红壤坡耕地耕层土壤质量退化特征及障碍因子诊断

金慧芳，史东梅，钟义军，黄尚书，宋 鸽，段 腾

红壤坡耕地耕层土壤质量退化特征及障碍因子诊断

金慧芳1，史东梅1※，钟义军2，黄尚书2，宋 鸽1，段 腾1

（1. 西南大学资源环境学院，重庆 400715；2. 江西省红壤研究所，国家红壤改良工程研究中心，南昌 331700）

坡耕地耕层质量退化是在土壤侵蚀等自然因素和农业耕作等人为因素综合作用下，在坡面尺度上耕层土壤剖面损毁、土壤养分贫瘠化、农作物-环境调控能力衰退或完全丧失的农业生态过程。该文以红壤小流域坡耕地耕层为研究对象，采用耕层质量退化指数法（cultivated-layer degradation index, CLDI）分析了坡耕地耕层质量退化特征，基于主成分分析法明确了耕层退化的主导因素及关键驱动因子，采用障碍因子诊断模型界定了坡耕地耕层质量主要障碍因素及障碍程度。结果表明：红壤小流域坡耕地耕层质量以中、轻度退化程度为主（样点占比70.4%），重度退化耕层样点占比11.1%，无退化耕层样点占比18.5%；导致坡耕地耕层质量退化的人为驱动因素有单位坡耕地面积农业投入、耕作方式、单位坡耕地面积机械总动力和单位坡耕地面积化肥施用量。随耕层退化程度加剧，耕层土壤pH值呈先大幅减小后趋于平稳的变化趋势，轻度退化耕层土壤pH值降低幅度可达9.8%；与无退化程度相比，不同退化程度下红壤坡耕地耕层厚度呈逐步薄化趋势，重度退化耕层薄化率可达8.9%，这与降雨侵蚀和农户耕作方式不合理因素有关。红壤坡耕地耕层质量主要障碍因素表现为土壤黏粒含量多、pH值小、耕层薄化和土壤抗剪强度小，平均障碍度分别为0.15、0.14、0.13和0.10；土壤黏粒含量、pH值和耕层厚度障碍度随退化程度加剧呈增大趋势，土壤抗剪强度障碍度呈逐渐减小趋势，其他耕层土壤属性参数障碍度无明显变化；适度深松（30～48 cm）与合理施肥是改善耕层质量的有效措施。研究结果可为科学认识红壤坡耕地耕层质量退化特征，明确耕层质量改善途径及合理耕层构建提供参考。

土壤；退化；诊断；耕层质量；障碍因子；红壤坡耕地

0 引 言

红壤坡耕地是中国南方丘陵区重要的耕地资源之一，是研究区经济和粮食作物的重要基地[1]。长期以来，严重的春蚀秋旱，加上农户不合理耕作和施肥等自然和人为因素的影响，红壤坡耕地面临水土流失严重，养分劣化，耕层变薄，地力衰退以及生态环境恶化等问题。研究南方红壤丘陵区这一生态脆弱区域坡耕地耕层质量退化特征并明确造成耕层质量退化的主要障碍因子，对坡耕地质量恢复、资源利用及合理耕层构建具有重要意义[2]。红壤坡耕地耕层质量退化主要表现为侵蚀退化、养分退化和土壤酸化等，耕作措施、工程措施、林草措施和综合治理措施是防治红壤坡耕地退化的关键技术[3]，而准确判定红壤坡耕地耕层质量退化程度及主要障碍因子是促进耕层质量改良和地力提升的前提。Adejuwon等[4]最早提出土壤退化指数（soil degradation index，SDI），用于定量反映土壤质量退化程度，被国内外学者广泛应用[5-7]，该模型假设各因素对土壤质量退化影响程度相同，即各因素贡献率相同。近年来，有学者运用土壤质量指数（soil quality index，SQI）对土壤质量退化特征进行分析，且得到较好运用[8-9]，但该模型多用于土壤质量评价研究，而在土壤质量退化特征评价时缺乏参考基准，应用较少。桂东伟等[10]将2种方法相结合，分析了绿洲化进程加剧过程中，不同土地利用方式对土壤质量的影响。张孝存[11]分别用2种方法分析了东北黑土区侵蚀土壤质量特征。耕层是人类为栽培作物，利用工具对土壤进行扰动的深度层，对协调土壤水、肥、气、热间相互作用，满足作物生长发育具有重要作用，耕层质量退化是各土壤属性参数变化综合作用的结果，且不同土壤属性参数变化对耕层质量退化影响程度不同。目前，关于坡耕地耕层质量退化特征评价的研究较少，且尚无统一方法。本文以南方丘陵区红壤小流域坡耕地耕层土壤为研究对象，选择反映耕层抗侵蚀性能、生产性能和耕作性能3方面的土壤属性参数建立耕层退化质量评价体系，对前人评价模型进行修订，采用耕层质量退化指数（cultivated-layer degradation index，CLDI），对红壤坡耕地耕层质量退化特征进行定量分析；采用主成分分析法辨识耕层退化主导因素和关键驱动因子，分析不同退化程度下耕层土壤属性参数变化特征；引入障碍因子诊断模型，进一步明确耕层质量改善的主要障碍因子，以期为抑制红壤坡耕地水土流失、耕层质量退化，促进耕层质量改良和合理耕层培育提供科学依据和参数支持。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于江西省南昌市进贤县三和红壤小流域，地处116°12′～116°18′E，28°12′～28°18′N，流域面积41.21 km2，其中坡耕地面积1 672.92 hm2，属亚热带季风湿润气候区，年平均气温17.5 ℃。降雨量充沛且集中，多年平均年降水量达1 587 mm；多年无霜期282 d，多年平均日照时数达1 780 h。地貌类型以低丘岗阜为主，坡度为2°～35°，红壤为小流域内分布最为广泛的土壤类型，土层深厚，土壤呈弱酸性，质地为壤质黏土。成土母质以第四纪红色黏土和红砂岩类为主。常见种植制度有花生-玉米/甘蔗轮作、花生-油菜轮作、大豆-甘薯轮作等，以一年一熟或一年两熟制为主，近年来，三熟制开始增多。

