area

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

耕作壟向及溝蝕分布：耕作壟向及侵蝕溝數(shù)據(jù)均以2013年SPOT影像(分辨率2.5 m)為基礎(chǔ)，結(jié)合30 m × 30 m的DEM(數(shù)字高程模型)數(shù)據(jù)與高分辨率Google Earth可視化地形起伏進(jìn)行室內(nèi)判讀和提取。一般情況下，橫壟種植指作物壟的方向和地塊坡向方向成垂直的種植方式，順壟種植則是作物壟的方向和地塊坡向方向平行的種植方式。壟向角為壟向與等高線之間的夾角，因等高線與坡向之間互相垂直，夾角為90°，所以壟向角是坡向與壟向之間的夾角的余角。壟向具體判別方法為：當(dāng)壟向與坡向夾角在0° ～ 10°時(shí)，定義此類壟向?yàn)轫槈?，?dāng)壟向與坡向夾角在80° ～90° 時(shí)，定義此類壟向?yàn)闄M壟[13]。為保證數(shù)據(jù)提取的準(zhǔn)確性，于2015年4月和11月對(duì)研究區(qū)內(nèi)溝蝕現(xiàn)狀及耕地壟向進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證，溝蝕提取及壟向判讀精度分別為95% 和92%，滿足研究需要。

樣點(diǎn)的布設(shè)與采集：以室內(nèi)判讀的壟向和溝蝕數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)侵蝕溝分布及耕作壟向特征在室內(nèi)制定土壤樣點(diǎn)的布設(shè)和采集方案，共布設(shè)40個(gè)土壤樣點(diǎn)(圖1)。于2015年4月播種耕作前在糖坊鎮(zhèn)和三寶鄉(xiāng)進(jìn)行野外采樣，以避免人為施肥因素對(duì)土壤養(yǎng)分的影響。通過手持GPS進(jìn)行空間定位，并盡可能與室內(nèi)預(yù)布點(diǎn)位一致，具體采樣過程為：以橫壟耕作(HL)和順壟耕作(SL)為采樣區(qū)，在溝道中部邊緣距溝蝕20 ～ 30 cm處采用五點(diǎn)法分別采集12個(gè)土壤樣本作為溝蝕樣點(diǎn)(圖2)，其次在橫、順壟附近的無溝蝕區(qū)(DZ)采集12個(gè)土壤樣本(圖2)，作為對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比分析，并隨機(jī)在4條侵蝕溝溝底(GD)采集4個(gè)土壤樣本，共采集40份土壤樣品(表2)，采樣深度為0 ～ 20 cm。本研究的無溝蝕區(qū)與橫壟侵蝕區(qū)、順壟侵蝕區(qū)臨近，土壤及自然條件相對(duì)一致，主要耕作方式與橫壟侵蝕區(qū)及順壟侵蝕區(qū)同為旋耕起壟。最后，對(duì)土壤樣本進(jìn)行簡單處理，撿出雜草碎石顆粒，留足試驗(yàn)用量，并記錄采樣點(diǎn)周邊環(huán)境信息。

圖2 地塊尺度采樣點(diǎn)示意例圖Fig. 2 Sketch map of sampling sites in plot scale

表2 采樣點(diǎn)信息描述Table 2 Description of sampling sites

測試分析：采樣完成后將土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)自然風(fēng)干，剔除石塊草根等雜物，研磨過0.25 mm和1 mm篩儲(chǔ)存，用以分析測定土壤理化性質(zhì)。全氮(TN)采用半微量開氏法測定；全磷(TP)采用高氯酸–濃硫酸法測定；速效鉀(AK)采用乙酸銨浸提，火焰光度法測定；土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)采用重鉻酸鉀外加熱法測定。

1.3 研究方法

單因素方差分析(ANOVA)是指對(duì)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，檢驗(yàn)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有無顯著性影響的有效方法。本文以統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)，采用單因素方差分析法對(duì)溝蝕及不同壟向耕作下溝蝕對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效鉀含量影響的進(jìn)行分析。如果存在顯著性差異，則采用最小顯著性差異法(LSD法)對(duì)以上養(yǎng)分的顯著性差異進(jìn)行比較分析，以明確耕作壟向、耕地溝蝕與土壤養(yǎng)分間的定量關(guān)系。

