草海上游石漠化過(guò)程中土壤抗蝕性變化

王向棟, 戴全厚, 李翠蓮,2, 嚴(yán)友進(jìn)

(1.貴州大學(xué) 林學(xué)院, 貴陽(yáng) 550025; 2.息烽縣林業(yè)綠化局, 貴州 息烽 551100)

草海上游石漠化過(guò)程中土壤抗蝕性變化

王向棟1, 戴全厚1, 李翠蓮1,2, 嚴(yán)友進(jìn)1

(1.貴州大學(xué) 林學(xué)院, 貴陽(yáng) 550025; 2.息烽縣林業(yè)綠化局, 貴州 息烽 551100)

以草海流域上游的石漠化區(qū)為研究對(duì)象，研究不同等級(jí)石漠化條件下土壤抗蝕能力的差異，利用空間代替時(shí)間的方法，探討草海上游區(qū)石漠化過(guò)程中土壤抗蝕性變化規(guī)律，為當(dāng)?shù)厥卫砗蜐竦乇Ｗo(hù)提供參考。通過(guò)實(shí)地調(diào)研，采集不同石漠化程度區(qū)的土樣并進(jìn)行室內(nèi)指標(biāo)測(cè)定，利用主成分分析方法選取了10個(gè)土壤理化指標(biāo)對(duì)樣地土壤抗蝕能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：(1) 所選10項(xiàng)理化指標(biāo)可以較為全面地綜合評(píng)價(jià)不同石漠化程度土壤抗蝕能力，土壤團(tuán)聚狀況、分散率、分散系數(shù)、>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、>0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、結(jié)構(gòu)破壞率、<0.05 mm粉黏粒含量這7項(xiàng)可以作為評(píng)價(jià)的優(yōu)選指標(biāo)，有機(jī)質(zhì)含量、<0.001 mm黏粒含量、土壤團(tuán)聚度這3項(xiàng)指標(biāo)次之。(2) 無(wú)石漠化CK樣地(2.19)>輕度石漠化L樣地(1.19)>重度石漠化S1樣地(0.85)>中度石漠化M樣地(-1.35)>重度石漠化S2樣地(-2.88)，其中中度石漠化樣地(M)和重度石漠化樣地(S2)為負(fù)值，其余均為正值，差異明顯。在石漠化過(guò)程中土壤抗蝕能力總體呈下降趨勢(shì)，但是在石漠化發(fā)展后期，土壤抗蝕能力反而會(huì)有上升的可能。

土壤學(xué); 土壤抗蝕性; 主成分分析; 石漠化; 草海

脆弱的喀斯特生態(tài)地質(zhì)環(huán)境在受到人為長(zhǎng)期不合理活動(dòng)的干擾和破壞后，部分區(qū)域水土流失加劇、土壤侵蝕嚴(yán)重，進(jìn)而植被大量減少、基巖大面積出露、土壤理化性質(zhì)發(fā)生較大變化、土地生產(chǎn)力衰退直至全部喪失，并最終在地表生成類(lèi)似于荒漠的景觀。這類(lèi)土地退化過(guò)程稱(chēng)為石漠化[1]。其中，土壤侵蝕與地表石漠化之間存在著因果關(guān)系，是同一生態(tài)退化過(guò)程的兩個(gè)不同階段。土壤侵蝕是石漠化過(guò)程中某一階段強(qiáng)烈作用的體現(xiàn)，同時(shí)會(huì)加劇石漠化進(jìn)程；石漠化則是土壤侵蝕長(zhǎng)時(shí)間作用的結(jié)果[2]。