1.2 样品采集与分析

1.2.1 样点设置

于2017年7月在当地农业部门有经验的研究人员协助下，根据小流域坡耕地分布特点，在流域上游、中游和下游各选择2个坡耕地广泛分布的区域，在每个区域分别选择3个红壤坡耕地典型坡面，各坡面分上部、中部和下部布设采样点，坡度、坡长适宜，种植作物为当地典型作物（表1），共布设样点总数54个，采样前进行农户调研，保证各采样点处于不同农户耕种的地块上，使各样点均具有典型性和代表性，同时对耕种各地块的农户进行水土保持问卷调查，获得与采样地块相对应的问卷54份。以江西红壤研究所布设的免耕示范坡耕地地块为基准，坡度、坡长适宜，边沟、背沟等水土保持措施布设完善，在地块中部布设样点可代表坡面整体特征，采样方法与小流域采样点相同，重复3次。

表1 红壤小流域及示范区坡耕地采样区基本情况

1.2.2 样品采集及指标测定

选择采样点中间位置挖掘土壤剖面，进行垂直分布样品采集。分0～10和>10～20 cm层采集土壤样品，每层采集约1～2 kg土壤样品装入硬质塑料盒带回实验室，采集土壤环刀（100 cm3）样品用于测定土壤容重和饱和导水率，分别采用三头抗剪仪和PT袖珍型贯入仪分层测定土壤抗剪强度和贯入阻力值，各重复3次。采样完成后，继续向下挖掘土壤剖面至作物根系消失，采用钢卷尺测定土壤剖面约90%作物根系分布深度为耕层厚度[12]。将采集的土壤样品自然风干后，过筛测定土壤理化性质，土壤黏粒含量采用沉降法测定，pH值采用土水比1:1电极法测定，土壤有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法测定，土壤全氮采用半微量凯氏定氮法测定，土壤有效磷采用Olsen法测定，土壤速效钾采用l mol/LNH4Ac提取-火焰光度法测定。

1.2.3 耕层质量退化指数

耕层质量退化指数（CLDI）可直观分析耕层质量退化特征及程度。免耕耕作对土壤扰动程度低，耕层结构破坏性小，显著降低了耕层质量退化速率[13-16]，即以免耕示范坡耕地耕层土壤属性参数测定值为基准（CLDI=0）。假设其他坡耕地地块类型都是由免耕坡耕地经过农业生产活动转化而来，将红壤小流域坡耕地各采样地块耕层土壤属性参数值与免耕坡耕地进行对比，取0～10和>10～20 cm层土壤参数平均值计算耕层质量退化指数，计算公式如下

式中CLDI为耕层质量退化指数；X为第个地块第个指标值，X为第个指标的基准值，W为第个指标权重，N是第个地块第个指标的隶属度值

从耕层抗侵蚀性能、耕作性能和生产性能3方面选择耕层质量退化评价指标[17]。基于评价指标与耕层质量的正负效应建立各指标与耕层生产力之间的隶属函数，对各指标量纲进行统一。S型和反S型函数以小流域采样点各指标参数实测值的最小值（1）和最大值（2）作为函数的转折点，抛物线型函数对应指标的转折点通过文献资料和野外实测数据结果获得[17-18]，采用主成分分析法获得各指标权重，详见表2。计算耕层质量退化指数可较全面反映坡耕地耕层质量退化程度，CLDI<0表明耕层质量退化程度高于基准点，其值越小，耕层退化越严重；CLDI>0表明耕层质量处于无退化或趋于改良状态。

表2 评价指标类型及隶属函数

1.3 障碍因子诊断模型

明确坡耕地耕层质量改良的障碍因素并有针对性的消除障碍因子，对耕层质量恢复和改善有重要意义。本文引入障碍因子诊断模型[19-20]如下

式中M为第个地块第个指标的障碍度；M为第个指标的平均障碍度，其大小顺序可以反映研究区耕层质量障碍因子的主次关系；P=1−N，表示耕层单项指标与耕层理想状态（隶属度为1）的差距，数值越大对耕层质量越不利，N为第个地块第个指标的隶属度值；W为单项指标对总体的贡献率，即指标权重。

