林培松，高全洲

（1.嘉應(yīng)學(xué)院 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，廣東 梅州，514015；2.中山大學(xué) 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣州510275）

土壤結(jié)構(gòu)是土壤的一項(xiàng)重要物理性質(zhì)。大量研究表明，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是土壤肥力的中心調(diào)節(jié)器，影響著土壤的孔隙性、持水性、通透性和抗蝕性，任何土壤的退化首先將表現(xiàn)為團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的消失。團(tuán)聚體的數(shù)量和大小是決定土壤侵蝕、壓實(shí)、板結(jié)等物理過程速度和幅度的關(guān)鍵指標(biāo)，其穩(wěn)定性也是反映土壤結(jié)構(gòu)狀況的重要指標(biāo)之一［1－2］。因此，作為土壤研究的重要方面，土壤團(tuán)聚體組成及其結(jié)構(gòu)特性的研究備受國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，眾多研究者已從不同角度對其開展了大量研究工作，但目前國內(nèi)主要集中在黃土高原、西南山區(qū)、川中丘陵區(qū)及閩西贛北紅壤區(qū)等區(qū)域［3－7］，而關(guān)于粵東北不同土地利用方式下紫色土結(jié)構(gòu)特性變化的研究仍鮮見報道。梅江中上游河谷盆地是粵東北韓江流域的典型區(qū)，紫色沉積巖廣泛分布，紫色土為該區(qū)主要土壤類型之一。由于紫色土質(zhì)地松軟，抗蝕性弱，加之該區(qū)域降雨集中且強(qiáng)度大、人口密集、土地墾殖率高等原因，從而導(dǎo)致該區(qū)水土流失較為嚴(yán)重，目前該區(qū)是韓江流域水土流失重點(diǎn)防治區(qū)之一。本文以粵東北梅江中上游河谷盆地紫色土為例，對不同利用方式紫色土團(tuán)聚體組成及其結(jié)構(gòu)特性變化進(jìn)行研究，探討紫色土質(zhì)量退化特征，對于區(qū)域水土保持、控制土壤退化、土地資源可持續(xù)利用具有重要的理論價值與指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于粵東北梅江中上游河谷盆地，梅州市梅南鎮(zhèn)境內(nèi)，位于116°02′－116°09′E，24°04′－24°02′N，是韓江流域水文生態(tài)典型區(qū)。地形主要以低山、丘陵和河流沖積階地為主。氣候?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，年均溫21.2℃，年均降雨量1 472.9mm，無霜期300d以上，年積溫7 700℃。土壤主要有紫色土、赤紅壤和水稻土等，地帶性植被為亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林。由于人類活動干擾，近年來區(qū)域內(nèi)原始地帶性植被面積大幅度減少，土壤侵蝕退化普遍嚴(yán)重。本研究選取梅江干流河谷的紫色土坡地，采樣區(qū)主要土地利用方式為茶園、柚果園、旱地、林地和撂荒地。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與處理

由于紫色土風(fēng)化成土作用弱，對母巖巖性的繼承性強(qiáng)，而紫色母巖因成巖時代和環(huán)境的差異，不同地質(zhì)年代巖石間顆粒組成、化學(xué)性質(zhì)差異較大，即使同一地質(zhì)年代不同層段也有差異［8］。因此在紫色土結(jié)構(gòu)特性研究中，選取的各土地利用類型土壤均起源于相同母巖類型，且所選樣地坡度、坡向和海拔等環(huán)境條件大體相似，以排除因發(fā)育條件不同而導(dǎo)致的土壤特性上的差異，從而突顯因人為和自然環(huán)境變化引起的土壤變化過程。在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)土地利用方式、地形等因素進(jìn)行樣方的選擇，在每一土地利用方式下布設(shè)3個樣方。在每一樣方內(nèi)按“S”形進(jìn)行設(shè)置采樣點(diǎn)，并分0－20cm、20－40cm土層用塑料飯盒采集原狀土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室沿土壤自然結(jié)構(gòu)輕輕剝開，將原狀土剝成直徑為10～12mm的小土塊，棄去其中的礫石和粗根等雜物，風(fēng)干備用。同時按土層取混合土樣用于測定其理化性質(zhì)。