方差計(jì)算過程主要在ArcGIS10.0和SPSS19.0中進(jìn)行，相關(guān)繪圖在ArcGIS10.0和Origin9.0中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

耕地溝蝕的分布一定程度上影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，大量研究也表明溝蝕的產(chǎn)生可以顯著改變土壤中各類養(yǎng)分的含量及分布格局[17–19]。通過對(duì)研究區(qū)的溝蝕區(qū)和無溝蝕區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效鉀含量進(jìn)行單因素方差分析及LSD檢驗(yàn)，得到耕地溝蝕對(duì)土壤中各類養(yǎng)分的影響過程及差異水平(表3)。

表3 溝蝕區(qū)和無溝蝕區(qū)土壤養(yǎng)分含量均值表Table 3 Mean soil nutrient contents of the sampling sites in gully erosion area and non-gully erosion area

由表3可知，與無溝蝕區(qū)相比，耕地溝蝕明顯改變了土壤中各養(yǎng)分的含量。其中，以有機(jī)質(zhì)和全氮含量的變化最為顯著。無溝蝕區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量為31.53 g/kg，溝蝕區(qū)為21.02 g/kg，溝蝕區(qū)較無溝蝕區(qū)下降幅度達(dá)33.43%。經(jīng)LSD 檢驗(yàn)，無溝蝕區(qū)與 橫壟模式下溝蝕區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量差異達(dá)到極顯著水平(P=0.009＜0.01)，與順壟模式下溝蝕區(qū)有機(jī)質(zhì)含量差異達(dá)到顯著性水平(P=0.048＜0.05)。無溝蝕區(qū)土壤全氮含量為1.65 g/kg，溝蝕區(qū)為0.88 g/kg，溝蝕區(qū)較無溝蝕區(qū)下降46.67%。LSD檢驗(yàn)結(jié)果顯示，無溝蝕區(qū)全氮含量與 橫壟模式下溝蝕區(qū)全氮含量差異達(dá)到極顯著水平(P=0.008＜0.01)，與順壟模式下溝蝕區(qū)全氮含量差異達(dá)到顯著性水平(P=0.047＜0.05)，該結(jié)果與相關(guān)研究一致，即土壤溝蝕現(xiàn)象加快了土壤中氮素的流失過程[20]。研究區(qū)速效鉀與全磷含量則對(duì)溝蝕的響應(yīng)表現(xiàn)不明顯，無溝蝕區(qū)速效鉀含量為221.24 g/kg，溝蝕區(qū)為202.3 g/kg，溝蝕區(qū)較無溝蝕區(qū)有輕微下降；全磷含量在溝蝕區(qū)和無溝蝕區(qū)基本沒有變化，這可能與磷素在土壤中的遷移及淋失過程有關(guān)。以上分析表明溝蝕的產(chǎn)生對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮含量產(chǎn)生了明顯作用，造成了兩種養(yǎng)分的大量流失，而對(duì)速效鉀和全磷含量的影響則十分有限，因此，下文相關(guān)研究只針對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量展開。

基于以上研究，溝蝕對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量影響較大，為進(jìn)一步探討溝蝕對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮含量的影響過程，即溝蝕在影響土壤養(yǎng)分含量的同時(shí)是否對(duì)土壤的理化結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干擾，本文對(duì)溝蝕區(qū)和無溝蝕區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮含量作進(jìn)一步的線性回歸分析，以了解溝蝕影響下的土壤中有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量之間的相關(guān)性變化(圖3)。

圖3 無溝蝕區(qū)(A)與溝蝕區(qū)(B)土壤有機(jī)質(zhì)與全氮相關(guān)性Fig. 3 Correlation between SOM and TN in non-gully erosion area (A) and gully erosion area (B)

