朱兆棋, 劉守江, 劉魯光, 陳 曦, 王自豪, 李金桓

(1.西華師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 四川 南充 637009; 2.西華師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院,四川 南充 637009; 3.西華師范大學(xué) 四川省干旱河谷土壤侵蝕監(jiān)測與控制工程實(shí)驗(yàn)室, 四川 南充 637009)

干旱河谷是我國西南地區(qū)極其復(fù)雜的地形和氣候綜合作用下形成的自然—社會(huì)—經(jīng)濟(jì)復(fù)合山地系統(tǒng)[1]。干旱河谷區(qū)氣候炎熱少雨,生態(tài)環(huán)境脆弱,水土流失嚴(yán)重[2]。惡劣的自然環(huán)境加之人類對(duì)土地的不合理開發(fā)利用,極易加速加重地區(qū)干旱程度,使植被類型有向干旱灌叢和荒漠化轉(zhuǎn)變的趨勢。安寧河干旱河谷區(qū)作為西南干旱河谷中的一部分,同時(shí)也是四川省水土流失綜合治理的重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域,在近十年來越來越受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注[1-4]。

土壤抗沖性是指土壤抵抗流水對(duì)其造成機(jī)械破壞和推移的能力,該概念由朱顯謨?cè)菏坑?0世紀(jì)60年代初提出并定義[5]。土壤抗沖性是評(píng)定土壤抗侵蝕能力的重要指標(biāo)之一,同時(shí)也是水力侵蝕機(jī)理研究中的難點(diǎn)和熱點(diǎn)[6]。作為土壤自身的一種特性,其大小深受土壤自身理化性質(zhì)的影響,同時(shí)也會(huì)受到土壤表層根系與地表植被覆蓋的影響。以往的研究主要集中于我國黃土地區(qū),由于黃土土質(zhì)疏松極易遭受流水的侵蝕,且黃土分布地區(qū)多為干旱、半干旱氣候,植被稀少,護(hù)土固土能力差,故受到學(xué)者的廣泛關(guān)注[7]。隨著土壤抗沖性研究的逐漸深入,學(xué)者們將研究區(qū)擴(kuò)大到各個(gè)生態(tài)脆弱區(qū),通過抗沖性研究為生態(tài)脆弱區(qū)水土流失防治提供理論基礎(chǔ)。相關(guān)研究者主要針對(duì)不同條件土壤沖刷過程中抗沖系數(shù)的動(dòng)態(tài)變化特征及相關(guān)影響因素進(jìn)行研究。例如,呂剛等[8]通過原狀土沖刷試驗(yàn)對(duì)科爾沁沙地水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)的不同土地利用類型進(jìn)行土壤抗沖性研究,得到土壤抗沖性為樟子松林地>楊樹林地>荒草地>灌木林地>花生地>裸沙地,且土壤抗沖性隨著坡位和坡度的下降呈現(xiàn)線性增加趨勢;柏蘭峰等[9]通過原狀土沖刷試驗(yàn)對(duì)黃土丘陵區(qū)自然凍融條件下的坡耕地、草地和灌木地進(jìn)行土壤抗沖性研究,其研究結(jié)果表明凍融作用會(huì)加劇土壤流失,其中草地受凍融作用影響最大、抗沖性能更差,存在加劇地區(qū)水土流失的風(fēng)險(xiǎn);王雅瓊等[10]通過野外實(shí)地放水沖刷對(duì)祁連山區(qū)典型草地的土壤抗沖性及影響因素進(jìn)行了研究,認(rèn)為影響祁連山區(qū)草地土壤抗沖性的主導(dǎo)因子為植被覆蓋度和根系密度。