1.4 数据处理

通过坡耕地耕层调查和室内试验分析获得各地块耕层土壤属性参数数据。单位坡耕地面积农业投入等反映耕层质量退化人为驱动因子的指标通过农户水土保持问卷调查获得：单位坡耕地面积农业投入（人力、物力等均转换为资金表征）=调查地块当年农业总投入/地块面积；家庭人均坡耕地面积=调查地块所属农户家庭坡耕地总面积/家庭总人数；家庭农业人口占比=调查地块所属农户家庭从事农业生产人数/家庭总人数；耕作方式采用赋值法进行定量化处理，如：深松1、免耕2、翻耕3等；田间道路通达度则根据田间道路等级设置不同权重，采用加权求和法获得，连接田块的道路等级越高、数量越多，田间道路通达度越高；单位坡耕地面积机械总动力=（耕作机具功率×时间+施肥机具功率×时间……收获机具功率×时间）/调查地块面积。小流域年降雨量、土壤侵蚀模数等数据由江西红壤研究所定位监测获得，使用SPSS21.0软件进行主成分分析，Excel2013软件进行数据处理和绘图。

采用SPSS 19.0软件进行统计分析。计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用t检验，两组病人主要变量变化趋势采用重复测量方差分析，P<0.05为差异有统计学意义；不同时间点主要变量比较采用Bonferroni 校正法，P<0.017为差异有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 坡耕地耕层质量退化特征

2.1.1 耕层退化程度分级

坡耕地耕层退化是耕层土壤环境和理化性状恶化导致水土流失和耕层生产力下降的综合表征。利用耕层质量退化指数对坡耕地耕层退化程度进行定量化分析，有利于客观认识红壤坡耕地耕层质量退化特征。基于CLDI计算结果，红壤坡耕地耕层退化程度可分为6个等级（图1a），第I级为耕层质量退化指数大于0，表征耕层未产生退化或处于改善、恢复状态的无退化耕层，坡耕地生产功能基本完整，土壤结构良好，坡耕地系统恢复再生能力强，生态问题不显著；第II级为耕层质量略有退化的轻度退化耕层，耕层质量退化指数介于0～−20%之间，坡耕地生产功能较为完善，土壤结构尚好，一般干扰下坡耕地系统生产能力可恢复；第III级为耕层质量退化指数在<−20%～−40%之间变化的中度退化耕层，坡耕地生产功能已有退化，土壤结构受到破坏但尚可维持基本功能，受干扰后易恶化；第IV级为重度退化耕层，耕层质量退化指数范围为<−40%～−60%，坡耕地生产功能已有退化，土壤结构受到较大破坏，耕地地力难以恢复；第V级为严重退化耕层，耕层质量退化指数在<−60%～−80%之间，坡耕地生产功能接近崩溃，土壤结构严重破坏，耕地地力难以恢复，生态问题严重；第VI级为过度退化耕层，耕层质量退化指数<−80%，坡耕地生产功能崩溃，耕地地力无法恢复，生态恶化，不适宜作物生长。

图1 红壤坡耕地耕层质量退化特征

红壤小流域坡耕地耕层质量以中、轻度退化为主（图1b）。无退化耕层平均退化指数为17%，其样点占比为18.5%，主要分布在坡耕地下部，这与下部区域坡度较其他部位缓，养分在下部沉积有关，深松机等农业保护性耕作机械使用程度较高以及横坡耕作等水土保持措施的实施均有利于减少水土流失，改善坡耕地耕层质量。轻度退化耕层平均退化指数为−12%，样点占比35.2%，在坡耕地不同部位分布比例相对均匀,合理耕作和施肥是改进耕层质量的有效措施。中度退化耕层平均退化指数为−30%，样点占比为35.2%，主要分布在坡耕地上、中部，这主要是因为上部和中部以土壤侵蚀为主，降雨侵蚀造成耕层土壤及养分沿坡面向下位移，造成上部和中部坡位耕层薄化、养分流失，耕层质量退化明显。重度退化耕层平均退化指数为−47%，样点占比11.1%，这可能与部分农户重用地轻养地，重产出轻投入有关，相关政府部门采取积极的政策引导，增强农户水土保持意识，提高水土保持措施实施率，可减缓耕层质量退化速率。从坡耕地不同部位来看，红壤坡耕地耕层质量平均退化指数为中部（−20.34%）>上部（−18.34%）>下部（−11.45%），说明下部坡位耕层退化程度最低，更适宜农业生产。

