典型喀斯特森林土壤的抗蝕性

劉寬梅,周秋文

1 貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 貴陽(yáng) 550001 2 蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 蘭州 730000

土壤是人類和陸地生物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。在成土過(guò)程中,生物是其中最活躍的要素,生物中的綠色植物,通過(guò)光合作用制造活體有機(jī)質(zhì),借助微生物作用,讓土壤產(chǎn)生了肥力特性,有效推動(dòng)了土壤的形成和演化[1]。在不同的森林植被群落條件下,土壤發(fā)育的理化性質(zhì)會(huì)有所差別,而不同的土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤侵蝕的產(chǎn)生與發(fā)生強(qiáng)度都有重要影響[2]。土壤侵蝕會(huì)帶來(lái)土壤肥力下降、土地生產(chǎn)力降低、土地荒漠化等危害[3],而土壤抗蝕性是評(píng)估土壤抵抗侵蝕營(yíng)力破壞的性能[4]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤抗蝕性的研究從用單一指標(biāo)評(píng)價(jià)演變成多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià),還從土壤理化性質(zhì)角度、統(tǒng)計(jì)學(xué)角度、侵蝕動(dòng)力學(xué)角度、人工模擬法等來(lái)探討土壤抗蝕性能[5-6]。在土壤抗蝕性研究的發(fā)展歷程中,研究成果越來(lái)越全面和豐富,從不同區(qū)域、不同土地利用方式、不同植被覆蓋、不同巖石風(fēng)化物、不同土壤類型、不同管理措施、不同侵蝕模式等多方面來(lái)研究土壤抗蝕性[7- 11]。國(guó)內(nèi)對(duì)土壤抗蝕性的研究從1960年初開(kāi)始,研究?jī)?nèi)容主要集中在分散率、分散系數(shù)、侵蝕率和分散度等度量指標(biāo)[12]。目前我國(guó)的土壤抗蝕性研究成果較豐富,尤其對(duì)黃土高原地區(qū)土壤抗蝕性研究比較全面[13- 15]。

貴州喀斯特地區(qū)植被覆蓋率低、降水量大、土層薄、土壤蓄水性差,極易發(fā)生土壤侵蝕[16],植被要素與土壤侵蝕的關(guān)系十分密切[17],因此在貴州喀斯特地區(qū)開(kāi)展不同植被群落下的土壤抗蝕性研究?jī)?nèi)容有重要意義。目前對(duì)于貴州喀斯特地區(qū)土壤抗蝕性能的研究主要有,趙洋毅等探討了花溪地區(qū)4種巖性發(fā)育土壤的抗蝕性,并比較了4種巖性上發(fā)育的自然植被下土壤的抗蝕性差異[18]。吳鵬等研究了黔中杠寨小流域5種主要人工林地的水土保持機(jī)能[19]。雖然目前針對(duì)喀斯特地區(qū)不同林地類型的土壤抗蝕性開(kāi)展了一定研究工作,也取得了一些顯著的進(jìn)展[20- 23]。但是喀斯特地區(qū)地表要素空間異質(zhì)性極大,氣候、巖性等條件的差異將直接或間接影響土壤抗蝕性。鑒于不同環(huán)境條件下喀斯特林地土壤抗蝕性存在明顯差異,有限的研究不足以說(shuō)明喀斯特林地土壤抗蝕性的普遍規(guī)律,仍需要開(kāi)展一定的樣地研究。