從圖3可以看出，在無溝蝕區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量的相關(guān)系數(shù)為0.631 4，呈顯著性正相關(guān)水平(P=0.002＜0.01)，這與已有的大部分研究結(jié)果相一致[21–22]。在溝蝕區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量的相關(guān)性則表現(xiàn)較弱，相關(guān)系數(shù)為0.306 4，出現(xiàn)該結(jié)果的原因可能為：一方面溝蝕確實(shí)影響了土壤的理化結(jié)構(gòu)，從而降低了土壤中有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量之間的相關(guān)性；另一方面可能受樣點(diǎn)分布等隨機(jī)因素的影響，對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生了干擾。但可以肯定的是溝蝕的產(chǎn)生對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)及全氮等養(yǎng)分的含量產(chǎn)生了顯著影響，同時(shí)也影響了土壤的理化結(jié)構(gòu)，其具體過程有待進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。

有研究表明溝底侵蝕是促進(jìn)高塬溝壑區(qū)發(fā)展的重要因素之一，制止溝底侵蝕被認(rèn)為是阻止徑流達(dá)到溝底、下切溝床的第二道防線[23]。為探究耕地溝蝕區(qū)有相關(guān)治理措施的溝底與無治理措施溝底土壤養(yǎng)分含量差異，在上述耕地溝蝕處挑選4個(gè)溝底數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣分析。溝底1、2屬于棄荒狀態(tài)沒有治理措施，溝底3雜草較多并有秸稈覆蓋，溝底4已有植被，落葉、枯枝較多，結(jié)果見表4。

從表4可知，除速效鉀和全磷兩項(xiàng)指標(biāo)外，有機(jī)質(zhì)及全氮養(yǎng)分均值均小于無溝蝕區(qū)養(yǎng)分均值，分別為22.07 g/kg和1.55 g/kg，相較于無溝蝕區(qū)分別降低30.83% 和 6.06%。因溝底數(shù)據(jù)采樣較為隨機(jī)，故較無溝蝕區(qū)降低的范圍并不能代表整體溝底養(yǎng)分含量與無溝蝕區(qū)含量的關(guān)系，但能夠肯定的是，溝蝕發(fā)生后由于溝底侵蝕，溝底土壤養(yǎng)分較無溝蝕區(qū)仍有流失。沒有治理措施的溝底1、2主要土壤養(yǎng)分含量均低于溝底 3、4，說明通過一定的整治，侵蝕部分的土壤能夠達(dá)到高肥力水平。有研究表明，耕地秸稈覆蓋量越大，對(duì)土壤溫度和濕度的影響越大。由于秸稈具有高的碳氮比，所以在秸稈與土壤融合后能對(duì)土壤氮起到暫時(shí)性的固持作用[24]。

表4 溝底采樣點(diǎn)土壤養(yǎng)分含量Table 4 Soil nutrient contents of sampling sites at bottom of ditch

2.2 不同壟向(橫、順)耕作模式下溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

一般認(rèn)為溝蝕是坡耕地土壤侵蝕的結(jié)果，侵蝕溝形成的過程中土壤隨徑流的移動(dòng)造成了土壤養(yǎng)分元素空間再分配和變異。壟作作為一種常見的耕作方式，長時(shí)間的壟作模式會(huì)對(duì)耕作區(qū)地表徑流產(chǎn)生影響，改變地表微地形，潛在性地助力侵蝕溝發(fā)生[13,25]。橫壟耕作與順壟耕作由于產(chǎn)生溝蝕的動(dòng)力機(jī)制和方式不同，不同壟向耕作模式下溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分的影響過程也存在較大差異。為探討不同壟向耕作模式下溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分影響的差異，對(duì)不同壟向耕作模式下溝蝕區(qū)采樣點(diǎn)(橫壟、順壟各12個(gè))及12個(gè)無溝蝕區(qū)采樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量均值進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，橫壟、順壟溝蝕區(qū)土壤和無溝蝕區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量存在差異，有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)無溝蝕區(qū)＞順壟溝蝕區(qū)＞橫壟溝蝕區(qū)，其中，順壟溝蝕區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)均值為22.64 g/kg橫， 壟溝蝕土壤有機(jī)質(zhì)均值為 19.40 g/kg，較順壟溝蝕土壤下降14.31%。全氮含量呈現(xiàn)無溝蝕區(qū)＞順壟溝蝕區(qū)＞橫壟溝蝕區(qū)，順壟溝蝕區(qū)土壤全氮均值為0.99 g/kg 橫， 壟溝蝕區(qū)土壤全氮均值為0.76 g/kg，較順壟溝蝕區(qū)土壤下降23.23%，整體變化趨勢與有機(jī)質(zhì)類似。研究結(jié)果表明，橫、順壟耕作模式下溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分的影響過程存在明顯差異，較之橫壟耕作，順壟耕作更有利于減緩溝蝕對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮含量的流失進(jìn)程，是該區(qū)域應(yīng)該進(jìn)一步推廣的耕作模式。

