苎麻对红壤旱地土壤团聚体及其特性的影响

钟义军，武 琳，黄欠如，廖绵清，叶 川，成艳红，孙永明，章新亮，熊春贵

（1.江西省红壤研究所，江西 南昌331717；2.国家红壤改良工程技术研究中心，江西 南昌331717）

土壤团聚体是土壤结构的基本单位，是土壤的重要组成部分，其数量的多少在一定程度上反映了土壤供储养分能力的高低［1－2］，并且其数量分布和空间排列方式决定了土壤孔隙的分布和连续性，进而决定了土壤的水力性质，影响土壤生物的活动［3］。同时，水稳性团聚体的数量和分布状况反映了土壤结构的稳定性、持水性、通透性和抗侵蚀的能力［4］。目前常用来表征土壤团聚体特性的指标［5－7］主要有平均重量直径（MWD）、大于0.25mm 团聚体比例（R0.25）、团粒结构破坏率（PAD0.25）、团聚体分维数 D（CFD）和稳定性指数（ASI）等。

我国南方地区处于亚热带季风区，降雨集中、强度较大，加上人类对土地的不合理利用，土壤退化现象严重，尤其是水土流失造成土壤肥力下降的状况普遍存在［8］。南方红壤地区仅占全国土地面积的22%，而有研究表明［9－10］，其土壤流失量却占全国总流失量的50%以上，处于轻度、中度和严重退化的土地面积分别占21.5%，49.5%和29%。据统计，江西年水土流失量达1.64×108t，占土地面积的20%，而且还有不断恶化的趋势，极大制约了当地经济的发展［11］。苎麻为多年生经济作物，卿太明［12］1991年在25°以下荒坡紫色土上进行苎麻与水土保持林对比研究试验结果表明，苎麻种植两年后，水土流失轻微，相当于种植5～6a的水土保持林。廖绵清［13］等于2009年在红壤荒坡旱地采用径流小区试验对比研究了苎麻与花生的水土保持效益，从不同农艺措施和土壤入渗率等阐述了苎麻水土保持的作用机理。但是，关于种植苎麻对土壤理化性质及团聚体的影响未见报道。本研究在廖绵清［13］研究基础上，即是种植苎麻4a后，取样分析了苎麻对红壤旱地土壤理化性质、土壤团聚体及其特性的影响，并探讨了土壤理化性质和团聚体及其特性与地表径流和土壤侵蚀量的关系，以期对红壤旱地种植苎麻降低水土流失的机理有更全面、更深入的理解。

1 材料与方法

1.1 研究区概括

试验在江西省红壤研究所水土保持试验站内进行。该试验点的地理位置为116°20′24″N，28°15′30″E。试验区气候温和，雨量丰富，日照充足，无霜期长，属中亚热带季风气候，年均降雨量1 537mm，年蒸发量1 100～1 200mm；干湿季节明显，3—6月为雨季，降雨量占全年雨量61%～69%；7—9月为旱季，蒸发量占全年蒸发量的40%～59%；年均气温17.7～18.5℃，最冷月气温（1月）为4.6℃；最热月（7月）平均气温一般在28.0～29.8℃。土壤为第四纪红黏土母质发育的红壤旱地，质地较黏重。肥力中等，于20世纪70年代平整的梯田，排灌设施良好。2009年试验开始前测定土壤基础地力为：pH值5.0，有机质16.2g／kg，全氮1.93g／kg，全磷0.66g／kg，有效磷6.8mg／kg，全钾1.39g／kg。

1.2 试验设计

采用径流小区试验，小区坡度为5°，面积200m2（25m×8m），设置花生横坡种植、苎麻等高种植两个处理，每处理重复3次。花生于2012年4月16日播种，8月17日收获，供试花生品种为粤油“991”，种植密度为33cm×15cm。苎麻选用赣苎三号，于2009年3月25日移栽，移栽密度为50cm×30cm。试验于2012年4月开始，在花生生长季测定地表径流量和土壤侵蚀量。花生收获后（8月20日），沿对应等高线分别取土样测定土壤基本理化性质和土壤团聚体。

1.3 样品测定方法和数据处理

地表径流量采用翻斗仪法测定，土壤侵蚀量采用烘干称重法，土壤有机质采用重铬酸钾加热法测定［14］，田间持水量、土壤容重和孔隙度采用环刀法，土壤pH值采用玻璃电极法，土壤机械组成采用虹吸法，团聚体采用干筛、湿筛法测定，颗粒组成采用吸管法测定［15］；团聚体稳定性评价采用平均重量直径（MWD）和稳定性指数两个指标描述，MWD计算公式为：

