黃土殘塬區(qū)瀉溜紅土坡積體土壤改良效果研究

柴亞凡 周波 呂文強(qiáng) 金毅

摘要：以黃土殘塬區(qū)瀉溜紅土坡積體為研究對(duì)象，采用河沙、粉煤灰、鋸末和有機(jī)肥4種材料作為土壤改良劑，與瀉溜紅土按照不同配比混合制成試驗(yàn)基質(zhì)，根據(jù)玉米生長(zhǎng)狀況和收獲后的土壤理化性質(zhì)篩選出最適宜的改良劑及配比。研究結(jié)果表明：①加入改良劑后，玉米的苗高、地徑和生物量在不同配比組間均差異顯著，樣品+有機(jī)肥的苗高、地徑和生物量均顯著高于其他各組;②各配比組間土壤pH值差異不顯著，而土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量差異顯著;③加入改良劑后，各配比組土壤大團(tuán)聚體占比減小，而小團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體占比增大。綜上，土壤改良劑的加入對(duì)瀉溜紅土的改良產(chǎn)生了積極影響，土壤肥力是影響瀉溜紅土植物生長(zhǎng)的最主要因素。

關(guān)鍵詞：紅土瀉溜侵蝕;坡積體;土壤改良;黃土殘塬區(qū)

中圖分類號(hào)：S157.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j .issn. 1000- 1379.2019.01.019

黃土高原殘塬溝壑區(qū)溝谷中由紅色黃土（簡(jiǎn)稱紅土）構(gòu)成的瀉溜坡面巖體，在冬春凍融變化引起收縮以及物理風(fēng)化作用下所產(chǎn)生的巖屑，受重力作用向坡腳滾溜而發(fā)生瀉溜，這種以重力作用為主的侵蝕方式，稱為瀉溜侵蝕[1-2]。在紅土出露廣泛分布的地區(qū)，這是一種重要而強(qiáng)烈的侵蝕方式[3]，其結(jié)果往往加劇覆蓋在其上部的黃土層發(fā)生崩塌、滑坡等侵蝕，溝谷向兩岸擴(kuò)展，“蠶食”塬面，瀉溜坡積體淤積溝道，導(dǎo)致溝道行洪能力下降[4].嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳a(chǎn)生活。目前對(duì)瀉溜侵蝕的研究?jī)H從其分布特征[5]、影響因素[4]和防治措施[6-8]等方面進(jìn)行定性分析與評(píng)價(jià)，關(guān)于其侵蝕機(jī)理和過程的定量研究鮮有報(bào)道。

紅土瀉溜坡面治理關(guān)鍵是要穩(wěn)定坡腳，即先用工程或生物措施穩(wěn)定坡腳，進(jìn)而在瀉溜面上植樹種草，改良土壤，恢復(fù)植被，蓄水保土，這樣才會(huì)收到好的治理效果[4-5]。由于瀉溜坡積體有機(jī)質(zhì)含量低，黏粒含量高，遇水迅速膨脹，透水透氣性差，導(dǎo)致苗木成活率低，因此筆者從造價(jià)、利用率和采集難易程度等方面綜合考慮，采用河沙、粉煤灰、鋸末和有機(jī)肥4種材料作為土壤改良劑，以改善坡積體土壤結(jié)構(gòu)，從而提高苗木成活率，旨在為隴東黃土高原殘塬溝壑區(qū)紅土瀉溜坡面的植被恢復(fù)提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省平?jīng)鍪袥艽h田家溝小流域。田家溝是涇河的一級(jí)支流，海拔為1027.9—1374.1m，屬典型的黃土高原殘塬溝壑區(qū)河流。流域總面積56.3 km主溝道長(zhǎng)17.3 km.溝道平均比降為2.33%，溝壑密度為1.64 krrl/km。溝谷上部為黃土，中下部為紅土，瀉溜侵蝕強(qiáng)烈。氣候?qū)贉貛О霛駶?rùn)氣候，年均氣溫10.1℃，極端最低氣溫- 24℃，極端最高氣溫40.0℃，年均日照時(shí)數(shù)2 274 h、太陽總輻射量542.661J/cm，10℃以上年積溫為2 863℃，年均降水量為515 mm，年均水面蒸發(fā)量為1 237.9 mm.最大凍土深度為55 cm，年均無霜期為174 d。流域內(nèi)主要有黃綿土、灰褐土和紅土3個(gè)土類。流域內(nèi)常見的植物種有側(cè)柏、刺槐、狼牙刺、紫荊、沙棘、酸棗和杜梨等。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)材料選擇