土壤抗蝕性是指土壤維持自身結(jié)構(gòu)、避免被水(包括降雨和徑流)分散和破壞的能力[3]。提高土壤抗蝕性是防治水土流失、進(jìn)行石漠化治理的有效途徑之一。目前，大量學(xué)者已經(jīng)對(duì)喀斯特地區(qū)土壤抗蝕性開(kāi)展了具體、深入的研究，并對(duì)能夠表征土壤抗蝕性的土壤理化指標(biāo)進(jìn)行了篩選和優(yōu)化。趙洋毅等[4]在對(duì)4種巖性土壤的抗蝕性進(jìn)行了研究并指出>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體、團(tuán)聚度及土壤中的有機(jī)質(zhì)含量可較好地表征該4種土壤抗蝕性。胡寧等[5]研究了石漠化山區(qū)不同退耕模式下的土壤抗蝕性及其與結(jié)構(gòu)體分形維數(shù)關(guān)系，并指出在該試驗(yàn)中有機(jī)質(zhì)含量、水穩(wěn)性指數(shù)及>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量與破壞率等是評(píng)價(jià)樣本土壤抗蝕性的最優(yōu)指標(biāo)。陳佳等[6]選用土壤有機(jī)質(zhì)、<0.05 mm粉黏粒含量、水穩(wěn)性團(tuán)聚體、團(tuán)聚狀況、團(tuán)聚度、團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率和分散率等7個(gè)指標(biāo)對(duì)喀斯特地區(qū)5種不同土地利用模式下的土壤抗蝕性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并取得了較好的試驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)，吳鵬等[7]通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了分散系數(shù)也可以作為評(píng)價(jià)不同植被類(lèi)型下土壤抗蝕性的優(yōu)選指標(biāo)之一。王佩將等[8]發(fā)現(xiàn)<0.001 mm黏粒含量可以用作表征喀斯特區(qū)不同植被恢復(fù)階段土壤抗蝕性的優(yōu)選指標(biāo)。

然而，目前在喀斯特地區(qū)對(duì)不同土地利用類(lèi)型或者是植被配置模式下的土壤抗蝕性評(píng)價(jià)研究比較多，對(duì)于石漠化過(guò)程中土壤抗蝕性變化研究較少。通過(guò)對(duì)石漠化過(guò)程不同階段的土壤抗蝕能力進(jìn)行研究，可以為精準(zhǔn)布置治理策略、防治水土流失、修復(fù)生態(tài)等活動(dòng)提供理論支持。本文通過(guò)對(duì)草海上游石漠化區(qū)的土壤進(jìn)行實(shí)地取樣，室內(nèi)分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及理化特征，研究不同等級(jí)石漠化條件下土壤抗蝕能力的差異，利用空間代替時(shí)間的方法，探討草海上游石漠化過(guò)程中土壤抗蝕性的變化規(guī)律，為當(dāng)?shù)厥卫砗蜐竦乇Ｗo(hù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

草海濕地位于我國(guó)貴州省威寧縣草海鎮(zhèn)，是珍稀鳥(niǎo)類(lèi)黑頸鶴越冬最遠(yuǎn)、棲息地理位置最東的區(qū)域，是由草甸、沼澤、水域等及具有較高生產(chǎn)力的水生生物群落和豐富的水生動(dòng)植物組成的完整的高原喀斯特濕地生態(tài)系統(tǒng)[9]。本課題研究區(qū)域位于草海濕地東部上游集水區(qū)孔山梁子附近，該區(qū)域內(nèi)石漠化發(fā)育類(lèi)型齊全，擁有各種石漠化程度的土壤分布。地理坐標(biāo)范圍為東經(jīng)103°36′—104°45′，北緯26°30′—27°25′，最高海拔2 879 m，最低海拔1 234 m，相對(duì)高差1 645 m，平均海拔2 220 m。研究區(qū)年均氣溫為10.4℃，冬季寒冷，夏季溫涼，日溫差大，年溫差小，為亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。年平均降雨量為962 mm，6—9月降水量約占全年的89.30%，年均日照時(shí)數(shù)為1 800 h，無(wú)霜期180 d，全年干濕分明，光照充足。

