基于耦合關(guān)聯(lián)分析的護(hù)岸植被恢復(fù)土壤抗蝕性綜合評價①

謝賢健，張 彬

基于耦合關(guān)聯(lián)分析的護(hù)岸植被恢復(fù)土壤抗蝕性綜合評價①

謝賢健，張 彬

(內(nèi)江師范學(xué)院地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川內(nèi)江 641000)

為綜合評估護(hù)岸植被對土壤抗蝕性的影響，選取草地、灌木、喬草和喬灌草模式土壤為研究對象，以自然坡面為對照，利用主成分分析法分析不同理化指標(biāo)對土壤抗蝕性的影響，同時利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法分析土壤理化性質(zhì)指標(biāo)與土壤抗蝕性指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)程度，并在此基礎(chǔ)之上構(gòu)建土壤理化性質(zhì)指標(biāo)與抗蝕性指標(biāo)的耦合模型，以綜合評價不同護(hù)岸植被模式土壤的抗蝕性。結(jié)果表明：>0.25 mm水穩(wěn)性團聚體、容重、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、平均重量直徑和水穩(wěn)性指數(shù)是影響研究區(qū)土壤抗蝕性的主要因子，其中 >0.25 mm團聚體對區(qū)域土壤抗蝕性的影響程度最大；平均重量直徑、水穩(wěn)性指數(shù)與土壤理化性質(zhì)指標(biāo)呈中等關(guān)聯(lián)性，其關(guān)聯(lián)性排序為 >0.25 mm團聚體>有機質(zhì)>堿解氮>有效磷>速效鉀>容重；不同護(hù)岸植被模式土壤抗蝕性質(zhì)與理化性質(zhì)指標(biāo)的系統(tǒng)耦合度整體屬于弱協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)度的大小順序為喬草>喬灌草>草地>灌木>自然坡面，喬草模式屬于中度協(xié)調(diào)，其他模式均屬于弱協(xié)調(diào)狀態(tài)，說明喬草模式為護(hù)岸植被的最佳組合模式。土壤抗蝕性質(zhì)與理化性質(zhì)指標(biāo)的協(xié)調(diào)程度可以為科學(xué)改善河岸土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤抗蝕性及為護(hù)岸植被的優(yōu)選提供參考依據(jù)。

土壤抗蝕性；綜合評價；耦合關(guān)聯(lián)；護(hù)岸植被

土壤抵抗外營力對其分散和破壞的能力即土壤的抗蝕性[1]，土壤自身的理化性質(zhì)如：結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、腐殖質(zhì)含量、吸收性復(fù)合體的組成等決定了土壤抗蝕能力的強弱[2]。此外[3]，植物利用枯枝落葉的機械保護(hù)，以及根系的穿插、盤繞和固結(jié)可以有效地減弱降水對土壤的沖刷破壞，顯著改善土壤的理化性質(zhì)，從而增強土壤抗蝕性。因此，土壤抗蝕性是土壤內(nèi)在理化性質(zhì)和外在環(huán)境因素的綜合作用結(jié)果，土地利用方式、植被覆蓋類型的差異同樣顯著影響土壤抗蝕性。謝賢健等[4]比較分析了不同巨桉林模式下土壤抗蝕性的差異，結(jié)果表明，巨桉純林地優(yōu)于耕地優(yōu)于林糧地優(yōu)于林果地；白秀梅等[5]分析了關(guān)帝山不同植被恢復(fù)類型土壤抗蝕性，結(jié)果表明，撂荒地的土壤抗蝕性明顯好于其他植被恢復(fù)類型；王佩將等[6]發(fā)現(xiàn)，退化喀斯特植被恢復(fù)過程中以灌草搭配的植被恢復(fù)模式抗蝕性最優(yōu)?？傮w來看，不同植被覆蓋模式對土壤抗蝕性的影響較為顯著[7-8]。