（1）試驗(yàn)玉米品種為涇川縣近年來普播的金科2號(hào)。

（2）改良劑選用河沙、粉煤灰、鋸末和有機(jī)肥（熟化的羊糞）。

（3）供試土樣于2016年4月采自田家溝科技示范園，采樣地植被稀疏，伴有少量禾本科、菊科和豆科等植物，采樣深度為0～50 cm。供試土壤的基本理化性質(zhì)見表1。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）樣品制備：將瀉溜紅土去除石塊、枯枝落葉和較大的根莖等雜質(zhì)，晾曬后自然風(fēng)干，用5 mm篩網(wǎng)過篩后備用。

（2）改良劑配比：共15種（見表2），分別裝入底部帶有出水孔的橡膠盆內(nèi)，橡膠盆規(guī)格為直徑24 cm、盆高16 cm.每種處理重復(fù)3次，并以未施加改良劑的紅土（CK）作為對(duì)照。

（3） 2016年4月底開始盆栽試驗(yàn)，每盆播種4株，播種深度為6 cm左右，待出苗后苗高達(dá)到6 cm左右間苗，每盆保留2株。

（4）期間不施用化肥，只定期澆水，于2016年9月收獲玉米進(jìn)行全株生物量測(cè)定，并對(duì)盆內(nèi)土壤進(jìn)行理化性質(zhì)分析。

2.3 指標(biāo)選取及測(cè)定方法

土壤pH值采用DELTA - 320型pH計(jì)測(cè)定（水土比1：1），土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀一外加熱法測(cè)定，全氮采用凱氏定氮法測(cè)定，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分級(jí)采用薩維諾夫濕篩法測(cè)定[9]。苗高采用鋼卷尺測(cè)量，地徑采用游標(biāo)卡尺測(cè)量。全株生物量采用烘干法，將玉米植株沿基部剪下，將所得到的全株先在90℃下殺青30 min，再在60℃下烘干24 h，稱重。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同改良劑對(duì)植株生長(zhǎng)狀況的影響

經(jīng)過一個(gè)生長(zhǎng)季，對(duì)盆栽玉米的苗高和地徑生長(zhǎng)狀況進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后對(duì)玉米進(jìn)行刈割，以測(cè)定玉米的生物量。為了探究不同配比組對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響，選取苗高、地徑和生物量3項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)行方差分析（見表3）?？梢钥闯?，玉米的苗高、地徑和生物量在不同配比組間差異顯著（顯著性水平a<0.05）。從不同配比組不同組分玉米生長(zhǎng)狀況可以看出，苗高、地徑和生物量最大值均出現(xiàn)在樣品+有機(jī)肥（C）組，說明土壤肥力是影響玉米生長(zhǎng)的主要因素。樣品+河沙（A）和樣品+粉煤灰（B）組各組分苗高、地徑和生物量較小，原因是河沙和粉煤灰缺乏玉米生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素。

3.2 不同改良劑對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

盆內(nèi)玉米收割后，對(duì)盆內(nèi)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表4。

加入土壤改良劑后，經(jīng)過一個(gè)生長(zhǎng)季，相比土壤樣品（pH值為8.75），包括紅土對(duì)照（CK）在內(nèi)的各配比組土壤pH值減小，即土壤pH值更趨向于中性;而相比于土壤樣品（有機(jī)質(zhì)含量為2.31 g/kg，全氮含量為0.30 g/kg），土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量總體呈升高趨勢(shì)。

