湖北省土壤可蚀性研究

闫 婧，张必辉，高 超，丁树文

(1.华中农业大学 资源与环境学院，湖北 武汉 430070；2.湖北省水土保持监测中心站，湖北 武汉 430071)

土壤对侵蚀的敏感性，或土壤受侵蚀的潜在可能性称为土壤的可蚀性[1]。土壤可蚀性K值的大小表示土壤被冲蚀的难易程度，是影响土壤流失量的内在因素，也是定量研究土壤侵蚀的基础[2]。关于土壤可蚀性的研究，俄国科学家罗蒙诺索夫最早在1753年就详细论述了土壤侵蚀对农业生产的影响[1]。后来，ZINGG在1940年提出了世界上最早的土壤流失方程。1957—1958年，WISCHMEIER和SMITH建立了现在应用广泛的通用土壤流失方程(USLE)[1-4]，方程中包含有土壤可蚀性因子K。之后，WISCHMEIER等建立了土壤可蚀性诺谟方程和修正诺谟方程，通过分析粉粒和极细砂粒含量、砂粒含量、有机质含量、土壤结构、土壤通透性等5项土壤特性指标来估算土壤可蚀性K值[5]。20世纪80年代初期，美国德克萨斯农工大学黑土地研究中心和美国农业部草地、土壤和水分研究所共同研究开发出了环境政策综合气候模型(EPIC模型)，采用土壤有机碳和机械组成来估算土壤可蚀性K值[6]。在我国，具有土壤侵蚀预报价值的土壤可蚀性K值研究开始于20世纪90年代，在土壤可蚀性研究方法、区域性土壤可蚀性特征、土壤可蚀性实测法与估算法对比分析及两者的定量关系方面进行了大量的研究，在研究手段方面既有基于径流小区观测资料实测土壤可蚀性K值，也有采用国际上通用的土壤可蚀性估算公式估算K值[6-7]。

湖北省土地总面积18.59万km2，根据全国第一次水利普查水土保持专项普查结果，全省现有水土流失面积3.69万km2，占土地总面积的19.8%，年土壤侵蚀量1.25亿t，严重的水土流失制约着湖北省社会经济的可持续发展。本研究以湖北省为研究区，使用通用性较好的EPIC模型对湖北不同类型土壤的可蚀性进行系统研究，揭示各类土壤遭受侵蚀的潜在可能性，并提出相应的防治措施，以期为湖北省防止土地退化、治理水土流失等提供借鉴。

1 研究区概况

湖北省位于长江中游，地理位置介于N29°05′～33°20′、E108°21′～116°07′，地处亚热带季风区，年均降水量1 200 mm左右，年均气温15～17 ℃，雨热同期。湖北省处于中国地势第二级阶梯向第三级阶梯过渡地带，地貌类型多样，山地、丘陵和平原兼备，其中山地面积约占土地总面积的55.5%，丘陵约占24.5%，平原湖区约占20%。土壤类型多样，主要有红壤、黄壤、黄棕壤、黄褐土、砂姜黑土、棕壤、暗棕壤、石灰土、紫色土、山地草甸土、沼泽土、潮土、水稻土等13种土类。

2 研究方法

本研究采用湖北省第二次土壤普查成果——《湖北省土种志》，从其中剔除数据不全的部分，选取湖北省土壤13个土类、30个亚类、345个土种，共398组数据，将各土类的序号、土壤类型、亚类、土属、土种、所在地区、有机质含量、全氮含量、全磷含量、全钾含量、土壤机械组成、分布面积及其占土地总面积的比例等录入Excel。采用通用性较好的EPIC方程计算得到各土种的土壤可蚀性K值，将各土种的分布面积和K值进行加权平均得到各亚类的平均土壤可蚀性K值，然后根据各亚类的分布面积和K值进行加权平均，得到各土类的土壤可蚀性K值，结合土类面积进行相应的分析。

本研究采用EPIC模型，计算公式为

K={0.2+0.3exp[-0.025SAN(1-SIL/100)]}×

[SAN/(CLA+SIL)]0.3×

{1.0-0.25C/[C+exp(3.72-2.95C)]}×

{1.0-0.75SN1/[SN1+exp(-5.51+22.9SN1)]}

式中：SAN为砂粒含量，%；SIL为粉粒含量，%；CLA为黏粒含量，%；SN1=1-SAN/100[5]；C为有机碳含量，%；所得结果为美制单位。

3 结果与分析

表1为各土类及其亚类的土壤可蚀性K值与分布面积。对各土类的土壤可蚀性K值与分布面积进行加权平均，得到湖北省平均土壤可蚀性K值为0.228 5。

表1 各土类及其亚类土壤可蚀性K值与分布面积

13个土类中，分布面积较大的有黄棕壤、水稻土、石灰土，其次是红壤、潮土、黄壤、棕壤、紫色土及黄褐土，剩余4种土类分布面积仅占全省土地总面积的0.32%；土壤可蚀性K值最大的是棕壤，为0.249 7，其次是暗棕壤，为0.246 6，最低的是紫色土，为0.208 3。