2.2 樣品分析

待原狀土樣室內(nèi)風(fēng)干后，用干篩法和濕篩法分別測定＞5mm，5～2mm，2～1mm，1～0.5mm，0.5～0.25mm的各級風(fēng)干團(tuán)聚體和水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（沙維諾夫法），并計(jì)算團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）；用環(huán)刀取原狀土測定土壤容重、孔隙和水分特性；土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀－外加熱法測定；土壤顆粒組成用比重計(jì)法測定；其他土壤基本性質(zhì)采用常規(guī)方法測定［9－10］。采用 Excel、SPSS等分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤基本性質(zhì)

由于土地利用情況不同，導(dǎo)致了土壤養(yǎng)分的差異，進(jìn)而影響了土壤性質(zhì)，而土壤性質(zhì)的差異又會引起土壤結(jié)構(gòu)性的變化［11］。因此，對土壤的基本性質(zhì)進(jìn)行分析，可以為土壤結(jié)構(gòu)特性變化研究提供依據(jù)。章明奎等［12］研究表明，土壤水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體的形成主要靠有機(jī)質(zhì)和黏粒的膠結(jié)作用。由表l可見，同一紫色母質(zhì)不同土地利用方式下，土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和黏粒含量等基本性質(zhì)也發(fā)生相應(yīng)的變化，其中土壤表層（0－20cm）有機(jī)質(zhì)含量順序依次為：林地＞果園＞茶園＞撂荒地＞旱地；黏粒含量林地最高，其次為茶園，旱地最小。土壤底層（20－40cm）有機(jī)質(zhì)和黏土含量變化趨勢與表層大體相似，但變化幅度較表層小。在不同利用條件下，研究區(qū)紫色土pH值在5.97～6.71之間變化，說明此類紫色巖發(fā)育而成的土壤酸堿性差異不大?？偟膩砜矗寥纏H值與成土母質(zhì)相關(guān)性較大，而有機(jī)質(zhì)和黏粒含量則受土地利用方式的影響明顯。由表1可看出，供試土壤的有機(jī)質(zhì)和黏粒含量基本符合林地＞果園＞旱地的變化規(guī)律，說明植被覆蓋和合理的土地利用可以涵養(yǎng)水源、保留養(yǎng)分，維持土壤良好的結(jié)構(gòu)性，提高土壤抗蝕能力［13］。

3.2 土壤團(tuán)聚體組成

土壤團(tuán)聚體數(shù)量和組成決定了土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，特別是大于1mm的大團(tuán)聚體對調(diào)節(jié)土壤通氣與持水以及養(yǎng)分平衡釋放有著重要意義［14］。表1、表2分析了供試土壤干篩和濕篩團(tuán)聚體組成及團(tuán)聚體破壞率，可見，利用方式對土壤團(tuán)聚體的形成有較大影響。分析結(jié)果表明：研究區(qū)紫色土表層風(fēng)干團(tuán)聚體含量較高，干篩＞0.25mm的團(tuán)聚體含量均大于91%，平均達(dá)到94.17%，且主要以大粒徑的團(tuán)聚體為主，其中＞5mm的團(tuán)聚體含量平均達(dá)到48.49%；5～2 mm的團(tuán)聚體平均為22.63%；2～1mm的團(tuán)聚體平均為9.07%；1～0.25mm 團(tuán)聚體平均為13.98%，這說明表土層各級風(fēng)干團(tuán)聚體分布不均勻，大團(tuán)聚體含量較多，團(tuán)聚性好。土壤底層風(fēng)干團(tuán)聚體含量相對較小。土樣經(jīng)濕篩處理后，不穩(wěn)定的團(tuán)聚體崩解為較小的單元，各土層＞0.25mm團(tuán)聚體明顯減少，且以＞5mm團(tuán)聚體減少為最多。＞0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體總量變化為46.40%～66.92%，平均54.36%?？梢?，各紫色土樣之間風(fēng)干團(tuán)聚體差異不大，而水穩(wěn)性團(tuán)聚體之間差別較大。

表1 不同土地利用方式土壤基本性質(zhì)與風(fēng)干團(tuán)聚體組成

水穩(wěn)性團(tuán)聚體對保持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有重要作用，同時也是衡量土壤抗侵蝕能力的指標(biāo)之一。從表2可看出，不同利用類型土壤各土層水穩(wěn)性團(tuán)聚體變化基本相同。從土壤表層來看，＞5mm、5～2mm和＞0.25mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量順序皆表現(xiàn)為：林地＞果園＞茶園＞撂荒地＞旱地；底土層＞0.25mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量順序?yàn)椋毫值兀静鑸@＞果園＞撂荒地＞旱地，而＞5mm和5～2mm水穩(wěn)定團(tuán)聚體含量變化情況則與表土層相似。

