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        薄層土石山區(qū)坡改梯土壤環(huán)境效應研究

        2016-08-17 02:05:19宋曉強陜西省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心陜西西安710004
        陜西水利 2016年4期
        關鍵詞:砂粒坡耕地梯田

        宋曉強(陜西省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心陜西西安710004)

        薄層土石山區(qū)坡改梯土壤環(huán)境效應研究

        宋曉強
        (陜西省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心陜西西安710004)

        坡改梯是薄層土石山區(qū)控制水土流失,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。本文基于對土石山區(qū)不同類型梯田的實地調(diào)查采樣,通過室內(nèi)實驗分析,結合模糊數(shù)學評價模型,分析了土石山區(qū)坡改梯前后土壤生態(tài)效應變化。

        土石山區(qū);土壤養(yǎng)分評價;坡改梯;分析研究

        1 前言

        陜西省南部地區(qū)坡地嚴重的水土流失,導致大量的泥沙順坡匯集注入江河,給下游地區(qū)帶來災害[1-2]。坡耕地是導致陜南薄層土石山區(qū)水土流失的主要原因。因此,合理有效的治理陜南土石山區(qū)坡耕地的水土流失,對建設生態(tài)農(nóng)業(yè),發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義[3-4]。改造坡耕地,建設水平梯田,是控制陜南土石山區(qū)開發(fā)利用坡地,實現(xiàn)當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。

        本文對研究區(qū)相同立地類型的坡耕地和梯田的土壤粒徑、土壤團聚體和土壤養(yǎng)分等理化性質(zhì)進行統(tǒng)計分析,并計算土壤團聚體的平均重量直徑、幾何平均直徑和分形維數(shù),闡明坡改梯前后研究區(qū)的土壤環(huán)境生態(tài)效應變化特征。

        2 材料和方法

        2.1研究區(qū)概況

        余姐河流域位于陜西省安康市漢濱區(qū)恒口鎮(zhèn)境內(nèi),占地面積0.141km2。流域上游坡面陡,土層薄,耕地以坡耕地為主,主要農(nóng)作物有花生、玉米和豌豆等。流域多年平均降雨量850mm,降水量年內(nèi)分配不均,雨季7月~10月降水量占全年降水量的65%。

        2.2土壤樣品采集與測試

        在余姐河以30m×30m網(wǎng)格利用直徑5 cm的土鉆分不同土層深度采集土壤樣品,共計采樣點207個,采集原狀土帶回實驗室測定土壤團聚體、氮、磷和有機質(zhì)等。

        3 結果與分析

        3.1坡改梯前后土壤機械組成及分布特征

        從表1可以看出研究區(qū)內(nèi)坡耕地土壤機械組成中粉粒含量占主導地位,粉粒(0.05 mm~0.002mm)平均百分比為81.15%,細砂粒(0.25mm~0.05mm)平均百分比、中粗砂粒(1 mm~0.25mm)平均百分比、極粗砂粒(2mm~1mm)平均百分比分別為8.66%、0.45%、0.13%,粘粒(<0.002mm)平均含量百分比為0.59%,中粗砂粒含量和極粗砂粒含量相對較低。不同土層深度也表現(xiàn)出類似的規(guī)律,說明坡耕地的土壤顆粒沒有土層的差異,所產(chǎn)生的差異主要由于人為耕作活動、地形條件以及水土流失情勢等差異而造成的。不同土層深度也表現(xiàn)出類似的規(guī)律,說明梯田的土壤顆粒同樣沒有土層的差異。

        表1 土壤顆粒機械組成變化

        表2 土壤團聚體含量百分比(%)

        3.2坡改梯前后土壤團聚體組成及分布特征

        有研究表明,粒徑>0.25mm土壤團聚體含量與土壤抗蝕性密切相關,因此,以R0.25分析土壤團聚體的坡面變化。由表2可以看出坡耕地不同土層深度下粒徑>0.25mm土壤機械穩(wěn)定性團聚體含量(R0.25)均較高,大于98%,其中土層深度為40cm~60cm土壤中R0.25的含量最高,達到98.96%。從表中也可以看出在三個不同的土層深度下,土壤粒徑>5mm、2mm~5mm、1mm~2mm、0.5mm~1mm、0.25mm~0.5mm的含量均表現(xiàn)為逐漸減少。

        表3 團聚體平均重量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)及分形維數(shù)(D)

        表4 土壤養(yǎng)分統(tǒng)計特征

        從表3可以看出,坡耕地土壤機械團聚體的平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)的變化趨勢一致,均表現(xiàn)為0cm~20 cm值最大,20cm~40cm土層的值最小,分形維數(shù)D的變化與MWD和GMD的變化趨勢相反,表現(xiàn)為0cm~20cm的值最小,20cm~40cm土層的值最大,而40cm~60 cm土層D值的變化與0cm~20cm的變化相差不大。表明在20cm~40cm土層的平均粒度團聚度較大,土壤結構較好,團聚體穩(wěn)定性良好。梯田土壤團聚體的MWD 和GMD的結果變化趨勢一致,均隨著土層深度的增加而逐漸增大,說明隨著土層深度的增加,土壤團聚體的狀況越好,其粒徑團聚度越高,穩(wěn)定性也越強。

