水土保持措施对板栗林土壤特性的影响

黄石德，李建民，林 捷，陈 桢，丁 珌，陈 杰，卓 辉

(1.福建省林业科学研究院，福建 福州350012;2.南京林业大学生物与环境学院，江苏南京210037;3.福建农林大学计算机与信息学院，福建 福州350002)

长汀县河田镇属山地红壤，成土母岩属粗晶花岗岩，虽然土层深厚，但结构疏松，含砂量大，结构不良，土壤抗蚀能力差，是我国南方丘陵红壤地带典型的强度土壤侵蚀区，早在20 世纪40年代初就与陕西长安、甘肃天水一起被列为全国3 个重点水土保持试验区［1-3］。由于长期遭受人为活动的严重干扰，长汀县河田镇地带性植被常绿阔叶林已破坏殆尽。由于板栗(Castanea mollissima)喜光，且对土壤要求不严，适合在当地土壤侵蚀严重的地区发展，因此，板栗林作为当地进行植被恢复的重要措施以及特色产业而被广泛推广。目前该地区板栗林种植面积已超过7000 hm2，然而由于林农多强调板栗林的经济产出，忽略其在水保措施上的投入，使得部分板栗林地水土保持措施缺失，或单纯使用工程措施，致使林下土壤侵蚀剧烈，土壤养分大量流失，土壤结构变差，影响板栗的果实产量和品质［4］，从而严重影响当地林农的经济收入。张锦娟等［5］研究认为，要从根本上改善经济林土壤的特性，仅采取工程措施是不够的，还需结合植物措施的生物改良作用。鉴于此，本研究分析了不同水保措施对长汀县河田镇板栗林地土壤养分、水稳性团聚体的分布特征及团聚体稳定性的影响，旨在揭示工程措施和植物措施对土壤特性影响的差异，为该区域经济林水土流失综合治理供依据。

1 研究区概况

试验区位于福建省长汀县河田镇(E116°18＇ -116°31＇，N25°33＇ -25°48＇)，属中亚热带气候区，年均气温17.5 -18.8 ℃，年均降雨量1737 mm，平均无霜期260 d。

本研究选择4 个不同处理的板栗林作为供试样地，所调查现存板栗林于2003年种植，保留密度均为390 株·hm-2左右。其中，处理Ⅰ和Ⅱ板栗林样地采取未种草处理，处理Ⅰ顺坡种植，处理Ⅱ则在种植板栗当年采用前埂后沟的工程措施;处理Ⅲ和Ⅳ板栗林样地采取种草处理，处理Ⅲ顺坡种植，处理Ⅳ则在种植板栗当年采用前埂后沟的工程措施。4 个供试板栗林具体特征如表1 所示。

表1 4 个供试板栗林试验地的基本概况Table 1 Basic status of sample sites in four C.mollissima plantations

2 研究方法

2.1 样品采集与处理

于2011年11月，在每种类型板栗林样地内按“S”形设置采样点，采样深度为0 -10 cm，用塑料盒采集原状土，每份土样取样1 kg，重复5 次，共采集20 份土样。在土样采集过程中，尽量避免挤压，保持原状土壤结构。土样运回实验室后，沿自然结构掰成10 mm 左右的团粒，在阴凉处风干。在采集原状土样的同时，采取土壤环刀，测定土壤容重［6］。

2.2 测定方法与数据分析

按四分法将风干后的土样分成2 份，一份用于测定分析土样的C、N、水解性N 含量以及pH 值［6］，另一份土样用于测定土壤团聚体含量。土壤团聚体具体做法为:将风干后的土样通过孔径依次为5、2、1、0.5、0.25 mm 的套筛，分别称重计算出各径级干筛团聚体占土壤的质量分数，并按干筛的比例配成50 g 风干土样。将配好的风干土样放在套筛上，在水中浸泡5 min 后用振荡式机械筛分仪(振荡频率为30 次·min-1)筛5 min，分离出＞5 mm、2 -5 mm、1 -2 mm、0.5 -1 mm、0.25 -0.5 mm、＜0.25 mm 的水稳性团聚体，置于烘箱内烘至恒重［7］。计算＞0.25 mm 水稳性团聚体(WSA)含量、＞0.25 mm 团聚体的破坏率(PAD)以及水稳性团聚体平均重量直径(MWD)［8］。