研究區(qū)植被以草灌為主，喬木林地較少。主要植物種有藏柏(CupressustorulosaD.Don)、華山松(PinusarmandiiFranch)、堆花小檗(BerberisaggregateSchneid)、匍匐栒子(CotoneasteradpressusBois)、貴州金絲桃(HypericumkouytchenseLevl)、扁刺峨眉薔薇(Rosaomeiensisf.pteracanthaRehd.etwils)、茜草(RubiacordifoliaLinn)、地榆(SanguisorbaofficinalisLinn)、火棘(PyracanthafortuneanaMaxim. Li)、灰苞蒿(ArtemisiaroxburghianaBess)、白酒草(ConyzajaponicaThunb. Less)、燈心草(JuncusLinn)等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇及土樣采集 石漠化過(guò)程可劃分為初期、中期、后期和末期4個(gè)階段，石漠化程度表現(xiàn)為由無(wú)石漠化向輕度、中度直至重度石漠化進(jìn)行演替[1]。在本文的研究中，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的石漠化情況和植被類(lèi)型等特征，參考國(guó)家林業(yè)局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LY/T1840—2009)[10]，采用網(wǎng)格法在研究區(qū)內(nèi)布置5個(gè)100 m×100 m樣地，其中，1個(gè)輕度(L)石漠化樣地、1個(gè)中度(M)石漠化樣地、2個(gè)重度(S1，S2)石漠化樣地，并選取1個(gè)無(wú)石漠化樣地(CK)作為參照(樣地特征見(jiàn)表1)。具體操作為：每個(gè)樣地設(shè)置3個(gè)20 m×20 m的樣方，每個(gè)樣方內(nèi)按S型布設(shè)5個(gè)采樣點(diǎn)，用鋁盒采集表層(0—20 cm)原狀土；用土鉆鉆取0—20 cm的土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，過(guò)篩。

1.2.2 測(cè)定方法 土壤有機(jī)質(zhì)含量采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化法測(cè)定；土壤機(jī)械組成及微團(tuán)聚體利用吸管法分析；土壤團(tuán)聚體采用干—濕篩法分析[11]。

1.2.3 指標(biāo)選取 依據(jù)之前的綜述成果，本文一共選取10個(gè)指標(biāo)用于評(píng)價(jià)不同等級(jí)石漠化條件下土壤抗蝕性。具體為：(1) 有機(jī)質(zhì)含量X1(g/kg)；(2)<0.05 mm粉黏粒含量X2(%)；(3)<0.001 mm黏粒含量X3(%)；(4) 土壤團(tuán)聚狀況X4=(>0.05 mm微團(tuán)聚體分析值->0.05 mm土壤機(jī)械組成分析值)×100%；(5) 團(tuán)聚度X5=團(tuán)聚狀況/>0.05 mm微團(tuán)聚體分析值×100%；(6) 分散率X6=<0.05 mm微團(tuán)聚體分析值/<0.05 mm機(jī)械組成分析值×100%；(7) 分散系數(shù)X7=<0.001 mm微團(tuán)聚體分析值/<0.001 mm機(jī)械組成分析值×100%；(8)>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量X8(%)；(9)>0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量X9(%)；(10)結(jié)構(gòu)破壞率X10=>0.25 mm團(tuán)聚體分析值(干篩—濕篩)/>0.25 mm團(tuán)聚體干篩分析值×100%。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析 本文使用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及圖表繪制、利用SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的主成分分析。差異顯著性檢驗(yàn)均采用LSD法，顯著性水平均為α=0.05。

表1 樣地基本特征

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)質(zhì)含量

土壤有機(jī)質(zhì)含量可用于評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量與土地生產(chǎn)力。有機(jī)質(zhì)含量的增加不僅能夠促進(jìn)土壤的供肥、保肥能力的增強(qiáng)，提高土壤養(yǎng)分的有效性，可以進(jìn)一步加快土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，增強(qiáng)土壤的透水性、通氣性，提升土壤的緩沖性等[12]。因此，部分學(xué)者將有機(jī)質(zhì)含量作為研究土壤抗蝕性的一個(gè)重要指標(biāo)[4-8]。