沱江是長江上游的一級支流，在人類活動不斷的影響下出現(xiàn)了一些較突出的生態(tài)環(huán)境問題。如：余樹全等[9]從土壤抗蝕性和滲透性等方面研究了沱江上游不同深丘地區(qū)立地的情況，發(fā)現(xiàn)沱江上游地區(qū)人為破壞比較嚴(yán)重，總體上土壤砂性比較重，土壤的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，不利于水土保持；孟兆鑫等[10]通過研究分析發(fā)現(xiàn)，沱江下游生態(tài)安全尤其令人擔(dān)憂，同時指出作為生態(tài)預(yù)警之一的水土流失因子對流域生態(tài)安全建設(shè)的重要性，除此之外，還存在流域內(nèi)土壤承載力下降、植被覆蓋率低等生態(tài)安全問題。河岸帶作為人們進(jìn)行生產(chǎn)和生活的重要場所，對于人類生存意義重大[11]。目前對于河岸的研究主要集中于河岸結(jié)構(gòu)、功能、影響因素[12-14]及其保護(hù)和退化生態(tài)恢復(fù)等[15-17]。河岸植被帶是河岸帶的重要組成部分，維護(hù)著河流生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，在區(qū)域生態(tài)環(huán)境改善中發(fā)揮著重要屏障作用[18-19]。同時，河岸植被區(qū)處于陸地生態(tài)系統(tǒng)和河流生態(tài)系統(tǒng)的交錯地帶，屬于生態(tài)敏感、脆弱區(qū)域，該區(qū)域受到人類的干擾性強，其植被恢復(fù)過程異于普通坡面植被，其研究對河流兩岸水土保持具有重要意義[20]。而河岸帶的植被恢復(fù)研究則主要側(cè)重于植被的構(gòu)建及其多樣性的分析，然而關(guān)于不同護(hù)岸植被模式下土壤的抗蝕性分析未見報道，尤其是不同恢復(fù)植被的抗蝕性指標(biāo)和理化性質(zhì)指標(biāo)之間相互作用程度、不同理化性質(zhì)對抗蝕性的影響并未被學(xué)者研究，因此難以綜合理解不同護(hù)岸植被的土壤抗蝕性優(yōu)劣。耦合關(guān)聯(lián)分析為深入研究各因子之間關(guān)系及過程，揭示生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同、約束關(guān)系提供了良好的方法[21]。本研究以沱江中下游內(nèi)江河段為例，選擇草地、灌木、喬草、喬灌草4種護(hù)岸植被類型為研究對象，以自然坡面作為對照，采用主成分分析、灰色關(guān)聯(lián)度分析等方法，分析不同護(hù)岸植被模式下土壤的抗蝕性特征，構(gòu)建抗蝕性指數(shù)與土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的耦合模型，對不同護(hù)岸植被模式的抗蝕性進(jìn)行綜合判定，以為河岸的治理及不同護(hù)岸植被的選擇提供理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省內(nèi)江市境內(nèi)沱江兩岸，地理位置104°15′ ~ 105°26′ E、29°11′ ~ 30°2′ N，為四川盆地中南部丘陵區(qū)。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，氣候比較溫和，雨量較為充沛；年均溫15 ~ 28℃，月均溫1月6 ~ 8℃，7月26 ~ 28 ℃；年均降雨量約為1 000 mm，多集中在夏季，約占全年55%，雨熱同期，春季約占17%，冬季僅占5%，春夏季干旱頻率較高；年日照時數(shù)1 100 ~ 1 300 h，無霜期約為330 d。土壤類型為紫色土。護(hù)岸植物主要有香樟((L.) Presl)、垂柳()、紅葉石楠(i Dress)、腎蕨((L.) Trimen)、山杜英((Lour.) Poir)、小葉女貞(Carr.)和紅花檵木(. rubrum)等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇和樣品采集 于 2016 年7月進(jìn)行野外采樣，選擇沱江護(hù)岸植被包括草地、喬灌草、灌木以及喬草(4種植被模式于2014年7月栽培)為研究對象，以自然坡面為對照。每種植被模式選擇3個樣地，在每個樣地內(nèi)沿對角線均勻設(shè)3個樣點，進(jìn)行混合取樣，取土約3 kg，取樣深度0 ~ 20 cm，共采集15個樣品。在采樣和搬運過程中，為保護(hù)土壤團聚體不被破壞，應(yīng)減少對樣品土壤的擾動。土樣于室內(nèi)自然風(fēng)干，而后沿著土壤自然結(jié)構(gòu)剖面掰成小土塊，清除殘渣和石塊。樣地的基本情況見表1。