林地、果園土壤表層和底層水穩(wěn)定性團(tuán)聚體皆以＞2mm為主，而茶園、撂荒地和旱地＞2mm的水穩(wěn)定團(tuán)聚體比例相對較小，這說明人為耕作活動影響最大的是大水穩(wěn)定性團(tuán)聚體，且由于人為干擾活動，研究區(qū)紫色土出現(xiàn)了一些大水穩(wěn)定性團(tuán)聚體向較小水穩(wěn)定性團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。土壤團(tuán)聚體破壞率也說明了這一點(diǎn)，各供試土壤團(tuán)聚體破壞率變化范圍為31.12%～47.60%，變化幅度為16.48%，其中旱地、撂荒地和茶園的破壞率較高，林地、果園的破壞率較低?？梢?，林地和果園地具較好的結(jié)構(gòu)性，團(tuán)聚體最穩(wěn)定；而人為干擾較大的旱地、撂荒地土壤團(tuán)聚體數(shù)量明顯下降，土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性最差。同一母質(zhì)發(fā)育的土壤因利用方式不同，導(dǎo)致團(tuán)聚體的組成和質(zhì)量發(fā)生明顯變化，這說明利用方式對土壤團(tuán)聚體的形成有較大的影響。

表2 不同土地利用方式土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成 %

3.3 土壤團(tuán)聚體大小特征

土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）是反映土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性和大小分布狀況的常用指標(biāo)，該值越大表示土壤團(tuán)聚度越高，穩(wěn)定性越好，土壤抗侵蝕能力越強(qiáng)，其數(shù)量因土壤團(tuán)聚體分組的數(shù)量和粒徑大小而不同［7，15］。分析圖1可知，研究區(qū)不同利用方式紫色土各土層干篩團(tuán)聚體MWD變化趨勢大體一致。各土地利用類型表土層干篩團(tuán)聚體MWD值表現(xiàn)為：林地＞果園＞茶園＞撂荒地＞旱地，且各利用類型之間相比差異不顯著，說明不同土地利用方式對土壤風(fēng)干團(tuán)聚體大小分布的影響不顯著，這與張保華等［16］研究結(jié)果相同。底土層風(fēng)干團(tuán)聚體MWD變化趨勢與表層大體相似，但各利用類型間差異進(jìn)一步減小。濕篩處理后，各土層團(tuán)聚體MWD明顯減小，不同利用方式下各土樣之間MWD差異增大。在0－20cm和20－40cm土層，5種土地利用類型中均以林地水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD為最大，撂荒地和旱地最小，其中林地表土層 MWD分別是撂荒地和旱地的1.94倍、2.66倍，這說明土地利用方式對水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD影響較大。5種土地利用方式中林地的穩(wěn)定性最好，撂荒地和旱地的穩(wěn)定性最差，說明保護(hù)森林植被有利于保持土壤的穩(wěn)定性，提高土壤抗侵蝕能力。

圖1 不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）變化

隨土壤深度增加，林地、果園和茶園土壤濕篩團(tuán)聚體MWD呈逐漸減少的變化趨勢，而旱地則正好相反，隨土壤層次的增加而遞增。5種利用類型土壤濕篩MWD剖面垂直變化差異不一，其中林地土層間差異最大（達(dá)0.41mm），其次是果園（0.29mm），撂荒地最?。▋H0.03mm）。這現(xiàn)象與不同利用類型土地的經(jīng)營措施有關(guān)，林地表土層團(tuán)聚體MWD明顯大于底土層，這可能與其表層土壤有機(jī)質(zhì)含量較高有關(guān)，豐富的有機(jī)質(zhì)有利于促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成［17］；果園雖為人工種植培育，但通常是栽種初期撫育、除草等人為活動較多，長成后人類擾動明顯減少，因此其土壤團(tuán)聚體MWD與林地表現(xiàn)出相類似的特征；茶園和旱地需經(jīng)常除草撫育，致使表層土壤相對疏松，且地表植被不多，其抗侵蝕能力較弱；而撂荒地主要以草本為主，其根系主要集中于土壤表面，對底土層影響較小，故土壤團(tuán)聚體MWD較小，且后期人為活動干擾不多，以致土層間MWD差異亦較小。

