藏中半干旱地区不同土地利用类型土壤抗蚀性研究

聂晓刚，梁 博，喻 武*，万 丹

(1.西藏农牧学院 资源与环境学院，西藏 林芝 860000；2.西藏农牧学院 高寒水土保持研究中心，西藏 林芝 860000)

土壤抗蚀性(soil anti-erodibility)是土壤抵抗水的分散和悬浮的能力[1]，是评价土壤是否易受侵蚀营力破坏的标准[2]，不仅受土壤类型、气候、地形等自然因子的影响，还受到土地利用类型，即土壤的管理方式和植被覆盖等人为活动的影响[3]。藏中半干旱地区作为雅鲁藏布江发源区和西藏粮食主产区之一，其生态功能状况不仅直接影响到该区的水源涵养和中下游地区生态安全，对西藏的稳定和发展意义重大。近年来，由于受气候变化和人类活动影响，泥石流、滑坡、崩塌等山地灾害频发，水土流失严重[4]。如何有效优化藏中半干旱地区土地利用结构，遏制土地退化，对该地区农业的可持续发展意义重大。

目前西藏的土壤侵蚀研究多集中在宏观的调查与分析评价[5]，而对不同土地利用类型土壤抗蚀性的综合研究相对较少。因此，本文以日喀则周边4种典型土壤利用类型为研究对象，在综合分析土壤理化性质的基础上，对比分析不同土地利用类型(包含人为干扰、恢复方式及自然利用方式)土壤抗蚀性特征差异，以期进一步完善藏中半干旱地区土壤抗蚀性评价指标，为研究区生态环境建设、土壤利用结构调整提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于雅鲁藏布江中游河谷地带(88°54′-89°30′E，29°17′-29°59′N)，平均海拔3 840 m[6]，年日照时数3 216 h，平均气温5.0～6.5℃[7]，总辐射为8 120 MJ/m2，降水量为290～440 mm，且多集中在8-9月份，具有暴雨性质，夜雨较多，占全年降水量的90%以上，旱季长达7～8个月，且大风天气盛行[8]。受高原温带半干旱季风气候和特殊地理位置影响，地质年轻、土壤剖面分化微弱和土层较薄[9]，主要以山地灌丛草原土、高山草甸土等土壤类型为主[10]，源生灌丛及草本主要有砂生槐(Sophoramoorcroftiana)、中国沙棘(Hippophaerhamnoides)、毛瓣棘豆(Oxytropissericopetala)、藏白蒿(Artemisiayounghusbandii)等，经济作物以青稞(Hordeumvulgare)、马铃薯(Solanumtuberosum)、油菜(Brassicacampestris)等为主，其样地周边情况如表1所示。

表1 采样点基本特征

1.2 土壤样品的采集与处理

2016年5月，在野外调查的基础上，按分布的典型性和代表性选取日喀则市周边4种代表性的人工林地、撂荒地、农田以及灌丛地为研究对象进行样地选择。为尽可能消除地形等因素对土壤特性的影响，所选取的样地基于样方内植被分布均匀，覆盖度等基本一致的确定为同一样地。每个土地利用方式选择3个样地，每个样地按S型选取5个样点，分别采集0～20 cm深度铝盒装原状土及100 cm3体积环刀土带回实验室，用于土壤理化性质测定。土壤容重、毛管孔隙度和非毛管孔隙度通过环刀法测定[11]，同时将环刀内的土壤过2 mm土壤筛，然后用清水洗净砾石表面的土壤颗粒，再将其表面水分晾干后用量杯(精度0.5 ml)通过排水法测定砾石体积，用以计算土壤砾石的体积含量，然后烘干测定砾石的重量[3]，烘干法测定土壤吸湿水含量。水稳性指数采用浸水崩解法；团聚体含量采用沙维诺夫湿筛法，有机质测定采用硫酸-重铬酸钾加热法[12]。