式中：ri——第i个筛子孔径（mm），r0＝r1，rn＝rn＋1；mi——第i个筛子的破碎团聚体重量百分比。

团聚体保存几率和稳定性指数（ASI）采用转移矩阵法［16］。

1.4 统计分析

数据处理、统计分析均用Excel和SPSS 16.0软件进行，不同处理间的差异显著性水平采用LSD法进行检验，数据间的相关性分析采用皮尔逊法分析，采用Origin 7.5做图。

2 结果与讨论

2.1 苎麻对土壤理化性质的影响

有研究表明［17－18］，影响土壤团聚体分布特征的主要因素包括土壤有机质、土壤容重、土壤颗粒组成等。从表1可以看出，与花生地相比，苎麻地有机质升高了28.44%，达显著差异（p＜0.05），其原因主要有：（1）植株还田量的不一致，如苎麻根、茎还田量约为11 250kg／hm2，而花生茎、叶、根还田量约为3 000 kg／hm2；（2）苎麻地地表径流和土壤侵蚀量均显著低于花生地，流失的有机质较少［13］。（3）有机质的提升则影响了土壤田间持水量、容重和孔隙度的变化，如与花生地相比，苎麻地田间持水量、总孔隙度分别升高了10.06%和5.65%，土壤容重则降低了7.20%，均达显著性差异（p＜0.05）。从表1中还可以看出，两处理的颗粒组成差异显著，如苎麻地土壤中沙粒含量比花生地高53.13%，而粉粒和黏粒含量则下降14.85%和34.95%。黏粒含量高是红壤的主要障碍因素之一［8］。可见，红壤旱地种植苎麻有利于减少土壤颗粒中沙粒的流失，从而引起土壤颗粒组成发生显著变化。

表1 供试土壤基本性质

2012年，花生处理的地表径流量和土壤侵蚀量分别为57.51±1.83m3／km2，1 680.09±78.58t／km2；苎麻处理的地表径流量和土壤侵蚀量分别为12.35±1.13m3／km2，416.69±18.92t／km2。从土壤理化性质与地表径流和土壤侵蚀量相关性分析结果（表2）可以看出，地表径流量和土壤侵蚀量与土壤有机质、沙粒含量呈极显著负相关（p＜0.01）；与田间持水量、总孔隙度呈显著性负相关（p＜0.05）；与土壤中粉粒和黏粒含量呈极显著正相关（p＜0.01），与土壤容重呈显著性正相关（p＜0.05）。从这一侧面说明，水土保持是改善红壤坡耕地土壤理化性状的主要手段。

表2 土壤理化性质与地表径流量和土壤侵蚀量的相关性

2.2 种植苎麻对土壤团聚体数量特征的影响

2.2.1 土壤团聚体数量特征 通过干筛法可获得土壤中团聚体的总体数量，这些团聚体包括非水稳性团聚体和水稳性团聚体［19］。如图1所示，土壤团聚体各粒级的组成比例在不同种植模式下表现出一定差异。花生地和苎麻地均呈现随着团聚体粒径减小而减小的总趋势，两者均以＞0.5mm的土壤团聚体为主，分别占71.46%和85.56%，苎麻地高出14%；而花生地＜0.25mm的团聚体则比苎麻地高23.50%，差异极显著（p＜0.01）。各粒径团聚体的百分比也存在差异，如花生地＞2mm和1～2mm的团聚体则显著低于苎麻地（p＜0.05）；0.5～1mm，0.053～0.25mm和＜0.053mm的团聚体则显著高于苎麻地（p＜0.05），0.25～0.5mm的团聚体则没有差异（p＞0.05）。因此，种植苎麻能够增加土壤中＞1mm风干团聚体，降低＜0.25mm的微小团聚体。

湿筛法获得的团聚体是土壤中的水稳性团聚体，水稳性团聚体对保持土壤结构的稳定性有重要的作用，同时也是衡量土壤抗侵蚀能力的指标之一［20］。湿筛法获得的土壤团聚体各粒径组成比例差异显著，从图2可知，经湿筛后，花生地和苎麻地水稳团聚体均以＜1mm的团聚体为主，分别占85.58%和79.25%。花生地＞2mm，1～2mm，0.5～1mm 的水稳性团聚体分别比苎麻地低28.98%，31.45%和3.52%，而0.25～0.5mm，0.053～0.25mm，＜0.053mm则高于苎麻地同粒径水稳团聚体，分别高出15.16%，8.87%和15.24%。因此，种植苎麻有利于红壤旱地＞0.5mm土壤水稳团聚体的增加，尤其是＞1mm的土壤水稳团聚体；同时，也能显著降低＜0.5mm的微小团聚体。