本試驗(yàn)測(cè)得的不同等級(jí)石漠化程度的有機(jī)質(zhì)含量為：S1(76.19 g/kg)>L(74.70 g/kg)>CK(68.27 g/kg)>S2(52.44 g/kg)>M(48.48 g/kg)，如圖1 所示。輕度石漠化L樣地與重度石漠化S1樣地有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著，其他樣地間差異顯著(p<0.05)。有機(jī)質(zhì)含量在不同石漠化程度土壤中沒(méi)有明顯表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。這是因?yàn)橥寥朗且粋€(gè)物質(zhì)循環(huán)的系統(tǒng)，有機(jī)質(zhì)含量的變化會(huì)受到其他養(yǎng)分或條件的影響與制約。

圖1不同石漠化樣地的有機(jī)質(zhì)含量

2.2 土壤顆粒特征

土壤顆粒是土壤結(jié)構(gòu)體的重要組成部分，不僅可以與土壤的孔隙度、透水性和蓄水能力等共同作用來(lái)影響土壤中的氣體流動(dòng)、養(yǎng)分水分循環(huán)的狀況，還可以用于解釋土壤的受侵蝕程度[13]。

土壤中的砂粒含量多，土壤的下滲能力強(qiáng)；黏粒(<0.001 mm)含量高，土壤的吸收和持水能力好。因此<0.001 mm土壤黏粒含量可以用作評(píng)價(jià)土壤抗蝕性指標(biāo)之一[8]。由表2看出，不同石漠化程度的<0.001 mm土壤黏粒含量變化為S2(54.01%)>S1(47.78%)>M(44.57%)>L(42.27%)>CK(41.73%)。<0.001 mm土壤黏粒含量在不同石漠化程度的土壤中呈規(guī)律性變化，石漠化程度越高，土壤黏粒含量越大。這有可能是在石漠化演替過(guò)程中，由于地表根系固土能力減弱，表層松散的砂粒和粉粒流失，使抗蝕能力好的黏粒得以留存，土壤開(kāi)始有黏質(zhì)化趨勢(shì)。

<0.05 mm土壤黏粉粒含量屬于無(wú)機(jī)黏粒類(lèi)指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，一般情況下土壤抗蝕性隨無(wú)機(jī)膠體含量增大而變強(qiáng)，因此，<0.05 mm土壤黏粉粒含量可以用作評(píng)價(jià)土壤抗蝕能力的指標(biāo)之一[6]。不同等級(jí)石漠化程度的<0.05 mm土壤黏粉粒含量變化為S2(91.86%)>CK(91.32%)>S1(91.25%)>M(88.96%)>L(88.41%)，變化規(guī)律不明顯，這可能是土壤中粉粒(0.05～0.001 mm)含量變化作用的結(jié)果(表2)。

團(tuán)聚狀況用來(lái)表示土壤顆粒團(tuán)聚程度，一些試驗(yàn)證明土壤抗蝕性會(huì)隨著其值的增大變強(qiáng)。團(tuán)聚度以>0.05 mm微團(tuán)聚體分析值占土壤相應(yīng)粒級(jí)的百分比來(lái)表示，團(tuán)聚度越大則土壤抗蝕性越強(qiáng)[7]。不同石漠化程度的團(tuán)聚狀況變化為CK(44.41%)>S1(35.68%)>L(34.16%)>M(28.57%)>S2(21.18%)；不同石漠化程度的團(tuán)聚度變化為CK(83.67%)>S1(80.31%)>L(74.67%)>S2(72.26%)>M(72.15%)(表2)。無(wú)石漠化CK樣地團(tuán)聚狀況、團(tuán)聚度均為最大，顯示了其土壤具有較好的抗侵蝕能力。而發(fā)生了石漠化的樣地，其團(tuán)聚狀況、團(tuán)聚度變化無(wú)規(guī)律，說(shuō)明石漠化的發(fā)生與土壤侵蝕的發(fā)展并不同步。

