薄层土石山区坡改梯土壤环境效应研究

宋晓强（陕西省水土保持生态环境监测中心陕西西安710004）

薄层土石山区坡改梯土壤环境效应研究

宋晓强
（陕西省水土保持生态环境监测中心陕西西安710004）

坡改梯是薄层土石山区控制水土流失，实现农业可持续发展的重要措施。本文基于对土石山区不同类型梯田的实地调查采样，通过室内实验分析，结合模糊数学评价模型，分析了土石山区坡改梯前后土壤生态效应变化。

土石山区；土壤养分评价；坡改梯；分析研究

1　前言

陕西省南部地区坡地严重的水土流失，导致大量的泥沙顺坡汇集注入江河，给下游地区带来灾害［1-2］。坡耕地是导致陕南薄层土石山区水土流失的主要原因。因此，合理有效的治理陕南土石山区坡耕地的水土流失，对建设生态农业，发展农业生产具有重要的意义［3-4］。改造坡耕地，建设水平梯田，是控制陕南土石山区开发利用坡地，实现当地农业生产可持续发展的重要措施。

本文对研究区相同立地类型的坡耕地和梯田的土壤粒径、土壤团聚体和土壤养分等理化性质进行统计分析，并计算土壤团聚体的平均重量直径、几何平均直径和分形维数，阐明坡改梯前后研究区的土壤环境生态效应变化特征。

2　材料和方法

2.1研究区概况

余姐河流域位于陕西省安康市汉滨区恒口镇境内，占地面积0.141km2。流域上游坡面陡，土层薄，耕地以坡耕地为主，主要农作物有花生、玉米和豌豆等。流域多年平均降雨量850mm，降水量年内分配不均，雨季7月～10月降水量占全年降水量的65%。

2.2土壤样品采集与测试

在余姐河以30m×30m网格利用直径5 cm的土钻分不同土层深度采集土壤样品，共计采样点207个，采集原状土带回实验室测定土壤团聚体、氮、磷和有机质等。

3　结果与分析

3.1坡改梯前后土壤机械组成及分布特征

从表1可以看出研究区内坡耕地土壤机械组成中粉粒含量占主导地位，粉粒（0.05 mm～0.002mm）平均百分比为81.15%，细砂粒（0.25mm～0.05mm）平均百分比、中粗砂粒（1 mm～0.25mm）平均百分比、极粗砂粒（2mm～1mm）平均百分比分别为8.66%、0.45%、0.13%，粘粒（＜0.002mm）平均含量百分比为0.59%，中粗砂粒含量和极粗砂粒含量相对较低。不同土层深度也表现出类似的规律，说明坡耕地的土壤颗粒没有土层的差异，所产生的差异主要由于人为耕作活动、地形条件以及水土流失情势等差异而造成的。不同土层深度也表现出类似的规律，说明梯田的土壤颗粒同样没有土层的差异。

表1　土壤颗粒机械组成变化

表2　土壤团聚体含量百分比（%）

3.2坡改梯前后土壤团聚体组成及分布特征

有研究表明，粒径＞0.25mm土壤团聚体含量与土壤抗蚀性密切相关，因此，以R0.25分析土壤团聚体的坡面变化。由表2可以看出坡耕地不同土层深度下粒径＞0.25mm土壤机械稳定性团聚体含量（R0.25）均较高，大于98%，其中土层深度为40cm～60cm土壤中R0.25的含量最高，达到98.96%。从表中也可以看出在三个不同的土层深度下，土壤粒径＞5mm、2mm～5mm、1mm～2mm、0.5mm～1mm、0.25mm～0.5mm的含量均表现为逐渐减少。

表3　团聚体平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）及分形维数（D）

表4　土壤养分统计特征

从表3可以看出，坡耕地土壤机械团聚体的平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）的变化趋势一致，均表现为0cm～20 cm值最大，20cm～40cm土层的值最小，分形维数D的变化与MWD和GMD的变化趋势相反，表现为0cm～20cm的值最小，20cm～40cm土层的值最大，而40cm～60 cm土层D值的变化与0cm～20cm的变化相差不大。表明在20cm～40cm土层的平均粒度团聚度较大，土壤结构较好，团聚体稳定性良好。梯田土壤团聚体的MWD 和GMD的结果变化趋势一致，均随着土层深度的增加而逐渐增大，说明随着土层深度的增加，土壤团聚体的状况越好，其粒径团聚度越高，稳定性也越强。