本研究以貴州師范大學(xué)花溪校區(qū)內(nèi)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站內(nèi)闊葉林、針葉林和灌叢為研究對(duì)象,選擇土壤有機(jī)質(zhì)含量、水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、團(tuán)聚度和分散系數(shù)等與土壤抗蝕性有關(guān)的指標(biāo),對(duì)比討論各植被群落下土壤抗蝕性能的差別,并采用相關(guān)分析法,分析該區(qū)域中各土壤抗蝕性指標(biāo)間的相關(guān)性及其相互影響下的土壤抗蝕性能,望為貴州喀斯特地區(qū)制定合理的水土保持方案提供一定的理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)樣地位于貴州省花溪區(qū),地理坐標(biāo)為106°37′58″—106°38′26″E,26°22′51″—26°23′20″N,屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),平均海拔1200m,年平均氣溫14.9℃,無(wú)霜期平均246d,無(wú)霜期長(zhǎng),全年降雨多集中于4—8月份,年均降雨量約為1229mm,雨量充沛。境內(nèi)地貌破碎,以山地和丘陵為主,為典型的亞熱帶喀斯特區(qū)域。該研究區(qū)內(nèi)有針葉林、闊葉林和灌叢三種植被型組,喬木平均胸徑為15cm,郁閉度為0.85,土壤以黃壤和石灰土為主。

1.2 樣地設(shè)置

為了減少地域差異(如降水量、溫度和氣候等因素)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的影響,不同植被類型的樣地均設(shè)置在花溪大學(xué)城貴州師范大學(xué)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站內(nèi)。樣地基本情況見(jiàn)表1。

表1 樣地基本概況

圖1 采樣實(shí)地照片F(xiàn)ig.1 Photographs of the samples

1.3 樣品的采集

每種植被群落樣地中選取3個(gè)點(diǎn),每個(gè)樣點(diǎn)重復(fù)采樣三次,在0—10cm和10—20cm土層內(nèi),用環(huán)刀取原狀土,用于測(cè)定土壤容重、含水量等性質(zhì)；在每種樣地中以S形布點(diǎn)法分別取0—10cm土層和10—20cm土層的混合土樣,然后用四分法將土樣分取到大約1kg帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干備用,用于土壤抗蝕指數(shù)、土壤機(jī)械組成、土壤有機(jī)質(zhì)和土壤團(tuán)聚體等指標(biāo)的測(cè)定。

1.4 樣品的測(cè)定

1.4.1分析方法

土壤含水量測(cè)定采用酒精烘烤法；土壤容重測(cè)定采用環(huán)刀法；土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法；土壤團(tuán)聚體測(cè)定采用人工篩分法(干篩法和濕篩法)；土壤微團(tuán)聚體及土壤機(jī)械組成的測(cè)定采用比重法；土壤抗蝕指數(shù)的測(cè)定采用土粒浸水實(shí)驗(yàn),其過(guò)程為：先將土壤樣品風(fēng)干、篩分；再將篩分后3—6mm粒徑的土壤顆粒數(shù)100粒,分四次放入盛水容器中的1mm土壤篩上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),水溫以實(shí)驗(yàn)地水源為準(zhǔn),水恰好浸沒(méi)土粒,同時(shí)記錄每1分鐘土粒完全散開(kāi)而崩塌的個(gè)數(shù),持續(xù)記錄10分鐘,然后按公式計(jì)算抗蝕指數(shù)。

1.4.2評(píng)價(jià)指標(biāo)

土壤抗蝕性是一個(gè)由多個(gè)指標(biāo)共同作用的綜合因子,單一指標(biāo)只能揭示土壤對(duì)侵蝕營(yíng)力的相對(duì)敏感水平[24]。因此,只能在一定的控制條件下通過(guò)實(shí)際測(cè)定土壤某些參數(shù)作為土壤抗蝕性指標(biāo), 繼而達(dá)到評(píng)估土壤抗蝕性的目的。本實(shí)驗(yàn)采用以下常用指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)土壤抗蝕性：

(1)

式中,S為土壤抗蝕指數(shù)(%)；W為總土粒數(shù)(個(gè))；V為崩塌土粒數(shù)(個(gè))。

(2)

式中,O為土壤有機(jī)質(zhì)含量(%)；V1為滴定空白時(shí)所用FeSO4的量(mL)；V2為滴定土樣時(shí)所用FeSO4的量(mL)；5.00為所用K2Cr2O7的量(mL);0.8000為1/6K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度(mol/L);0.003為1/4 毫摩爾碳的克數(shù)(g)；1.724為碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)的系數(shù)；1.1為校正系數(shù)；WT為烘干土重(g)。