干旱河谷地區(qū)由于生態(tài)環(huán)境脆弱,對(duì)土地的選擇和開發(fā)利用就顯得尤為重要。本文以安寧河干旱河谷區(qū)5種類型農(nóng)用地作為研究對(duì)象,即桉樹經(jīng)濟(jì)林(EEF)、青花椒園地(GPG)、牧草地(GL)、馬鈴薯耕地(PCL)和撂荒地(AL),通過原狀土沖刷試驗(yàn)進(jìn)行土壤抗沖性研究,并分析土壤性質(zhì)。揭示不同類型農(nóng)用地間土壤抗沖性差異,甄別出土壤性質(zhì)中對(duì)土壤抗沖性起主導(dǎo)作用的因子。同時(shí)研究結(jié)果可為安寧河干旱河谷區(qū)農(nóng)用地的合理規(guī)劃利用提供理論參考,為區(qū)域水土流失防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處四川省涼山州安寧河流域(101°51′—102°48′E,26°38′—28°53′N),屬于干旱河谷中的干暖河谷,干旱河谷長度達(dá)160 km,面積1 120 km2[2]。地貌以山地為主,地形環(huán)境復(fù)雜,海拔924～5 261 m[3]。該區(qū)域?qū)儆诘途暥雀吆０蔚膩啛釒Ъ撅L(fēng)氣候,夏季炎熱干燥,降水集中,多為暴雨,干濕季明顯,年平均氣溫12.71℃。年平均降雨量為1 006.1 mm,年平均陸面蒸發(fā)量為960.4 mm[11]。土壤以紫色土為主,水土流失嚴(yán)重[12]。

1.2 樣地選擇與設(shè)置

于2022年4—7月,對(duì)安寧河干旱河谷區(qū)農(nóng)用地進(jìn)行調(diào)查取樣。該區(qū)域?qū)⑥r(nóng)用地劃分為5種類型,分別為耕地、園地、林地、牧草地和他農(nóng)用地,占比面積表現(xiàn)為林地>耕地>牧草地>其他農(nóng)用地>園地。結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)用地實(shí)際情況,5種類型農(nóng)用地選取為桉樹(Eucalyptus)經(jīng)濟(jì)林、馬鈴薯(Solanumtuberosum)耕地、牧草地、撂荒地和青花椒(Zanthoxylumschinifolium)園地。在每種類型農(nóng)用地上設(shè)置1 m×1 m的樣方3個(gè),在每個(gè)樣方內(nèi)用特制矩形環(huán)刀(10 cm×10 cm×20 cm)采集土樣,帶回室內(nèi)進(jìn)行土壤抗沖性試驗(yàn),合計(jì)15份土樣;采用100 cm3的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀取土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室用于測定土壤容重和孔隙度,合計(jì)90份土樣(45份用于容重,45份用于孔隙度);采用塑封袋和鋁盒收集取樣點(diǎn)表層土壤用于測定土壤有機(jī)質(zhì)、土壤機(jī)械組成和土壤團(tuán)聚體,合計(jì)90份土樣(45份用于土壤機(jī)械組成和有機(jī)質(zhì),45份用于土壤團(tuán)聚體)。

1.3 研究方法

1.3.1 土壤抗沖性測定 土壤抗沖性試驗(yàn)采用改進(jìn)后的原狀土沖刷試驗(yàn)法,所使用原狀土沖刷水槽如圖1所示。為保證各農(nóng)用地土樣沖刷條件相同,沖刷坡度設(shè)置為15°,沖刷流量設(shè)置為2 L/min(用標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)(20 m×5 m)在暴雨條件下產(chǎn)生的最大徑流量計(jì)算),具體試驗(yàn)步驟參考金曉和陳麗華的試驗(yàn)操作[7]。土壤抗沖性用土壤抗沖系數(shù)(ANS)表示,表示每沖走1 g土所需水量,ANS越大,土壤抗沖性能越強(qiáng)[13],計(jì)算公式如下:

1.輸水管;2.穩(wěn)流室;3.可調(diào)節(jié)高度支架;4.底座;5.沖刷槽;6.土樣室;7.采樣桶。

ANS=(f×t)/W

(1)

式中:ANS為抗沖系數(shù)(L/g);f為沖刷流量(L/min);t為沖刷時(shí)間(min);W為烘干泥沙質(zhì)量(g)。

1.3.2 土壤性質(zhì)的測定 土壤性質(zhì)測定方法如下[14-15],土壤容重采用環(huán)刀法測定;土壤大團(tuán)聚體水穩(wěn)性采用H.N.薩維諾夫(CaBBNHOB)法測定,由干篩法和濕篩法兩部分組成,用重量百分比(%)表示;土壤機(jī)械組成采用吸管法測定;土壤有機(jī)質(zhì)采用水合熱重鉻酸鉀氧化—比色法測定;土壤比重采用比重瓶法測定;土壤總孔隙度通過公式計(jì)算得到,計(jì)算公式如下:

