侵蚀红壤区不同水土保持措施的土壤改良效果研究

喻荣岗，杨 洁，王 农，张靖宇，魏 伟，付 涛

(江西省水土保持科学研究所，江西南昌 330029)

侵蚀红壤区是我国土壤侵蚀最为严重的地区之一，土壤侵蚀面积达25万km2，占东南部红壤面积的22%，是我国水土流失治理的重点区域之一。因此，开展侵蚀红壤区水土保持措施的环境效应研究，不仅可以丰富我国水土保持学科的研究内容，加深对侵蚀红壤区水土流失治理效果的认识，而且可以为区域土地整治提供重要的理论依据和技术指导，具有重要的科学意义和实践价值。

在水土保持措施的多种效益中，土壤改良效益是一个非常重要的方面，也是水土保持措施最直接、最基本的一项效益［1］。土壤肥力是研究土壤改良效益的重要指标［2－9］，是水土流失区土地资源可持续利用和土地生产力提升的重要基础。本研究以江西省水土保持生态科技园的牧草、耕作、梯田等水土保持措施的不同处理小区为研究对象，分析了不同水土保持措施的土壤肥力分异情况，旨在为红壤侵蚀区高效水土保持治理措施的选择和植被恢复的土壤改良效果提供评价依据。

1 研究材料与方法

1.1 研究区概况

试验布设在位于博阳河西岸的江西省水土保持生态科技园内(115°23'—115°53'E，29°10'—29°35'N)。研究区海拔30—100 m，坡度小于25°，属浅丘岗地。年均降雨量1 469 mm，年均气温16.7℃，日照时数1 700～2 100 h，无霜期249 d，属亚热带季风气候区。土壤为第四纪红色黏土，森林植被为常绿阔叶林，植物种类繁多，但由于长期过度开发利用，因此地表植被遭到破坏，水土流失严重，其流失面积占土地总面积的85.6%，且土壤侵蚀以水力侵蚀为主。

1.2 试验小区设计

在同一坡面上布设标准小区(5 m×20 m)，小区坡度12°，坡面植被类型为果园。试验设牧草、耕作、梯田和对照4个处理，各个处理的重复数分别为6、2、4和3个。牧草处理采用牧草(百喜草、雀稗草、狗牙根)覆盖坡地，小区植被覆盖度为80%～95%;耕作处理播种黄豆和萝卜，每年4月12日至8月10日种黄豆，8月12日至次年3月12日种萝卜，不施肥;梯田处理梯壁植百喜草，田面植柑橘树;对照处理为全区裸露。小区管理均按《水土保持试验规范SD239—87》部颁标准进行。

1.3 土壤样品采集和分析

2006年9 月在研究区内采集0—20 cm表层土壤样品。采样时，去除表层未腐解的枯枝落叶，每个小区随机选取5点用土钻采集土壤样品并混匀风干，分别过1 mm和0.25 mm筛备用。

测定土壤样品的有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、pH值，分别采用丘林法、开氏法、酸溶－钼锑抗比色法、氢氧化钠熔融法、火焰光度计法、碱解蒸馏法、Olsen法、火焰分光光度计法和酸度计法测定。

方差分析(ANOVA)、相关性分析(CORR)、主成分分析(PRIN COMP)通过SPSS软件进行。

2 结果与分析

2.1 侵蚀红壤区坡地裸露对照区土壤养分流失特征

表1为研究区坡地裸露对照区2001年与2006年土壤pH值及养分对比情况，通过比较可以看出，从2001年到2006年土壤酸度加大，养分含量下降，土壤肥力退化严重。经过5年侵蚀后，土壤pH值降低了0.17个单位，有机质、全氮、全磷和全钾分别降低24%、26%、13%和7%，土壤速效氮、磷、钾分别降低了44%、23%和2%。

表1 裸露对照区2001年与2006年土壤pH值及养分对比

2.2 不同水土保持措施对土壤性质的影响

图1为不同处理措施下的土壤性质，表2为不同处理措施下的土壤性质方差分析结果。由图1、表2可看出，不同水土保持措施显著改变了土壤pH值和有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷含量，但对土壤钾素状况影响不显著。

