張加子琦，賈燕鋒，王佳楠，齊 曦，王迪晨

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，遼寧省水土流失防控與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng)110866）

東北黑土有機(jī)質(zhì)豐富，土壤肥力高，黑土區(qū)是中國(guó)重要的商品糧食基地之一。但是，自東北黑土區(qū)開(kāi)墾以來(lái)，由于人為不合理的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)及自然條件等因素的影響，土壤侵蝕嚴(yán)重，土地生產(chǎn)力下降[1]。黑土區(qū)地貌特點(diǎn)主要是山前波狀起伏臺(tái)地或漫崗地，坡度較緩，坡度一般為 1°～8°，坡長(zhǎng)一般為500～2 000 m，最長(zhǎng)達(dá)4 000 m[2]。劉寶元等[3]對(duì)東北松嫩黑土區(qū)農(nóng)地水土流失監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，其水土流失面積占該區(qū)坡耕地面積的77.54%，表明坡耕地是東北黑土區(qū)水土流失治理的重點(diǎn)。而現(xiàn)有黑土區(qū)坡面侵蝕影響因素的研究主要集中在坡耕地小區(qū)觀測(cè)和降雨模擬試驗(yàn)，但目前對(duì)野外實(shí)地長(zhǎng)緩坡耕地坡面侵蝕特征研究仍不夠深入，且現(xiàn)有研究很少涉及坡長(zhǎng)因子。因此，長(zhǎng)緩坡耕地的土壤侵蝕特征研究是防治東北黑土水土流失的關(guān)鍵。

土壤侵蝕是造成土壤退化的主要原因[4]，土壤可蝕性是評(píng)價(jià)土壤對(duì)侵蝕敏感程度和評(píng)價(jià)土壤應(yīng)對(duì)外部侵蝕能力的重要指標(biāo)，是影響土壤流失的內(nèi)在因素，對(duì)研究坡面土壤侵蝕有著重要意義[5-6]。土壤可蝕性具有時(shí)間和空間上的分異特征，具有明顯的季節(jié)變化特征，且與地貌特征、微地形部位以及縱向的坡面分布等空間因素存在密切關(guān)系[7]。Mutchler和Carter[8]通過(guò)對(duì)美國(guó)緬因州徑流小區(qū)研究發(fā)現(xiàn)土壤可蝕性存在季節(jié)性變化。東北黑土區(qū)土壤侵蝕過(guò)程風(fēng)力—水力—重力—凍融多營(yíng)力多過(guò)程重疊耦合特征明顯[9]。春季融水與凍融作用相伴，氣溫變化、凍融交替作用是影響土壤性質(zhì)的主導(dǎo)因子；在夏、秋季節(jié)以水力侵蝕為主要的侵蝕形式，降雨徑流和干濕交替作用是影響土壤性質(zhì)的主導(dǎo)因子，多營(yíng)力復(fù)合侵蝕過(guò)程及效果不同于單一營(yíng)力的侵蝕過(guò)程，凍融與水力、風(fēng)力等外營(yíng)力復(fù)合作用造成的土壤侵蝕問(wèn)題遠(yuǎn)大于單一侵蝕營(yíng)力本身的危害。目前，我國(guó)復(fù)合侵蝕的研究大多針對(duì)于黃土高原地區(qū)的風(fēng)水復(fù)合侵蝕但針對(duì)東北黑土區(qū)多營(yíng)力復(fù)合侵蝕的研究還是一片空白。土壤可蝕性的研究大多針對(duì)于單一的水力侵蝕，且維持在小區(qū)模擬試驗(yàn)。至今關(guān)于黑土區(qū)多營(yíng)力復(fù)合侵蝕條件下的野外土壤抗蝕性試驗(yàn)研究還較為少見(jiàn)，也使得多營(yíng)力復(fù)合侵蝕防治工作難以有效進(jìn)行。