采用Excel 2003 软件对数据进行统计分析并作图，运用SPSS 17.0 软件进行Duncan 多重比较、双因素方差分析和Person 相关性分析。

3 结果与分析

3.1 水保措施对板栗林土壤养分的影响

如表2 所示，顺坡种植的板栗林施加前埂后沟的工程措施后，只有土壤容重和水解性N 达到显著差异(P ＜0.01)，土壤C、N 含量和pH 值均未达到显著差异(P ＞0.05)。可见工程措施的施用并不能使表层土壤的养分含量得到明显的改善，这可能是由于前埂后沟的工程措施虽能将坡面泥沙汇集在沟道内，但并不能阻止坡面养分的流失［5］。然而，板栗林施加种草的植物措施后，土壤容重、C、N 和水解性N 含量以及pH 值均达到显著差异(P ＜0.05)。可见植物措施的施用对土壤表层养分的影响比工程措施更明显。研究表明，采取工程和植物综合措施的处理Ⅳ，对土壤特性的改良作用最明显，这可能是由于植物根系的穿插作用以及枯死物的归还促进了表层土壤养分的累积［9］。可见，要改善板栗林的土壤养分，结合采取工程和植物综合措施是最为理想的。

表2 不同水保措施板栗林的土壤养分1)Table 2 Soil nutrient in the different soil and water conservation C.mollissima plantations

3.2 水保措施对＜0.25 mm WSA 分布的影响

如表3 所示，不同水保措施均表现为＜0.25 mm WSA 含量最高，其中处理Ⅰ和Ⅲ中＜0.25 mm WSA含量分别为54.17%和47.61%，板栗林采取前埂后沟的工程措施后，＜0.25 mm 的WSA 均表现为显著减少(P ＜0.01)，而1 -2 mm 和2 -5 mm 的团聚体则表现为显著增加(P ＜0.05);Ⅰ和Ⅱ处理中＜0.25 mm WSA 含量分别为54.17%和45.56%，板栗林采取种草植物措施后，＜0.25 mm WSA 均表现为显著减少(P ＜0.01)，而0.25 -0.5 mm、0.5 -1 mm、和＞5 mm 的团聚体则表现为显著增加(P ＜0.01)。这表明由于工程或植物措施的施用，＜0.25mm 微团聚体向＞0.25 mm 的大团聚体转变，可能是上述所述由于土壤有机质的增加，形成的胶结剂促进土壤颗粒粘结成大团聚体［10，11］。

表3 不同水保措施板栗林WSA 分布特征1)Table 3 Distribution characteristic of water-stable aggregates in the different soil and water conservation C.mollissima plantations %

3.3 水保措施对土壤团聚体稳定性的影响

＞0.25 mm WSA 含量、＞0.25mm PAD 以及水稳性团聚体MWD 是表示土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力的主要指标。由表4 可知，无论是工程还是植物措施的施用，均显著提高了＞0.25 mm WSA 含量(P ＜0.01)，而显著降低＞0.25 mm PAD(P ＜0.01)。工程措施的施用未显著增加(P =0.066)水稳性团聚体MWD，而植物措施的施用显著增加(P ＜0.01)。如图1 所示，＞0.25 mm PAD 与＞0.25 mm WSA 呈显著负相关(P ＜0.01，R2=0.9982)，而水稳性团聚体的MWD 与＞0.25 mm WSA 呈显著正相关(P ＜0.05，R2=0.8877)。＞0.25 mm PAD 与土壤团聚体的稳定性成反比［10］，而本研究中＞0.25 mm WSA 含量越高，＞0.25 mm PAD 则越低，水稳性团聚体MWD 越高，土壤的水稳性团聚体就越强，土壤结构就越稳定，这与张锦娟等［5］得出的结论相一致。可见，采用＞0.25 mm WSA 含量、＞0.25 mm PAD 以及水稳性团聚体MWD 来表征团聚体稳定性的结论是一致的。综上所述，不同水保措施处理团聚体稳定性的变化趋势为:处理Ⅳ＞处理Ⅱ＞处理Ⅲ＞处理Ⅰ。

