韓加強(qiáng)，高曉飛，2，路炳軍，3，譚 欣，王 維，牛建利

（1.北京師范大學(xué) 地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院，北京100875；2.北京師范大學(xué)地表過程與資源生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100875；3.北京市水土保持工作總站，北京100038）

土壤侵蝕是全球性的重大環(huán)境問題。我國是世界上土壤侵蝕最嚴(yán)重的國家之一，每年土壤流失量約80～120億t，年損失糧食約18～30億kg［1－2］。土壤侵蝕強(qiáng)度與侵蝕環(huán)境和抵御侵蝕的能力都有密切關(guān)系。土壤團(tuán)聚體（wet aggregate stability）的數(shù)量和質(zhì)量，是土壤對(duì)徑流和侵蝕敏感性的有效指示因子［3］。對(duì)土壤團(tuán)聚體粒徑組成及水穩(wěn)定性的研究能為水土流失防治提供科學(xué)依據(jù)，因而成為學(xué)術(shù)界研究的重點(diǎn)?？偨Y(jié)已有的研究成果，可將影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的因素概括為土壤有機(jī)質(zhì)、土壤微生物、耕作方式、土地利用類型、氣候條件和植被覆蓋情況等［4－9］。水土流失防治中，工程措施和植物措施是比較常用的兩種方式。在選擇水土保持措施時(shí)，不僅要考慮其對(duì)土壤流失量的抑制作用，也應(yīng)該考慮對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響。具有良好結(jié)構(gòu)的土壤不僅對(duì)土壤侵蝕具有較好的抑制作用，還對(duì)土壤肥力具有較好的保護(hù)作用。

為了解不同水土保持措施對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響，以北京市延慶縣水土保持科技示范園中的不同水保措施的徑流小區(qū)為研究對(duì)象，探討不同水保措施對(duì)土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量和大團(tuán)聚體水穩(wěn)定性的影響，以期為水土保持工作提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)介紹

北京市延慶縣水土保持科技示范園位于北京市延慶縣大榆樹鎮(zhèn)上辛莊村，屬永定河水系、官廳水庫上游一級(jí)支流媯水河流域。示范區(qū)年平均氣溫為8.5℃，無霜期150～160d［10］。在示范園南側(cè)山坡上共布設(shè)24個(gè)徑流小區(qū)，坡度為10°～40°，長5～21 m，寬1～5m。小區(qū)四周設(shè)高出地面20～30cm，埋深30～50cm，厚11.5cm用磚圍砌水泥抹面的擋水圍埂。圍埂外側(cè)為與小區(qū)處理相同的保護(hù)帶，帶寬1.5m。坡面處理有魚鱗坑整地荒坡、魚鱗坑種植側(cè)柏坡面、水平條整地荒坡、水平條種植落葉小喬木坡面（核桃樹）及未采取任何措施的對(duì)照坡面等［11］。

研究選取小區(qū)中未采取任何措施的對(duì)照坡面（下文簡稱“對(duì)照坡面”）、魚鱗坑整地荒坡、魚鱗坑種植側(cè)柏坡面、水平條整地荒坡和水平條種植落葉小喬木坡面為研究對(duì)象，分別在每個(gè)小區(qū)的不同位置進(jìn)行采樣以減少誤差，具體采樣情況如表1所示。

表1 不同水保措施的采樣地點(diǎn)

1.2 研究方法

土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體粒徑分布使用電動(dòng)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分析儀采用濕篩法［12］進(jìn)行測定。儀器共有4套篩子，每套由5個(gè)孔徑不同的篩子組成，分別為：5，2，1，0.5和0.25mm。實(shí)驗(yàn)中套篩的振幅為4 cm，頻率為30次／min，震動(dòng)時(shí)間為10min。供試樣品分層放入土篩后，不進(jìn)行預(yù)濕，直接浸入水中［13］。

土壤大團(tuán)聚體水穩(wěn)定性測定采用Kemper和Rosenau方法［14］。只使用一個(gè)0.25mm孔徑的篩子，實(shí)驗(yàn)中篩子的升降幅度為3.7cm，頻率為29次／min，持續(xù)時(shí)間為10min。同樣，為了減少預(yù)濕潤過程中因人為原因造成的誤差，不對(duì)土樣進(jìn)行預(yù)濕潤。

有機(jī)質(zhì)含量采用“重鉻酸鉀容量—外加熱法”測定［15］。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體粒徑組成分析

2.1.1 土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量 研究發(fā)現(xiàn)，同一種水保措施不同位置的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量存在較大差異（圖1）。將每種水保措施不同位置的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量的平均值作為每種水保措施土壤的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量的平均狀況。則結(jié)果顯示為：魚鱗坑種植側(cè)柏坡面（33.2%）＞水平條種植小喬木坡面（33.1%）＞對(duì)照坡面（25.5%）＞水平條整地荒坡（21.5%）＞魚鱗坑整地荒坡（20.4%）（表2）。

研究結(jié)果表明，工程措施會(huì)減少土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量，采取植物措施后土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量會(huì)顯著增加。和對(duì)照坡面相比，僅采用工程措施的魚鱗坑整地荒坡和水平條整地荒坡的土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量都明顯降低，分別減少了5.1%和4.0%。采取植物措施后，魚鱗坑種植側(cè)柏坡面土壤的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量明顯高于僅采用工程措施的魚鱗坑整地荒坡，增加了12.8%；水平條種植小喬木坡面土壤的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量明顯高于僅采用工程措施的水平條整地荒坡，增加了11.6%。

