黄土区不同生长期大豆坡耕地的抗蚀性特征

王计磊，吴发启(.西北农林科技大学水土保持研究所，陕西 杨凌 700； . 西北农林科技大学资源环境学院，陕西 杨凌 700)

0 引 言

我国坡耕地面积大，其水土流失量占水土流失总量较大比重[1,2]，坡耕地水土流失防治是我国水土流失治理工作的重点[3]。因此，坡耕地土壤侵蚀防治是我国生态环境建设和实现可持续发展的重要环节，土壤抗蚀性是指土壤抵抗径流对其悬浮和分解的能力，土壤侵蚀的发育与其有密切关系[4]，坡耕地土壤抗蚀性研究也成为现代土壤侵蚀研究重点。黄土高原是我国坡耕地主要分布地区，黄土高原丘陵沟壑区同时又是我国水土流失最严重的地区，就坡耕地土壤抗蚀性进行系统研究，对黄土区坡耕地农业生产及土壤侵蚀的防治有重要意义。当前土壤抗蚀性研究大多集中在森林、草地、退耕地植被恢复过程中的土壤抗蚀性特征以及与土壤理化性质的关系[5]。张振国等[6]通过分析土壤物理组成对黄土区退耕地土壤抗蚀性进行研究，指出退耕后生长以人工林地和还草地为主的土壤抗蚀性最好。李聪会等[7]采用室外采样室内分析的手段研究了牧草篱对坡耕地土壤抗侵蚀能力的影响，指出牧草通过改善土壤物理性状以及根系作用显著提高土壤抗侵蚀能力。王国强等[8,9]通过实验室模拟研究了土壤入渗和养分流失与土壤抗蚀性的关系。可见，目前土壤抗蚀性研究呈多样化的趋势，取得了一定的成果，但多集中在退耕地、森林和草地，而黄土丘陵地区作为黄土高原重要的农业生产地，有作物覆盖的土壤抗蚀性特征有必要进行深入研究，张鹏辉等[10]通过野外采样与实验室分析对冬小麦收获后的土壤抗侵蚀能力进行研究，并指出小麦根系对土壤抗侵蚀能力有显著影响。大豆耐旱能力较强，又是黄土高原种植的主要作物之一，因此，本文以黄土区大豆季土壤为研究对象，研究不同土层、生育期的土壤抗蚀性特征，以期为黄土区坡耕地土壤侵蚀防治和区域农业可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于陕西省杨凌农业高新产业示范区，地处黄土高原南缘地带。该区为大陆性季风半湿润气候，年降雨量635～646 mm，年均蒸发量993 mm， 区内60% 降雨集中于 7-10月，且多大到暴雨。常年平均气温12.9 ℃ ，月平均气温7月份为26.1 ℃ ，1月份为 -1.2 ℃。土壤类型为塿土，pH值为7.85，有机质含量为1.25%，速效氮含量为47.68 mg/kg，速效磷含量为8.52 mg/kg，速效钾含量为126.31 mg/kg。

1.2 供试材料

供试大豆种植于西北农林科技大学资源环境学院水土保持工程实验室种植园，其品种为中国农业科学院培育的中黄13，于2012年6月中旬播种，行距40 cm，株距20 cm。选用有机肥和磷酸二铵(含N和P2O5分别为18%和46%)作为底肥，用量分别为50 000和200 kg/hm2，有机肥为腐熟羊粪，其他管理措施按当地农事操作习惯进行。

1.3 样品采集

按大豆幼苗期(7月6日-7月8日)、分枝期(7月15日-7月17日)、开花期(7月28日-7月30日)、结荚期(8月6日-8月8日)、始粒期(8月14日-8月16日) 、鼓粒期(8月23日-8月25日)进行样品采集。各生育期样品采集时，在试验小区选取3个具有代表性的点，然后分别在0～5 cm、>5～10 cm和>10～20 cm土层，用方形扣链状环刀在距离大豆茎秆5 cm位置采集5 cm×5 cm×4 cm(长×宽×高)原状土，用于土壤抗蚀性分析。

