田 剛，張曉勉，張金池，高智慧，岳春雷，李奕劍，李 鋼

（1. 浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；3. 南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037；3. 浙江省林業(yè)技術(shù)推廣總站，浙江 杭州 310020）

錢塘江源頭地區(qū)主要植被類型土壤抗蝕性研究

田 剛1，張曉勉2*，張金池3，高智慧4，岳春雷2，李奕劍1，李 鋼1

（1. 浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；3. 南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037；3. 浙江省林業(yè)技術(shù)推廣總站，浙江 杭州 310020）

對錢塘江源頭地區(qū)8種不同植被類型不同土層深度土壤抗蝕性、土壤理化性質(zhì)和土壤根系特性進(jìn)行了測定。經(jīng)主成分分析，從8個用于表征土壤抗蝕性的指標(biāo)中，篩選出反映研究區(qū)土壤抗蝕性的3個最佳指標(biāo)為：水穩(wěn)性指數(shù)、﹥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)粒、﹥0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)粒；對植物根系特性與土壤抗蝕性的關(guān)系進(jìn)行了研究，≤1 mm細(xì)根能有效提高土壤抗蝕性，在表征根系的參數(shù)中，根體積和根表面積能更好反映根系提高土壤抗蝕性能的效應(yīng)。

土壤抗蝕性；土壤理化性質(zhì)；根系特性；主要植被類型；錢塘江源頭地區(qū)

土壤抗蝕性（Soil anti-erodibility）是指土壤對侵蝕營力分散和搬運(yùn)作用的抵抗能力，即土壤對侵蝕的易損性或敏感性的倒數(shù)。它是控制土壤承受降雨和徑流分離及輸移等過程的綜合效應(yīng)[1]。研究表明，土壤抗蝕能力成為認(rèn)識降雨侵蝕過程機(jī)制的一個重要環(huán)節(jié)，同時它還是建立各種土壤流失方程和坡面侵蝕模型必不可少的重要參數(shù)[2]。目前，對土壤抗蝕性的研究主要集中在抗蝕性評價指標(biāo)以及與土壤理化性質(zhì)和植物根系之間的關(guān)系這三個方面，且主要以土壤抗蝕指數(shù)等參數(shù)表征其大小[3～5]。其中植物根系與土壤抗蝕性有重要影響，有研究表明植物根系與土壤抗蝕性呈較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系[6]，植被的生長對土壤抗蝕性具有較大的增強(qiáng)效應(yīng)，徐文遠(yuǎn)等指出≤1mm根系對土壤抗蝕性的提高起主導(dǎo)作用[7～10]。

錢塘江是浙江境內(nèi)第一大河，橫貫西東流域，面積占全省八大水系的 47.8%，徑流量占全省八大水系的50.4%[11]。加強(qiáng)錢塘江流域特別是源頭地區(qū)植被恢復(fù)和水土保持工作，對于浙江省乃至整個長三角地區(qū)的環(huán)境保護(hù)和生態(tài)安全都具有重要意義。本研究通過對錢塘江源頭地區(qū)主要植被類型土壤抗蝕性、土壤理化性質(zhì)、植物根系特性等的研究，以期為錢塘江流域水土保持和生態(tài)保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于錢塘江源頭的開化縣，118° 23′ E，29° 07′ N，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，年平均氣溫16.3℃，年平均降水量1 762.1 mm，森林覆蓋率79.2%[7]。全縣土壤分為5個土類、9個亞類、21個土屬、45個土種。低山丘陵以紅壤土為主，谷地平畈多水稻土。土層厚度薄至中，質(zhì)地輕壤至重壤，pH值平均7.5。

2 材料與方法

2.1 樣地設(shè)置

在研究區(qū)內(nèi)選取馬尾松林、針闊混交林（馬尾松、木荷、香樟混交）、毛竹林、麻櫟林、杉木林、灌木林，以及當(dāng)?shù)胤植急容^廣的茶園、農(nóng)田8種植被類型為研究對象。選擇能夠反映區(qū)內(nèi)林分基本特征，具有代表性的地段，盡量選擇坡向一致，坡度、坡位大致相似的地段設(shè)置樣地，每個類型各設(shè)3個樣地。各樣地基本情況見表1。