(3)

式中,Ad為>0.25mm干篩團(tuán)聚體含量(%)；md為干篩各級(jí)團(tuán)粒質(zhì)量(g)；Md為干篩試驗(yàn)土樣總質(zhì)量(g)。

(4)

式中,Aw為>0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量(%)；mw為濕篩各級(jí)團(tuán)粒質(zhì)量(g)；Mw濕篩試驗(yàn)土樣總質(zhì)量(g)。

(5)

式中St為結(jié)構(gòu)破壞率,Ad,Aw含義同上。

R=a-b

(6)

式中,R為土壤團(tuán)聚狀況(%)；a為>0.05mm微團(tuán)聚體分析值(%)；b為>0.05mm機(jī)械組成分析值(%)。

(7)

式中,R1為團(tuán)聚度(%),R,a含義同上。

(8)

式中,K1為分散率(%)；a1為<0.05mm微團(tuán)聚體分析值(%)；b1為<0.05mm機(jī)械組成分析值(%)。

(9)

式中,K2為分散系數(shù)(%)；a2為<0.001mm微團(tuán)聚體分析值(%)；b2為0.001mm機(jī)械組成分析值(%)。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

一般的數(shù)據(jù)整理、各個(gè)指標(biāo)的具體計(jì)算、統(tǒng)計(jì)圖表作圖均在Excel中進(jìn)行,土壤抗蝕指標(biāo)間的相關(guān)分析采用SPSS軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤抗蝕指數(shù)

由圖2可知,三種植被群落下的土壤抗蝕性有所差別,但三種植被類型下的土壤抗蝕指數(shù)都比較高,反映出植被覆蓋對(duì)緩解土壤侵蝕的重要作用。在0—10cm范圍內(nèi),土壤抗蝕性強(qiáng)弱表現(xiàn)為：闊葉林>灌叢>針葉林。闊葉林表層植物種類多樣且覆蓋度高,枯枝落葉等物質(zhì)較多,腐殖質(zhì)含量高,同時(shí)能夠充分利用外界環(huán)境條件和樹(shù)種間相互促進(jìn)的有利作用產(chǎn)生含量較高的有機(jī)膠體,從而促成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的構(gòu)成,使土層更疏松,透水性增強(qiáng)[25-26]。而灌叢和針葉林表層下枯枝落葉種類和數(shù)量較闊葉林少,在生物作用下產(chǎn)生的土壤團(tuán)聚力較弱,所以土壤抗蝕能力弱于闊葉林。在10—20cm范圍內(nèi),土壤抗蝕性強(qiáng)弱表現(xiàn)為：灌叢>針葉林>闊葉林。闊葉林內(nèi)木本植物群落下的腐殖質(zhì)會(huì)從表層土壤向下層急劇減少[1],影響下層土壤膠體的形成,進(jìn)而影響土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成。根據(jù)圖3所示,針葉林表層的容重在三者中是最低的,說(shuō)明針葉林表層土壤土質(zhì)疏松,有機(jī)質(zhì)通過(guò)淋溶等作用向下淀積到下層內(nèi),為形成較好的土壤結(jié)構(gòu)提供條件,因此下層土壤抗蝕性能有所改善。灌叢下層土壤樣品質(zhì)地粘重,有機(jī)質(zhì)含量高,不易被侵蝕[27]。因此針葉林下層的土壤抗蝕性能高于闊葉林,但灌叢下層土壤的抗蝕性較另外兩者高。

