长江中上游地区土壤崩解速率特征分析

王一峰，牛 俊

(长江科学院 水土保持研究所，武汉 430010)

长江中上游地区土壤崩解速率特征分析

王一峰，牛 俊

(长江科学院 水土保持研究所，武汉 430010)

为分析长江中上游地区土壤崩解速率随土壤类型、剖面深度变化特征以及崩解速率的地域分异规律和主要影响因素，采用静水崩解法测定不同类型土壤的崩解速率，并对土样进行室内理化分析。结果表明：崩解速率随土壤类型不同由快至慢依次为砂质红壤、砂质黄壤、褐土、壤质黄壤、石灰土、紫色土、棕壤、壤质红壤；土壤崩解速率在垂直剖面上的变化趋势可分为递减型、递增型、凸峰型、凹谷型4种类型；陕南地区和湘东赣南山地丘陵区崩解速率最快，嘉陵江上游地区土壤崩解速率次之，丹江口库区、三峡库区、四川盆地和云贵高原等地土壤崩解速率较慢；影响长江中上游地区土壤崩解速率的主要因素是>0.25 mm的风干土水稳性团粒含量和有机质含量。

土壤；崩解速率；静水崩解法；区域分异；长江中上游

区域尺度土壤侵蚀的土壤学因子分析研究对区域水土流失综合治理和土壤因子模型的建立具有重要意义[1-3]。土壤崩解是指土壤在水中发生分散碎裂塌落或者强度减弱的现象，土壤的崩解强度反映土壤颗粒结构对水力浸润解体的性质或反映土壤结构体被雨水分散解体的难易程度，是评价土壤侵蚀严重程度的一项重要土壤物理指标[4]。由于土壤形成因素和土壤形成过程的不同，自然界的土壤是多种多样的，根据成土因素、成土过程和土壤属性划分的不同，不同土壤类型具有不同的土体结构和内在性质，而土壤崩解强度是土壤物理化学性质、土壤结构性的侧面反映，因此描述土壤崩解强度的指标崩解速率随土壤类型不同有着一定的变化规律。自朱显谟[5]将土壤抗侵蚀能力区分为抗蚀和抗冲2种性能以来，周爱国等[6]对土壤崩解测试方法、影响因素以及时空变化规律等方面进行了研究，但是一直以来并没有形成统一的测试方法及量纲系统，而且过去的研究多局限于黄土高原地区或特定土壤、地类[7-10]，在长江流域内的相关研究较为缺乏。本文针对这一问题分析长江中上游地区土壤崩解速率随土壤类型、剖面深度变化特征以及崩解速率的地域分异规律和主要影响因素，以期为本区域土壤侵蚀定量评价和预测提供支撑。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域

长江流域地域辽阔，自然状况千差万别，土壤类型众多，并呈现出一定的地带性分布规律，土壤崩解特性随土壤类型不同有着明显的差异性。本次测试在长江中上游地区选择了50个测试点，基本涵盖除长江源头区以外长江流域水土流失重点治理的7大区域(见图1)。所涉及的区域包括以云贵高原石灰岩地区为主体的石漠化区；2大主产沙区，即金沙江下游和嘉陵江上游；2大重要库区，即三峡库区和丹江口库区及上游；2大湖泊水系区，即洞庭湖和鄱阳湖所属水系流域。选择的取样点力求能反映出水土流失的区域特征，以丘陵和低山地区坡度在5°左右的坡耕地为测试对象，要求是残积环境、缓坡部位、侵蚀环境未受到较大的人为扰动并未受到明显侵蚀的地点，并能充分代表某一土壤亚类的水蚀特征，例如地带性土类中的红壤、棕壤、黄壤等亚类，以及与区域水土流失状况有明显关系的非地带性土类的主要亚类，例如紫色土、石灰土等。

图1 原位测试点分布Fig.1 Field testing spots

1.2 测试方法

土壤崩解试验采用静水崩解法测定，使用蒋定生设计的土壤崩解仪，该仪器由崩解缸、浮筒、网板3部分组成。测定前首先从开挖好的土壤剖面的不同层面上用崩解取样器取原状土，取样深度分别为0～10，20～30，40～50 cm，然后将试样从取样器中取出并放在网板上，再将网板架悬挂在有刻度的浮筒下方，随即将网板架放入盛有清水的崩解缸中，同时开始记时读数并记录，一次土样的崩解观测时间为30 min，崩解过程中分别在0，0.5，1，2，3，4，5，7，10，15，20和30 min读取浮筒的读数。如中途土样已全部崩解，则记录下全部崩解时的浮筒读数和相应的时间。然后每个土样重复3次。土壤崩解速率采用下式进行计算：

式中：B为崩解速率(cm3·min-1)，表示单位时间内崩解掉的原状土土样体积；S为浮桶底面积(cm2)；Y为各土层的密度(g·cm-3)；l0，lt分别为崩解开始(已放土样)的浮桶刻度初始值和时刻t的读数(cm)；t为崩解时间(min)。