對(duì)不同配比組土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和全氮進(jìn)行單因素方差分析，并用Duncan法進(jìn)行多重比較（見表4）?？梢钥闯?，各配比組間土壤pH值差異不顯著（α>0.05），而土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量差異顯著（a<0.05）。由表4可以看出，各配比組土壤pH值按大小排序?yàn)椋簶悠?有機(jī)肥（C）=樣品+粉煤灰+鋸末（F）>樣品+河沙+有機(jī)肥（E》紅土對(duì)照（CK）>樣品+粉煤灰（B》樣品+河沙（A）。樣品+粉煤灰（B）和樣品+河沙（A）配比組pH值小于紅土對(duì)照（CK）的，說明河沙和粉煤灰能顯著降低土壤樣品的pH值。各配比組土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于紅土對(duì)照（CK）的，說明經(jīng)過一個(gè)生長(zhǎng)季，不同配比組均提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，具有一定的土壤改良效應(yīng)。各配比組提高土壤有機(jī)質(zhì)含量按大小排序?yàn)椋簶悠?粉煤灰（B》樣品+粉煤灰+鋸末（F》樣品+有機(jī)肥（C》樣品+河沙+有機(jī)肥（E》樣品+河沙（A）。從土壤全氮含量可以看出，各配比組均提高了土壤全氮含量，其中樣品十有機(jī)肥（C）和樣品+河沙+有機(jī)肥（E）能顯著提高土壤全氮含量，這可能與有機(jī)肥含氮元素有關(guān)。

3.3 不同改良劑對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，其形成和穩(wěn)定主要通過土壤中各種膠結(jié)物質(zhì)的膠結(jié)作用實(shí)現(xiàn)[10]。土壤團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分有重要影響，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，是作物高產(chǎn)所需的土壤條件。土壤肥力的高低，不僅取決于大、小粒級(jí)微團(tuán)聚體自身的作用，而且與其組成比例有關(guān)。通過對(duì)不同配比組間土壤水穩(wěn)性微團(tuán)聚體（粒徑<0.25 mm）、小團(tuán)聚體（粒徑為0.25～ 2.00 mm）和大團(tuán)聚體（粒徑>2.00 mm）進(jìn)行單因素方差分析（見表5）發(fā)現(xiàn)，不同配比組間土壤微團(tuán)聚體、小團(tuán)聚體和大團(tuán)聚體差異均不顯著（α>0.05）。

與紅土對(duì)照（CK）相比，各配比組土壤大團(tuán)聚體占比減小，而小團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體占比增大，說明加入土壤改良劑可促使土體中的大團(tuán)聚體向小團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化，原因是土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成需要土壤膠體物質(zhì)的有機(jī)黏合作用，瀉溜紅土中含有大量的親水性黏粒礦物，本身黏粒含量較高，因此土體中的團(tuán)聚體多以大團(tuán)聚體的形式存在，而加入的土壤改良劑分散性強(qiáng)，將土體中大團(tuán)聚體分散為小團(tuán)聚體或微團(tuán)聚體。

4 結(jié)語

（1）玉米的苗高、地徑和生物量在不同配比組間均差異顯著（α<0.05）。樣品+有機(jī)肥（C）是對(duì)玉米生長(zhǎng)最有益的配比組。不同配比組間土壤pH值差異不顯著（α>0.05），而土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量差異顯著（α<0.05）。

（2）加入改良劑后，各配比組土壤大團(tuán)聚體占比減小，而小團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體占比增大，說明加入的土壤改良劑可將土體中大團(tuán)聚體分散為小團(tuán)聚體或微團(tuán)聚體。

（3）瀉溜坡積體的土體改良試驗(yàn)初衷是從改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土體的透水透氣性考慮，但是從試驗(yàn)結(jié)果來看，土壤肥力仍是影響瀉溜紅土植物生長(zhǎng)的主要因素。

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