(2)

1.3.3 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的測定 通過土壤團(tuán)聚體濕篩結(jié)果計(jì)算得到平均重量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)、分形維數(shù)(D)和團(tuán)聚體破壞率(PAD),來表示土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性,計(jì)算公式如下[16]:

(3)

(4)

(5)

(6)

式中:Wi為i粒級(jí)團(tuán)聚體的重量百分比(%);Xi為i粒級(jí)團(tuán)聚體的平均直徑(mm);n為粒徑分組的組數(shù);D為土壤顆粒分形維數(shù);r為土壤粒徑;Ri為粒徑等級(jí)i的土壤粒徑(μm);VT為土壤顆?？傮w積百分含量(%);Rmax為土壤粒徑的極大值(μm);V為土壤粒徑小于Ri的土壤體積百分含量(%);DS>0.25為干篩處理下>0.25 mm團(tuán)聚體含量;WS>0.25為>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量。

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 采用SPSS 26.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-Way ANOVA)、Pearson相關(guān)性和逐步回歸分析,使用LSD進(jìn)行多重比較,采用Duncan進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型農(nóng)用地土壤抗沖性特征

2.1.1 徑流含沙量動(dòng)態(tài)變化特征 由圖2可知,在同樣沖刷坡度和流量下,各農(nóng)用地產(chǎn)沙量隨沖刷時(shí)間的延長所表現(xiàn)出來的趨勢基本相似。在第1分鐘時(shí)產(chǎn)沙量最大,隨后產(chǎn)沙量急劇下降,在5 min后趨于穩(wěn)定狀態(tài)。由于原狀土取樣時(shí)不可避免會(huì)對(duì)土壤表面造成一定擾動(dòng),從而產(chǎn)生一些松散土壤顆粒,加上土壤表層自帶的松散顆粒,使得徑流含沙量在第1分鐘時(shí)數(shù)值異常大。但這并不影響不同類型農(nóng)用地之間徑流含沙量的差異,在本研究的5種農(nóng)用地中,土壤產(chǎn)沙量總體變化表現(xiàn)為PCL(17.58 g)>AL(4.28 g)>GPG(0.69 g)>EEF(0.40 g)>GL(0.26 g)。在15 min沖刷過程中,PCL的產(chǎn)沙量遠(yuǎn)大于其他農(nóng)用地,沖刷最為嚴(yán)重;AL的產(chǎn)沙量在第1分鐘時(shí)最大,隨后產(chǎn)沙量急劇下降趨于穩(wěn)定,6 min后與GPG,EEF和GL的產(chǎn)沙量接近;GPG,EEF和GL的產(chǎn)沙量總體較小,且在較短的時(shí)間內(nèi)趨于穩(wěn)定。

圖2 不同類型農(nóng)用地含沙量隨沖刷時(shí)間的變化特征

2.1.2 土壤抗沖系數(shù)動(dòng)態(tài)變化特征 不同類型農(nóng)用地由于地表植被差異,以及人們對(duì)農(nóng)用地的后續(xù)管理不同,導(dǎo)致不同類型農(nóng)用地在土壤抗沖性能上也存在較大差異。由圖3可知,GL,EEF和GPG抗沖系數(shù)遠(yuǎn)大于AL和PCL。在沖刷初期抗沖系數(shù)均較小,隨著沖刷時(shí)間的延長,GL在7 min時(shí)抗沖系數(shù)達(dá)到峰值(158.95 L/g),隨后有所下降,但總體仍保持上升趨勢,說明牧草地抗沖性最強(qiáng);EEF在9 min達(dá)到峰值(86.27 L/g),隨后抗沖系數(shù)出現(xiàn)一定下降趨勢;GPG在整個(gè)時(shí)間段抗沖系數(shù)均保持穩(wěn)定的增長,在第15分鐘時(shí)抗沖系數(shù)達(dá)到119.47 L/g;AL抗沖系數(shù)呈現(xiàn)緩慢的增長趨勢,在第15分鐘時(shí)抗沖系數(shù)達(dá)到25.36 L/g;PCL抗沖系數(shù)變化趨勢小且穩(wěn)定在一個(gè)較低水平,在7 min后呈現(xiàn)出極小的增長趨勢,在15 min內(nèi)抗沖系數(shù)平均值僅為1.18 L/g。以往眾多相關(guān)研究表明,土抗沖系數(shù)隨著沖刷時(shí)間延長均表現(xiàn)出明顯增大趨勢,本研究發(fā)現(xiàn)PCL在15 min沖刷時(shí)間內(nèi)變化趨勢極小,說明馬鈴薯耕地在暴雨的沖刷下會(huì)源源不斷地被侵蝕破壞,形成嚴(yán)重的水土流失。根據(jù)土壤沖刷過程中抗沖系數(shù)變化特征,得到5種類型農(nóng)用地土壤抗沖性表現(xiàn)為GL>EEF>GPG>AL>PCL。