土壤可蝕性的大小受諸多因素影響，可由多種不同的內(nèi)在土壤性質(zhì)和外在侵蝕營(yíng)力加以反映。盡管如此，土壤結(jié)構(gòu)和土壤強(qiáng)度仍是表征土壤可蝕性最為重要的參數(shù)[10]。土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，是土壤生態(tài)系統(tǒng)的綜合參數(shù)[11]，是侵蝕敏感性的有效指示因子[12]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，土壤團(tuán)聚體含量、團(tuán)聚體大小、團(tuán)聚體分形維數(shù)、平均質(zhì)量直徑、平均幾何直徑等均與土壤可蝕性顯著相關(guān)，可作為表征土壤可蝕性的重要參數(shù)[10，13]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分學(xué)者將土壤的力學(xué)性質(zhì)引入到了土壤的抗蝕性研究之中，認(rèn)為土壤抗剪強(qiáng)度可作為表征土壤可蝕性的重要參數(shù)，綜合反映土壤對(duì)侵蝕動(dòng)力的響應(yīng)[14-18]。雖然有越來(lái)越多的學(xué)者將目光聚焦于土壤可蝕性與土壤團(tuán)聚體、土壤抗剪強(qiáng)度的相關(guān)性上，但是采用土壤團(tuán)聚體和土壤剪切力綜合表征土壤可蝕性，并與長(zhǎng)緩坡面復(fù)合侵蝕形式相結(jié)合的研究工作還較少。鑒于此，本文選擇黑龍江省克山縣克山農(nóng)場(chǎng)的一個(gè)長(zhǎng)緩坡面為研究對(duì)象，采用LB 團(tuán)聚體測(cè)量法量化土壤團(tuán)聚體特征，并測(cè)量原狀土壤剪切力大小綜合表征土壤可蝕性，揭示東北黑土區(qū)長(zhǎng)緩坡面復(fù)合侵蝕營(yíng)力對(duì)土壤可蝕性特征的影響，為減少黑土區(qū)長(zhǎng)緩坡耕地水土流失提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省克山縣黑龍江農(nóng)墾總局克山農(nóng)場(chǎng)（48.35157°N，125.4492°E）?？松娇h位于黑龍江省西部，是小興安嶺伸向松嫩平原的過(guò)渡地帶，地形起伏變化大，地勢(shì)東北高西南低，地貌類型為波狀起伏臺(tái)地，丘陵漫崗地占80%，境內(nèi)有烏裕爾河、訥謨爾河、潤(rùn)津河等5 條河流。屬典型黑土區(qū)，主要土壤為黑土，土壤質(zhì)地為粉壤土，平均耕層土壤容重為1.05 g·cm-3，有機(jī)質(zhì)含量為26.63 g·kg-1，全氮含量為1.43 g·kg-1，pH 為6.07。黑土層厚度約30 cm，素有“黑土明珠”之稱，截至2015 年克山縣耕地面積1 467 km2[19]。由于地處中高緯度、歐亞大陸東岸，冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，夏季短促、溫?zé)岫嘤辏杭径囡L(fēng)、少雨干旱，中溫帶大陸性季風(fēng)氣候特點(diǎn)明顯：根據(jù)1961—2004 年克山站氣象資料統(tǒng)計(jì)，年均降水量503 mm，2018 年降水主要集中在6—9 月約占全年降水量的80%，年均氣溫1.9℃，年均無(wú)霜期 124 d，年均日照時(shí)數(shù) 2 661 h，年均風(fēng)速為2.76 m·s-1。黑龍江農(nóng)墾總局克山農(nóng)場(chǎng)開(kāi)墾歷史50多年，耕作深度約30 cm，坡長(zhǎng)約2 200 m，多年來(lái)的耕作方式均為順坡起壟耕作，采用秋季整地，春季點(diǎn)播播種的種植方式。主要農(nóng)作物為玉米和大豆。

1.2 采樣方法

土樣采集于克山縣克山農(nóng)場(chǎng)一塊典型漫川漫崗長(zhǎng)緩坡耕地，土壤樣品采集時(shí)間為2018 年4 月（播種前）和2018 年9 月末（秋收前），樣地土壤未遭到人為破壞。鑒于東北黑土區(qū)典型長(zhǎng)直型坡耕地坡面侵蝕強(qiáng)度均存在坡長(zhǎng)為142 m 的振蕩周期[20]，本研究選取坡長(zhǎng) 150 m，在坡面上沿壟作方向從南向北在壟臺(tái)上取樣，每隔30 m 為一個(gè)采樣點(diǎn)，采樣深度為 30 cm，每 10 cm 為一層，采用大飯盒直接扣入土中取原狀土，將土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干，全部土樣過(guò)3～5 mm 篩，用于測(cè)定水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量，每個(gè)指標(biāo)測(cè)定三組重復(fù)。在取團(tuán)聚體土樣時(shí)，用袖珍十字板剪力儀（WXSZB）直接測(cè)定坡面原狀土的土壤剪切力；同時(shí)取樣測(cè)定土壤含水率及容重。