分散率和分散系數(shù)均將分析值中低于某個(gè)規(guī)定粒級(jí)的顆粒，視作完全分離的顆粒，用這樣顆粒微團(tuán)聚體與機(jī)械組成的對(duì)比值來(lái)表示土壤抗蝕性，分散率和分散系數(shù)越大，土壤抗蝕性越弱[7]。不同石漠化程度樣地的分散率和分散系數(shù)都以重度石漠化S2樣地為最大，無(wú)石漠化CK樣地為最小，輕度、中度及重度S1石漠化樣地變化規(guī)律不明顯。

表2 不同石漠化程度土壤顆粒狀況

2.3 土壤的團(tuán)聚性能

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體是由土壤有機(jī)質(zhì)膠結(jié)而成的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。該類(lèi)團(tuán)聚體可以改善土壤結(jié)構(gòu)，而且被水浸濕后不易被分散，具有較高的穩(wěn)定性。因此，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量可以作為抗蝕性評(píng)價(jià)的良好指標(biāo)[14]。由表3看出，不同石漠化程度>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量為：L(92.12%)>CK(90.24%)>S1(88.44%)>M(82.54%)>S2(77.70%)；不同石漠化程度>0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量為：L(89.06%)>CK(84.96%)>S1(83.84%)>M(79.96%)>S2(69.24%)。各樣地結(jié)構(gòu)體破壞率為：S2(21.85%)>M(16.74%)>S1(10.59%)>CK號(hào)(8.70%)>L(6.94%)?？傮w結(jié)果表明，隨石漠化程度的加大，結(jié)構(gòu)體破壞率增高。

表3 不同石漠化程度土壤團(tuán)聚體含量

2.4 不同石漠化程度土壤抗蝕性綜合評(píng)價(jià)

為了進(jìn)一步了解不同石漠化程度的土壤綜合抗蝕性能以及各抗蝕性因子對(duì)土壤抗蝕性的貢獻(xiàn)，選取前文敘述的有機(jī)質(zhì)含量、顆粒特征、團(tuán)聚性能三類(lèi)共計(jì)10個(gè)與土壤抗蝕性密切的指標(biāo)，考慮到各指標(biāo)間的信息重疊和相互關(guān)聯(lián)，對(duì)其采用主成分分析法。這樣可以較少的公因子代替原有指標(biāo)，并盡可能保留原有指標(biāo)的信息量，以最佳評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)不同石漠化程度土壤抗蝕性的強(qiáng)弱。

表4 不同石漠化程度的土壤抗蝕性指標(biāo)

在選取的10個(gè)指標(biāo)中，有機(jī)質(zhì)含量、<0.05 mm粉黏粒含量、<0.001 mm黏粒含量、土壤團(tuán)聚狀況、團(tuán)聚度、>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、>0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量這7項(xiàng)指標(biāo)在主成分分析時(shí)為正指標(biāo)，即其數(shù)值越大，表征土壤的抗蝕能力越強(qiáng)；而分散率、分散系數(shù)、結(jié)構(gòu)破壞率為逆指標(biāo)，即其數(shù)值越大，表征土壤的抗蝕能力越弱。在利用主成分法分析時(shí)，將其作為逆指標(biāo)進(jìn)行處理，可有效提高模型效率。

對(duì)與評(píng)價(jià)目標(biāo)成正比、成反比的指標(biāo)分別采用規(guī)格化公式進(jìn)行處理[15]。

(1)

(2)

式中：yij為處理后的指標(biāo)值；xij為表4中的指標(biāo)值；mini(xij)為表4中不同石漠化程度指標(biāo)中的最小值，maxi(xij)為表4中不同石漠化程度指標(biāo)中的最大值。

經(jīng)線性變換后各指標(biāo)都與評(píng)價(jià)目標(biāo)成正比，都為正指標(biāo)，消除了逆指標(biāo)的影響。指標(biāo)特征值轉(zhuǎn)化為0～1之間的相對(duì)隸屬度，消除了量綱的影響，也沒(méi)有改變指標(biāo)間的相關(guān)性。

表5 規(guī)格化處理后土壤抗蝕性指標(biāo)