圖3 不同類型農(nóng)用地土壤抗沖系數(shù)隨沖刷時(shí)間的變化特征

2.1.3 土壤抗沖系數(shù)與沖刷時(shí)間的關(guān)系 不同學(xué)者對(duì)土壤抗沖系數(shù)與沖刷時(shí)間關(guān)系的研究結(jié)果存在較大差異,得到最優(yōu)擬合曲線主要有線性函數(shù)、冪函數(shù)和指數(shù)函數(shù)[7-8]。利用SPSS 26.0中曲線估算功能,對(duì)抗沖系數(shù)和沖刷時(shí)間做回歸分析,得到不同類型農(nóng)用地的最優(yōu)相關(guān)關(guān)系曲線擬合模型。在15 min沖刷下,GL用對(duì)數(shù)函數(shù)擬合效果較好,土壤抗沖系數(shù)隨沖刷時(shí)間的延長呈對(duì)數(shù)函數(shù)增大;EEF用逆函數(shù)擬合效果較好,土壤抗沖系數(shù)隨沖刷時(shí)間的延長呈逆函數(shù)增大;GPG,AL和PCL用線性函數(shù)擬合效果較好,土壤抗沖系數(shù)隨沖刷時(shí)間的延長呈線性函數(shù)增大。由表1可知,5種農(nóng)用地的抗沖系數(shù)(ANS)與沖刷時(shí)間(t)呈顯著或極顯著正相關(guān)。EEF抗沖系數(shù)與沖刷時(shí)間相關(guān)系數(shù)相對(duì)較低(p<0.05),是由于EEF抗沖系數(shù)在9 min后有所下降導(dǎo)致的。

表1 不同類型農(nóng)用地土壤抗沖系數(shù)與沖刷時(shí)間關(guān)系式Table 1 Relationship between soil anti-scour coefficient and scour time in different types of agricultural land

2.2 不同類型農(nóng)用地土壤性質(zhì)特征

2.2.1 土壤性質(zhì)差異 從表2可以看出,不同類型農(nóng)用地間土壤性質(zhì)差異較大,且存在顯著差異(p<0.05)。GL,EEF和AL土壤有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)高于我國耕層土壤的平均含量;GPG的有機(jī)質(zhì)含量次之;PCL有機(jī)質(zhì)含量最低,說明長期的馬鈴薯耕種對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)消耗過多,后續(xù)補(bǔ)肥不足。調(diào)查中也發(fā)現(xiàn),GL,EEF和AL均存在長期放牧,牲畜的排泄物會(huì)間接提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。土壤容重和土壤總孔隙度均可以反映土壤的疏松情況,二者基本吻合,土壤疏松程度表現(xiàn)為EEF>GL>GPG>AL>PCL。土壤機(jī)械組成主要由砂粒和粉粒為主,GL,EEF和GPG為粉砂質(zhì)壤土,AL和PCL為砂質(zhì)壤土。

表2 不同類型農(nóng)用地的土壤有機(jī)質(zhì)、容重、總孔隙度和機(jī)械組成差異Table 2 Soil organic matter, bulk density, total porosity and mechanical composition were different in different types of agricultural land