1.3 測(cè)定方法

Le Bissonnais（LB）法主要依據(jù)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的不同破壞機(jī)制進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)不同的破壞機(jī)制共有三種相對(duì)獨(dú)立的處理方式：快速濕潤(rùn)處理（Fast Wetting，F(xiàn)W），慢速濕潤(rùn)處理（SlowWetting，SW），機(jī)械振蕩處理（Wetting Stirring，WS）。Kemper 和Koch[21]、Piccolo 等[22]通過(guò)研究表明，慢速濕潤(rùn)處理（SW）主要依賴土壤黏粒的非均勻漲縮使團(tuán)聚體遭到破壞，僅當(dāng)土壤中含有大量具有膨脹性晶格的黏土礦物時(shí)，這種破壞機(jī)制才會(huì)得以明顯表達(dá)。薄層黑土膠體礦物以水云母類及蒙脫石礦物（2︰1 型具膨脹晶格礦物）為主，可用慢速濕潤(rùn)處理法處理的水穩(wěn)團(tuán)聚體作為評(píng)價(jià)薄層黑土土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的敏感性指標(biāo)[23]。所以，本研究應(yīng)用慢速濕潤(rùn)處理（SW）測(cè)定水穩(wěn)性土壤團(tuán)聚體。具體測(cè)定方法見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)[24-25]。

1.4 計(jì)算方法

平均質(zhì)量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）由式（1）和式（2）計(jì)算：

式中，xi為土壤粒級(jí)的平均直徑（mm）；wi為不同土壤粒級(jí)團(tuán)聚體占總團(tuán)聚體的比例。

土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)計(jì)算公式如式（3）和式（4）：

兩邊取以10 為底的對(duì)數(shù)：

式中，D為土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體各粒級(jí)分布的分形維數(shù)；W為直徑小于Ri累積質(zhì)量；WT為總質(zhì)量；Ri為兩相鄰粒級(jí)Ri與Ri+1間土粒平均直徑；Rmax為最大粒級(jí)土粒平均直徑[26]。

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 SPSS17.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD 法進(jìn)行顯著性相關(guān)性檢驗(yàn)，采用SigmaPlot10.0作圖。

2 結(jié) 果

2.1 ＞0.2 mm 水穩(wěn)性團(tuán)聚體特征

土壤團(tuán)聚體作為土壤的重要組成部分，一般以0.25 mm 為界線將團(tuán)聚體分為大團(tuán)聚體，許多研究將＞0.25 mm 水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量作為土壤抗蝕性指標(biāo)。本研究應(yīng)用慢速處理法（SW）測(cè)定春、秋兩季土壤大團(tuán)聚體含量（圖 1a、圖 1b）。由于 LB 方法中沒(méi)有 0.25 mm 粒級(jí)分級(jí)，所以本研究將＞0.2 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量，記為＞0.2 mm。春秋兩季土壤團(tuán)聚體均以＞0.2 mm 的水穩(wěn)性團(tuán)聚體為主，春季其變化范圍在64.94%～99.08%之間，秋季其變化范圍在94.90%～99.47%之間，大團(tuán)聚體含量較高主要是由于克山農(nóng)場(chǎng)采用秋耕的整地方式，春季采用點(diǎn)播方式播種，減少了耕作侵蝕，春季采樣后到秋季采樣前地表擾動(dòng)少，所以秋季＞0.2 mm 團(tuán)聚體含量總體高于春季。春季＞0.2 mm 團(tuán)聚體含量的大小順序均為坡長(zhǎng) 0 m ＞30 m＞150 m＞60 m＞120 m＞90 m，秋季則無(wú)明顯差異。不同土壤深度，春季10～20 cm層＞0.2 mm 團(tuán)聚體含量總體低于0～10、20～30 cm層，60～120 m 坡長(zhǎng)的 10～20 cm 層與其他不同坡長(zhǎng)之間均呈顯著性差異；秋季30 m 坡長(zhǎng)10～20 cm層＞0.2 mm 團(tuán)聚體含量最大，60 m 坡長(zhǎng) 20～30 cm層最小，不同土層之間總體上差異性不顯著。