2 结果与讨论

2.1 不同类型土壤崩解速率变化规律

对不同类型土壤的崩解速率进行统计，见表1。3种不同深度土类崩解速率由快至慢基本按照以下顺序：砂质红壤、砂质黄壤、褐土、壤质黄壤、石灰土、紫色土、棕壤、壤质红壤。其中0～10 ，20～30 cm层土壤均符合这一变化规律，而40～50 cm层壤质黄壤崩解速率小于石灰土而大于紫色土，其他土类顺序没有变化。这说明在0～30 cm深度由于土壤受农业活动干扰和外界自然因素的影响基本一致，不同土类的崩解速率变化规律也基本趋于一致，而在40～50 cm深度受扰动较少，崩解速率与成土过程更具相关性，变化规律也出现了差异。

对数据进行进一步分析，崩解速率明显分为3个等级，砂质红壤和砂质黄壤崩解速率的变化范围为80.44～220.98 cm3/min，褐土的变化范围为27.64～59.00 cm3/min，而壤质黄壤、石灰土、紫色土、棕壤和壤质红壤的崩解速率则要小得多，在0.09～1.33 cm3/min范围内变化。崩解速率最快的砂质红壤同最慢的壤质红壤相比差异显著，例如在0～10 cm层前者崩解速率约为后者的297倍。

表1 不同类型土壤崩解速率统计Table 1 Statistics of disintegration rate ofdifferent types of soils

2.2 不同土层深度土壤崩解速率变化规律

崩解速率随土壤深度变化受农业耕作、植物生长、土壤成土过程等因素综合影响。由于耕作等农业活动，农耕地在10～30 cm深度内有一犁底层和作物根系活动层。在该土层内，土体较为坚硬，根系穿插交织，因而土壤不易在静水中分散崩解，土壤崩解速率较慢，而越过这一深度，根系锐减，土壤崩解速率也随之增大。植物生长旺盛，地表富含腐殖质的土壤由于黏性得到了增强，崩解速率也变得缓慢。土壤不同的成土过程也在一定程度上决定了土体在静水中的崩解速率随着深度发生相应的变化。在农业耕作、植物生长、成土过程等各种因素的综合作用下土壤崩解速率随土壤深度的变化规律表现为递减型、递增型、凸峰型、凹谷型(见图2)。从土壤崩解速率在垂直剖面上的差异来看，绝大部分测点在3个测试层上崩解速率存在2倍左右的差异。如利川上层(0～10 cm)土壤崩解速率为1.5 cm3/min，中层(20～30 cm)为1.1 cm3/min，而下层(40～50 cm)则减小到0.8 cm3/min，上层为下层的1.8倍。而这种从上到下崩解速率逐渐递减变化也在所有测点中出现最多，约占总数的一半，其他剖面变化趋势从多到少依次是：递减型、递增型、凸峰型、凹谷型。

图2 土壤崩解速率随土层深度变化Fig.2 Variations of soil disintegration rate with soil depth

2.3 土壤崩解性的空间分异规律

根据野外原位测试数据，对研究区域土壤崩解速率进行空间分析，土壤崩解速率可以划分为3个明显的等级区。

2.3.1 土壤崩解速率较慢区

丹江口库区、三峡库区、四川盆地和云贵高原这4个区域土壤崩解速率较慢，该区域内只有广安的崩解速率达到36.4 cm3/min，而其他测点中德昌崩解速率最大，也仅为1.7 cm3/min。绝大多数土样除了在刚放入崩解箱时有少量浮土落下外，在30 min的崩解时间内土壤的崩解量不超过20%，有些甚至没有变化。

2.3.2 土壤崩解速率一般区

嘉陵江上游这一区域内徽县和武都的土壤崩解速率均为27.3 cm3/min，在10 min左右时崩解量就达到80%以上。

2.3.3 土壤崩解速率较快区

陕南地区的测点崩解速率都超过80 cm3/min，在试验开始2 min内就崩解完毕,而在赣南山地丘陵区，邵阳、于都、兴国崩解速率都超过100 cm3/min，在兴国甚至达到了248 cm3/min。但是在该区域内有湖南衡阳和江西信丰2个崩解速率较慢的点，其崩解速率分别为1.25 cm3/min和1.20 cm3/min，这主要与土壤的理化特性有关。

2.4 土壤理化性质对崩解速率的影响

通过对长江中上游地区50个测试点土壤崩解速率的测试及土壤样品的室内理化分析，获得了每个测试点的土壤崩解速率、含水量、重度、孔隙度、黏粒含量、粉粒含量、砂粒含量、粉/黏、水稳性团聚体含量、非水稳性团聚体含量、有机质含量、pH值等数据。通过SPSS软件对崩解速率和各个因子进行相关性分析，结果表明土壤崩解速率和>0.25 mm的风干土水稳性团粒含量以及有机质含量存在负相关性，相关系数分别为-0.882，-0.682。这说明长江中上游地区影响崩解速率的主要因素是>0.25 mm的风干土水稳性团粒含量和有机质含量，>0.25 mm的风干土水稳性团粒含量和有机质含量越高，崩解速率越慢。