图1 不同种植模式下风干团聚体数量

2.2.2 团聚体稳定性评价 从图3可用看出，无论是干筛还是湿筛，苎麻地土壤团聚体的MWD都显著（p＜0.05）高于花生地，分别比花生高出5.64%和18.85%。同时，干筛法的MWD远比湿筛法的大，这是因为在水分的浸泡下大量的非水稳性团聚体分解的结果，该结果和周虎［21］的研究一致。且经统计分析得知（图4），苎麻地土壤团聚体稳定性指数ASI比花生地高出7.31，达显著差异。该结果表明了红壤旱地种植苎麻时土壤团聚体的稳定性优于种植花生。再从两处理各粒径团聚体保存几率（表3）来看，粒径＜0.25mm的团聚体保存几率为1.00，这是由于将小于0.25mm的粒径划分为最小的一级，在进行团聚体湿筛时不可能再破坏为下一个粒径级所致；其余的粒径在湿筛过程中都有破裂，因此保存几率小于1.00。苎麻地＞2mm，1～2mm，0.5～1mm的保存几率显著高于花生地（p＜0.05），分别高29.99%，40.66%和8.89%，而0.25～0.5mm 则比花生地低了5.38%。苎麻地和花生地0.5～1mm和0.25～0.5mm团聚体保存几率在各粒径团聚体保存几率所占比例较大。就红壤旱地而言，0.25～1mm粒径团聚体保存几率最大，表明了该粒径团聚体抗水蚀能力强，因此，在红壤旱地水土保持的研究工作中，关注0.25～1mm团聚体数量和特性则显得尤为重要。

图2 不同种植模式下水稳性团聚体数量

图3 不同种植模式下团聚体平均重量直径

图4 不同种植模式下团聚体稳定性指数

表3 不同种植模式下土壤团聚体保存几率

2.3 土壤团聚体与地表径流和土壤侵蚀量的相关分析

表4为土壤团聚体数量特征与地表径流和土壤侵蚀量的相关分析结果。从表4可知，干筛法中，地表径流和土壤侵蚀量与＞2mm和1～2mm的干团聚体呈极显著负相关（p＜0.01），与0.5～1mm干团聚体呈正显著相关（p＜0.05），与0.25～0.5mm 干团聚体呈正相关，与0.053～0.25mm，＜0.053mm干团聚体呈极显著正相关（p＜0.01）；而湿筛法中，地表径流和土壤侵蚀量与＞2mm，1～2mm，0.5～1mm的水稳团聚体呈极显著负相关（p＜0.01），与0.25～0.5mm，0.053～0.25mm，＜0.053mm 的水稳团聚体呈极显著正相关（p＜0.01）。可见，采用湿筛法分析土壤团聚体与水土流失的关系效果更佳。

表4 土壤团聚体数量与地表径流量和土壤侵蚀量相关分析

3 结论

（1）种植苎麻4a后，与花生地相比，苎麻地有机质、田间持水量、总孔隙度、沙粒指标显著升高，土壤容重、粉粒和黏粒指标则显著降低。地表径流量和土壤侵蚀量与土壤有机质、沙粒含量呈极显著负相关（p＜0.01）；与田间持水量、总孔隙度呈显著性负相关（p＜0.05）；与土壤中粉粒和黏粒含量呈极显著正相关（p＜0.01），与土壤容重呈显著性正相关（p＜0.05）。

（2）种植苎麻，有利于提高＞1mm土壤团聚体数量分布，降低微小团聚体数量；且土壤团聚体稳定性优于种植花生。就红壤旱地而言，0.25～1mm粒径团聚体保存几率最大，因此，在红壤旱地水土保持的研究工作中，关注0.25～1mm团聚体数量和特性则显得尤为重要。

（3）地表径流和土壤侵蚀量与＞1mm的干团聚体和＞0.5mm的水稳团聚体呈极显著负相关（p＜0.01），与＜0.25mm干团聚体和＜0.5mm的水稳团聚体呈极显著正相关（p＜0.01）。因此，研究土壤团聚体对指导红壤旱地水土保持工作具有指导意义。

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