圖1 不同坡長(zhǎng)和土層下＞0.2 mm 水穩(wěn)性團(tuán)聚體特征Fig. 1 Properties of ＞0.2 mm water-stable aggregates

2.2 土壤結(jié)構(gòu)和水穩(wěn)性特征

土壤水穩(wěn)團(tuán)聚體是指土壤團(tuán)聚體對(duì)于外來(lái)破壞性作用力的脆弱性的度量[27]。土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，對(duì)土壤可蝕性具有顯著影響。土壤團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）是評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)和水穩(wěn)性的重要指標(biāo)之一，二者變化趨勢(shì)基本一致。MWD 和GMD 值越大表示團(tuán)聚體的團(tuán)聚程度越高，穩(wěn)定性越好[28]。春季MWD值范圍為 0.807～1.608 mm（圖 2a），GMD 值范圍為0.591～1.481 mm（圖3a）。春季采樣MWD 值在150 m 坡長(zhǎng) 20～30 cm 層最大，90 m 坡長(zhǎng) 10～20 cm層最小，除90 m 和120 m 坡長(zhǎng)，MWD 值均隨土層加深而增大。MWD 值除表層表現(xiàn)為坡長(zhǎng)30 m＞0 m外，總體表現(xiàn)為坡長(zhǎng)0 m＞30 m＞60 m＞150 m＞120 m＞90 m。GMD 值除 90 m 坡長(zhǎng) 10～20 cm 層高于表層外，趨勢(shì)與MWD 值相同。說(shuō)明90 m 和120 m 坡長(zhǎng)團(tuán)聚體的團(tuán)聚度較低，土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，土壤易受到侵蝕，土壤抗蝕性較差。這與王禹等[20]通過(guò)137CS 和210Pbex 復(fù)合示蹤的方法對(duì)長(zhǎng)直型坡耕地的侵蝕速率在90 m～120 m 坡長(zhǎng)侵蝕速率最大的結(jié)果相一致，表明土壤團(tuán)聚體MWD 值可表示坡面土壤可蝕性大小。

秋季采樣 MWD 值最大值為 1.717 mm，最小值為1.353 mm，分別出現(xiàn)在30 m 坡長(zhǎng) 10～20 cm層和表層。秋季 MWD 值范圍為 1.353～1.717 mm（圖 2b），GMD 值范圍為 1.1 912～1.639 mm（圖 3b）。MWD 和GMD 值總體均隨土層深度增加而增加，秋季取樣各層土壤 MWD 和 GMD 值較春季取樣差距減小，坡長(zhǎng) 30 m 和 120 m 處的 10～20 cm 和 20～30 cm 層的 MWD 和 GMD 值均表現(xiàn)為無(wú)顯著性差異；MWD 與 GMD 值總體趨勢(shì)為坡長(zhǎng) 30 m＞0 m＞120 m≈150 m＞60 m＞90 m，變化趨勢(shì)與春季取樣不同主要是由于二者侵蝕營(yíng)力不同，降雨、徑流作用下的水蝕，產(chǎn)生徑流攜帶泥沙至30 m 坡長(zhǎng)處產(chǎn)生沉積，導(dǎo)致秋季30 m 坡長(zhǎng)處MWD 值與GMD 值較0 m坡長(zhǎng)處增大。春季與秋季的 MWD 和 GMD 值在不同坡長(zhǎng)與土層下總體上均表現(xiàn)為顯著性差異?？傮w上秋季MWD 值為春季的1.27 倍，秋季GMD 值為春季的1.37 倍，說(shuō)明秋季坡面黑土土壤抗蝕性較春季土壤抗蝕性好。