3 结 论

本文通过对长江中上游地区土壤崩解特性随土壤类型、剖面深度的变化特征以及崩解特性的地域分异规律和主要影响因素进行分析，得出以下结论。

(1) 崩解速率随土壤类型不同由快至慢依次为：砂质红壤、砂质黄壤、褐土、壤质黄壤、石灰土、紫色土、棕壤、壤质红壤。

(2) 土壤崩解速率在垂直剖面上的变化趋势可分为递减型、递增型、凸峰型、凹谷型4种类型。

(3) 陕南地区和湘东赣南山地丘陵区崩解速率最快，嘉陵江上游地区土壤崩解速率次之，丹江口库区、三峡库区、四川盆地和云贵高原等地土壤崩解速率较慢。

(4) 影响长江中上游地区土壤崩解速率的主要因素是>0.25 mm的风干土水稳性团粒含量和有机质含量。

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(编辑：陈 敏)

长江科学院一行赴四川、重庆、陕西等地开展山洪灾害调研考察

为更好地完成水利部公益性行业科研专项项目“长江流域山洪灾害区域特征及防御体系研究”和“汶川震区山洪灾害风险评估及防灾减灾范式”，进一步做好山洪灾害防御技术研究工作，2014年4月9日至17日，长江科学院水土保持研究所张平仓所长带队，由长江科学院、长江委勘测规划设计研究有限责任公司、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所、湖南水利水电勘测设计研究总院、河海大学和中国科学院地理科学与资源研究所等单位联合组织的山洪灾害防御调研考察组一行12人赴四川、重庆、陕西等省(市)开展了山洪灾害野外考察和现场调研。

在四川省，考察组先后对汶川县桃关沟、红椿沟、七盘沟、罗圈沟、牛圈沟，都江堰市深溪沟、八一沟、锅圈岩沟；绵竹市文家沟、小岗剑，北川县老县城周边等地的山洪泥石流沟进行了现场考察。在重庆市和陕西省，考察组了解了重庆市北碚区和陕西省周至县的山洪灾害防治县级非工程措施建设情况，并考察了北碚区璧北河、周至县沙河等地以山溪性洪水为主的山洪沟(河)。在现场考察的同时，考察组还分别与四川、重庆、陕西三省(市)防办及当地县防办就当地山洪灾害基本情况、近期山洪沟治理及非工程措施防治项目落实情况、山洪沟界定、预警指标选取、山洪灾害区划技术要点等山洪灾害防御中遇到的具体问题进行了热烈讨论和经验交流。

通过本次调研，长江科学院水土保持研究所及各项目承担单位不仅收集了第一手现实灾害案例，还增加了对不同类型山洪灾害以及现有防治措施的直观认识，为进一步落实项目的各项工作打下了良好基础。

(摘自：长江水利科技网)

Soil Disintegration Rate in the Upper and Middle Reachesof the Yangtze River

WANG Yi-feng，NIU Jun

(Soil and Water Conservation Department,Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China)

The aim of this research is to exploring the variation of soil disintegration rate with soil type and depth profile,as well as the regional heterogeneity of soil disintegration rate and its main impact factors in the upper and middle reaches of the Yangtze River.Hydrostatic disintegrating method was employed to test the disintegration rate of different types of soils and indoor physical and chemical analysis were carried out on the soil specimens.Results reveal that: the disintegration rate of sandy red soil is the largest,followed by sandy yellow soil,cinnamon soil,loam yellow soil,lime soil,purple soil,brown soil and loam red soil.The curves of disintegration rate variation along the vertical section can be classified into four types: descending,increasing,protruding and concave.The soil disintegration rate in the southern area of Shaanxi province and the mountainous and hilly areas in east Hunan and south Jiangxi are the highest,followed by the upper reaches of Jialing River,and the soil disintegration rate in Danjiangkou reservoir area,Three Gorges Reservoir area,Sichuan Basin and the Yunnan-Guizhou Plateau are relatively low.The water-stable aggregate content and organic content in weathered soil (>0.25 mm) are the main factors affecting the soil disintegration rate.

soil;disintegration rate;hydrostatic disintegrating method;regional heterogeneity;upper and middle reaches of Yangtze River

2015-01-09；

2015-01-16

长江科学院中央级公益性科研院所基本科研业务费资助项目( CKSF2014025/TB)；长江科学院创新团队项目(CKSF2012052/TB)

王一峰(1980-)，男，湖北丹江口人，高级工程师，硕士，主要从事工程水土流失防治研究，(电话)027-82829919(电子信箱)wang_yifeng@163.com。

10.3969/j.issn.1001-5485.2015.03.009

S151.9

A

1001-5485(2015)03-0040-04

2015,32(03):40-43