2.2 有機(jī)質(zhì)含量

如圖4所示,在0—20cm土層范圍內(nèi),三種植被群落下土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度增加都呈遞減趨勢(shì)。在闊葉林下0—10cm土層中有機(jī)質(zhì)含量最高,但在10—20cm土層中下降趨勢(shì)明顯,相比下降36.13%。這主要是因?yàn)殚熑~林中植物種類多樣,表層生物量流動(dòng)大,物質(zhì)循環(huán)較快,枯落物容易分解轉(zhuǎn)化,致形成含量較高的土壤活性有機(jī)質(zhì)[25],但喀斯特地區(qū)土層較薄,下層生物活動(dòng)量銳減,枯落物在表層大部分就已經(jīng)被分解,土壤肥力較表層差,所以產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)下降趨勢(shì)明顯。草本植物以枯殘根系進(jìn)入土體上部,腐殖質(zhì)自表層向下不會(huì)銳減,所以灌叢在該范圍內(nèi)有機(jī)質(zhì)下降趨勢(shì)比較平緩,說(shuō)明該植被群落下受有機(jī)質(zhì)影響的土壤抗蝕性比較穩(wěn)定。針葉林表層容重值小,說(shuō)明土壤土質(zhì)疏松,有機(jī)質(zhì)通過(guò)淋溶等作用向下淀積,加上10—20cm土層原有的有機(jī)質(zhì),所以在10—20cm土層中針葉林有機(jī)質(zhì)含量比闊葉林和針葉林高。

圖2 不同植被群落的土壤抗蝕指數(shù) Fig.2 Soil erosion resistance inhex in different vegetation communities 超出圖例符號(hào)的垂直棒代表平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差

圖3 不同植被群落下土壤容重Fig.3 Soil bulk density under different vegetation communities

圖4 不同植被群落下土壤有機(jī)質(zhì)含量 Fig.4 Soil organic matter content in different vegetation communities

2.3 土壤團(tuán)聚體

2.3.1干篩團(tuán)聚體含量

由表2可知,三種植被類型下的土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)組成多以>3mm以上為主。在0—10cm土層內(nèi),闊葉林土壤中>3mm的土壤團(tuán)聚體含量較針葉林和灌叢高29.96%和9.75%,灌叢土壤下>3mm粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體含量比純針葉林高出5.41%,針葉林土壤下的>3mm的土壤團(tuán)聚體含量所占比例最低。在10—20cm土層內(nèi),灌叢土壤下>3mm粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體含量明顯高于其他兩種植被類型,但針葉林土壤中>3mm的土壤團(tuán)聚體含量略高于闊葉林。>0.25mm干篩團(tuán)聚體含量的排序?yàn)椋涸谕寥辣韺觾?nèi),闊葉林(94.93%)>灌叢(94.75%)>針葉林(89.34%)；在10—20cm土層內(nèi),灌叢(94.04%)>針葉林(94.01%)>闊葉林(92.42%)。這些在一定程度上反映出闊葉林對(duì)改善表層土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì),對(duì)增強(qiáng)喀斯特地區(qū)的土壤抗蝕性十分有用,另一方面也反映出喀斯特地區(qū)的純針葉林表層土壤團(tuán)聚體容易受外界條件影響而分散,闊葉林10—20cm土層內(nèi)土壤團(tuán)聚性能較差,表明喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境的脆弱性,以及保護(hù)植被的重要性。

2.3.2水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量和結(jié)構(gòu)破壞率

由表3可知,三種植被類型土壤中>0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量為：0—10cm土層內(nèi),闊葉林(70.06%)>灌叢(65.96%)>針葉林(60.83%)；10—20cm土層內(nèi),灌叢(66.76%)>針葉林(64.25%)>闊葉林(10.21%)。闊葉林表層枯枝落葉物多,腐殖質(zhì)的含量高,植被類型多樣,生物活動(dòng)豐富,有機(jī)質(zhì)含量豐富[25],所以闊葉林表層土壤的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量占優(yōu)勢(shì)。相比之下,針葉林內(nèi)植被類型單一,且上層土壤疏松,有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)淋溶作用向下淀積,所以針葉林土壤下的水穩(wěn)性團(tuán)聚體在10—20cm土層比較占優(yōu)勢(shì)。灌叢下土壤的有機(jī)質(zhì)雖然不多,但其本身黏性很強(qiáng),所以該種植被類型下的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量并不低。通常情況下,用土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量和有機(jī)質(zhì)含量作為評(píng)價(jià)土壤的抗蝕性指標(biāo)時(shí),兩者之間的變化規(guī)律應(yīng)基本一致[28]。但是土壤團(tuán)聚體的形成是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程,受物理、化學(xué)、生物作用的共同影響[29],膠結(jié)物質(zhì)在團(tuán)聚體形成的過(guò)程中也起著非常重要的作用,但是膠結(jié)物質(zhì)可以是無(wú)機(jī)的、有機(jī)的或有機(jī)無(wú)機(jī)結(jié)合的,無(wú)機(jī)膠結(jié)物質(zhì)主要受成土母質(zhì)影響,有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)的形成主要受微生物數(shù)量、活性及其代謝產(chǎn)物和植物根系分泌物,有機(jī)質(zhì)的輸入等因素控制[30],所以該樣地內(nèi)的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體變化與土壤有機(jī)質(zhì)變化不太一致很大程度上是受這些因素影響。結(jié)構(gòu)破壞率的大小表示土壤抗蝕能力的強(qiáng)弱,此樣地中結(jié)構(gòu)破壞率的變化規(guī)律與>0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的變化規(guī)律一致。