3.4 土壤孔隙組成分析

土壤孔隙是水分和空氣的通道和儲存所，它的組成狀況直接影響土壤水、熱及通氣狀況和根系穿插的難易，是土體構(gòu)造的主要指標(biāo)之一［18］。而土壤容重主要取定于土壤孔隙及土壤固體的數(shù)量，其大小反映出土壤透水性、通氣性和根系伸展時的阻力狀況［19］。因此，土壤容重的變化，對土壤的多孔性質(zhì)產(chǎn)生較大的影響，并影響著土壤的滲透性和保水能力。

不同利用方式紫色土各土層孔隙組成狀況存在一定的差異（表3）。研究區(qū)5種土地利用類型中，林地、果園的土壤結(jié)構(gòu)特性比相應(yīng)的撂荒地和旱地優(yōu)越。與撂荒地和旱地相比，林地、果園表層土壤容重分別降低7.06%、和7.50%，總孔隙度則分別提高11.39%和10.87%，底層20－40cm土壤亦表現(xiàn)出類似規(guī)律，但各土地利用類型間差異相對較小。以上結(jié)果表明人類干擾較小的林地土地利用方式有利于改善土壤結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)容蓄能力，更有利于土地蓄水保土和植被生長。

表3 不同土地利用方式土壤孔隙組成

土壤非毛管孔隙數(shù)量多少主要反映土體在壘結(jié)上的松緊狀態(tài)，反映土壤動態(tài)涵蓄水能力［18］。由表3可見，5種土地利用類型各土層總孔隙度介于38.20%～45.28%，其中，0－20cm土層非毛管孔隙度相對順序?yàn)椋毫值兀竟麍@＞茶園＞撂荒地＞旱地，林地、果園表層土壤非毛管孔隙度分別比撂荒地和旱地增加24.89%、17.68%。底層土壤非毛管孔隙亦有類似變化規(guī)律。這表明林地和果園紫色土具有較好的孔隙狀況，大小孔隙比例較為適中，通氣狀況和蓄水能力較好。土地利用方式轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)耕地后紫色土總孔隙數(shù)量下降，大孔隙減少，土壤構(gòu)造變得較為緊實(shí)，從而降低了土壤通氣性和透水性，這種孔隙狀況反過來又對土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒的形成產(chǎn)生不良影響。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)5種土地利用類型紫色土表土層各級干篩團(tuán)聚體分布不均勻，表土層風(fēng)干團(tuán)聚體以大粒徑為主，團(tuán)聚性好。各土地利用方式土壤之間風(fēng)干團(tuán)聚體差異不大，而水穩(wěn)性團(tuán)聚體之間差別則較大，濕篩處理后，各土層＞0.25mm團(tuán)聚體明顯減少，表明不同土地利用方式對紫色土水穩(wěn)性團(tuán)聚體有較大影響。

（2）不同利用方式紫色土各土層水穩(wěn)性團(tuán)聚體變化基本相同，＞5mm、5～2mm和＞0.25mm表土層水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量順序均表現(xiàn)為：林地＞果園＞茶園＞撂荒地＞旱地，＞5mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量及團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性與有機(jī)質(zhì)和黏粒含量成正相關(guān)。結(jié)構(gòu)體破壞率則表現(xiàn)為旱地＞撂荒地＞茶園＞果園＞林地，表明農(nóng)耕地由于人為擾動，團(tuán)聚體水穩(wěn)性較園地、林地差。

（3）紫色土各土層團(tuán)聚體MWD變化趨勢大體一致，均以林地為最大，撂荒地和旱地最小。不同土地利用方式對土壤風(fēng)干團(tuán)聚體大小分布影響不顯著，但濕篩處理后，各土層團(tuán)聚體MWD明顯減小，各利用類型之間團(tuán)聚體MWD差異增大，表明土地利用方式對水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD影響較大。5種利用類型土壤濕篩MWD剖面垂直變化差異不一，這與不同利用類型土地的經(jīng)營措施有關(guān)。

（4）不同利用方式紫色土各土層孔隙組成狀況存在一定的差異，林地、果園土壤在總孔隙數(shù)量、大小孔隙比例等結(jié)構(gòu)特性方面比相應(yīng)的撂荒地和旱地優(yōu)越。因此，研究區(qū)應(yīng)保護(hù)好地帶性森林植被，維持林地土壤良好結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。同時通過合理調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，有效改善土壤結(jié)構(gòu)，防止水土流失，以達(dá)到紫色土資源持續(xù)利用。

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