1.3 土壤抗蚀性评价的选择与分类

对前人研究成果进行分析的基础上，结合研究区特点，共选择了12个土壤抗蚀性评价指标[13-14]，进行主成分分析，分别是：水稳性团聚体类：>0.25 mm非水稳性团聚体含量(X1)；>0.25 mm水稳性团聚体含量(X2)；>0.25 mm水稳性团聚体破坏率(X3)=>0.25 mm团聚体分析值(干筛-湿筛)/>0.25 mm团聚体干筛分析值×100%；土壤水稳性指数(X4)；团聚体平均重量直径(X5)=∑XiWi(i=0,1,…,n)，Xi为湿筛每一级团聚体的平均直径mm，Wi为湿筛每一级团聚体的重量百分数；基本物理指标：非毛管孔隙度(X6)；毛管孔隙度(X7)；饱和含水率(X8)；容重(X9)；砾石含量(X10)；吸湿水含量(X11)；有机胶体类：有机质含量(X12)。

采用Excel软件进行数据初期处理，利用SPSS17.0、Origin 9.0软件和单因素方差分析(ANOVA)分析比较不同土地利用方式土壤抗蚀性变化规律。

2 结果与分析

2.1 不同土地利用方式土壤团聚体及有机质特征

土壤团聚体(干筛)包括水稳性团聚体和非水稳性团聚体，是反映土壤物理结构的重要组成部分[15]。由图1可以看出，研究区不同土地>0.25 mm土壤非水稳性团聚体大小依次表现为灌丛地>农耕地>人工林地>撂荒地，且除人工林地和撂荒地之间无显著差异外，其余类型用地之间空间差异均达显著性水平(P<0.05，n=12)；而在湿筛过程中，土壤中水溶性有机胶体的逐渐流失破坏原有的团粒稳定性，导致>0.25 mm土壤水稳性团聚体空间差异显著(P<0.05，n=12)，其中，以人工林地>0.25 mm水稳性团聚体含量最高，为38.52%，农耕地次之，为31.21%，灌丛地最小，为4.24%，显著低于其他类型用地。另外，通过土壤团聚体结构破坏率可以看出，灌丛地和撂荒地土壤团聚体结构破坏率均处于较高水平，分别为95.29%、75.46%，显著高于人工林地和农耕地，这说明灌丛地和撂荒地土壤团粒结构稳定性相对较差，而农耕地土壤团聚体结构破坏率显著高于人工林地，说明实行人工造林能够显著提高原土结构稳定性。通过数据分析发现，研究区土壤团聚体结构破坏率与有机质之间呈负线性相关关系(Y=-0.018 64X+0.977 32，R=-0.926)。且人工林地土壤有机质含量显著高于农耕地、灌丛地、撂荒地，农耕地土壤有机质含量显著高于灌丛地和撂荒地(P<0.05)。

图1 不同土地利用类型土壤>0.25 mm团聚体含量

水稳性指数作为表征土壤水稳性随时间变化的特征指标，对土壤抗蚀性作用明显。由表2可以看出，研究区人工林地的水稳性指数最高为18.08%，而灌丛地由于土壤表现为粗骨性特征，受人为及牲畜活动影响，土壤团粒结构破碎严重且主要集中在<3 mm粒径范围，造成水稳性指数测定困难。通过空间差异分析发现，农耕地与人工林地之间差异显著(P<0.05)，但与撂荒地之间无显著差异；土壤团聚体平均重量直径作为反映土壤团聚体大小分布状况的综合指标，不同土地利用类型土壤团聚体平均重量直径大小依次为人工林地>农耕地>撂荒地>灌丛地，且团聚体平均重量直径除灌丛地和撂荒地间差异不显著外，其他类型用地间与灌丛地、撂荒地均存在差异显著(P<0.05)。