表1 樣地基本情況

1.2.2土壤理化指標(biāo)測定 土壤團聚體測定：采用濕篩法。取土樣 200 g放置在團粒分析儀上，團粒分析儀套篩孔徑分別為 5、2、1、0.5 和 0.25 mm。調(diào)整團粒分析儀桶內(nèi)水面的高度，使篩子移動到最高位置時最上一層篩子中的團聚體剛好淹沒在水面以下。待團聚體在水面下浸泡10 min時開動儀器，以每分鐘 30 次的速度篩分 5 min。濕篩后，將每一層篩上的團聚體分別洗入鋁盒，烘干稱量，計算各級團聚體在土樣中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

土壤抗蝕性測定：采用靜水崩解法[4]。選取直徑>5 mm的土壤團粒體150粒，進(jìn)行水浸試驗，每次30粒，重復(fù)5次，取平均值。每隔1 min記錄崩塌的土粒數(shù)，連續(xù)記錄10 min，用于計算水穩(wěn)性指數(shù)。

土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀–濃硫酸外加熱法測定，容重采用環(huán)刀法測定，土壤堿解氮采用堿解擴散法測定，土壤有效磷采用鉬銻抗比色法測定，土壤速效鉀采用火焰發(fā)射光譜法測定。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 1)團聚體穩(wěn)定性分析。團聚體穩(wěn)定性一般采用平均重量直徑(MWD)表示[4]：

式中：r是第個篩子孔徑(mm)，0=1，r=r+1；m為第個篩子的破碎團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2)團聚體水穩(wěn)性分析。水穩(wěn)性指數(shù)采用如下公式計算[4]：

式中：=1，2，3…10；P為第min分散的土粒數(shù)量；P為10 min內(nèi)未分散的土粒數(shù)；K為第min校正系數(shù)；為供試土?？倲?shù)。

3)土壤抗蝕性評價指標(biāo)的主成分分析。本研究選取>0.25 mm大團聚體含量(1)、容重(2)、有機質(zhì)含量(3)、堿解氮含量(4)、有效磷含量(5)、速效鉀含量(6)作為土壤理化性質(zhì)指標(biāo)，平均重量直徑(7)和水穩(wěn)性指數(shù)(8)作為評價土壤抗蝕性指數(shù)指標(biāo)，采用主成分分析法比較獲得影響土壤抗蝕性的主要因子。

4)耦合分析。土壤抗蝕性不能夠直接測定，需要選取指標(biāo)進(jìn)行綜合評定。利用灰色關(guān)聯(lián)度模型[17]計算關(guān)聯(lián)系數(shù)，揭示土壤抗蝕性特征與土壤理化性質(zhì)的耦合關(guān)系和協(xié)調(diào)程度。關(guān)聯(lián)系數(shù)計算如公式(3)：

將不同護(hù)岸植被模式樣本的土壤理化性質(zhì)和土壤抗蝕性指數(shù)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)求平均值，得到×的關(guān)聯(lián)度矩陣，它能夠從整體上反映土壤理化性質(zhì)單個指標(biāo)和土壤抗蝕性指數(shù)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)程度。其中，代表土壤理化性質(zhì)指標(biāo)數(shù)，代表土壤抗蝕性指數(shù)指標(biāo)數(shù)，當(dāng)0

式中：d表示土壤理化性質(zhì)()第個指標(biāo)對土壤抗蝕性指數(shù)指標(biāo)()的影響關(guān)聯(lián)度；d表示土壤抗蝕性指數(shù)指標(biāo)()第個指數(shù)指標(biāo)對土壤理化性質(zhì)()的影響關(guān)聯(lián)度。

為定量比較不同護(hù)岸植被模式土壤抗蝕性強弱與土壤理化性質(zhì)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展程度，進(jìn)一步構(gòu)建抗蝕性指數(shù)–土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的耦合模型，耦合度()的計算公式為：

根據(jù)世界經(jīng)濟合作與發(fā)展組織對系統(tǒng)耦合度的定義(2003年)，當(dāng)0≤<0.4時，系統(tǒng)嚴(yán)重不協(xié)調(diào)；當(dāng)0.4≤<0.5時，系統(tǒng)中度不協(xié)調(diào)；當(dāng)0.5≤<0.6時，系統(tǒng)輕度不協(xié)調(diào)；當(dāng)0.6≤<0.7時，系統(tǒng)弱協(xié)調(diào)；當(dāng)0.7≤<0.8時，系統(tǒng)中度協(xié)調(diào)；當(dāng)0.8≤<0.9時，系統(tǒng)良好協(xié)調(diào)；當(dāng)0.9≤<1.0時，系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)。