表2 不同植被群落下土壤團(tuán)聚體(干篩)組成/%

表3 不同植被群落下水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成(/%)和結(jié)構(gòu)破壞率(/%)

2.4 土壤機(jī)械組成及微團(tuán)聚體對(duì)抗蝕性的影響

2.4.1土壤機(jī)械組成分析

由表4可知,樣地內(nèi)土壤機(jī)械組成差異比較大,0—10cm土層內(nèi)：闊葉林下土壤以物理性粘粒(<0.01mm)和中細(xì)粉粒(0.01—0.001mm)為主,其含量分別占52.41%和31.01%；針葉林以沙粒(1—0.05mm)和物理性黏粒(<0.01mm)為主,其含量分別占29.41%和48.61%；灌叢以沙粒(1—0.05mm)和物理性黏粒(<0.01mm)為主,其含量分別占47.41%和43.61%。在10—20 cm土層內(nèi)：針葉林和灌叢土壤的機(jī)械組成分布特征與表層一致,但是闊葉林土壤以沙粒(1—0.05mm)和物理性黏粒(<0.01mm)為主。表層土壤內(nèi)針葉林和灌叢土壤的沙粒比重高,主要是由于土體中夾著很多巖石碎屑,這會(huì)導(dǎo)致土壤蓄水蓄肥性不好,所以在這三種植被類型下,闊葉林表層的蓄水保肥能力是最好的,自然植被生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)較大,其土壤抗蝕性能也是最強(qiáng)的。

表4 不同植被群落下土壤機(jī)械組成狀況

2.4.2以微團(tuán)聚體含量為基礎(chǔ)的土壤抗蝕性指標(biāo)

由表5可知,不同植被類型0—10cm土壤的團(tuán)聚狀況排序?yàn)椋洪熑~林(34.09%)>灌叢(24.21%)>針葉林(14.94%)；10—20cm土壤的團(tuán)聚狀況排序?yàn)椋汗鄥?39.61%)>針葉林(27.50%)>闊葉林(22.09%)。團(tuán)聚度的變化特征與團(tuán)聚狀況一致。從團(tuán)聚狀況可以看出闊葉林土壤表層結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于另外兩種,團(tuán)聚度較針葉林和灌叢土壤表層高24.39%和23.61%,但下層結(jié)構(gòu)差,一旦表層遭到破壞,對(duì)下層的影響很大。如表5所示,0—10cm土層內(nèi),闊葉林土壤的分散率低于針葉林和灌叢土壤分散率,但灌叢土壤分散率較針葉林下土壤分散率低23.67%,表明在闊葉林下表層土具有較強(qiáng)的抗蝕性,灌草地次之,針葉林最弱；在10—20cm土層內(nèi),土壤抗蝕性強(qiáng)弱為：灌叢(24.71%)>針葉林(58.84%)>闊葉林(68.17%)。

表5 不同植被群落下土壤團(tuán)聚狀況、團(tuán)聚度、分散率、分散系數(shù)

Table 5 Soil agglomeration status, soil agglomeration degree, soil dispersion rate and soil dispersion coefficient in different vegetation communities