2.3 土壤團(tuán)聚體分形特征

圖2 平均質(zhì)量直徑（MWD）特征Fig. 2 Characteristics of mean weight diameter（MWD）

圖3 平均幾何直徑特征Fig. 3 Characteristics of geometric mean diameter（GMD）

分形維數(shù)D是評(píng)價(jià)土壤團(tuán)聚體特征的更敏感且更準(zhǔn)確的參數(shù)，土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)分形維數(shù)與土壤性質(zhì)之間存在顯著定量關(guān)系。隨著土壤團(tuán)聚體粒級(jí)的減小土壤分形維數(shù)增大，反之分形維數(shù)減小。且土壤擾動(dòng)越大，團(tuán)聚體的分形維數(shù)越高，分形維數(shù)越低，則表征了相對(duì)越松散、通透性越好的土壤結(jié)構(gòu)性狀，土壤團(tuán)聚體粒級(jí)分布的分形維數(shù)能客觀反映團(tuán)粒結(jié)構(gòu)特征和土壤緊實(shí)程度。春季土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體各粒級(jí)分布的質(zhì)量分形維數(shù)D在1.688～2.602之間（圖 4a），秋季D在 1.483～2.142 之間（圖 4b）。這與李陽(yáng)兵等[29]土壤團(tuán)聚體粒徑分布的分形維數(shù)介于1.664～2.830 之間結(jié)論相近。由于春秋兩季采集土樣大多數(shù)點(diǎn)位＞0.2 mm 土壤團(tuán)聚體均占各粒級(jí)含量總和的90%以上，所以D較小，說(shuō)明土壤擾動(dòng)較小。春季D除在30 m、120 m 坡長(zhǎng)的10～20 cm 層高于0～10 cm 層外，其余點(diǎn)位均為0～10，10～20，20～30 cm 層依次減小。各點(diǎn)位土層之間變化趨勢(shì)基本相同，總體D大小順序?yàn)槠麻L(zhǎng)0 m＜30 m＜150 m＜60 m＜90 m＜120 m，說(shuō)明春季坡面土壤在 90 m、120 m 處擾動(dòng)較大，在0 m 處擾動(dòng)最小。除0 m 與30 m，60 m 與90 m 表層土壤D差異不顯著外，其他坡長(zhǎng)之間均表現(xiàn)為顯著性差異；不同土層之間總體上均表現(xiàn)為顯著性差異。

秋季D最大值在坡頂表層，為2.142。坡長(zhǎng)30 m處 0～10 cm 層D值最大，10～20 cm 和 20～30 cm層D基本一致。總體上不同坡長(zhǎng)與土層之間差異性顯著。由于夏季到秋季的主要侵蝕營(yíng)力為降雨在坡面產(chǎn)生徑流和雨滴的打擊，因此在坡頂（0 m）處降雨對(duì)土壤產(chǎn)生的擾動(dòng)較大，由于徑流攜帶泥沙會(huì)在一定產(chǎn)流后產(chǎn)生飽和，因此在30 m 坡長(zhǎng)處產(chǎn)生輕微的泥沙沉積，30 m 坡長(zhǎng)非表層產(chǎn)生的土壤擾動(dòng)較小。秋季D值在坡長(zhǎng)60 m 處20～30 cm 土層高于10～20 cm 土層，120 m 坡長(zhǎng) 20～30 cm 土層略高于10～20 cm土層，150 m坡長(zhǎng)10～20 cm土層高于0～10，20～30 cm 土層外，其余各點(diǎn)變化趨勢(shì)與春季相同，均為隨土層增加D值逐漸減小，總體變化趨勢(shì)為坡長(zhǎng) 30 m＜0 m＜120 m＜150 m＜60 m＜90 m。個(gè)別點(diǎn)位土層D值差異與春季不同的原因?yàn)榍锛酒旅嫔系闹参锔繉?duì)土壤造成了影響，而春季坡面為裸地。

圖4 不同坡長(zhǎng)的分型維數(shù)特征Fig. 4 Features of fractal dimension

春秋兩季土壤各坡位分形維數(shù)D、＞0.2 mm 團(tuán)聚體、MWD、GMD 變化趨勢(shì)相同，春季總體表現(xiàn)為 0 m＞30 m＞150 m＞60 m＞120 m＞90 m；秋季不同坡長(zhǎng)總體表現(xiàn)為 30 m＞0 m＞150 m＞120 m＞60 m＞90 m。說(shuō)明此坡耕地坡面上土壤團(tuán)聚體在坡上團(tuán)聚度高擾動(dòng)小，而坡中土壤團(tuán)聚度低擾動(dòng)大，坡下土壤團(tuán)聚度擾動(dòng)程度介于二者之間。這與閻百興和湯潔[30]的研究發(fā)現(xiàn)頂部侵蝕較輕，坡中部侵蝕強(qiáng)烈的結(jié)論相一致。