2.1.2 耕层质量退化主导因素辨识

基于耕层质量退化指数法将反映红壤坡耕地耕层质量退化特征的11项土壤属性参数与免耕示范坡耕地土壤属性参数之间的差异进行比较后获得的比值（(X−X)/X），即各土壤参数退化程度作为表征坡耕地耕层质量退化的指标参数进行主成分分析[14]。其中前4个主成分贡献率大于10%，分别解释了29.75%、18.33%、15.75%和10.19%的信息，累积贡献率74.02%，解释了红壤坡耕地耕层质量退化的大部分信息，其他主成分贡献率相对较小（表3），表明前4个主成分基本可以反映红壤坡耕地耕层质量退化特征。

表3 红壤坡耕地耕层质量退化解释度分析

第1主成分与土壤全氮、土壤有机质和土壤速效钾相关性较高（载荷绝对值≥0.7，下同），载荷值分别为0.866、0.792和0.703，与其他指标相关性相对较低，主要反映坡耕地耕层养分退化特征。第2主成分与土壤容重和土壤抗剪强度相关性高，载荷值分别为0.751和0.729，与其他指标相关性相对较低，主要反映耕层抗侵蚀性能特征。第3和第4主成分分别与黏粒含量和pH值相关性较高，载荷值分别为−0.821和−0.736，分别表征土壤结构和酸碱度，这说明红壤坡耕地耕层退化的主导因素为耕层养分退化、侵蚀退化，其次为土壤板结和酸化。将耕层质量退化指数与主要指标进一步做回归分析，结果表明：全氮、有机质和有效磷与CLDI拟合效果较好（2≥0.5），2分别为0.735、0.655、和0.596，是红壤坡耕地耕层质量退化的关键指标（表4）。

2.1.3 耕层质量退化驱动因素分析

坡耕地耕层质量退化是土壤、生态系统的逆向演替过程，表现为对自然或人为干扰较低的抵抗性、较弱的缓冲能力以及较强的敏感性和脆弱性。耕层质量退化是多因素综合作用的结果，其中自然因素和人为因素是导致坡耕地耕层质量退化的2大主要驱动因素，自然因素主要包括气候、坡度及成土母质等，是耕层质量退化的内在诱因[3]。红壤小流域年均降雨量1 587 mm，5－9月降雨量占全年降雨总量的60%～80%，降雨强度大（多暴雨，最大日降雨量达308.9 mm），年均土壤侵蚀模数1 962 t/km2·a，极易发生水土流失[21]。田面坡度在2°～20°之间，土壤侵蚀量与坡度成明显正相关，田面坡度增加1°，全年土壤侵蚀量递增约120 t/km2[22]。成土母质以第四纪红色黏壤土为主，质地偏黏，颗粒组成中的黏粒含量占20%以上，细砂含量也高，造成坡耕地侵蚀以面蚀和浅沟侵蚀为主[23]。

表4 主要评价指标与耕层质量退化指数回归分析

农业生产对红壤坡耕地耕层质量退化起主导性作用。日益增长的农业现代化需求、农业机械化程度提高以及农户不合理耕作和施肥等都是加速坡耕地耕层质量退化的重要因素。选择单位坡耕地面积农业投入（F1）表征农业经济投入水平；家庭人均坡耕地面积（F2）表征农业生产规模状况；家庭农业人口占比（F3）表征劳动力短缺程度；耕作方式（F4）表征耕作方式多样性；田间道路通达度（F5）表征田间交通便利程度；单位坡耕地面积机械总动力（F6）表征农业机械使用程度；单位坡耕地面积化肥施用量（F7）表征化肥施用强度，共7项指标进行主成分分析，诊断红壤坡耕地耕层质量退化的主要人为驱动因子。从表5中可以看出PC1~PC4的主成分特征值大于1，累积贡献率为75.69%，可解释人为因素造成耕层质量退化的大部分信息。

表5 耕层质量退化人为驱动因子诊断指标载荷矩阵

单位坡耕地面积农业投入、耕作方式、单位坡耕地面积机械总动力和单位坡耕地面积化肥施用量分别在第一至第四主成分上载荷绝对值最大，分别为−0.587、−0.597、0.651和−0.680。说明随着经济的发展，农户对农业产出的要求逐渐提高，而实际农业产出无法达到农户预期，导致农户减少农业投入，转向发展其他产业，单位坡耕地面积农业投入少是造成耕层退化的重要因子。传统顺坡耕作等不合理耕作方式，使坡面径流集中在垄沟内自上而下排泄，加剧了土壤侵蚀，诱发红壤坡耕地水土流失，造成耕层质量退化[3]。随着经济发展，农业机械使用率提高，而农业机械的广泛使用也造成坡耕地耕层土壤压实等问题，土壤水分蓄持性能降低，造成耕层质量下降，作物减产[24]。在农业生产过程中忽略了土壤肥力的维护，重耕轻养，过度利用，是导致红壤坡耕地耕层养分退化的重要原因[2-3]。