通過干篩和濕篩得到不同類型農(nóng)用地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布特征(圖4),不同類型農(nóng)用地對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑的分布影響較大。GL,EEF和GPG水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布大致相同,>5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體(47.30%～66.64%)為3種農(nóng)用地的優(yōu)勢粒徑;PCL和AL的優(yōu)勢粒徑為<0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體(57.81%～66.55%),占據(jù)了水穩(wěn)性團(tuán)聚體的一半以上。但AL>5 mm和2～5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體高于PCL,這與人為擾動(dòng)減少和有機(jī)質(zhì)含量提高密切相關(guān)。

圖4 不同類型農(nóng)用地土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體

2.2.2 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性 土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)構(gòu)成的基礎(chǔ),其穩(wěn)定性直接影響土壤表層的水、土界面行為,特別是與降雨入滲和土壤侵蝕關(guān)系密切[17]。MWD和GMD值越大,表示土壤團(tuán)聚體平均粒徑團(tuán)聚度越高,團(tuán)聚體穩(wěn)定性越好。D和PAD值越小,表示土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性越好,抗侵蝕能力越強(qiáng)。綜合4個(gè)指標(biāo)結(jié)果(表3),得到5種農(nóng)用地團(tuán)聚體穩(wěn)定性表現(xiàn)為GPG>GL>EEF>AL>PCL。這與前面5種農(nóng)用地土壤抗沖性能結(jié)果略有不同,表明土壤團(tuán)聚體只是影響土壤抗沖性的主要因子之一。同時(shí)各農(nóng)用地之間差異顯著性可分為兩組,GL,EEF,GPG與AL,PCL存在顯著差異(p<0.05),即GL,EEF和GPG的團(tuán)聚體穩(wěn)定性顯著高于AL和PCL。

表3 不同類型農(nóng)用地土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征Table 3 Stability characteristics of soil aggregates in different types of agricultural land

2.3 土壤抗沖系數(shù)與土壤性質(zhì)關(guān)系

對(duì)土壤抗沖系數(shù)與土壤性質(zhì)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析(圖5)。結(jié)果表明:土壤抗沖系數(shù)與粉粒和>5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體呈顯著或極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.608,0.682。土壤抗沖系數(shù)與砂粒、0.25～0.5 mm和<0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.593,0.563,0.758。僅從相關(guān)程度看,由大到小依次為<0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體、>5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體、粉粒、砂粒和0.25～0.5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體。粉粒和>5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體越多則土壤抗沖系數(shù)越大,砂粒、0.25～0.5 mm和<0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體越多則土壤抗沖系數(shù)越小。根據(jù)相關(guān)性結(jié)果可得到,在本文分析的土壤性質(zhì)中水穩(wěn)性團(tuán)聚體和土壤機(jī)械組成對(duì)抗沖系數(shù)影響最大。

圖5 土壤抗沖系數(shù)與土壤性質(zhì)相關(guān)性分析

表4 土壤抗沖系數(shù)與土壤性質(zhì)逐步回歸分析的多元回歸系數(shù)參數(shù)估計(jì)值

3 討 論

3.1 不同類型農(nóng)用地土壤抗沖性分析

本研究針對(duì)安寧河干旱河谷區(qū)不同類型農(nóng)用地土壤抗沖性進(jìn)行研究。徑流含沙量變化特征與大部分已有研究結(jié)果相同,徑流含沙量隨沖刷時(shí)間的延長逐漸減少并趨于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)[5,7,9]。隨著土壤表層松散顆粒被沖刷帶走,土壤顆粒間緊實(shí)摩擦力增大,土壤抗沖系數(shù)隨之增大[18]。PCL徑流含沙量顯著高于其他農(nóng)用地,這與地表植被和人為干擾程度關(guān)系密切,GL和EEF人為擾動(dòng)較少且地表植被豐富表層土壤根系發(fā)達(dá),根系的盤繞固結(jié)作用增強(qiáng)了土壤的抗沖性能[7]。土壤沖刷過程中抗沖系數(shù)隨著沖刷時(shí)間的延長總體呈現(xiàn)出上升趨勢,其中GPG上升趨勢最為穩(wěn)定。GPG抗沖性介于GL,EEF和AL,PCL之間,受到人類農(nóng)業(yè)活動(dòng)的影響,但又遠(yuǎn)小于耕地農(nóng)業(yè)活動(dòng),使其土壤抗沖性維持較好,本研究結(jié)果與資如毅等[19]研究結(jié)果相同。但伏耀龍等[5]對(duì)岷江干旱河谷區(qū)不同土地利用抗沖性研究中,得到小麥耕地的抗沖性優(yōu)于灌木林地,這與本文林地和園地的抗沖性能遠(yuǎn)大于耕地不同。PCL由于長期的人為耕作活動(dòng),對(duì)土體擾動(dòng)嚴(yán)重,土壤表層根系稀少,加之耕種者對(duì)耕地的管理不當(dāng),最終導(dǎo)致耕地土壤抗沖性極差。結(jié)合眾多相關(guān)研究,可以得到不同土地利用下土壤抗沖性能大致表現(xiàn)為:草地>天然林地>人工林地>園地>荒草地>撂荒地>耕地>裸地[7-8,18,20]。