表1 樣地情況Table 1 Sample plots

2.2 樣品采集及實(shí)驗(yàn)方法

在各植被類型樣地內(nèi)選擇典型地段（離道路、橋梁、林緣較遠(yuǎn)，人為干擾較少的地方），設(shè)置20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地進(jìn)行調(diào)查。在每一種植被類型的典型地段挖取土壤剖面2個，分別在0 ～ 10 cm、>10 ～ 20 cm、>20 ～30 cm、>30 ～ 40 cm土層取樣。

土壤抗蝕性測定采用靜水崩解法[12]。從各土層風(fēng)干土樣中選取直徑0.5 ～ 0.7 cm土粒50顆，均勻放在孔徑5 mm金屬網(wǎng)上，然后置靜水中，以1 min為間隔，記錄分散的土粒數(shù)，持續(xù)10 min，最后計算土壤的水穩(wěn)性指數(shù)。

細(xì)根調(diào)查采用土柱法，根系帶回室內(nèi)浸泡清洗后風(fēng)干，用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)測定各徑級細(xì)根根長、根表面積、根體積，再將風(fēng)干根系置于烘箱6 h（90℃）烘干后稱量，并計算各徑級根質(zhì)量(各徑級根體積/根樣總體積與根樣總質(zhì)量之積)。

土壤容重采用環(huán)刀法測定[13]。顆粒分析采用甲種比重計法[13]。有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀—硫酸氧化法[14]。

3 結(jié)果分析

3.1 不同植被類型土壤水穩(wěn)性指數(shù)分布規(guī)律

由于影響土壤抗蝕性的因素比較多而且比較復(fù)雜，目前對土壤抗蝕性的一些認(rèn)識還局限于表象，其作用機(jī)理還遠(yuǎn)未研究清楚，關(guān)于土壤抗蝕性的評價也尚未找到普遍適用的指標(biāo)[15]。有大量學(xué)者對土壤抗蝕性進(jìn)行了廣泛研究[4,6～10]，其中張金池、胡海波等[16]通過測定土壤水穩(wěn)性指數(shù)，對蘇北淤泥質(zhì)海岸防護(hù)林土壤抗蝕性進(jìn)行了研究，取得了較為滿意的效果。

本研究選取8種不同植被類型0 ～ 10 cm、>10 ～ 20 cm、>20 ～ 30cm、>30 ～ 40 cm土層水穩(wěn)性指數(shù)進(jìn)行研究結(jié)果見圖1。

圖1 不同植被類型土壤水穩(wěn)性指數(shù)分布Figure 1 Distribution of water soluble index of soil under different vegetation types

由圖1可以看出：各植被類型土壤水穩(wěn)性指數(shù)隨著土層的增加逐漸減小，0 ～ 10 cm水穩(wěn)性指數(shù)最大，各植被類型平均值為0.979；>30 ～ 40 cm水穩(wěn)性指數(shù)最小，平均值為0.680。特別是針闊混交林、麻櫟林、杉木林、灌木林和馬尾松林這5種類型減小趨勢更明顯，0 ～ 10cm土層水穩(wěn)性指數(shù)比>30 ～ 40 cm土層平均減小了47%；而茶園、農(nóng)田、毛竹林減小幅度較小，平均減小了3.7%。綜合各土層情況后進(jìn)行分析，可以看出在8種植被類型中，茶園、農(nóng)田和毛竹林水穩(wěn)性指數(shù)最高，4個土層平均值分別為 0.994、0.981、0.983，馬尾松林、灌木林居中分別為0.818、0.819，針闊混交林、杉木林、麻櫟林較低，分別為0.696、0.694和0.664，。