2.2 不同退化程度下坡耕地耕层土壤属性参数变化特征

红壤坡耕地耕层质量退化对土壤物理、化学及力学性质变化有重要影响。耕层质量退化首先改变耕层土壤紧实度，继而引发耕层水分等其他理化性质的变化[25]。由表6可知，耕层厚度呈逐渐薄化趋势。与无退化耕层相比，重度退化耕层的薄化率（退化耕层下降厚度与无退化耕层厚度的比值）为8.9%，适当深松是增厚耕层的有效措施。土壤贯入阻力是反映耕作性能的重要参数。各退化耕层土壤贯入阻力较无退化耕层均有明显增大，增大幅度依次为14.74%、33.16%和41.58%，这可能与降雨侵蚀造成表层土壤颗粒流失，下层土壤裸露、上移，土壤容重增大，造成作物根系下插阻力增大有关。

耕层质量退化在很大程度上取决于土壤水分条件，随耕层退化程度加剧，土壤水分蓄持性能大幅下降[26]。与无退化耕层相比，各退化耕层土壤饱和导水率均有显著下降，其中，重度退化耕层下降了67.5%，这与降雨侵蚀造成土壤板结、容重增大有关[27]。土壤有机质等养分含量是构成土壤肥力的重要要素，直接决定作物生长和发育状况。随着退化程度加剧，土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾均有不同程度的下降，中度退化耕层较无退化耕层分别降低了43.89%、32.56%、50.4%和73.5%，耕层养分退化明显。黏粒含量是表征土壤质地的重要参数，其与作物生长所需生态环境和养分供给关系密切，耕层土壤中各颗粒组成比例适当，可使土壤具有良好的结构性。中度和重度退化耕层土壤黏粒含量较无退化耕层有明显增加，分别是无退化耕层的3.2倍和3.8倍，这可能与农户长期不合理耕作有关。pH值随耕层退化程度加剧表现出先大幅减小后趋于稳定的变化趋势，有机与无机肥料配施可明显提高酸性土壤pH缓冲能力[28]。

表6 不同退化程度下耕层土壤属性参数变化特征

注：不同字母表示同一耕层不同退化程度下差异显著（＜0.05）；X1~ X11指代指标见表2。

Note: Different letters indicate significant difference in different degradation degrees of the same surface layer (<0.05); Designation of X1~ X11are shown in Table 2.

2.3 坡耕地耕层质量障碍因子诊断

明确影响耕层质量的主要障碍因子及其分布特征，对防治坡耕地耕层退化，实现耕层质量改良有重要意义（图2）。

图2 红壤坡耕地耕层土壤参数障碍度

利用障碍因子诊断模型计算耕层土壤属性参数障碍度，结果表明红壤坡耕地耕层质量主要障碍因素表现为黏粒含量多、pH值小、耕层厚度薄和土壤抗剪强度小，4个因素平均障碍度分别为0.15、0.14、0.13和0.10（图2a），这说明土壤板结、酸化和土壤侵蚀是制约红壤坡耕地农业生产的主要障碍因素。在无退化、轻度退化、中度退化和重度退化程度下，黏粒含量障碍度依次为0.12、0.14、0.15和0.17，障碍度有明显增大，这可能与传统顺坡耕作和南方丘陵区降雨量大导致土壤颗粒破坏，径流侵蚀严重有关[29]。耕层厚度是影响耕层质量的重要限制因子，对坡耕地水土保持和土壤生产力维护具有重要作用，其障碍度依次为0.12、0.13、0.13和0.15，表现出增大趋势，深松耕作对增厚耕层，改善土壤持水性能和土壤结构效果显著[24]。pH值障碍度呈增大趋势，增施有机肥可有效缓解土壤酸化现象。土壤抗剪强度则表现出减小趋势，但整体障碍度依然较大，其他参数障碍度相对较小，无明显变化。

从坡耕地不同部位来看，土壤有机质、全氮、速效钾和黏粒含量是影响耕层质量的主要障碍因子，上部、中部和下部坡位土壤有机质障碍度依次为0.12、0.12和0.10，全氮依次为0.11、0.11和0.09，速效钾依次为0.11、0.12和0.11，黏粒含量依次为0.10、0.11和0.11（图2b），其障碍度在不同部位略有差异，但差异不明显，其他因子障碍度相对较小。降雨侵蚀造成坡耕地上、中部位以土壤侵蚀为主，耕层土壤和养分沿坡面向下位移，造成上坡部位养分缺乏而下部坡位养分富余，在降雨、径流冲刷作用下，土壤颗粒向下坡运移，造成下部坡位土壤黏重板结，合理轮作和增施有机肥是有效改良措施。

3 讨 论

3.1 耕层退化对土壤属性参数的影响

坡耕地耕层退化受降雨[22]、地形[23]、海拔[30]、坡度[30]、耕作方式[31]、施肥[32]及植被覆盖度[33-34]等多种因素的影响。坡耕地耕层退化不仅造成水土流失，作物减产，也引起了海拔、坡度、植被覆盖度等土壤环境因子及土体构型和有效土层厚度等土壤属性参数的明显变化[30,34-35]。本研究中各土壤属性参数随耕层退化程度加剧呈现不同变化趋势，与前人研究结果相同[36]。耕层厚度随耕层退化程度加剧呈增大趋势，农户不合理耕作，加上土壤侵蚀造成表土颗粒剥离、流失，是造成耕层薄化的主要原因[37]。土壤饱和导水率主要反映土壤入渗和持水性能[38]，各退化耕层较无退化耕层有明显降低趋势，这主要与土壤容重增大有关，黏粒含量和土壤有机质也有一定影响作用[27,38]。