通過(guò)計(jì)算協(xié)方差矩陣的特征值與特征向量，并根據(jù)特征值計(jì)算貢獻(xiàn)率。主成分1的貢獻(xiàn)率為75.53%，主成分2的貢獻(xiàn)率為17.48%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)93.01%，基本上保留了10個(gè)抗蝕性指標(biāo)的絕大部分信息，因此選取這2個(gè)主成分作為評(píng)價(jià)不同石漠化程度土壤抗蝕性主成分分析的依據(jù)，見(jiàn)表6。本文所選的10個(gè)指標(biāo)貢獻(xiàn)率均較大，能夠較好地評(píng)價(jià)不同石漠化程度的土壤抗蝕能力。對(duì)分散率、分散系數(shù)、結(jié)構(gòu)破壞率這3項(xiàng)逆指標(biāo)進(jìn)行處理后，在主成分1表現(xiàn)為正值，貢獻(xiàn)率也較大。第一主成分中的土壤團(tuán)聚狀況、分散率、分散系數(shù)、>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、>0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、結(jié)構(gòu)破壞率這6項(xiàng)指標(biāo)及第二主成分中的<0.05 mm粉黏粒含量指標(biāo)因子載荷均超過(guò)0.9，可以作為此次評(píng)價(jià)的優(yōu)選指標(biāo)。

表6 基于土壤抗蝕性的主成分分析

對(duì)表6中初始因子載荷矩陣中的兩列數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化后可以得到相應(yīng)的特征向量，將得到的特征向量與標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)相乘，然后就可以得出主成分表達(dá)式，從而分別求得所有土壤樣品分別在F1，F(xiàn)2個(gè)主成分上的得分。根據(jù)主成分計(jì)算公式，可得到2個(gè)主成分與原10項(xiàng)指標(biāo)的線性組合公式。F1=0.292ZY1-0.094ZY2-0.310ZY3+0.343ZY4+0.274ZY5+0.349ZY6+0.353ZY7+0.356ZY8+0.341ZY9+0.356ZY10

F2=0.139ZY1+0.730ZY2+0.298ZY3+0.181ZY4+0.484ZY5+0.140ZY6+0.049ZY7-0.090ZY8-0.235ZY9-0.079ZY10

(3)

式中：F1為第一主成分；F2為第二主成分；ZY(i=1-10)為表6中經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的各項(xiàng)理化指標(biāo)。

將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)代入公式(3)，可得到不同組成分得分。再根據(jù)F=0.7553F1+0.1748F2，從而求得綜合得分F。在土壤抗蝕性的評(píng)價(jià)中，綜合指數(shù)與土壤抗蝕性呈正相關(guān)關(guān)系。綜合指數(shù)是評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果，其正負(fù)只表示相對(duì)大小，不表示實(shí)際意義。評(píng)價(jià)值為負(fù)，并不代表土壤抗蝕性是負(fù)的，只表明土壤抗蝕性水平低于平均水平；評(píng)價(jià)值為正，則表明土壤抗蝕性高于平均水平[8]。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 不同石漠化程度的土壤抗蝕性綜合指數(shù)

從表7可以看出，不同石漠化程度土壤抗蝕性綜合指數(shù)由強(qiáng)到弱排序?yàn)椋簾o(wú)石漠化CK樣地(2.19)>輕度石漠化L樣地(1.19)>重度石漠化S1樣地(0.85)>中度石漠化M樣地(-1.35)>重度石漠化S2樣地(-2.88)，其中中度石漠化M樣地和重度石漠化S2樣地為負(fù)值，其余均為正值，差異明顯。