3.3坡改梯前后土壤养分特征及分布规律

对坡耕地不同土层深度下土壤养分统计分析发现（见表4），土壤TP、SOC、Fe、Zn 和Mn含量随着土层深度的增加而逐渐减少，表层含量明显大于次层，养分指标呈现出锐减趋势，说明土壤表层作物残渣和一些凋落物的覆盖可以使SOC和其他养分在土壤表层富集。土壤TN和AP随着土层深度的增加逐渐增加，而其他养分指标没有表现出明显的垂直分层变化规律。从养分含量的均值来看，TP、TN和SOC的均值分别为0.39g/kg、0.15g/kg和11.34g/kg，AP、NH4+-N、NO3--N、Cu、Fe、Zn和Mn的均值分别为14.9mg/kg、1.78mg/kg、0.95mg/kg、1.23mg/kg、4.20mg/kg、2.34mg/kg和4.02mg/kg；可见，坡耕地土壤SOC含量最高，NO3--N含量最低。变异系数可以反映各采样点之间的平均变异程度，体现了土壤的内在性质，可以区别不同土壤养分抵抗外界因素的敏感性。土壤A3层TN的变异系数为111%，A2 层NO3--N的变异系数为115%，三个土层深度下土壤Cu的变异系数分别为164%、186%、142%，均＞100%，为强变异，说明在特定土层深度下，土壤这些养分的空间变异较大，容易受到外界的干扰。

对梯田不同土层深度下土壤养分统计分析发现（见表5），土壤TP、SOC、NH4+-N、Zn和Mn含量随着土层深度的增加逐渐减少，养分含量明显在表层富集，而其他养分指标没有表现出明显的垂直分层变化规律。从养分的含量的变化范围来看，TP、TN和SOC的变化范围分别为0.05g/kg～1.27g/kg、0.01g/kg～0.72g/kg和6.7g/kg、5g/kg～42.27g/kg，AP、NH4+-N、NO3--N、Cu、Fe、Zn和Mn的变化范围分别为0.20mg/kg～61.8mg/kg、0.2mg/kg～6.56mg/kg、0.02mg/kg～3.60mg/kg、0.01mg/kg～8.97mg/kg、0.39mg/kg～12.91mg/kg、0.47mg/kg～6.96mg/kg和0.35mg/kg～9.78mg/kg；可见，土壤AP的极值差为61.6mg/kg，变化范围最大，TN的极值差为0.71g/kg，变化范围最小。从养分含量的均值来看，TP、TN和SOC的均值分别为0.49g/kg、0.17g/kg和19.70g/kg，AP、NH4+-N、NO3--N、Cu、Fe、Zn和Mn的均值分别为17.59mg/kg、1.50mg/kg、0.91mg/kg、1.36mg/kg、3.61mg/kg、2.34mg/kg和2.71mg/kg；可见，梯田土壤SOC含量最高，NO3--N含量最低。

4　结语

（1）通过对坡改梯前后土壤机械组成和团聚体的分布特征分析，坡耕地和梯田土壤质地中均是粉粒含量占主导地位，但是粉粒含量表现为坡耕地＞梯田，坡耕地土壤质地中粗砂粒含量和极粗砂粒含量相对较低，梯田土壤质地中粘粒含量和极粗砂粒含量相对较低。

（2）对坡耕地和梯田的土壤团聚体组成统计分析，并计算了土壤团聚体的平均质量直径（MWD）、平均几何直径（GMD）和分形维数（D），发现坡耕地不同土层深度下土壤机械稳定性团聚体含量（R0.25）均较高，均大于98%，并且粒径＞5mm的土壤颗粒含量较高；梯田的三个不同土层深度下R0.25含量均大于96%，随着土层深度的增加R0.25含量逐渐减少，但变化不显著。在相同的土层深度下坡耕地R0.25的含量均高于梯田；团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）表现为坡耕地＞梯田；分形维数D在相同的土层深度下均表现为坡耕地＜梯田。

（3）对比坡耕地与梯田的土壤养分特征可以看出，梯田土壤Fe、Mn和NH4+-N的含量比坡耕地的低，其他养分含量均比坡耕地的含量高。梯田SOC平均含量比坡耕地提高了73%，AP平均含量比坡耕地提高了18%，其他养分指标的基本上处于相对平稳状态，变化不大。陕西水利

［1］张学权，张旭东，刘永碧，等.坡耕地整治实践与退耕还林坡耕地治理的探讨［J］.西昌学院学报：自然科学版，2007，21（3）:10-14.

［2］Li Xiubin.Living Terrace Edge2an Effective M e thod of Slope Utilization in the Upper Reaches of the Yangtze R iver［J］.Rehabilitation of Degraded Lands in Mountain Ecosystems of the Hindu Kush2H im alayan Region，IC I2 MOD，1995.

［3］王继夏，孙虎，赵文韬.汉丹江流域水土流失特点及分布规律［J］.西北大学学报：自然科学版，2009，39（6）:1080-1083.

［4］刘源鑫，焦峰，朱乐天.陕西南水北调中线工程水源区水土保持工程综合效益评价［J］.中国水土保持，2012，42-44.

（责任编辑：李蕊）

S157

A