土壤质量和养分供给能力随耕层退化程度加剧而逐渐退化，土壤有机质和全氮等养分含量明显损失。周华坤[33]研究表明土壤退化越严重，则土壤养分越贫瘠，且土壤有机质等在表层土壤流失严重。养分含量下降会反作用于作物，抑制作物生长，同时诱发土壤侵蚀，导致土壤持续恶化[33]。本研究表明土壤酸化过程随耕层退化程度加剧表现为先大幅下降后趋于平稳趋势。土壤耕作管理不当、耕地资源过度利用是造成土壤酸化的主要原因，单施化肥或大量施用氮肥，将引起不同程度土壤酸化，养分失衡，而农户浅耕，施肥主要集中于表层土壤，耕层退化加剧土壤颗粒流失，下层土壤裸露，其养分含量较表层土壤低，土壤pH值变化不明显。施用有机肥或石灰，对调节土壤酸碱度有一定作用[39]。黏粒含量对土壤理化性质有重要影响，红壤小流域土壤黏粒含量随耕层退化程度加剧呈逐渐增大趋势，从无退化至过度退化阶段，耕层土壤出现明显沙化现象，与史德明等[35]人研究结果相同。不同土壤属性参数相互作用，共同影响坡耕地耕层质量和退化程度，随着耕层退化加剧，土壤生物属性参数变化规律是否与理化及力学参数一致有待深入研究。

3.2 红壤坡耕地耕层质量调控参数

本研究表明红壤坡耕地耕层退化以侵蚀退化、养分退化、土壤酸化及板结为主，黏粒含量大、pH值小、耕层薄化和土壤抗剪强度小是主要障碍因素，与前人研究结果类似[3,18,20,39]。通过合理耕作改变耕层土壤微环境，降低或消除耕层障碍，创造适宜耕层是促进红壤坡耕地耕层质量恢复、农作物生产适宜性调控和坡耕地水土流失阻控的有效方法[17]。深松耕作打破犁底层的同时疏松耕层，增加了耕层厚度，被疏松土层的土壤孔隙度增加，改善了土壤的蓄持性能[12,24]，进而增加了土壤对大气降水的蓄存能力，营造耕层土壤水份库和养分库，使更多的雨水及养分贮存在深层土壤中以供作物利用，提高雨水和养分资源利用效率和旱地蓄水保墒性能。

图3 深松耕作对红壤坡耕地耕层薄化障碍类型改良示意图

相关研究表明深松耕作使耕层土壤饱和导水率提高4倍多，提高了降水的入渗能力，显著增加了耕层土壤含水量[40]，深松耕作使耕层土壤容重降低了17.1%，稳定性团聚体数量显著增加了30.7%，土壤孔隙状况明显改善[41]。罗锡文等[42]研究表明深松后红壤坡耕地耕层土壤孔隙度显著提高11.7%，且增产效果明显，早在1961年陈恩凤[43]先生指出深松33 cm小麦增产效果最好，而深松至48 cm时增产幅度开始下降。黄尚书等[24]研究表明红壤坡耕地深松30 cm可使土壤容重降低10.4%，土壤孔隙度增大60.3%，是解决耕层瘠薄化问题的关键核心技术之一。朱瑞祥[44]研究表明田面坡度<15°为深松机适宜作业坡度，配套动力11.03～14.70 kW可以避免机械压实造成的耕层板结等问题。综上表明当田面坡度<15°，土壤含水量15%～22%时[45]，深松深度30～48 cm[24,43]，配套动力11.03～14.70 kW为红壤坡耕地深松耕作适宜技术参数（图3），是调控红壤坡耕地耕层质量的有效措施。

4 结 论

1）红壤小流域坡耕地耕层质量以中、轻度退化为主，样点占比均为35.2%，重度退化11.1%，无退化18.5%；不同部位耕层质量平均退化指数为中部（−20.34%）>上部（−18.34%）>下部（−11.45%）。侵蚀退化和养分退化是引起耕层质量退化的主导因素，造成耕层质量退化的自然驱动因子为降雨、坡度和成土母质等，人为驱动因子为单位坡耕地面积农业投入、耕作方式、单位坡耕地面积机械总动力和单位坡耕地面积化肥施用量。

2）与无退化程度相比，红壤坡耕地各耕层土壤属性参数呈差异性变化特征；随耕层退化程度增大，耕层厚度呈逐渐薄化趋势，重度退化耕层薄化率达8.9%。降雨侵蚀和耕作方式不合理是主要影响因素；pH值随耕层退化程度的加剧呈先大幅减小后趋于平稳的变化趋势，轻度退化耕层土壤pH值较无退化耕层降低9.8%，有机与无机肥配施可缓解土壤酸化；各退化耕层土壤饱和导水率较无退化耕层有明显下降趋势，至重度退化程度，土壤饱和导水率下降了67.5%，与降雨侵蚀造成表土颗粒剥离后下层土壤容重增大有关。