為進(jìn)一步驗(yàn)證不同壟向耕作模式下溝蝕對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量變化的影響，分別對(duì)糖坊鎮(zhèn)和三寶鄉(xiāng)土壤樣品的差異性進(jìn)行分析，結(jié)果見圖5。

圖4 不同壟作方式下溝蝕土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的均值箱圖Fig. 4 Average value boxes of contents of SOM and TN under different gully erosion

圖5 不同區(qū)域不同壟作方式下溝蝕土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的均值柱形圖及趨勢線Fig. 5 Column charts and trend lines of mean SOM and TN under different gully erosion in different regions

由圖5可知，三寶鄉(xiāng)、糖坊鎮(zhèn)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量與兩地區(qū)平均含量規(guī)律一致，均為無溝蝕區(qū)＞順壟溝蝕區(qū)＞橫壟溝蝕區(qū)。三寶鄉(xiāng)無溝蝕區(qū)、順壟溝蝕區(qū)、橫壟溝蝕區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為36.16、18.40、18.14 g/kg，全氮含量分別為2.18、1.76、1.31 g/kg。糖坊鎮(zhèn)無溝蝕區(qū)、順壟溝蝕區(qū)、橫壟溝蝕區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為28.23、25.67、20.30 g/kg；全氮含量均值分別為1.25、0.45、0.37 g/kg。從圖5中均值柱形圖趨勢線來看，三寶鄉(xiāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量降幅明顯，糖坊鎮(zhèn)降幅較不明顯。全氮含量在兩鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同壟作情況下降幅相近，趨勢線成平行狀。糖坊鎮(zhèn)順壟模式下溝蝕區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量均值分別為25.67、0.45 g/kg，橫壟模式下溝蝕區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量均值分別為20.30、0.37 g/kg。較之順壟耕作，橫壟耕作土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量分別下降20.91%和 17.78%。三寶鄉(xiāng)順壟模式下溝蝕區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量分別為18.40、1.76 g/kg，橫壟模式下溝蝕區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量分別為18.14、1.31 g/kg，較之順壟耕作，橫壟耕作土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量分別下降1.4% 和25%。以上結(jié)果進(jìn)一步表明，較之橫壟耕作，順壟耕作一定程度上可以減少溝蝕對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量的流失，在保護(hù)耕地土壤養(yǎng)分方面效果更佳。

3 討論

研究區(qū)溝蝕分布較廣，溝蝕在一定程度上降低了耕地土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮的含量，造成土壤養(yǎng)分的流失，這與其他研究結(jié)果一致[17–18]。耕作壟向的不同也會(huì)對(duì)溝蝕區(qū)耕地土壤中各養(yǎng)分的含量產(chǎn)生影響，對(duì)其作用過程進(jìn)行研究具有重要的實(shí)踐意義。