5)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。所有測定結(jié)果用 Excel 進(jìn)行整理和初步分析；用SPSS軟件進(jìn)行主成分及方差分析，多重比較采用Duncan法檢驗，顯著水平為<0.05；用DPS軟件計算灰色關(guān)聯(lián)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤理化指標(biāo)的差異性分析

不同粒徑團聚體對土壤理化性質(zhì)的影響具有差異性，從而對土壤結(jié)構(gòu)及其抗蝕性形成一定影響[4]，而土壤粒徑的形成過程受到土壤表層植被覆蓋的影響。因此，沱江兩岸土壤粒徑的發(fā)育及形成受護(hù)岸植被模式的影響。利用SPSS軟件對研究區(qū)土壤水穩(wěn)性團聚體做方差分析，0.05=5.373，臨界=2.53，sig.= 0.001，結(jié)果表明不同植被護(hù)岸模式對沱江兩岸土壤粒徑形成具有顯著影響。由表2可知，不同護(hù)岸植被模式下土壤水穩(wěn)性團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的總體特征表現(xiàn)為：隨著土壤粒徑的增大，水穩(wěn)性團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)增加-減小-增加的趨勢；同時，除了自然坡面，其他4種植被模式均以粒徑2 ~ 5 mm土壤水穩(wěn)性團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其中，在灌木護(hù)岸模式下粒徑2 ~ 5 mm團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)42.24%，表明在不同護(hù)岸植被模式下，不同粒徑水穩(wěn)性團聚體含量的差異性顯著。

微粒團聚體通過有機質(zhì)的膠結(jié)形成大團聚體，土壤大團聚體中的有機質(zhì)含量高，是量度土壤肥力高低的重要指標(biāo)之一[22]。從表2可知，不同護(hù)岸植被模式下，>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團聚體含量的排序為草地>灌木>喬草>喬灌草>自然坡面，4類護(hù)岸植被模式的團聚體含量均大于自然坡面，表明護(hù)岸植被有利于大團聚體的形成及穩(wěn)定。采用Duncan分析法，對不同護(hù)岸植被模式下>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團聚體含量的差異性做進(jìn)一步的比較分析，可知，草地、灌木、喬草與喬灌草、自然坡面之間具有顯著的差異性，而喬灌草與自然坡面之間的差異性不顯著，表明草地、灌木、喬草3種護(hù)岸模式有利于大團聚的形成，這與覆蓋植被的養(yǎng)分吸收與釋放特點有關(guān)。護(hù)岸植被提高土壤的養(yǎng)分含量，使土壤發(fā)育與結(jié)構(gòu)形成處于良好狀態(tài)。

表2 土壤理化指標(biāo)

注：表中同列不同小寫字母表示不同護(hù)岸植被模式下土壤性質(zhì)差異在<0.05水平顯著；MWD為團聚體平均重量直徑，為水穩(wěn)性指數(shù)。

隨著土壤的體積質(zhì)量(容重)增加，會惡化土壤穩(wěn)定性及減弱土壤的抗蝕性能力[5]。從表2可知，不同護(hù)岸植被模式研究區(qū)土壤容重大小不一致，其從小到大分別為喬草、草地、喬灌草、灌木和自然坡面，4類植被覆蓋區(qū)域的土壤容重均小于自然坡面，表明植被覆蓋區(qū)域土壤土質(zhì)疏松，空隙較多，結(jié)構(gòu)性良好。其中喬草和草地之間差異不顯著，而其他3類植被模式之間具有顯著性差異，護(hù)岸植被采用喬草和草地模式能有效減小土壤容重，從而使江邊兩岸形成良好的土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤的抗蝕性和穩(wěn)定性。

土壤有機質(zhì)含量影響水穩(wěn)性團聚體的形成及穩(wěn)定性，與土壤抗蝕性呈正相關(guān)關(guān)系，在一定程度上作為土壤穩(wěn)定性的衡量指標(biāo)[23]。從表2可知，不同護(hù)岸植被模式下研究區(qū)土壤有機質(zhì)含量的高低順序為喬草>草地>灌木>喬灌草>自然坡面，其中最高的為喬草植被，其土壤有機質(zhì)平均含量為12.15 g/kg。除了草地和灌木，其他3類植被模式之間差異性顯著，研究表明前4類護(hù)岸植被模式有機質(zhì)含量均大于自然坡面，護(hù)岸植被有利于土壤有機質(zhì)的形成與積累，尤其喬草和草地2種護(hù)岸植被模式。