3）红壤坡耕地耕层质量的主要障碍因素为黏粒含量多、pH值小、耕层厚度薄和土壤抗剪强度小，4个因素平均障碍度分别为0.15、0.14、0.13和0.10，黏粒含量、pH值和耕层厚度障碍度随退化程度加剧呈增大趋势，土壤抗剪强度障碍度有所降低，但总体障碍度高于其他土壤参数。从不同部位来看，土壤有机质、全氮、速效钾和黏粒含量是主要障碍因子，适度深松（30～48 cm）与合理施肥是改善耕层质量的有效措施。

[1] 郑海金，杨洁，黄鹏飞，等. 覆盖和草篱对红壤坡耕地花生生长和土壤特性的影响[J]. 农业机械学报，2016，47(4)：119－126.

Zheng Haijin, Yang Jie, Huang Pengfei, et al. Effects of straw mulching and vetiver grass hedgerows on peanut growth and soil property in red soil sloping field[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(4): 119－126. (in Chinese with English abstract)

[2] 陈奇伯，王克勤，李金洪，等. 元谋干热河谷坡耕地土壤侵蚀造成的土壤退化[J]. 山地学报，2004，22(5)：528－532.

Chen Qibo, Wang Keqin, Li Jinhong, et al. Land degradation caused by soil erosion of slope in dry-hot valley of Yuanmou county[J]. Journal of Mountain Science, 2004, 22(5): 528－532. (in Chinese with English abstract)

[3] 朱青. 坡耕地退化机理及侵蚀退化防治措施研究[D]. 杭州：浙江大学，2008.

Zhu Qing. A Study on the Sloping Farming Land Degradation Mechanism and the Protecting Measures Against Soil Erosion Degradation[D]. Hangzhou: Zhejiang university, 2008. (in Chinese with English abstract)

[4] Adejuwon J O, Ekanade O. A comparison of soil properties under different land use types in a part of the Nigerian Cocoa Belt[J]. Catena, 1988, 15(3/4): 319－331.

[5] 唐明艳，杨永兴. 不同人为干扰下纳帕海湖滨湿地植被及土壤退化特征[J]. 生态学报，2013，33(20)：6681－6693.

Tang Mingyan, Yang Yongxing. Analysis of vegetation and soil degradation characteristics under different human disturbance in lakeside wetland, Napahai[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(20): 6681－6693. (in Chinese with English abstract)

[6] He Jiajie, Dougherty M, AbdelGadir A. Numerical assisted assessment of vadose-zone nitrogen transport under soil moist rue controlled wastewater SDI dispersal system in a Vertisol[J]. Ecological Engineering, 2013(53): 228－234.

[7] 尹刚强，田大伦，方晰，等. 不同土地利用方式对湘中丘陵区土壤质量的影响[J]. 林业科学，2008，44(8)：9－15.

Yin Gangqiang, Tian Dalun, Fang Xi, et al. Effects of land use types on soil quality of the hilly area in central Hunan Province[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2008, 44(8): 9－15. (in Chinese with English abstract)

[8] 常春艳，赵庚星，李晋，等. 黄河三角洲典型生态脆弱区土壤退化遥感反演[J]. 农业工程学报，2015，31(9)：127－132.

Chang Chunyan, Zhao Gengxing, Li Jin, et al. Remote sensing inversion of soil degradation in typical vulnerable ecological region of Yellow River Delta[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(9): 127－132. (in Chinese with English abstract)

[9] 秦元伟，赵庚星，王静，等. 黄河三角洲滨海盐碱退化地恢复与再利用评价[J]. 农业工程学报，2009，25(11)：306－311.

Qin Yuanwei, Zhao Gengxing, Wang Jing, et al. Restoration and reutilization evaluation of coastal saline-alkaline degraded lands in Yellow River Delta[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2009, 25(11): 306－311. (in Chinese with English abstract)

[10] 桂东伟，雷加强，曾凡江，等. 绿洲边缘不同土地利用方式下的土壤质量变化及分析[J]. 环境科学，2010，31(9)：2248－2253.

Gui Dongwei, Lei Jiaqiang, Zeng Fanjiang, et al. Changes and analysis of soil quality under different land use types in oasis rim[J]. Environmental Science, 2010, 31(9): 2248－2253. (in Chinese with English abstract)

[11] 张孝存. 东北典型黑土区流域侵蚀-沉积对土壤质量的影响[D]. 西安：陕西师范大学，2013.

Zhang Xiaocun. Effects of Soil Erosion-deposition on Soil Quality in the Typical Black Soil Area of Northeast China[D]. Xi’an: Shangxi Normal University, 2013. (in Chinese with English abstract)

[12] 韩晓增，邹文秀，陆新春，等. 旱作土壤耕层及其肥力培育途径[J]. 土壤与作物，2015，4(4)：145－150.