根据K值对土壤可蚀性级别进行分级，<0.1为低可蚀性，0.1～0.2为中低可蚀性，0.2～0.3为中可蚀性，0.3～0.4中高可蚀性，0.4～0.5为高可蚀性，≥0.5为极高可蚀性。研究可知，湖北省土壤主要为中可蚀性和中低可蚀性，分布面积分别为110 287.572、4 990.011 km2，分别占全省土地总面积的59.33%、2.68%。可见，中可蚀性基本可以反映湖北省土壤侵蚀状况。

表2为各土类的土壤机械组成及有机质、有机碳含量。由表2可知，在湖北省各土类的土壤机械组成中，砂粒(2～0.02 mm)含量介于22.35%～55.97%，其中砂粒含量最多的是潮土，为55.97 %，最少的是石灰土，为22.35%；粉粒(0.02～0.002 mm)含量介于27.40%～42.00%，粉粒含量最少的是紫色土，为27.40%，最多的是棕壤，为42.00 %；黏粒(<0.002 mm)含量介于13.95%～40.52%，其中黏粒含量最多的是石灰土，为40.52%，其次是砂姜黑土，为39.19 %，潮土最少，仅为13.95%。各土类的土壤有机质含量差异较大，总体介于11.80～255.30 g/kg，其中有机质含量最少的是紫色土，为11.80 g/kg，最多的是沼泽土，为255.30 g/kg。

表2 各土类土壤机械组成及有机质、有机碳含量

各土类土壤养分特征见表3。由表3知，各土类的全氮含量介于0.75～10.09 g/kg，其中全氮含量最高的是沼泽土，为10.09 g/kg，最低的是黄褐土与紫色土，均为0.75 g/kg。全磷含量介于0.32～1.10 g/kg，其中全磷含量最高的是山地草甸土，为1.10 g/kg，最少的是黄褐土，为0.32 g/kg。全钾含量介于0.77～20.72 g/kg，其中全钾含量最高的是山地草甸土，为20.72 g/kg，其次是潮土，为19.88 g/kg，最少的是暗棕壤，为0.77 g/kg。

表3 各土类土壤养分特征

4 讨 论

计算结果表明，湖北省各土类的土壤可蚀性K值介于0.208～0.250，而在同属亚热带的川渝地区一些相同土类的K值就相对要高一些。侯大斌[1]研究得到川渝地区紫色土K值最大，达0.345 0，而湖北省紫色土的K值只有0.208 3。调查发现川渝地区紫色土砂粒含量为82.50%，粉粒为9.75%，黏粒为7.75%[1]，而湖北省紫色土对应数据分别为50.39%、27.40%、22.51%。川渝地区紫色土的粉粒、黏粒含量均低于湖北省紫色土，砂砾含量相对较高。此外，采集土样地点的状态、坡度、受光性好坏及采样时间、天气等因素也会对土壤机械组成和养分特征造成一定影响，进而影响到土壤可蚀性测定结果。这些都造成本研究结果中湖北省紫色土可蚀性K值低于川渝地区。

水土流失与人民生活质量息息相关，降低可蚀性K值以减轻水土流失，湖北省可以从几个方面着手：一是在有机质缺乏的土壤中施用有机肥，如塘泥、绿肥、粪肥等增加土壤有机质和氮的积累。有机肥料的施用既增加了土壤有机胶体，又借助微生物的作用把许多有机物也分解转化成有机胶体，大大增加了土壤吸附表面，产生了许多胶黏物质，使土壤颗粒胶结起来变成稳定的团粒结构，提高了土壤保水、保肥和透气的性能，以及调节土壤温度的能力。二是秸秆还田。秸秆中含有大量新鲜的有机物料，在农田中经过一段时间的腐解作用，就可以转化成有机质和速效养分，从而改善土壤理化性状。但秸秆分解过程中微生物会与作物争夺土壤有效氮，因此必须增施无机氮肥。三是牧草与作物轮作。轮作根系深度不同的作物，深根作物可以利用由浅根作物溶脱而向下层移动的养分，并把深层土壤的养分吸收转移上来，残留在根系密集的耕作层。同时，轮作可借根瘤菌的固氮作用补充土壤氮素，提高土壤中有机质的含量。

5 结 论

(1)湖北省平均土壤可蚀性K值为0.228 5，各土类的K值介于0.208～0.250，其中最大的是棕壤，为0.249 7，最低的是紫色土，为0.208 3。

(2)湖北省以中可蚀性和中低可蚀性土壤为主，其中中可蚀性土壤占全省土地总面积的59.33%，而中低可蚀性土壤只占2.68%。

(3)砂粒(2～0.02 mm)含量最少的是石灰土，为22.35%，最多的是潮土，为55.97%；粉粒(0.02～0.002 mm)含量最少的是紫色土，为27.40%，最多的是棕壤，为42.00%；黏粒(<0.002 mm)含量最少的是潮土，为13.95%，最多的是石灰土，为40.52%。土壤全氮含量在0.75～10.09 g/kg之间，全磷含量在0.32～1.10 g/kg之间，全钾含量在0.77～20.72 g/kg之间，有机质含量在11.80～255.30 g/kg之间。