3 討 論

(1) 在喀斯特地區(qū)草海上游石漠化過(guò)程中土壤抗蝕性變化規(guī)律的研究課題中，通過(guò)主成分法對(duì)本文選取的10個(gè)土壤理化指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，試驗(yàn)結(jié)果表明這10個(gè)指標(biāo)對(duì)土壤抗蝕能力的評(píng)價(jià)均具有較大貢獻(xiàn)，并且，這10個(gè)指標(biāo)的聯(lián)合使用能全面地評(píng)價(jià)不同石漠化程度土壤的抗蝕能力。章明奎等[16]對(duì)浙江丘陵地區(qū)土壤抗蝕性研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，由凝灰?guī)r、變質(zhì)巖和花崗巖等發(fā)育的土壤中有機(jī)質(zhì)含量較高時(shí)，其抗蝕性較好；當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量下降時(shí)，其抗蝕性也隨之發(fā)生較為明顯的下降。在本課題研究中出現(xiàn)了不同石漠化程度土壤中有機(jī)質(zhì)分布不規(guī)律、有機(jī)質(zhì)的分布與土壤抗蝕性綜合指數(shù)變化并不相符的現(xiàn)象。張偉等[17]發(fā)現(xiàn)在喀斯特地區(qū)巖石裸露率高、石漠化嚴(yán)重的地方，裸露巖石會(huì)被侵蝕、養(yǎng)分物質(zhì)會(huì)在巖隙和石槽土壤中沉積，造成有機(jī)質(zhì)含量反而變大。在本文中，石漠化嚴(yán)重的S1號(hào)樣地有機(jī)質(zhì)含量最高，從而認(rèn)定其土壤抗蝕能力最強(qiáng)，是值得商榷的。因此，在喀斯特地區(qū)不能采用單指標(biāo)對(duì)土壤抗蝕性研究，需采用多指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

(2) 一般而言，黏粒含量高的土壤，顆粒細(xì)微、粒間孔隙小、固體相比表面積大，其吸附能力強(qiáng)，持水和保水能力好。王佩將等[8]將<0.001 mm黏粒含量作為評(píng)價(jià)土壤抗蝕性的優(yōu)選指標(biāo)。本文的試驗(yàn)結(jié)果也可以說(shuō)明這一點(diǎn)。但是黏粒含量高的土壤下滲能力弱，蓄水能力差，過(guò)多還易板結(jié)，氮等養(yǎng)分遷移速度緩慢，不利于植物根系對(duì)水和養(yǎng)分的吸收利用[18]。通過(guò)主成分分析，<0.05 mm黏粉粒含量指標(biāo)比<0.001 mm黏粒含量在此次評(píng)價(jià)中優(yōu)勢(shì)更為明顯。因此，粉粒及砂粒含量能否作為評(píng)價(jià)土壤抗蝕能力的指標(biāo)，黏粒含量在評(píng)價(jià)土壤抗蝕性的臨界條件等，都需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

(3) 石漠化演替過(guò)程的研究一般需要較長(zhǎng)的時(shí)間，常需幾代人的相繼努力。通過(guò)時(shí)空互代法對(duì)不同石漠化程度樣地土壤的抗蝕能力差異進(jìn)行評(píng)價(jià)，來(lái)探討石漠化過(guò)程中不同階段的土壤抗蝕能力變化，能夠有效地縮短研究周期，取得不錯(cuò)的效果。本文通過(guò)對(duì)土壤抗蝕性綜合指數(shù)分析，在石漠化過(guò)程中土壤的抗蝕能力是逐漸下降的，這也符合一般認(rèn)識(shí)規(guī)律。但卻也存在著在石漠化發(fā)展后期，土壤的抗蝕能力反而上升的可能。這可能是因?yàn)樵诳λ固厣絽^(qū)，巖石破碎、土層較薄，土壤分布不連續(xù)呈斑狀。在石漠化演替過(guò)程中，土壤面積縮小、土層變薄、巖石裸露，土壤逐漸分布于石土面、石溝、石坑中，甚至分布于巖石裂隙及石槽中[19]，反而不易流失。盛茂銀等[20]認(rèn)為隨著石漠化程度加深，裸露巖石聚集效應(yīng)會(huì)逐漸加強(qiáng)，匯集大氣沉降養(yǎng)分和巖溶產(chǎn)物，增加了土壤養(yǎng)分和有機(jī)物的輸入，使得土壤的理化性質(zhì)先退化，后發(fā)生改善，土壤理化性質(zhì)的改善也有可能提高了土壤的抗蝕能力。