图1 不同处理措施下的土壤性质

表2 土壤性质方差分析结果

本研究中不同水土保持措施显著改变了土壤pH值(图1、表2)。牧草处理和耕作处理显著增加了土壤pH值(增幅分别为15%和8%，p＜0.05)，梯田处理也增加了土壤pH值(增幅2%)，但是其增加不显著(p＞0.05)。土壤pH值的显著增加表明牧草和农作物的生长有利于阻止侵蚀条件下的土壤酸化，这可能与这两种措施对土壤盐基离子的截留和保持有关。在侵蚀红壤区，土壤酸化的主要原因是土壤盐基离子减少。在牧草和农作物生长的条件下，植物根系对土壤起到了固持作用，减少了土壤颗粒的流失，也减少了土壤中盐基离子向下层土壤的淋溶以及流失，从而缓解了土壤的酸化，因此与对照相比，土壤pH值显著升高。对于梯田来说，土壤流失可能比较少，但是梯田截留的雨水比较多，这部分雨水沿坡面流出小区的部分较少，就地入渗的较多，其土壤中盐基离子向深层土壤的淋溶也强于其他两种处理，因此梯田土壤pH值低于牧草和耕作处理而高于对照处理。另外，不同处理措施下土壤pH值的差异还与土壤有机质状况有关。

不同水土保持措施下土壤有机质含量差异显著(图1、表2)。牧草和耕作处理土壤有机质含量分别高于对照处理36%和44%且均差异显著(p＜0.05)，梯田处理有机质含量高于对照处理11%但差异不显著(p＞0.05)。土壤有机质不但与土壤肥力状况有关，而且在土壤抵抗侵蚀作用方面有着重要作用。研究结果表明，牧草和耕作处理可以显著改善土壤有机质状况，表明这两种措施可以改善土壤肥力，提高土壤抗蚀性。牧草和耕作处理措施下土壤有机质的改善主要与植物根系生长有关：一方面，根系生长过程中与土壤颗粒密切结合在一起，形成网状结构，可以明显降低侵蚀过程中的土壤流失，从而保护了土壤中固有的有机质;另一方面，根系在生长过程中的分泌物可以补充土壤中的有机质，加上根系周转过程中对土壤有机物质的补充，土壤有机质含量得到显著提高。此外，牧草和农作物收获后的残茬及枯枝落叶也是土壤有机质的一个重要来源。对于梯田土壤来说，梯田建设减少了随径流流失的土壤颗粒，因此减少了这部分土壤的有机质流失，从而使其有机质含量高于对照。但是与牧草处理和耕作处理相比，梯田土壤没有有机物料来源，其土壤有机质得不到补充，因此含量低于牧草和耕作处理。

不同措施对土壤氮素的影响总体来说与土壤有机质相似，即牧草和耕作处理全氮和碱解氮显著高于对照，这两个处理的全氮分别比对照高34%和48%(p＜0.05)，碱解氮比对照高19%和55%(p＜0.05)，而梯田处理土壤全氮和碱解氮与对照处理接近(p＞0.05)。牧草和耕作处理对土壤氮素的影响除与植物根系对土壤颗粒的保持所保持的氮素和根系分泌物释放、根系和植物残体补充的氮素有关外，还与植物对土壤保护后增加的氮素固定有关。地表植物生长后改善了土壤微环境以及地表的微气象环境，有利于土壤固氮菌的活动，从而增加了土壤自生固氮能力。而农作物中的豆类植物本身就具有固氮作用，其生长过程显著补充了土壤氮素含量，因此耕作处理氮素含量也高于牧草处理，也因此区别于不同水保措施对土壤有机质的影响趋势。这些结果表明牧草和耕作处理可以显著提高土壤氮素水平及其有效性。

牧草和耕作处理土壤全磷和速效磷含量显著高于对照，这两个处理的全磷含量分别比对照高23%和54%(p＜0.05)，速效磷比对照高109%和229%(p＜0.05)。梯田处理土壤全磷和速效磷含量高于对照11%和24%，但是差异不显著(p＞0.05)。在侵蚀条件下，土壤磷素主要通过径流损失，牧草和耕作处理中植物根系对土壤颗粒的固定和保持显著减少了土壤磷素的损失，因此其全磷和速效磷含量显著高于对照;梯田也在一定程度上减少了土壤颗粒的流失，其土壤全磷和速效磷含量也高于对照。此外，牧草处理和耕作处理土壤磷素差异较大，这可能与不同植物对土壤磷素的吸收强度有关。这些结果表明牧草和耕作处理可以显著提高土壤磷素水平及其有效性。