植被類型Vegetation types土壤層次Soil layers/cm團(tuán)聚狀況Soil agglomeration status%團(tuán)聚度Soil agglomeration degree/%分散率Soil dispersion rate /%分散系數(shù)Soil dispersion coefficient /%闊葉林0—1034.09 58.10 54.80 51.28 Broad-leaved forest10—2022.09 41.94 68.17 90.91 針葉林0—1014.94 33.71 78.84 55.56 Coniferous forest10—2027.50 45.32 58.84 79.37 灌叢Bushwood0—1024.21 34.49 55.17 55.56 10—2039.61 45.53 24.71 64.52

2.5 抗蝕指標(biāo)間的相關(guān)性分析

對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量、團(tuán)聚體含量、水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、結(jié)構(gòu)破壞率、團(tuán)聚狀況、團(tuán)聚度、分散率、分散系數(shù)等8個(gè)因子進(jìn)行主成分分析發(fā)現(xiàn)：有機(jī)質(zhì)含量在土壤表層和10—20cm土層的貢獻(xiàn)率最大,分別為75.073%和86.024%,因此用團(tuán)聚體含量和有機(jī)質(zhì)含量之間的相關(guān)性分析對(duì)各抗蝕指標(biāo)間的關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)。由表6可以得出,在0—10cm土層范圍內(nèi),水穩(wěn)性團(tuán)聚體較干篩團(tuán)聚體占優(yōu)勢(shì),有機(jī)質(zhì)含量與水穩(wěn)性團(tuán)聚體呈顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.977,土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量會(huì)隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加而增加, 水穩(wěn)性團(tuán)聚體在水中浸濕后穩(wěn)定性比較高,不容易解體, 在喀斯特區(qū),降雨量大且土層薄,土壤易遭水流侵蝕, 通過(guò)改善植被狀況來(lái)增加土壤有機(jī)質(zhì)含量, 從而增加土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量來(lái)達(dá)到提高土壤抗蝕性的目的[1]。結(jié)構(gòu)破壞率、分散系數(shù)和有機(jī)質(zhì)含量、水穩(wěn)性團(tuán)聚體的相關(guān)系數(shù)分別為-0.994、-0.931和-0.947、-0.832,呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；團(tuán)聚狀況和團(tuán)聚度和有機(jī)質(zhì)含量、水穩(wěn)性團(tuán)聚體的相關(guān)系數(shù)分別為0.991、0.941和0.997、0.847,呈正相關(guān)關(guān)系,表明結(jié)構(gòu)破壞率、團(tuán)聚狀況亦可用于評(píng)價(jià)該區(qū)表土土壤抗蝕性能。

表6 0—10cm土層土壤抗蝕指標(biāo)的相關(guān)性分析

**. 在 0.01 水平上顯著相關(guān)；*. 在 0.05 水平上顯著相關(guān)

在10—20cm土層范圍內(nèi),干篩團(tuán)聚體較水穩(wěn)性團(tuán)聚體占優(yōu)勢(shì),降水時(shí)靠土壤的下滲能力可以減少水蝕力。在10—20cm土層中,大團(tuán)聚體越多,土壤間的空隙越大越有利于滲水。由表7可知,有機(jī)質(zhì)含量與干篩團(tuán)聚體的相關(guān)系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系,系數(shù)為0.94。在10—20cm土層內(nèi),團(tuán)聚度來(lái)表征土壤抗蝕性能比較明顯,其與有機(jī)質(zhì)和干篩團(tuán)聚體含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.927和0.999,呈正相關(guān)關(guān)系。

表7 10—20cm土層土壤抗蝕指標(biāo)的相關(guān)性分析

*. 在 0.05 水平上顯著相關(guān)