表4 不同水保措施板栗林水稳性团聚体的稳定性1)Table 4 Water-stable aggregates stability in the different soil and water conservation C.mollissima plantations

图1 ＞0.25 mm WSA 含量与＞0.25mm PAD(a)和水稳性团聚体MWD(b)的关系Fig.1 The relationship between ＞0.25mm WSA content and ＞0.25 mm PAD (a)and water-stable aggregates MWD (b)

3.4 土壤特性与WSA 含量的关系

如表5 所示，不同水土保持措施土壤容重与＜0.25 mm 的WSA 含量显著正相关(P ＜0.05)，而与＞0.25mm 不同径级的WSA 含量负相关，其中0.5 -1 mm 达到显著水平(P ＜0.05)。不同水保措施土壤C、N 含量与＜0.25 mm 的WSA 显著负相关(P ＜0.05)，而与＞0.25 mm 不同径级WSA 含量正相关，其中C 含量与＞5 mm 的WSA 含量达到显著水平(P ＜0.05)，表明土壤养分含量对土壤团聚体的形成有明显的促进作用［12］。

表5 土壤特性与WSA 相关性1)Table 5 The correlation between soil property and water-stable aggregates

4 小结

综上所述，仅采用工程措施并不能明显改善表层土壤的养分含量，而施用种草的植物措施后，土壤容重、C、N 和水解性N 含量以及pH 值均达到显著差异(P ＜0.05)，表明植物措施的施用对土壤表层养分的影响比工程措施更明显。不同水保措施处理均表现为＜0.25 mm 水稳性团聚体含量最高，施用工程或植物措施后，＜0.25 mm 微团聚体趋于向＞0.25 mm 的大团聚体转变。无论是工程还是植物措施的施用，均显著提高了＞0.25 mm WSA 含量(P ＜0.01)，而显著降低＞0.25 mm PAD(P ＜0.01)。工程措施的施用未显著增加水稳性团聚体MWD，而植物措施的施用显著增加水稳性团聚体MWD。不同水保措施处理团聚体稳定性的变化趋势为:结合采用工程和植物措施＞仅采用工程措施＞仅采用植物措施＞未采取措施。因此，要改善板栗林的土壤特性，结合采用工程和植物综合措施最为理想。

［1］杨玉盛，何宗明，林光耀.退化红壤不同治理模式对土壤肥力的影响［J］.土壤学报，1998，35(2):276 -282.

［2］傅如通，王其森，戴立丰.绿梦成真——长汀河田水土流失治理纪实［M］.北京:北京广播学报出版社，1999:1 -16.

［3］黄聚聪，张炜平，李熙波.福建长汀河田水土流失原因综述［J］.亚热带水土保持，2007，19(2):26 -29.

［4］张贤明，董闻达，李德荣，等.江西红壤坡地果园水土保持措施效益之研究［J］.水土保持学报，2001(2):102 -104.

［5］张锦娟，李钢，陆芳春，等.板栗林地水土保持截水工程措施对土壤特性的影响［J］.中国水土保持科学，2013，11(6):105 -109.

［6］鲁如坤.土壤农业化学分析方法［M］.北京:中国农业科技出版社，1999:22 -115.

［7］毛艳玲，杨玉盛，刑世和，等.土地利用变化对土壤水稳性团聚体轻组有机碳的影响［J］.福建农林大学学报:自然科学版，2008，37(5):532 -538.

［8］HAYNES R J. Interactions between soil organic matter status，cropping history，method of quantification and sample pretreatment and their effects on measured aggregate stability［J］. Biology Fertility Soils，2000，30:270 -275.

［9］葛晓改，黄志霖，程瑞梅，等.三峡库区马尾松人工林凋落物和根系输入对土壤理化性质的影响［J］. 应用生态学报，2012，23(12):3301 -3308.

［10］杨莹莹，魏兆猛，黄丽，等.不同修复措施下红壤水稳性团聚体中有机质分布特征［J］.水土保持学报，2012，26(3):154-158.

［11］李恋卿，潘根兴，张旭辉.太湖地区几种水稻土的有机碳储存及其分布特性［J］.科技通报，2000，11(6):421 -426.

［12］韩加强，高晓飞，路炳军，等.水保措施对褐土水稳性大团聚体的影响研究［J］.水土保持研究，2012，19(6):50 -53.