土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀的含量影響區(qū)域土壤的結(jié)構(gòu)性，因其對水穩(wěn)性團聚體的保持、供應(yīng)和轉(zhuǎn)化能力具有重要作用，并且每類養(yǎng)分對其功效不一致[24]。研究區(qū)不同護(hù)岸植被模式下堿解氮含量大小順序為喬草>喬灌草>灌木>草地>自然坡面，并且5類護(hù)岸植被模式之間的差異性顯著；有效磷含量之間的排序為喬草>喬灌草>草地>灌木>自然坡面，草地和灌木植被之間的差異性不顯著，喬草、喬灌草植被和自然坡面之間的差異性顯著；速效鉀含量從高到低依次為草地、灌木、自然坡面、喬草、喬灌草，草地和灌木植被之間的差異性不顯著，喬草植被和自然坡面之間的差異性不顯著。不同植被覆蓋下，土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量不一致，這可能與不同植被覆蓋模式對土壤氮磷鉀含量的吸收與釋放規(guī)律不同有關(guān)。

平均重量直徑(MWD)能表示土壤團聚體的團聚度，數(shù)值越大，表明團聚度越高，代表土壤結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，抗蝕性能力更強[25]。從表2可知，研究區(qū)不同護(hù)岸植被模式下土壤平均重量直徑從高到低排序為喬草>灌木>草地>喬灌草>自然坡面，草地、灌木和喬草植被之間的差異不顯著，前3種模式與喬灌草植被、自然坡面之間差異性顯著，喬灌草植被與自然坡面之間差異性顯著。4類護(hù)岸植被模式均好于自然坡面，植被覆蓋利于土壤團聚度的提高，更易于形成大團聚體，提高土壤的抗蝕性。

水穩(wěn)性指數(shù)可以衡量土壤團聚體在靜水中分散的程度，其值越大，表明土壤的團聚體穩(wěn)定性越強，土壤的抗侵蝕能力就越強，是衡量土壤抗蝕性重要指標(biāo)之一[26]。不同護(hù)岸植被模式下土壤的水穩(wěn)性指數(shù)從大到小的排序為喬草>灌木>草地>喬灌草>自然坡面，不同護(hù)岸植被模式之間的差異性顯著，4類模式的水穩(wěn)性指數(shù)均大于自然坡面，表明護(hù)岸植被有利于土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可以增強土壤的抗蝕性能力。

2.2 土壤抗蝕性評價指標(biāo)的主成分分析

區(qū)域土壤抗蝕性是土壤各類型理化性質(zhì)綜合作用的結(jié)果，其大小受多種土壤理化指標(biāo)因素的影響，并且因素之間相互作用，使其在綜合評價過程中存在重疊效應(yīng)[25]。為了保證綜合評價抗蝕性的客觀性和精度，本研究運用主成分分析對8個抗蝕性指標(biāo)進(jìn)行分析，定量刻畫研究區(qū)每項土壤抗蝕性指標(biāo)之間的差異性及其對土壤整體抗蝕性的貢獻(xiàn)率(表3)。利用SPSS軟件提取研究區(qū)8項指標(biāo)的主成分，前3個主成分的特征根值均大于1，并且其累計貢獻(xiàn)率達(dá)到94.915%，表明前3個主成分基本包括本次評價指標(biāo)的全部信息。在第一主成分中，>0.25 mm團聚體、容重、平均重量直徑和速效鉀的主成分載荷大；在第二主成分中，堿解氮、有效磷和速效鉀的主成分載荷大，其中，>0.25 mm團聚體、容重、速效鉀的主成分載荷為負(fù)值；在第三主成分中，有機質(zhì)和水穩(wěn)性指數(shù)的主成分載荷值大。總的來說，>0.25 mm團聚體的主成分載荷值最高，表明大團聚體對土壤抗蝕性的貢獻(xiàn)大，這與白秀梅等[5]的研究結(jié)果具有一致性，同時，土壤容重在前3個主成分的主成分載荷均為負(fù)值，表明土壤容重越大，土壤結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，抗蝕性能力越弱。