        3.3坡改梯前后土壤養(yǎng)分特征及分布規(guī)律

        對坡耕地不同土層深度下土壤養(yǎng)分統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)(見表4),土壤TP、SOC、Fe、Zn 和Mn含量隨著土層深度的增加而逐漸減少,表層含量明顯大于次層,養(yǎng)分指標呈現(xiàn)出銳減趨勢,說明土壤表層作物殘渣和一些凋落物的覆蓋可以使SOC和其他養(yǎng)分在土壤表層富集。土壤TN和AP隨著土層深度的增加逐漸增加,而其他養(yǎng)分指標沒有表現(xiàn)出明顯的垂直分層變化規(guī)律。從養(yǎng)分含量的均值來看,TP、TN和SOC的均值分別為0.39g/kg、0.15g/kg和11.34g/kg,AP、NH4+-N、NO3--N、Cu、Fe、Zn和Mn的均值分別為14.9mg/kg、1.78mg/kg、0.95mg/kg、1.23mg/kg、4.20mg/kg、2.34mg/kg和4.02mg/kg;可見,坡耕地土壤SOC含量最高,NO3--N含量最低。變異系數(shù)可以反映各采樣點之間的平均變異程度,體現(xiàn)了土壤的內(nèi)在性質(zhì),可以區(qū)別不同土壤養(yǎng)分抵抗外界因素的敏感性。土壤A3層TN的變異系數(shù)為111%,A2 層NO3--N的變異系數(shù)為115%,三個土層深度下土壤Cu的變異系數(shù)分別為164%、186%、142%,均>100%,為強變異,說明在特定土層深度下,土壤這些養(yǎng)分的空間變異較大,容易受到外界的干擾。

        對梯田不同土層深度下土壤養(yǎng)分統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)(見表5),土壤TP、SOC、NH4+-N、Zn和Mn含量隨著土層深度的增加逐漸減少,養(yǎng)分含量明顯在表層富集,而其他養(yǎng)分指標沒有表現(xiàn)出明顯的垂直分層變化規(guī)律。從養(yǎng)分的含量的變化范圍來看,TP、TN和SOC的變化范圍分別為0.05g/kg~1.27g/kg、0.01g/kg~0.72g/kg和6.7g/kg、5g/kg~42.27g/kg,AP、NH4+-N、NO3--N、Cu、Fe、Zn和Mn的變化范圍分別為0.20mg/kg~61.8mg/kg、0.2mg/kg~6.56mg/kg、0.02mg/kg~3.60mg/kg、0.01mg/kg~8.97mg/kg、0.39mg/kg~12.91mg/kg、0.47mg/kg~6.96mg/kg和0.35mg/kg~9.78mg/kg;可見,土壤AP的極值差為61.6mg/kg,變化范圍最大,TN的極值差為0.71g/kg,變化范圍最小。從養(yǎng)分含量的均值來看,TP、TN和SOC的均值分別為0.49g/kg、0.17g/kg和19.70g/kg,AP、NH4+-N、NO3--N、Cu、Fe、Zn和Mn的均值分別為17.59mg/kg、1.50mg/kg、0.91mg/kg、1.36mg/kg、3.61mg/kg、2.34mg/kg和2.71mg/kg;可見,梯田土壤SOC含量最高,NO3--N含量最低。

        4 結語

        (1)通過對坡改梯前后土壤機械組成和團聚體的分布特征分析,坡耕地和梯田土壤質(zhì)地中均是粉粒含量占主導地位,但是粉粒含量表現(xiàn)為坡耕地>梯田,坡耕地土壤質(zhì)地中粗砂粒含量和極粗砂粒含量相對較低,梯田土壤質(zhì)地中粘粒含量和極粗砂粒含量相對較低。

        (2)對坡耕地和梯田的土壤團聚體組成統(tǒng)計分析,并計算了土壤團聚體的平均質(zhì)量直徑(MWD)、平均幾何直徑(GMD)和分形維數(shù)(D),發(fā)現(xiàn)坡耕地不同土層深度下土壤機械穩(wěn)定性團聚體含量(R0.25)均較高,均大于98%,并且粒徑>5mm的土壤顆粒含量較高;梯田的三個不同土層深度下R0.25含量均大于96%,隨著土層深度的增加R0.25含量逐漸減少,但變化不顯著。在相同的土層深度下坡耕地R0.25的含量均高于梯田;團聚體平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)表現(xiàn)為坡耕地>梯田;分形維數(shù)D在相同的土層深度下均表現(xiàn)為坡耕地<梯田。

        (3)對比坡耕地與梯田的土壤養(yǎng)分特征可以看出,梯田土壤Fe、Mn和NH4+-N的含量比坡耕地的低,其他養(yǎng)分含量均比坡耕地的含量高。梯田SOC平均含量比坡耕地提高了73%,AP平均含量比坡耕地提高了18%,其他養(yǎng)分指標的基本上處于相對平穩(wěn)狀態(tài),變化不大。陜西水利

        [1]張學權,張旭東,劉永碧,等.坡耕地整治實踐與退耕還林坡耕地治理的探討[J].西昌學院學報:自然科學版,2007,21(3):10-14.

        [2]Li Xiubin.Living Terrace Edge2an Effective M e thod of Slope Utilization in the Upper Reaches of the Yangtze R iver[J].Rehabilitation of Degraded Lands in Mountain Ecosystems of the Hindu Kush2H im alayan Region,IC I2 MOD,1995.

        [3]王繼夏,孫虎,趙文韜.漢丹江流域水土流失特點及分布規(guī)律[J].西北大學學報:自然科學版,2009,39(6):1080-1083.

        [4]劉源鑫,焦峰,朱樂天.陜西南水北調(diào)中線工程水源區(qū)水土保持工程綜合效益評價[J].中國水土保持,2012,42-44.

        (責任編輯:李蕊)

        S157

        A

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