1.4 测定项目及方法

1-电脑;2-数显式推拉力计;3-筛网；4-试样；5-玻璃缸图1 土壤崩解装置示意图Fig.1 Soil disintegration equipment

1.5 数据分析

选用Excel(2007)与sigma plot 12.0分别进行数据整理与图表制作，采用spss 20.0进行数据的统计分析。

2 结果与分析

2.1 大豆各生育期土壤抗蚀性指数随浸水时间的变化特征

通过对土壤抗蚀性指数随浸水时间变化(图2)的分析，大豆各生育期及各土层土壤抗蚀性指数随着土壤浸水历时的增加均逐渐减小，表明随着土壤浸水历时的增加，其抵抗径流对其分散与悬浮的能力逐渐减弱，结果使越来越多的土壤随着浸水时间的延长而发生崩解，崩解的土壤一部分将土壤孔隙堵塞影响土壤入渗，从而使降雨更多地转化为地表径流，加剧水土流失，另一部分会在地表径流形成后，被搬运沉积，造成土壤侵蚀。0～5 cm土层，在15 s时，苗期、分枝期和开花期土壤抗蚀性指数较为接近，土壤抗蚀性指数分布在73.28%～79.25%，其整体水平明显低于结荚期和始粒期以及鼓粒期(为88.23%～93.38%)。随着浸水时长的增加，各生育期土壤抗蚀性指数均逐渐降低。大豆苗期各观测时间点土壤抗蚀性指数均低于其他生育期，在2 min后变化较小，保持在一个较低的水平，这说明苗期土壤抗侵蚀能力最为薄弱，最易产生土壤侵蚀。结荚期、始粒期与鼓粒期土壤抗蚀性指数随着浸水历时的增加变化较其他生育期小，说明这3个生育期土壤抵抗径流分散与悬浮的能力较强，土壤抗侵蚀能力较强，土壤侵蚀相对不易发生。>5～10 cm土层，苗期、分枝期土壤抗蚀指数随着浸水时间波动较大，在1 min 30 s前下降幅度较大，之后逐渐趋于平稳。开花期、结荚期、始粒期和鼓粒期在前2 min内土壤可蚀性指数下降趋势较2 min之后明显。>10～20 cm土层，苗期、分枝期与开花期土壤抗蚀性指数变化随浸水历时变化比较相似，于浸水后1 min内抗蚀性指数迅速降低，1 min 30 s后趋于平稳。结荚期、始粒期和鼓粒期整体变化幅度较前3个生育期平稳，同时土壤抗蚀性指数随着生育期的延伸而逐渐增大，说明该层土壤抗侵蚀能力按生育期的顺序依次增大。在同一土层，土壤抗蚀性指数下降速度随生育期的推进先减小后增大，始粒期土壤抗蚀性指数最为平稳，说明此生育期土壤抵抗径流分散与悬浮能力较强。

图2 大豆各生育期土壤抗蚀性指数随浸水时间的变化特征Fig.2 Characteristics of index of soil anti-erodibility with increase of time during growing stages of soybean