不同壟向耕作模式溝蝕產(chǎn)生的作用過程存在較大差異[25–27]，順坡壟作條件下，超滲徑流會(huì)沿壟溝流出，橫坡壟作條件下，超滲徑流小雨強(qiáng)條件下會(huì)在壟溝滯留，遇大雨強(qiáng)條件“渠系效應(yīng)”表現(xiàn)明顯，會(huì)致使斷壟情況發(fā)生，耕地上的表層土壤將會(huì)受到更嚴(yán)重的沖刷，從而導(dǎo)致了溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分流失過程的不同。本文主要探討不同壟向耕作產(chǎn)生溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分累積效應(yīng)的差異，順壟耕作條件下侵蝕處的養(yǎng)分流失低于橫壟，但不同壟向耕作條件下的水土保持效益比較有待進(jìn)一步的綜合研究。本文在以往研究的基礎(chǔ)上對(duì)該過程作了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析，闡明了不同壟作模式溝蝕產(chǎn)生與土壤養(yǎng)分含量間的定量關(guān)系，豐富了相關(guān)研究進(jìn)程。耕作壟向作為干擾溝蝕發(fā)生的潛在因素，在今后的研究中需要進(jìn)一步加強(qiáng)其對(duì)溝蝕的產(chǎn)生及對(duì)土壤中養(yǎng)分含量影響的機(jī)理過程研究，這也是區(qū)域耕地溝蝕治理和耕地質(zhì)量提升的基礎(chǔ)。本研究還表明溝蝕的產(chǎn)生對(duì)土壤的理化性質(zhì)產(chǎn)生了一定的影響，改變了土壤中有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量之間的相關(guān)性，其具體的過程及原因也是進(jìn)一步試驗(yàn)分析的重點(diǎn)。

4 結(jié)論

1) 溝蝕的分布對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮含量影響較大，溝蝕區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量較無溝蝕區(qū)分別減少 33.43% 和 46.67%，速效鉀與全磷含量對(duì)溝蝕的響應(yīng)不明顯，在溝蝕區(qū)進(jìn)行秸稈覆蓋及治理能夠有效減少土壤養(yǎng)分的流失。

2) 溝蝕在改變土壤中有機(jī)質(zhì)及全氮含量的同時(shí)，也對(duì)土壤的理化結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了明顯干擾，一定程度上降低了土壤中有機(jī)質(zhì)與全氮含量間的相關(guān)性，但具體過程也有待進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。

3) 橫、順壟耕作模式下溝蝕對(duì)土壤養(yǎng)分的影響過程存在明顯差異，橫壟溝蝕區(qū)、順壟溝蝕區(qū)及無溝蝕區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量均表現(xiàn)為無溝蝕區(qū)＞順壟溝蝕＞橫壟溝蝕。由此可知，無溝蝕區(qū)土壤養(yǎng)分含量最高，溝蝕區(qū)順壟耕作較橫壟耕作更具保肥意義。

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Effects of Gully Erosion on Soil Nutrients in Ridge Area of Typical Black Soil

YANG Zi, LIU Xiaoguang*, NING Jing, DONG Fangchen, YU Jie, ZHANG Peng, WANG Sai
(College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

In recent years, the gully erosion cutting up the cultivated land in the black soil region has become more and more serious, which has caused severe the loss of nutrients, the decline in the quality of arable land and other problems. Two towns in Binxian County of the Heilongjiang Province were selected as the study areas, “3S” techniques and statistical models were used to explore the effects of gully erosion on soil organic matter (SOM), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) and available potassium (AK), to explore the effects of gully erosion under different directions of tillage ridge on the four nutrients, in which horizontal ridge or dip ridge was referred to crop ridge vertical or horizontal with plots slope aspect. The results indicated that: gully erosion had a great influence on soil nutrient contents, compared with non-gully erosion area, SOM and TN in gully erosion area decreased by 33.43% and 46.67%, respectively, but the changes of AK and TP were not obvious. Straw mulching could effectively reduce the loss of soil nutrients in gully erosion area. Gully erosion also weakened the correlation between SOM and TN. SOM and TN were non-gully erosion region＞ dip ridge ＞horizontal ridge, dip ridge tillage is better than horizontal ridge one in maintaining fertility in gully area.

Gully erosion; Direction of tillage ridge; Soil nutrient; Black soil region

S157；S158.3

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.02.025

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目(12531035)和黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目(ht2012-10)資助。

* 通訊作者(lxgneau@163.com)

楊子(1991—)，女，山東聊城人，碩士研究生，主要從事土地生態(tài)問題及3S技術(shù)應(yīng)用方面研究。E-mail: yzspace1001@163.com