圖1 不同水保措施的土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量

2.1.2 土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體粒徑組成 研究區(qū)的土壤以較大粒徑（2～5mm和5～8mm）的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體為主，但不同水保措施的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的粒徑組成具有較大的差異（表2）。和對(duì)照坡面相比，僅采用工程措施會(huì)對(duì)土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體造成破壞，主要表現(xiàn)為破壞了較大粒徑（2～5mm和5～8mm）的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體。魚鱗坑整地荒坡各粒徑的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量均低于對(duì)照坡面，降低幅度最大的是粒徑為5～8mm的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體，降低了2.7%；粒徑為2～5mm，1～2mm，0.5～1mm，0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體分別降低了0.1%，0.5%，1.0%，0.9%。水平條整地荒坡各粒徑中，粒徑為5～8mm，2～5mm，1～2mm，0.5～1mm的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量均低于對(duì)照坡面，降低幅度最高的為粒徑為5～8mm的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體，降低了3.5%；粒徑為2～5mm，1～2mm，0.5～1mm的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體分別降低了1.5%，0.9%，0.5%（表2）。

表2 不同水土保持措施的土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的粒徑組成 %

與僅采用工程措施相比，在工程措施的基礎(chǔ)上增加植物措施會(huì)增加土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量，主要體現(xiàn)在增加了較大粒徑（2～5mm和5～8mm）的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體。和魚鱗坑整地荒坡相比，增加了植物措施的魚鱗坑種植側(cè)柏坡面的各粒徑水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量都高于魚鱗坑整地荒坡，增加最多的是粒徑為5～8mm的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體，增加了6.3%，其次是粒徑為2～5mm的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體，增加了4.9%，粒徑為1～2mm，0.5～1mm和0.25～0.5 mm的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量分別增加了1.3%，0.1%，0.1%。和水平條整地荒坡相比，增加了植物措施的水平條種植小喬木坡面的粒徑為5～8mm，2～5mm，1～2mm，0.5～1mm的土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量都明顯增加，分別增加了4.8%，5.4%，1.7%，1.1%。

綜上可知：（1）僅僅采用魚鱗坑或水平條等工程措施會(huì)對(duì)土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體造成破壞，減少土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量；采用植物措施后可以明顯增加土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量；（2）魚鱗坑和水平條等工程措施對(duì)土壤團(tuán)聚體的破壞主要體現(xiàn)在破壞了粒徑為5～8mm的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體；采取植物措施后能夠?qū)ν寥赖乃€(wěn)性大團(tuán)聚體的形成起到較好的促進(jìn)作用，特別是增加了粒徑為2～5mm和5～8mm的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量。

2.2 土壤大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性分析

不同水土保持措施的土壤大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性存在一定的差異，表現(xiàn)為土壤大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性的大小關(guān)系為：魚鱗坑種植側(cè)柏坡面（28.9%）＞水平條種植小喬木坡面（27.4%）＞對(duì)照坡面（26.1%）＞水平條整地荒坡（25.4%）＞魚鱗坑整地荒坡（23.1%）。僅采用魚鱗坑或水平條等工程措施會(huì)降低土壤大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性，采用植物措施后可以明顯提高土壤大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性。和對(duì)照坡面相比，僅采用工程措施的魚鱗坑整地荒坡和水平條整地荒坡的土壤大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性都明顯降低，分別降低了3.0%和0.7%。采取植物措施以后，魚鱗坑種植側(cè)柏坡面的土壤大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性明顯高于僅采用工程措施的魚鱗坑整地荒坡，增加了5.8%；水平條種植小喬木坡面的土壤大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性明顯高于僅采用工程措施的水平條整地荒坡，增加了2.0%。不同水保措施土壤的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量和大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性之間具有顯著的相關(guān)性（p＜0.01）（圖2）。

圖2 土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量和大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性之間的相關(guān)關(guān)系圖

綜上可知：（1）僅僅采用魚鱗坑或水平條等工程措施會(huì)降低土壤大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性，采用植物措施后可以明顯提高土壤大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性；（2）不同水保措施土壤的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量和大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性之間具有顯著的相關(guān)性。

2.3 有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤大團(tuán)聚體的影響分析

土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤團(tuán)聚體的形成具有明顯的促進(jìn)作用。不同水土保持措施土壤的有機(jī)質(zhì)含量和土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量（圖3a）、大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性（圖3b）之間具有顯著的相關(guān)性（p＜0.01）。

圖3 土壤有機(jī)質(zhì)和水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量及大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性之間的相關(guān)關(guān)系

3 結(jié)論

本研究以北京市延慶縣水土保持科技示范園中的徑流小區(qū)為例，研究了不同水保措施對(duì)土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量和大團(tuán)聚體水穩(wěn)定性的影響，主要研究結(jié)果如下：

（1）僅采用魚鱗坑或水平條等工程措施會(huì)對(duì)土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體造成破壞，并降低土壤大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性；采用植物措施后可以明顯增加2～5mm和5～8mm粒徑的水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量，并明顯提高土壤大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性。

（2）土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤團(tuán)聚體的形成具有明顯的促進(jìn)作用，土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量和大團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性之間都有顯著的相關(guān)性。

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