茶園、農(nóng)田、毛竹林這3個類型主要為人工經(jīng)營，土層較厚，土壤肥沃，因施肥、撫育等措施，土壤N、P、K以及有機(jī)質(zhì)含量豐富，有機(jī)膠體含量高，40 cm以上土層土壤理化性質(zhì)接近，而且都比較好，所以水穩(wěn)性指數(shù)在8種類型中最高，且各土層變化不大。毛竹林根系發(fā)達(dá)，竹鞭竹根交錯縱橫，分布面積廣，固持網(wǎng)絡(luò)土壤能力強(qiáng)，而且根表面分泌有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)，使土壤團(tuán)聚度增高，毛竹林這種特殊的根系特性，對土壤結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)產(chǎn)生了不同影響，提高了土壤的抗侵蝕能力。針闊混交林、麻櫟林、杉木林、灌木林和馬尾松林這5種類型基本為山林地，立地條件差，土壤石粒含量高，土壤貧瘠，土層很薄，一般只有20 cm左右，表層以下往往夾雜大量的石粒，有機(jī)質(zhì)含量缺乏，特別是針闊混交林、杉木林、麻櫟林甚至有些土層還保留有成土母質(zhì)的特性，算不上成熟土，因此土壤抗侵蝕能力較弱，而且土層越深，土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)越差，土壤抗侵蝕能力越弱。

3.2 土壤理化性質(zhì)對土壤抗蝕性的影響

表2 主成分貢獻(xiàn)率Table 2 Contribution rate of principle components

表3 各主成分特征向量Table 3 Characteristic vector of each principle component

衡量土壤抗蝕性的指標(biāo)很多，歸納起來主要有 4大類，即土壤的化學(xué)性質(zhì)、土壤顆粒成分、水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量、土壤分散性和持水特性等[17]。本研究選取水穩(wěn)性指數(shù)（X1）、土壤粉粒含量（X2）、粘粒含量（X3）、﹥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)粒（X4）、﹥0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)粒（X5）、結(jié)構(gòu)性指數(shù)（X6）、土壤容重（X7）、有機(jī)質(zhì)（X8）8個指標(biāo)對土壤抗蝕性的影響因素進(jìn)行分析。由于上述指標(biāo)較多且有重復(fù)，因此進(jìn)行主成分分析，對指標(biāo)進(jìn)行分類篩選。

由表 2可以看出前 3主成分累計貢獻(xiàn)率為94.99%，已包含大部分信息。從表3可以看出，這些指標(biāo)可以分為3類。第一特征向量X1、X4、X5得分較高，可以認(rèn)為是反映土壤水穩(wěn)特征的因子；第二特征向量X6、X7得分較高，可以看做是反映土壤結(jié)構(gòu)的因子；第三特征向量X2得分較高，可以看做土壤粉粒特性的因子。通過對3個特征向量的分析，可得到研究區(qū)反映土壤抗蝕性的3個最佳指標(biāo)為：X1、X4、X5。

3.3 植物根系對土壤抗蝕性的影響

研究表明，植物根系對土壤抗蝕性有重要影響[18]。為了深入研究錢塘江源頭地區(qū)植物根系與土壤抗蝕性的關(guān)系，選擇≤1 mm細(xì)根長（A1）、≤1 mm細(xì)根表面積（A2）、≤1 mm細(xì)根體積（A3）、≤1 mm細(xì)根量（A4）與表征土壤抗蝕性的主要指標(biāo)水穩(wěn)性指數(shù)（B1）、> 0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)粒（B2）、>0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)粒（B3）進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表4。