表3 土壤抗蝕性指標(biāo)的主成分分析

注：表中1為>0.25mm團聚體含量，2為容重，3為有機質(zhì)含量，4為堿解氮含量，5為有效磷含量，6為速效鉀含量，7為平均重量直徑，8為水穩(wěn)性指數(shù)。

2.3 土壤抗蝕性指標(biāo)和理化性質(zhì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度分析

基于灰色關(guān)聯(lián)度公式，計算研究區(qū)土壤抗蝕性指標(biāo)與理化性質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)程度，其關(guān)聯(lián)矩陣見表4。從表4可知，抗蝕性指標(biāo)與理化性質(zhì)指標(biāo)之間關(guān)聯(lián)值的最大值為0.841，最小值為0.575，平均值為0.714，表明不同護(hù)岸模式兩類型指標(biāo)之間呈較強關(guān)聯(lián)性，所選指標(biāo)之間的耦合性較強。根據(jù)公式(4)和(5)計算，分別獲得理化性質(zhì)指標(biāo)對土壤抗蝕性指標(biāo)影響的關(guān)聯(lián)度平均值和土壤抗蝕性指標(biāo)對土壤理化性質(zhì)指標(biāo)影響的關(guān)聯(lián)度平均值，可定量分析研究區(qū)土壤理化性質(zhì)指標(biāo)對區(qū)域土壤抗蝕性指標(biāo)的影響度，也可分析土壤抗蝕性指標(biāo)對土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的反饋作用，及其二者之間的耦合關(guān)系與相互作用。

從表4分析可知，研究區(qū)平均重量直徑(7)和水穩(wěn)性指數(shù)(8)對6類土壤理化性質(zhì)指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)值為0.700和0.729，屬于中等關(guān)聯(lián)度，表明抗蝕性指標(biāo)對理化性質(zhì)指標(biāo)的反饋作用較強，同時水穩(wěn)性指數(shù)與土壤理化性質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度要略強于平均重量直徑。平均重量直徑與>0.25 mm團聚體之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)最大，其值為0.841，這與在主成分分析中主成分載荷值大的研究結(jié)果具有一致性，土壤水穩(wěn)性指數(shù)與 >0.25 mm團聚體、有機質(zhì)的關(guān)聯(lián)系數(shù)較大，其值分別為0.815和0.829，這與有機質(zhì)對水穩(wěn)性團聚體形成有重要作用有關(guān)?？偟膩碚f，大粒徑團聚體對土壤抗蝕性有較強影響。6類土壤理化性質(zhì)指標(biāo)對土壤抗蝕性指標(biāo)的平均關(guān)聯(lián)系數(shù)大小順序為 >0.25 mm團聚體(0.828)>有機質(zhì)(0.765)>堿解氮(0.732)>有效磷(0.712)>速效鉀(0.652)>容重(0.579)，均呈現(xiàn)中等和較強關(guān)聯(lián)性。研究區(qū)的土壤類型為石灰性紫色土，有機質(zhì)含量低，且研究區(qū)位于沱江兩岸，土壤中有機質(zhì)主要來源于護(hù)岸植被落葉的腐殖質(zhì)化，而人工有機肥很少，其含量高低不僅直接影響土壤水穩(wěn)性團聚體的形成，且影響土壤中氮、磷元素的釋放，從而影響土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和土壤抗蝕性。有機質(zhì)與土壤抗蝕性指標(biāo)具有較強的關(guān)聯(lián)性，應(yīng)該通過特定植物的栽種與培育，提高沿岸地區(qū)土壤有機質(zhì)含量。紫色土中氮、磷含量匱乏，同時研究區(qū)降水豐富，土壤中的氮磷元素容易隨降水流失，土壤中堿解氮、有效磷的缺失，影響土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響土壤抗蝕性，即與土壤抗蝕性指標(biāo)也表現(xiàn)出較強的關(guān)聯(lián)性。