3 討論

3.1 不同區(qū)域林下土壤抗蝕性的差異

土壤抗蝕性影響因素較多,不同區(qū)域在地形、巖性、氣候、植被等條件均有差異,導(dǎo)致不同區(qū)域林下土壤抗蝕性可能存在差別。由于土壤抗蝕性這一概念在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多,國(guó)外應(yīng)用較少,因此國(guó)外的研究中很少涉及土壤抗蝕性,國(guó)內(nèi)開(kāi)展的不同植被類型土壤抗蝕性的研究也很少出現(xiàn)在國(guó)外期刊上。Zheng等人的研究表明,杉木林和桉樹(shù)林下土壤的抗蝕性高于茶園、枇杷園和撂荒地[31]。劉旦旦等在黃土殘塬溝壑區(qū)的研究結(jié)果表明,林地土壤抗蝕性最高,荒草地次之,農(nóng)耕地土壤抗蝕性最差[32]。黃土丘陵溝壑區(qū)的研究結(jié)果表明,撂荒后植被從一年生草本群落階段演替到多年生蒿禾類草本群落階段的過(guò)程中,土壤的級(jí)配狀況在不斷改良,顆粒分形維數(shù)增大,團(tuán)粒結(jié)構(gòu)有所改善,土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的分形維數(shù)與結(jié)構(gòu)體破壞率均不斷減小,穩(wěn)定性不斷增強(qiáng),從而提高了土壤的抗蝕性[33]。上述研究結(jié)果都表明,林地下的土壤抗蝕性高于灌木、草地,或者高級(jí)植被群落下土壤的抗蝕性高于低級(jí)群落。本研究中將土壤抗蝕性分為兩層分析,考慮到土壤侵蝕首先發(fā)生在表層,因此將本研究中0—10cm層的研究結(jié)果與上述研究結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明,土壤表層的抗蝕性為闊葉林>灌叢>針葉林,除針葉林外,本研究的結(jié)果與上述其他研究結(jié)果是基本一致的。

李陽(yáng)芳等在云南元陽(yáng)梯田區(qū)的研究結(jié)果表明,荒草地的抗蝕性最好,灌木林地次之,有林地,坡耕地最差；>3mm的土壤團(tuán)聚體含量、3—2mm的土壤結(jié)構(gòu)水穩(wěn)度、<0.05mm的土壤分散率、土壤的團(tuán)聚狀況、植物根系含量5個(gè)指標(biāo)可以較全面地反映出元陽(yáng)梯田區(qū)土壤的抗蝕性能[34]。吳胡強(qiáng)等在安徽省岳西縣的研究表明,土壤抗蝕性強(qiáng)弱表現(xiàn)為馬尾松林大于桑樹(shù)林[35]。南方紅壤區(qū)的研究表明,土壤抗蝕性強(qiáng)弱的排序?yàn)楣嗄玖?松樹(shù)林>材用竹林>經(jīng)濟(jì)林>茶園,結(jié)構(gòu)性顆粒指數(shù)、土壤團(tuán)聚度和土壤結(jié)構(gòu)體破壞率等指標(biāo)能夠很好地衡量土壤抗蝕性強(qiáng)弱[36]。上述研究結(jié)果表明,排除人類直接干擾的用地類型外,總體上荒草地土壤抗蝕性最好,灌木林地次之,林地抗蝕性最差。這些結(jié)果與前述的研究結(jié)果以及與本研究的結(jié)果是相反的。這進(jìn)一步說(shuō)明土壤抗蝕性的影響因素較多,植被類型并不是決定土壤抗蝕性強(qiáng)弱的唯一因素,需要綜合考慮成土母質(zhì)、氣候、物種等因素。