2.2 大豆各生育期土壤抗蚀性特征

大豆地各土层土壤抗蚀性指数随着其生育期的推进(表1)均表现出先升高后降低的趋势，在始粒期达到最大值，说明土壤抗侵蚀能力随着大豆的生长发育呈先增强后减弱的趋势，始粒期抗侵蚀能力最强。0～5 cm土层，苗期抗蚀性指数最低，其值为42.21%，始粒期最高，其抗蚀性指数为71.34%，是苗期的1.69倍，鼓粒期抗蚀性指数开始降低，其值为68.37%，仍高于结荚期66.47%。对该土层土壤抗蚀性指数进行方差分析，结果显示始粒期与鼓粒期差异不显著，鼓粒期与结荚期差异未达到显著水平，其他各生育期间抗蚀性指数均差异显著。>5～10 cm土层，抗蚀性指数随着生育期的延伸先增加后减小，在始粒期达到最大值，为78.89%。对该土层土壤抗蚀性指数进行方差分析，结果显示始粒期与鼓粒期差异不显著，鼓粒期与结荚期差异未达到显著水平，其他各生育期间抗蚀性指数均差异显著。>10～20 cm土层，始粒期土壤抗蚀性指数最大，为67.25%，通过方差分析，始粒期与苗期、分枝期和开花期差异均达到显著性水平，但与结荚期和鼓粒期间差异不显著。同一生长期，对土壤抗蚀性指数进行方差分析，结果显示：苗期，0～5 cm土层最高，且与其他两土层抗蚀性指数差异性达到显著水平；分枝期0～5 cm和>5～10 cm土层差异不显著，但均与>10～20 cm土层差异性显著；开花期各土层间抗蚀性指数均未达到显著性水平；结荚期>5～10 cm土壤抗蚀性指数最高，且与其他两土层差异显著；始粒期三个土层间抗蚀性指数均差异均达到显著性水平；而鼓粒期>5～10 cm土层抗蚀性指数最高，与其他两土层差异性达到显著水平。

总的来说，在同一土层，土壤抗蚀性指数随着大豆生育期的延伸均呈先升高后降低的趋势，在始粒期达到最大值，说明土壤抵抗径流分散和悬浮的能力随着大豆的生长发育先增强后减弱，这可能与随着大豆的生长根系对土壤的固定作用增强有关，已有研究[13-15]表明，土壤抗蚀性与土壤根系含量成极显著正相关关系，植物通过根系在土体中穿插、缠绕、网络、固结，有效提高了土壤的抗侵蚀能力。随着大豆的生长，土壤中大豆根系含量升高，根系固土能力增强，始粒期大豆根系生长达到顶峰，此生长阶段土壤抗蚀性也达到最大值，之后随着植株生殖生长的进行，根系发育逐渐停止并开始衰减，土壤抗蚀性逐渐减弱。在苗期和分枝期，0～5 cm土层土壤抗蚀性指数高于>5～10 cm和>10～20 cm土层，这表明此生长阶段，0～5 cm土层抵抗径流分散与悬浮能力较强，而之后四个生育期5～10 cm土层抗蚀性指数最高，这表明此阶段>5～10 cm土层土壤抵抗径流分散与悬浮能力最强，超过0～5 cm土层。在大豆各生育期，>10～20 cm土层土壤抗蚀性指数均低于0～5与>5～10 cm土层，表明>10～20 cm土层土壤抗蚀性最弱。不同土层间土壤抗蚀性的差异可能与大豆在土壤中的根系分布情况有关，孙广玉等[16]通过研究发现大豆根系绝大部分分布在土壤0～10 cm土层，10 cm以下根系分布较少，所以在同一生育期不同土层间土壤抗蚀性指数也存在差异，这也说明了土壤抗蚀性受根系影响较大。

表1 大豆各生育期土壤抗蚀性特征Tab.1 Characteristics of soil anti-erodibility during growing stages of soybean

注：数字后不同小写字母表示土层间在P<0.05水平上差异显著，不同大写字母表示生育期间在P<0.05水平上差异显著，下同。

3 结 语

(1)大豆各生育期土壤抗蚀性指数随浸水历时的延长均逐渐减小，即说明土壤浸水时间越长，土壤抗侵蚀能力越弱，更易发生侵蚀，而苗期和分枝期因根系不发达，土壤抗蚀性较其他生育期弱，这表明土壤长时间持续与水作用更易被分散和悬浮，当降雨历时较长时，尤其在苗期和分枝期植株冠幅较小，更易发生土壤侵蚀，此时期应加强土壤侵蚀监测防控。

(2)大豆各生育期>10～20 cm土层土壤抗蚀性均较其他两土层弱，苗期和分枝期0～5 cm土层土壤抗蚀性最强，而后期>5～10 cm土层土壤抗蚀性强于0～5和>10～20 cm土层。这表明地表土壤抗蚀性较弱，应在适当时期采取增加地表覆盖等措施避免土壤裸露，预防表层以及深层土壤侵蚀的发生。

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