2.4 土壤抗蝕性指標(biāo)和理化性質(zhì)指標(biāo)的耦合度分析

前人研究結(jié)果表明，一些土壤理化性質(zhì)指標(biāo)與抗蝕性綜合指標(biāo)(如MWD、)存在正負(fù)相關(guān)關(guān)系[23,27]。前人研究主要通過單一或者多個抗蝕性指標(biāo)評價不同植被覆蓋下土壤的抗蝕性，以及基于土壤理化性質(zhì)指標(biāo)與土壤抗蝕性指數(shù)建立評價模型，綜合評價不同植被覆蓋下區(qū)域土壤的抗蝕性水平。這些評價方法在一定程度綜合評價了土壤抗蝕性水平，但未考慮土壤抗蝕性指標(biāo)與理化性質(zhì)指標(biāo)之間的耦合作用，從而不能全面評價其抗蝕能力和理解兩種指標(biāo)類型之間相互作用的機制，因此本研究采用耦合度模型，定量分析不同護(hù)岸植被模式土壤抗蝕性綜合指標(biāo)與理化性質(zhì)指標(biāo)之間的耦合協(xié)調(diào)度，其結(jié)果見表5。從表5可知，研究區(qū)不同植被模式下綜合指標(biāo)和理化性指標(biāo)之間的耦合度值介于0.650 ~ 0.700，平均耦合度為0.536，表示系統(tǒng)整體處于弱協(xié)調(diào)狀態(tài)，土壤理化性質(zhì)與抗蝕性的協(xié)調(diào)性沒有達(dá)到最佳狀態(tài)。這與兩岸土壤土質(zhì)和植被組合模式有關(guān)，也與研究區(qū)植被恢復(fù)與整治的時間有關(guān)。短時間內(nèi)植被與土壤理化指標(biāo)、抗蝕性指標(biāo)之間還處于弱協(xié)調(diào)狀態(tài)。從護(hù)岸植被模式角度，二者的耦合度從大到小為喬草>喬灌草>草地>灌木>自然坡面，喬草植被模式協(xié)調(diào)度最高，屬于系統(tǒng)中度協(xié)調(diào)，這與上文分析結(jié)果具有一致性。喬草模式下>0.25 mm團聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)、有機質(zhì)及氮磷含量、MWD和值均高于其他模式，而容重低于其他模式，從而使土壤形成良好的結(jié)構(gòu)，提高其抗蝕性。喬草模式耦合度高于其他植被覆蓋模式，這與植物生理與土壤的協(xié)調(diào)性有關(guān)。其中，喬草模式高于喬灌草模式，這與二者的喬木類型不一致有關(guān)。喬草模式的喬木主要為山杜英、紫葉李，屬于小喬木，在生長過程中對土壤養(yǎng)分吸收較少，養(yǎng)分歸還速率快，地力消耗較小，從而使得土壤理化性質(zhì)與抗蝕性之間處于較好的協(xié)調(diào)狀態(tài)；而喬灌草模式的喬木主要為香樟、天竺桂，分別為大、中型喬木，生長周期長，養(yǎng)分吸收多，地力消耗大，使得其土壤理化性質(zhì)與抗蝕性處于系統(tǒng)弱協(xié)調(diào)狀態(tài)。由以上分析可知，在短時間尺度內(nèi)進(jìn)行護(hù)岸植被土壤恢復(fù)，研究區(qū)宜選擇小喬木+草本模式更有利于土壤結(jié)構(gòu)的改善，其土壤抗蝕性能提升更快；而高大喬木組合模式可能由于恢復(fù)時間及樹種配置等原因，恢復(fù)效益還未顯現(xiàn)，需進(jìn)一步研究。

表4 綜合指標(biāo)和理化指標(biāo)的耦合矩陣

表5 不同護(hù)岸植被模式土壤抗蝕性指標(biāo)和理化性質(zhì)指標(biāo)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度

通過對不同護(hù)岸植被的土壤抗蝕性綜合評價，本研究認(rèn)為沱江兩岸土壤抗蝕性有待進(jìn)一步提高，目前土壤性質(zhì)與抗蝕性尚未處于協(xié)調(diào)狀態(tài)。因此，應(yīng)增加河流兩岸植被覆蓋率，優(yōu)化護(hù)岸植被的覆蓋模式，特別加大對喬灌草模式中大型喬木的栽培，通過科學(xué)栽種與培育護(hù)岸植被，提高土壤有機質(zhì)及氮磷鉀的含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強土壤抗蝕性。雖然本研究的護(hù)岸植被生長周期較短，但在采取土樣時研究區(qū)護(hù)岸植被基本已經(jīng)成型，可以用于不同植被恢復(fù)的土壤抗蝕性研究，該研究結(jié)果可為當(dāng)?shù)卣乃帘３止ぷ魈峁┛茖W(xué)依據(jù)。然而，在指標(biāo)選取和評價方法上仍存在可以改進(jìn)的地方，同時，由于護(hù)岸植被對土壤生態(tài)的影響會隨著時間變化，因此在未來研究中，對研究區(qū)較長植被恢復(fù)時間下土壤抗蝕性能的變化特征有必要進(jìn)行進(jìn)一步分析。