2.2 不同土地利用方式土壤基本物理指标特性

容重与孔隙度是土壤基础物理性质指标，直接影响土壤的持水性和透水性，对土壤水源涵养功能具有重要作用[16]。由表2可以看出，研究区由于非毛管孔隙度(X6)以撂荒地最高，分别为人工林地、农耕地、灌丛地的1.18、1.20、1.20倍，彼此间差异未达显著性水平(P>0.05)；毛管孔隙度(X7)则在人工林地、农耕地与灌丛地之间表现出显著差异，但与撂荒地之间差异不明显，其大小顺序依次为：人工林地>撂荒地>农耕地>灌丛地，这主要与土壤颗粒组成有关。通过测定研究区土壤水分贮量，发现研究区土壤饱和含水率(X8)在人工林地、撂荒地与灌丛地之间差异显著，但与农耕地之间无显著差异，其强弱表现为撂荒地>人工林地>农耕地>灌丛地；土壤容重(X9)变化范围为1.34～1.62 g/cm-3，且人工林地、撂荒地与农耕地、灌丛地差异显著，但彼此间差异不明显；土壤表面和表层中砾石的含量和种类不仅会影响土壤理化性质，对土地利用和生产力等影响也比较显著[17]。由表2可知，人工林地、撂荒地与灌丛地之间砾石含量(X10)均达到显著差异水平(P<0.05)，而其中以灌丛地砾石含量最高，为50.87%，人工林地次之，为9.94%，撂荒地最小，仅0.27%；土壤吸湿水含量(X11)在不同类型用地间也表现为显著差异(P<0.05)。

2.3 土壤抗蚀性各指标的主成分分析

利用统计软件对上述 12个抗蚀性指标进行主成分分析，提炼出2个主成分(表3)，特征值分别为6.038、5.299，累计方差贡献率达94.474%，满足主成分分子对信息损失量的要求，表明这2个主成分可以综合所有指标的大部分信息，能够反映土壤抗性的强弱。其中，第1主成分方差贡献率最大为50.317%，且该成分中X1、X8、X11、X10、X6、X7、X4的因子荷载最大，反映了土壤基本物理指标中非毛管孔隙度、毛管孔隙度、饱和含水率、砾石含量、吸湿水含量以及>0.25 mm非水稳性团聚体、水稳性指数可显著影响土壤抗蚀性。土壤水稳性越稳定，毛管、非毛管孔隙度、饱和含水量越高，土壤抗蚀性能越强，而>0.25 mm非水稳性团聚体含量、吸湿水含量和砾石含量越高，土壤抗蚀性能则越弱。第2主成分方差贡献率为44.157%，成分X2、X3、X5、X12因子荷载较大，表明土壤团粒类指标及有机胶体类指标对土壤抗蚀性影响较为显著，>0.25 mm水稳性团聚体、团聚体平均重量直径、有机质含量越高，土壤团聚体破坏率越低，土壤结构越好，土壤抗蚀性越强。因此，根据原指标对主成分的贡献大小以及研究精度的要求，可以确定不同的最佳指标评价体系：最佳指标—X1；最佳2指标—X1、X8；最佳4指标—X1、X8、X10、X11；最佳6指标—X1、X8、X10、X11、X5、X12。

表2 不同土地利用类型土壤指标特征

注：同列数据后标不同小写字母者表示差异显著(P<0.05,n=12)。

表3 不同土地利用类型土壤抗蚀性指标因子旋转后的载荷、特征根和累积贡献率

2.4 土地利用类型对土壤抗蚀性效应的影响

据主成分分析结果，可得到成分得分系数矩阵，再结合标准化处理的各变量可得出各主成分表达式分别为：Y1=-0.166X1-0.039X2+0.017X3+0.117X4-0.072X5+0.218X6+0.116X7+0.146X8-0.090X9-0.145X10-0.191X11-0.073X12；Y2=0.024X1+0.197X2-0.185X3+0.050X4+0.221X5-0.195X6+0.051X7+0.011X8-0.060X9-0.002X10+0.110X11+0.221X12。