由表4可以看出，植物≤1 mm根系特性與3個抗蝕性指標(biāo)相關(guān)性顯著，其中A3和A2與B1、B2相關(guān)性達(dá)到極顯著水平。說明≤1mm細(xì)根特別是根體積和根表面積，能更好的反映植物根系對土壤抗蝕性的影響。植物根系在土壤中生長、穿插，死亡、腐爛，與周圍土壤不斷相互作用，特別是死亡細(xì)根的分解產(chǎn)物，以及活細(xì)根周圍所產(chǎn)生的糖類、有機(jī)酸等根系分泌物，是土粒之間團(tuán)聚體的膠結(jié)物質(zhì)，極大地促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成，增加了土壤有機(jī)質(zhì)，大大提高了土壤的抗蝕性能。而根體積和根表面積集中體現(xiàn)了根系與土壤系統(tǒng)作用面積的大小，在一定程度上反映了細(xì)根生物量的多少及作用[19～21]。

表4 根系特性與抗蝕性指標(biāo)相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient of root system properties and anti-erodibility index

3 結(jié)論

（1）各植被類型土壤水穩(wěn)性指數(shù)隨著土層的增加逐漸減小，0 ～ 10 cm水穩(wěn)性指數(shù)最大，>30 ～ 40 cm水穩(wěn)性指數(shù)最小。綜合各土層情況可以看出，在8種植被類型中，茶園、農(nóng)田和毛竹林水穩(wěn)性指數(shù)最高。

（2）采用主成分分析，將8個指標(biāo)對土壤抗蝕性的影響進(jìn)行分類評價，篩選出反映研究區(qū)土壤抗蝕性的3個最佳指標(biāo)為：水穩(wěn)性指數(shù)、﹥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)粒、﹥0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)粒，3個指標(biāo)主成分累計貢獻(xiàn)率為94.99%，能較好反映當(dāng)?shù)刂饕脖活愋屯寥赖目刮g性。

（3）通過相關(guān)分析研究植物根系特性與土壤抗蝕性的關(guān)系，可以看出≤1 mm根系特性與3個抗蝕性指標(biāo)相關(guān)性顯著，其中根體積和根表面積與水穩(wěn)性指數(shù)、﹥0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)粒相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，能更好的反映植物根系對土壤抗蝕性的影響。

（4）土壤水土流失是一系列因素造成的綜合效應(yīng)。本研究采用靜水崩解法對土壤水穩(wěn)性指數(shù)與土壤理化性質(zhì)及植物根系的關(guān)系等方面進(jìn)行了初步研究，為了對錢塘江源頭地區(qū)土壤水土流失機(jī)理及影響因素進(jìn)行深入綜合研究，將在以后的研究中引入其他水土保持指標(biāo)和更多土壤理化性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行深入分析。

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Soil Anti-erodibility under Different Vegetation Types in Kaihua

TIAN Gang1，ZHANG Xiao-Mian2*，ZHANG Jin-Chi3，GAO Zhi-Hui4，YUE Chun-Lei2，LI Yi-Jian1，LI Gang1
（1. Zhejiang Guangchuan Engineering Consulting Co., Ltd, Hangzhou 310020, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 3. Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China; 4. Zhejiang Forestry Extension Station, Hangzhou 310020, China）

Determinations were made on soil anti-erodibility, physiochemical properties and root system characters at different soil layers under 8 vegetation types in Kaihua county, the source of Qiantang river, Zhejiang province. Principal component analysis on the determination data showed that 3 best indicators (water stable index, >0.25mm water stable aggregates, >0.5mm water stable aggregates) were selected from total eight anti-erodibility indexes. The experiment showed that fine roots less than 1mm in diameter could effectively improve soil anti-erodibility. Among the parameters of root system, root volume and root surface area could better indicate anti-erodibility of root system．

soil anti-erodibility; soil physical and chemical property; root characteristics; vegetation types; source of Qiantang River

S714.2

A

1001-3776（2015）03-0031-05

2015-02-01；

2015-04-12

浙江省水利河口研究院院長基金資金項(xiàng)目“錢塘江流域降雨侵蝕力模型研究”（水保A10003）

田剛（1982-），男，山東萊蕪人，工程師，從事水土保持規(guī)劃設(shè)計工作；*通訊作者。