3.2 不同類型農(nóng)用地土壤性質(zhì)分析

除去地形坡位等條件,土壤性質(zhì)也是決定土地利用類型的重要條件之一,不同類型的農(nóng)用地也能在一定程度上反映土壤的狀況。研究區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)對(duì)土壤的理化性質(zhì)影響較大,根據(jù)砂粒、粉粒和黏粒百分比可以發(fā)現(xiàn),AL和PCL受人為擾動(dòng)嚴(yán)重,在降雨徑流的沖刷下,土壤中粉粒流失嚴(yán)重。AL已經(jīng)停止人類擾動(dòng)多年,但土壤質(zhì)地仍未恢復(fù)到自然狀態(tài)。人為擾動(dòng)使得土壤結(jié)構(gòu)受到破壞,間接改變土壤顆粒組成,土壤抵抗徑流搬運(yùn)能力降低[19]。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組成部分,在土壤可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。朱凱等[21]研究得到有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤團(tuán)聚體具有顯著的正向影響,高含量的土壤有機(jī)質(zhì)有利于團(tuán)聚體的形成。這一點(diǎn)在AL中表現(xiàn)明顯,>5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量增加,2～5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體與GL,EEF,GPG接近。大顆粒水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量越多,其抵抗水力侵蝕能力越強(qiáng),即土壤抗沖性越強(qiáng)。PCL和AL<0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體顯著高于GL,EEF和GPG,主要受到人為耕種影響,使土壤在流水沖刷下更易被侵蝕帶走。當(dāng)土壤容重小孔隙度大時(shí),土壤疏松多孔,水分和徑流利于下滲,從而增強(qiáng)土壤抗沖性[13]。本研究中,PCL和AL的土壤容重值較大,與資如毅等[19]研究結(jié)果不同。通常耕地土壤受到人為的犁耕,會(huì)使土壤變得疏松,容重減小,但該區(qū)域耕地土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,耕地多為砂質(zhì)土壤,土壤表層在人為灌溉和雨水淋洗下逐漸硬實(shí)板結(jié)。GPG的土壤容重值也較大,接近PCL和AL,這也一定程度上說明園地的土壤板結(jié)嚴(yán)重。綜合各土壤性質(zhì)得到,GL和EEF土壤性質(zhì)優(yōu)良,具有良好的土壤結(jié)構(gòu),抵抗流水侵蝕能力更強(qiáng),目前看桉樹的種植并沒有對(duì)當(dāng)?shù)赝寥涝斐蓢?yán)重危害。