2.4 土壤剪切力特征

土壤剪切力綜合反映土壤對(duì)侵蝕動(dòng)力的響應(yīng)，土壤抗剪強(qiáng)度是土體抵抗剪切破壞的極限強(qiáng)度，其大小反應(yīng)了土體在外力作用下發(fā)生剪切破壞的難易程度，可表征土壤抗蝕性大小。本文通過(guò)土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性和土壤剪切力綜合表征土壤可蝕性。春季土壤0～10、10～20、20～30 cm 層平均土壤含水率分別為15.95%、28.62%、28.90%；秋季土壤0～10、10～20、20～30 cm 層平均土壤含水率分別為19.32%、37.82%、36.90%。除春季30 m 和90 m 坡長(zhǎng)處10～20 cm 層土壤含水率高于0～10 cm、20～30 cm 層外，春季（圖5a）、秋季（圖5b）其他坡長(zhǎng)處土壤剪切力均隨深度增加而增大，這與潘欣等[31]研究的在同一坡面整地措施下，臨界剪切力隨土壤深度增加而增大的結(jié)論一致。土壤表層抗剪切力差異不顯著，10～20 cm 和20～30 cm 總體均表現(xiàn)為顯著性差異。春季不同坡長(zhǎng)土壤剪切力總體大小順序?yàn)?90 m＞30 m＞120 m＞60 m＞150 m＞0 m。秋季不同坡長(zhǎng)土壤剪切力大小順序?yàn)?50 m＞120 m＞90 m＞30 m＞0 m＞60 m。春季與秋季剪切力差別主要是由于兩季土壤含水率和容重不同。通過(guò)對(duì)＞0.2 mm 團(tuán)聚體、MWD、GMD、D值春秋兩季研究發(fā)現(xiàn)秋季土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和團(tuán)聚度，剪切力值均高于春季，表層差異性不明顯。這與Mutchler 和Carter[8]在美國(guó)緬因州分析徑流小區(qū)6 年的觀測(cè)數(shù)據(jù)得出的土壤可蝕性2 月達(dá)到最高值，為年均土壤可蝕性的169%，8 月達(dá)到最低值，為年均可蝕性的31%結(jié)論相一致。

圖5 不同坡長(zhǎng)和土層的土壤剪切力特征Fig. 5 Feature of soil shearing force

2.5 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體指標(biāo)與土壤剪切力相關(guān)性

春季MWD 值與GMD、＞0.2 mm 土壤團(tuán)聚體含量均呈極顯著正相關(guān)，與D呈極顯著負(fù)相關(guān)，與剪切力無(wú)顯著相關(guān)性；GMD 值與D呈極顯著負(fù)相關(guān)，與＞0.2 mm 土壤團(tuán)聚體呈顯著性正相關(guān)，與剪切力相關(guān)性不顯著；D與＞0.2 mm 土壤團(tuán)聚體含量呈顯著負(fù)相關(guān)；剪切力與＞0.2 mm 團(tuán)聚體含量無(wú)顯著相關(guān)性（表1、表2）。團(tuán)聚體各指標(biāo)間相關(guān)性良好，與剪切力均未達(dá)到顯著相關(guān)。以上各指標(biāo)相關(guān)分析可以得出春季＞0.2 mm 水穩(wěn)性土壤團(tuán)聚體、GMD、MWD 和D值均能作為評(píng)價(jià)黑土區(qū)長(zhǎng)緩坡面土壤侵蝕的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，朱顯謨等[32]指出土壤透水性是影響土壤侵蝕的主要原因，分形維數(shù)D則可表征土壤通透性的土壤結(jié)構(gòu)性狀。而＞0.2 mm 團(tuán)聚體、GMD和MWD 值則可表征土壤團(tuán)聚度，土壤團(tuán)聚度越高土壤抗蝕性越好。土壤剪切力基于土壤侵蝕動(dòng)力評(píng)價(jià)指標(biāo)，土壤的容重、結(jié)構(gòu)、含水率、孔隙度等因素均能影響土壤剪切力，土壤性質(zhì)與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系研究表明，存在一個(gè)最適土壤含水率使土壤抗剪強(qiáng)度最大，過(guò)大或過(guò)小抗剪強(qiáng)度均會(huì)降低[33]。而春季影響土壤可蝕性主要營(yíng)力為凍融侵蝕，東北黑土區(qū)春季日溫差變化較大，凍融作用和融雪可以改變土壤結(jié)構(gòu)、容重和土壤含水率，土壤在一天內(nèi)可能經(jīng)過(guò)多次凍融循環(huán)，由于影響土壤剪切力因素復(fù)雜，所以在春季土壤剪切力不能作為黑土區(qū)長(zhǎng)緩坡面土壤侵蝕的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。