与对土壤pH值、有机质和氮磷素养分含量的影响不同，不同水土保持措施对土壤钾素状况的影响不显著(表2、图1)，表明研究区在侵蚀条件下土壤钾素不会成为土壤养分的限制因素，在以后该区土壤养分状况研究中可以忽略钾素因子。

2.3 土壤肥力指示指标筛选

本研究选择pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾等8个指标来衡量试验区域的土壤肥力水平。土壤养分性状指标的相关性分析(表3)表明，大部分土壤指标之间具有一定的相关性，其中土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷之间具有显著的相关性。另外，pH值与有机质、全氮、速效磷之间具有显著的相关性。速效钾与全钾之间有一定相关性，但两者与其他土壤养分指标的相关性不明显。

表3 土壤养分性状指标相关性分析

在主成分分析中(表4)，因子1、2的特征值都大于1，分别解释了总方差变异的59.250%和21.249%，累计贡献率超过80%。公因子方差也表明，除了全钾外，各变量的解释方差都超过了80%(表5)。在因子1上，土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷等都有较高的正负载，由于因子1所包括的变量都与有机质显著相关，所以将其命名为“有机质”因子;在因子2上，速效钾有较高的正负载，虽然全钾也有较高的正负载，但后两者公因子方差小，所以将其命名为“速效钾”因子。

表4 不同措施土壤化学性状指标主成分分析的特征值与负荷量

表5 不同措施土壤化学性状指标主成分分析

通过主成分分析，将指标归结为两个因子，不同措施下养分性状指标的差异可以通过两个因子的综合值体现出来。“有机质”因子(因子1)值越大，土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷含量越高，土壤肥力水平越高;“速效钾”因子(因子2)值越大，则土壤速效钾、全钾含量越高。本研究中，由于不同措施对土壤钾素含量影响不显著，而且土壤肥力状况不受钾素限制，不同措施下土壤有机质变化趋势与其他养分指标变化趋势相似，因此在研究区可以利用有机质因子作为衡量土壤肥力状况的简化指标。

3 结语

研究结果表明，不同水土保持措施显著影响侵蚀红壤区坡地土壤pH值和有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷含量，但对全钾和速效钾含量影响不显著。牧草和耕作措施可以显著提高土壤pH值和有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷的含量，可以显著改善土壤肥力状况。研究区土壤肥力状况不受钾素限制，可以利用土壤有机质作为衡量土壤肥力状况的简化指标。

［1］沈慧，姜凤岐.水土保持林土壤肥力及其评价指标［J］.水土保持学报，2000，14(2)：60 －65.

［2］史德明，韦启潘，梁音，等.中国南方侵蚀土壤退化指标体系研究［J］.水土保持学报，2000，14(3)：1 －9.

［3］沈慧，姜凤岐.水土保持林土壤改良效益评价指标体系的研究［J］.北京林业大学学报，2000，22(5)：96 －99.

［4］康玲玲，王云璋，刘雪，等.水土保持措施对土壤化学特性的影响［J］.水土保持通报，2000，23(1)：46 －48.

［5］谢锦升，杨玉盛，陈光水，等.严重侵蚀红壤封禁管理后土壤性质的变化［J］.福建林学院学报，2002，22(3)：236－239.

［6］刘畅，云丽丽，葛成明.辽东山区不同森林类型土壤改良效益分析［J］.防护林科技，2005(1)：21－22.

［7］柳云龙，王人潮.低丘侵蚀红壤垦种绿化后土壤结构、养分积聚和持水性能［J］.水土保持学报，2000，14(4)：79 －82.

［8］邰通桥，杭朝平，杨胜俊.果园套种绿肥对果园土壤改良的效果［J］.贵州农业科学，1999，27(1)：35 －37.

［9］王震洪，段昌群，文传浩，等.滇中三种人工林群落控制土壤侵蚀和改良土壤效应［J］.水土保持通报，2001，21(2)：23－29.