3.3 土壤抗沖性與土壤性質(zhì)的關(guān)系分析

相關(guān)性和逐步回歸分析得到,在所選因子中<0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體和黏粒為影響土壤抗沖性的主導(dǎo)因子。本文相關(guān)性結(jié)果可得到,水穩(wěn)性團(tuán)聚體和土壤機(jī)械組成對(duì)抗沖系數(shù)影響最大,這與伏耀龍等[5]研究結(jié)果相同。楊玉梅等[22]研究得到土壤容重與抗沖指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān),而周維等[23]研究認(rèn)為土壤抗沖強(qiáng)弱與容重不相關(guān)。本文得到容重與土壤抗沖性呈負(fù)影響但不具備顯著性,造成這種差異的原因可能是地區(qū)以及選擇土地利用類型不同導(dǎo)致的。眾多研究均得到有機(jī)質(zhì)與土壤抗沖性呈顯著正相關(guān)關(guān)系[5,7],但本研究中,土壤有機(jī)質(zhì)與土壤抗沖性不具有顯著關(guān)系,這可能是受到AL影響。AL由于長時(shí)間棄耕,地表草本植物豐富,使得有機(jī)質(zhì)含量顯著提高,但AL的土壤抗沖性則仍然較差。楊玉梅等[22]認(rèn)為土壤顆粒越細(xì),在相同沖刷流量和歷時(shí)下,土壤細(xì)粒會(huì)堵塞土壤孔隙,使土壤板結(jié),從而增強(qiáng)土壤抗沖性。也有研究指出,大粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量越多,土壤結(jié)構(gòu)越佳,土壤抗沖性越強(qiáng)[23]。本文研究結(jié)果與后者相符合,大團(tuán)聚體抵抗水力侵蝕能力更強(qiáng),團(tuán)聚體穩(wěn)定性更強(qiáng)。所選土壤因子對(duì)土壤抗沖系數(shù)的解釋度僅達(dá)到74.7%,說明土壤性質(zhì)不能很好地解釋土壤抗沖性,土壤礫石含量和表層根系特征等同樣會(huì)對(duì)土壤抗沖性產(chǎn)生影響,在以后的研究中應(yīng)加入這些指標(biāo)綜合分析。

3.4 關(guān)于安寧河干旱河谷區(qū)農(nóng)用地可持續(xù)發(fā)展的思考

5種類型農(nóng)用地中耕地會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重危害,園地次之。研究區(qū)內(nèi)耕地水土流失問題極其嚴(yán)重,在如今全球氣候異常的局勢下,這個(gè)問題更應(yīng)該引起高度重視。在農(nóng)用地調(diào)查和試驗(yàn)過程中,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)土壤礫石含量極高,農(nóng)民在耕種中會(huì)將礫石一遍又一遍清除掉,礫石的清除加劇了水土流失。研究區(qū)內(nèi)地勢起伏較大,隨著耕作活動(dòng)的開展,夏季降水徑流沖刷帶走土壤中細(xì)小顆粒,使土壤肥力和抗侵蝕能力嚴(yán)重下降。導(dǎo)致地區(qū)土壤質(zhì)量逐漸惡化,糧食產(chǎn)量逐年下降,引發(fā)糧食安全問題。應(yīng)完善地區(qū)耕地保護(hù)措施,同時(shí)加強(qiáng)園地管理,提高農(nóng)民生態(tài)意識(shí),實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用。

4 結(jié) 論

(1) 通過原狀土沖刷試驗(yàn),得到5種農(nóng)用地徑流含沙量在第1分鐘時(shí)產(chǎn)沙量最大,隨后產(chǎn)沙量急劇下降,在5 min后趨于穩(wěn)定狀態(tài),土壤抗沖系數(shù)隨沖刷時(shí)間的延長而增大,其關(guān)系用對(duì)數(shù)、逆函數(shù)或線性函數(shù)擬合效果較好。5種農(nóng)用地抗沖性由表現(xiàn)為GL>EEF>GPG>AL>PCL。

(2) GL,EEF和AL有機(jī)質(zhì)含量較高,GPG和PCL有機(jī)質(zhì)則較差;5種農(nóng)用地疏松程度表現(xiàn)為EEF>GL>GPG>AL>PCL;GL,EEF和GPG以>5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體為主,PCL和AL以<0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體為主,團(tuán)聚體穩(wěn)定性表現(xiàn)為GPG>GL>EEF>AL>PCL;GL,EEF和GPG為粉砂質(zhì)壤土,AL和PCL為砂質(zhì)壤土,土壤中粉粒流失極其嚴(yán)重,耕地撂荒后需很長時(shí)間進(jìn)行自我恢復(fù)。

(3) 土壤抗沖系數(shù)與粉粒和>5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體呈顯著正相關(guān),與砂粒、0.25～0.5 mm和<0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體呈顯著負(fù)相關(guān)。逐步回歸分析得到最優(yōu)回歸方程為土壤抗沖系數(shù)=84.016-1.135×<0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體-7.413×黏粒,土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體和土壤機(jī)械組成對(duì)抗沖系數(shù)影響最大。