秋季MWD 與GMD 呈極顯著正相關(guān)，與D呈極顯著負(fù)相關(guān)，與剪切力呈顯著性正相關(guān)，與＞0.2 mm 無(wú)顯著相關(guān)；GMD 值與D呈顯著性負(fù)相關(guān)，與＞0.2 mm 呈顯著性正相關(guān)，與剪切力呈顯著性相關(guān)；D與＞0.2 mm 呈極顯著負(fù)相關(guān)，與剪切力無(wú)顯著相關(guān)性；＞0.2 mm 與剪切力無(wú)顯著相關(guān)性。說(shuō)明MWD、GMD、D＞0.2 mm 團(tuán)聚體具有顯著性相關(guān)，水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD 和GMD 與剪切力具有相關(guān)性。與春季相同，秋季＞0.2 mm 水穩(wěn)土壤團(tuán)聚體、GMD、MWD 和D均能作為評(píng)價(jià)黑土區(qū)長(zhǎng)緩坡面土壤侵蝕的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。秋季影響土壤可蝕性主要營(yíng)力為水力侵蝕，在同一區(qū)域內(nèi)影響土壤剪切力主要因素為土壤孔隙度、土壤含水率，相關(guān)研究表明土壤含水量與剪切力呈線性變化，所以秋季土壤剪切力作為評(píng)價(jià)黑土區(qū)長(zhǎng)緩坡面土壤侵蝕的評(píng)價(jià)指標(biāo)較差，且剪切力評(píng)價(jià)土壤可蝕性指標(biāo)影響程度低于水穩(wěn)性團(tuán)聚體指標(biāo)。

3 結(jié) 論

通過(guò)測(cè)定＞0.2 mm 水穩(wěn)性團(tuán)聚體、MWD、GMD、分形維數(shù)和土壤剪切力均表明黑土區(qū)長(zhǎng)緩坡面秋季土壤抗蝕性好于春季土壤。在坡長(zhǎng)150 m 的黑土區(qū)長(zhǎng)緩坡面，在坡中 60 m、90 m、120 m 處土壤抗蝕性較差，主要是坡面不同坡長(zhǎng)部位土壤侵蝕、搬運(yùn)和沉積作用強(qiáng)弱不同造成的。在不同土層深度上春秋兩季均表現(xiàn)為隨著土層深度增加，土壤抗蝕性越好。土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體可作為評(píng)價(jià)黑土區(qū)長(zhǎng)緩坡面土壤可蝕性的穩(wěn)定指標(biāo)，而剪切力評(píng)價(jià)土壤可蝕性影響程度低于水穩(wěn)性團(tuán)聚體指標(biāo)，土壤剪切力穩(wěn)定性較差，主要由于土壤剪切力隨土壤特性發(fā)生變化，特別是在凍融侵蝕營(yíng)力的影響下土壤特性變化復(fù)雜，土壤可蝕性的變化具有不確定性，土壤剪切力對(duì)黑土區(qū)長(zhǎng)緩坡耕地土壤可蝕性的影響研究尚待深入。通過(guò)以上結(jié)論說(shuō)明黑土區(qū)長(zhǎng)緩坡面春季主要侵蝕營(yíng)力凍融侵蝕對(duì)土壤可蝕性影響大于秋季水力侵蝕。為更好的保護(hù)黑土區(qū)土壤資源提出以下防治建議：黑土區(qū)坡耕地土壤侵蝕重點(diǎn)應(yīng)側(cè)重于春季，采取相應(yīng)的水土保持措施。要減少長(zhǎng)緩坡耕地的土壤侵蝕，應(yīng)在坡中部采取水土保持措施。

表1 春季水穩(wěn)性團(tuán)聚體指標(biāo)與剪切力的相關(guān)性Table 1 Correlation between water-stable aggregates index and soil shearing force in spring

表2 秋季水穩(wěn)性團(tuán)聚體指標(biāo)和剪切力的相關(guān)性Table 2 Correlation between water-stable aggregates index and soil shearing force in autumn