通过构建不同土地利用类型土壤抗蚀性加权求和模型Y=0.533Y1+0.467Y2，得出各类型用地综合主成分值Y，进而得出研究区不同土地利用类型土壤抗蚀性的强弱顺序为人工林地(3.55)>农耕地(2.45)>撂荒地(1.78)>灌丛地(0.05)。

3 结论与讨论

日喀则地区由于地质形成较晚，受特殊的地理位置及气候条件影响，土壤多表现出发育的原始性和幼年性，受植被、牲畜踩踏及人为活动影响，不同类型用地间土壤理化性质的差异[18]导致土壤抗蚀性能也表现出明显的变异性。

研究区人工林生长状况良好，林下又有较多灌草覆盖，土壤表层根系的缠绕切割与枯落物的积聚导致土壤有机碳、微生物总量较高，土壤有机物质的分解和转化加快[19]，土壤团粒结构改良作用明显，>0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体平均重量直径、土壤水稳性指数等显著高于其他类型用地，说明研究区人工林地在增加土壤抗蚀性方面有明显优势。因此，加强人工林建设可以作为研究区土壤改良的一种有效方式。

农耕地面积相对较大，但由于受季节性降水及土壤质地影响，水溶性有机胶体以及矿质胶结物质迁移严重，而为应对逐渐激增的人口压力和区域本身土壤类型限制及淋溶作用影响，过度依赖化肥以补充作物生长所需营养，导致土壤质量退化严重。已有研究表明[20]，日喀则化肥施用量逐年增加，以超出发达国家化肥安全使用上线；另外，受耕作方式和作物种类影响，马铃薯、青稞等浅根系作物的种植造成农田土壤犁底层上移，非毛管孔隙度减小，容重偏大。留茬耕作在一定程度上补充了有机质，但由于气候寒冷，有机质分解速度缓慢，微量元素及其有机质不能得到很好补充，导致土壤中各营养元素动态失衡，地力下降。

撂荒地植被盖度较小，且主要以1年生浅根性禾本科植物为主，受季节性强降水影响，表层土壤受溅蚀和径流冲刷作用，细颗粒物质及水溶性有机胶体等随地表径流迁移严重，再加上雨季过后，大风天气盛行，风沙灾害严重，导致土体粗粉粒比重升高，土壤抗蚀性能减弱。

灌丛地由于人为干扰下群落结构单一，主要以砂生槐为主，地表枯落物输入量少且家畜啃食严重，使得该植被类型下的土壤有机碳含量较低；大量的砾石覆盖虽然能促进降水入渗，加快壤中流的发生，减少径流，但由于砂质壤土保水、保肥能力较差，同时，少量的有机胶结物质造成土壤团粒结构合成困难，抗蚀性能也相对较差。

通过对日喀则不同土地利用方式土壤抗蚀性研究发现，12个用以描述土壤抗蚀性指标中，>0.25 mm非水稳性团聚体、团聚体平均重量直径、土壤容重、砾石含量、吸湿水含量、有机质含量6个指标贡献最大，对土壤抗蚀性影响明显，是表现日喀则周边不同土地利用方式土壤抗蚀性的最佳指标。

通过构建土壤抗蚀性的综合评价模型Y=0.533Y1+0.467Y2，分析得出不同土地利用类型土壤抗蚀性强弱顺序为人工林地(3.55)>农耕地(2.45)>撂荒地(1.78)>灌丛地(0.05)。研究区生态脆弱，水土流失严重，退耕还林有利于提高土壤抗蚀性，有利于水土保持。

整体而言，研究区土壤理化性质由于受到人为活动影响、土壤母质的分化、形成及风化壳发育状况等错综复杂的因素影响，水土流失严重。建议研究区以后在风沙治理和生态恢复过程，加强人工林人为管护强度，以提高其群落整体生态效应；建议农耕地在客土还田的同时应做到科学施肥，以提高其土壤结构稳定性，增强其水源涵养和水土保持功能。

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