3.2 喀斯特地區(qū)林下土壤抗蝕性的差異

如前所述,土壤抗蝕性的影響因素眾多,即使是同為喀斯特地區(qū),不同地區(qū)、不同自然條件下開(kāi)展的研究結(jié)果仍可能存在一定差異。陳佳等在桂西北喀斯特地區(qū)的研究表明,土壤抗蝕性強(qiáng)弱順序?yàn)?原生林>次生林>撂荒地>坡耕地>人工林[21]。蔣麗偉等在花江峽谷示范區(qū)的研究表明,土壤抗蝕性在退耕香椿林>退耕撂荒地>退耕油桐林>退耕車桑子地>退耕花椒地>耕地[20]。李會(huì)等在普定陳旗流域的研究結(jié)果表明,不同土地利用方式土壤的抗蝕性大小順序?yàn)?灌草地>稀疏灌叢地>火燒跡地>復(fù)合植被>幼林地>坡耕地[23]。王佩將等在貴州省大方縣桶井石漠化綜合治理示范區(qū)的研究結(jié)果表明,土壤抗蝕性大小排序?yàn)楣嗖輩? 喬灌過(guò)渡林> 灌木林> 喬木疏林> 人工林> 草坡> 坡耕地?？λ固厣絽^(qū),坡耕地土壤抗蝕性能最差; 植被恢復(fù)過(guò)程中,土壤的抗蝕性能先逐漸變好,后逐漸變差,轉(zhuǎn)折點(diǎn)在灌草階段[22]。上述研究雖然同在喀斯特地區(qū)開(kāi)展,但是研究結(jié)果有的表明植被演替階段越高級(jí),土壤抗蝕性越強(qiáng)；有的研究結(jié)果表明,土壤抗蝕性強(qiáng)弱并非與植被演替階段同向發(fā)展,而是存在轉(zhuǎn)折。

總體而言,本研究的結(jié)果表明在上層土壤中闊葉林的土壤抗蝕性大于灌木林,而針葉林的土壤抗蝕性最低。上述研究表明,喀斯特地區(qū)的土壤抗蝕性存在明顯的空間異質(zhì)性,受自然條件變化的影響很大。中國(guó)西南喀斯特地區(qū)覆蓋范圍較廣,降水、氣溫等氣候因素區(qū)域差異大,會(huì)直接或間接地影響土壤屬性,從而影響土壤抗蝕性；巖性條件的差異也是造成喀斯特地區(qū)土壤抗蝕性差異的重要原因?？λ固氐貐^(qū)主要巖石類型有石灰?guī)r、白云巖,而不同地層的石灰?guī)r、白云巖其純度、物質(zhì)組成、夾非碳酸鹽巖的狀況都有差異,這將直接影響成土母質(zhì),從而影響土壤抗蝕性。此外,中國(guó)西南喀斯特地區(qū)地表破碎、土層薄,土壤屬性在微觀尺度上也存在顯著差異,加上不同研究樹(shù)種、樹(shù)齡選擇的差異,都可能造成同樣是在中國(guó)西南喀斯特地區(qū)開(kāi)展的研究,但不同植被類型下土壤可蝕性的差異較大。上述情況進(jìn)一步說(shuō)明,為弄清喀斯特地區(qū)不同植被下土壤可蝕性的特征,已有研究仍然顯得不足,需要在不同的地貌、巖性、氣候條件、植被類型區(qū)域開(kāi)展更多的相關(guān)研究。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)樣地中三種植被群落下0—10cm和10—20cm土層土壤的抗蝕性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)除有機(jī)質(zhì)指標(biāo)外,其余指標(biāo)的變化特征均一致。土壤0—10cm層的抗蝕性：闊葉林>灌叢>針葉林；土壤10—20cm層的抗蝕性：灌叢>針葉林>闊葉林。通過(guò)綜合兩個(gè)土層土壤抗蝕性指標(biāo)的情況,可認(rèn)為有機(jī)質(zhì)含量、水穩(wěn)性團(tuán)聚體、團(tuán)聚度能較好地表征喀斯特林地土壤抗蝕性強(qiáng)弱。鑒于闊葉林的表層土壤抗蝕性高于灌叢和針葉林,而表層土壤是最先受到土壤侵蝕影響的層次,在喀斯特地區(qū)的植被恢復(fù)、生態(tài)重建、水土保持等工作中,如果以防治土壤侵蝕為目的,應(yīng)考慮種植闊葉樹(shù)種,避免針葉樹(shù)種。此外,相關(guān)研究結(jié)果對(duì)于指導(dǎo)水土保持實(shí)踐的區(qū)域差異與局限性也應(yīng)予以重視。