3 結(jié)論

1)護(hù)岸植被抗蝕性受多種土壤理化性質(zhì)的影響，不同植被覆蓋對抗蝕性影響程度存在顯著差異性。主成分分析和關(guān)聯(lián)度分析表明，研究區(qū)影響土壤抗蝕性的因子主要包括>0.25 mm水穩(wěn)性團聚體、容重、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、平均重量直徑和水穩(wěn)性指數(shù)，其中>0.25 mm團聚體對土壤抗蝕性影響最大。

2)平均重量直徑、水穩(wěn)性指數(shù)與土壤理化性質(zhì)指標(biāo)均存在中等關(guān)聯(lián)性，土壤理化性質(zhì)指標(biāo)對土壤抗蝕性的影響大小順序為>0.25mm團聚體>有機質(zhì)>堿解氮>有效磷>速效鉀>容重。

3)不同護(hù)岸植被模式土壤抗蝕性與理化性指標(biāo)的系統(tǒng)耦合度總體屬于弱協(xié)調(diào)，二者并未達(dá)到最佳狀態(tài)，這與植被恢復(fù)的時間和模式相關(guān)；不同植被模式協(xié)調(diào)度的大小順序為喬草>喬灌草>草地>灌木>自然坡面，喬草模式為中度協(xié)調(diào)，其他模式均屬于弱協(xié)調(diào)；喬木和草地的植被組合覆蓋模式有利于土壤大團聚體的形成，及有機質(zhì)、氮磷鉀等土壤養(yǎng)分的生產(chǎn)與吸收，從而形成良好的土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤抗蝕性；同時其他3類人工植被覆蓋土壤抗蝕性均優(yōu)于自然坡面，因此在保護(hù)植被模式不受破壞的情況下，應(yīng)優(yōu)化沱江兩岸的植被覆蓋類型，以提高土壤的抗蝕性。

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Comprehensive Evaluation on Recovery of Soil Anti-erodibility by Revetment Vegetation Based on Coupling Relationship Analysis

XIE Xianjian, ZHANG Bin

(School of Geography and Resources Science, Neijiang Normal University, Neijiang, Sichuan 641000, China)

In order to comprehensively evaluate the effects of revetment vegetation on soil anti-erodibility, the soils under grasslands, shrubs, arbor-grasslands and arbor-shrub-grasslands were selected, the effects of different physiochemical indexes of soil anti-erodibility were analyzed by principal component method, and gray relevant analysis was used to study soil physiochemical indexes and their relation with soil anti-erodibility indexes. Furthermore, a coupling model was constructed to comprehensively evaluate the influence of different revetment vegetation patterns on soil anti-erodibility. The results showed that the main factors of soil anti-erodibility were >0.25 mm water stable aggregate, bulk density, organic matter, alkaline nitrogen, available phosphorus, available potassium, mean weight diameter and water stable index, and >0.25 mm water stable aggregate had the greatest impact on soil anti-erodibility. There was a moderate correlation between mean weight diameter, water stability index and soil physiochemical properties. The correlation from high to low was 0.25mm aggregates > organic matter > alkaline nitrogen > available phosphorus > available potassium > bulk density. The system coupling degree between soil anti-erodibility and physiochemical indexes in different revetment vegetation patterns was weakly coordinated, and the coordination from high to low were arbors-grasslands > arbor-shrub-grasslands > grasslands > shrubs > natural slope. The coordination of arbor-grasslands was moderate while and the others were weak. Furthermore, the result showed that arbor-grasslands were the best combination model of revetment vegetation. The coordination degree between soil anti-erodibility and soil physiochemical indexes could provide scientific references for the improvement of soil structure and anti-erodibility as well as for the preferential selection of revetment vegetation.

Soil anti-erodibility; Comprehensive evaluation; Coupling relation; Revetment vegetation

長江科學(xué)院開放研究基金項目(CKWV2017523/KY)和四川省教育廳重點項目(16ZA0312)資助。

謝賢健(1978—)，男，四川廣漢人，博士，教授，主要研究方向為水土保持理論及技術(shù)研究。E-mail: xxj007-14@tom.com

S157.1

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.03.026