4 結(jié) 論

(1) 本文所選10項(xiàng)理化指標(biāo)可以較為全面地綜合評(píng)價(jià)不同石漠化程度土壤抗蝕能力，土壤團(tuán)聚狀況、分散率、分散系數(shù)、>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、>0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、結(jié)構(gòu)破壞率、<0.05 mm粉黏粒含量這7項(xiàng)可以作為評(píng)價(jià)的優(yōu)選指標(biāo)，有機(jī)質(zhì)含量、<0.001 mm黏粒含量、土壤團(tuán)聚度這3項(xiàng)指標(biāo)次之。

(2) 不同石漠化程度土壤抗蝕性綜合指數(shù)由強(qiáng)到弱排序?yàn)椋簾o(wú)石漠化CK樣地(2.19)>輕度石漠化L樣地(1.19)>重度石漠化S1樣地(0.85)>中度石漠化M樣地(-1.35)>重度石漠化S2樣地(-2.88)，其中中度石漠化M樣地和重度石漠化S2樣地為負(fù)值，其余均為正值，差異明顯。這表明在石漠化過(guò)程中土壤的抗蝕能力總體呈下降趨勢(shì)，但也存在著在石漠化發(fā)展后期，土壤的抗蝕能力反而上升的可能。

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VariationofSoilAnti-erodibilityDuringRockyDesertificationinUpperReachesofCaohai

WANG Xiangdong1, DAI Quanhou1, LI Cuilian1,2, YAN Youjin1

(1.CollegeofForestry,GuizhouUniversity,Guiyang550025,China;2.XifengForestryandAfforestationBureau,Xifeng,Guizhou551100,China)

We analyzed the differences between soil anti-erodibility under different rocky desertification conditions in karst rocky desertification region in upper reaches of Caohai. By using space instead of time, changes of soil anti-erodibility were investigated during rocky desertification in upper reaches of Caohai, aiming to provide reference for desertification control and wetland protection of Caohai. Soil samples from different karst rocky desertification level areas were taken according to field investigation. Soil physicochemical properties were tested in laboratory, and ten of them were selected to evaluate the soil anti-erodibility by principal component analysis with Spass 18.0. The results indicated that: (1) soil anti-erodibility under different rocky desertification conditions could be comprehensive evaluated by 10 indicators; the contents of silt/clay <0.05 mm, reunion situation, dispersion rate, dispersion coefficient, water-stable aggregates>0.25 mm, water-stable aggregates>0.5 mm, structural damage rate were optimal indexes to evaluate soil anti-erodibility, and the indices organic matter, content of clay <0.001 mm, reunion degree came next； (2) the order of anti-soil erosion degrees of different rocky desertification areas obtained by principal component analysis was: sample CK of non rocky desertification(2.19)>sample L of light rocky desertification(1.19)>sample S1of intense rocky desertification(0.85)>sample M of moderate rocky desertification(-1.35)>sample S2of intense rocky desertification(-2.88), the values of comprehensive anti-erodibility indexes of Sample M and Sample S2were negative, others were positive, the differences were obvious. Soil anti-erodibility declined gradually during rocky desertification, but it could also increase in late stage of rocky desertification.

pedology; soil anti-erodibility; principal component analysis; karst rocky desertification; Caohai

2016-10-04

：2016-11-05

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2016YFC0502604);國(guó)家自然科學(xué)資助項(xiàng)目(41671275,41461057);貴州省應(yīng)用基礎(chǔ)重大專(zhuān)項(xiàng)課題(黔科合JZ字[2014]2002)；貴州省重大專(zhuān)項(xiàng)(黔科合重大專(zhuān)項(xiàng)字[2016]3022號(hào))

王向棟(1986—),男,河南濟(jì)源人,碩士研究生,助理工程師,主要研究方向:恢復(fù)生態(tài)學(xué)。E-mail:122673435@qq.com

戴全厚(1969—),男,陜西長(zhǎng)武人,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事水土保持與生態(tài)恢復(fù)重建研究。E-mail:qhdairiver@163.com

S157

：A

：1005-3409(2017)03-0013-06