Han Xiaozeng, Zhou Wenxiu, Lu Xinchun, et al. The soil cultivated layer in dryland and technical patterns in cultivating soil fertility[J], Soil and Crop, 2015, 4(4): 145－150. (in Chinese with English abstract)

[13] 陈强，Kravchenko Y S，陈渊，等. 少免耕土壤结构与导水能力的季节变化及其水保效果[J]. 土壤学报，2014，51(1)：11－20.

Chen Qiang, Kravchenko Y S, Chen Yuan, et al. Seasonal variations of soil structures and hydraulic conductivities and their effects on soil and water conservation under no-tillage and reduced tillage[J]. Acta Pedologica Sinica, 2014, 51(1): 11－20. (in Chinese with English abstract)

[14] Medeirosa C J, Serranob E R, Martosc H J L, et al. Effect of various soil tillage systems on structure development in a Haploxeralf of central Spain[J]. Soil Technology, 1997, 11(2): 197－204.

[15] Hill R L. Long-term conventional and no-tillage effects on selected soil physical properties[J]. Soil Science Society of America Journal, 1990, 54(1): 161－166.

[16] Muukkonen P, Hartikainen H, Alakukku L. Effect of soil structure disturbance on erosion and phosphorus losses from finnish clay soil[J]. Soil and Tillage Research, 2009, 103(1): 84－91.

[17] 金慧芳，史东梅，陈正发，等. 基于聚类及PCA分析的红壤坡耕地耕层土壤质量评价指标[J]. 农业工程学报，2018，34(7)：155－164.

Jin Huifang, Shi Dongmei, Chen Zhengfa, et al. Evaluation indicators of cultivated layer soil quality for red soil slope farmland based on cluster and PCA analysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(7): 155－164. (in Chinese with English abstract)

[18] 刘杰. 湘中南红壤地区土壤质量特征与退化红壤的肥力调控技术研究[D]. 长沙：湖南农业大学，2010.

Liu Jie. Red Soil Quality Characteristics and Fertility Ameliorating Measures in Central-sout h Hunan Province[D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2010. (in Chinese with English abstract)

[19] 王琪琪，濮励杰，朱明，等. 沿海滩涂围垦区土壤质量演变研究—以江西省如东县为例[J]. 地理科学，2016，36(2)：256－264.

Wang Qiqi, Pu Lijie, Zhu Ming, et al. Soil quality evolution in coastal reclamation zones: A case study of rudong county of Jiangsu Province[J]. Scientia Geographica Sinica, 2016, 36(2): 256－264. (in Chinese with English abstract)

[20] 杨奇勇，杨劲松，姚荣江. 基于GIS的耕地土壤养分贫瘠化评价及障碍因子分析[J]. 自然资源学报，2010，25(8)：1375－1384.

Yang Qiyong, Yang Jingsong, Yao Rongjiang. GIS-based evaluation of soil nutrient depletion and analysis of its limiting factors in Yucheng city[J]. Journal of Natural Resources, 2010, 25(8): 1375－1384. (in Chinese with English abstract)

[21] 陈晓安，杨洁，汤崇军，等. 雨强和坡度对红壤坡耕地地表径流及壤中流的影响[J]. 农业工程学报，2017，33(9)：141－146.

Chen Xiaoan, Yang Jie, Tang Chongjun, et al. Effects of rainfall intensity and slope on surface and subsurface runoff in in red soil slope farmland[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(9): 141－146. (in Chinese with English abstract)

[22] 水建国，叶元林，王建红，等. 中国红壤丘陵区水土流失规律与土壤允许侵蚀量的研究[J]. 中国农业科学，2003，36(2)：179－183.

Shui Jianguo, Ye Yuanlin, Wang Jianhong, et al. Regularity of erosion and soil loss tolerance in hilly red-earth region of china[J]. China Scientia Agricultura Sinica, 2003, 36(2): 179－183. (in Chinese with English abstract)

[23] 欧阳春. 两种母质发育红壤的侵蚀治理效益与配置模式的研究[D]. 武汉：华中农业大学，2011.

Ouyang Chun. Study on the Erosion Treatment Effectiveness and Implementation Model of Red Soils Developed from Two Parent Materials in Hilly Region[J]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2011. (in Chinese with English abstract)

[24] 黄尚书，钟义军，叶川，等. 深松与压实对红壤坡耕地土壤物理性质的影响[J]. 土壤通报，2017，48(6)：1347－1353.

Huang Shangshu, Zhong Yijun, Ye Chuan, et al. Effects of deep loosening and mechanical compaction on soil physical properties in red soil slope field[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2017, 48(6): 1347－1353. (in Chinese with English abstract)

[25] Kainer K A, Duryea M L, Macêdo N C D, et al. Brazil nut seedling establishment and autecology in extractive reserves of acre[J]. Ecological Applications, 1998, 8(2): 397－410.

[26] 蔡晓布，张永青，邵伟. 不同退化程度高寒草原土壤肥力变化特征[J]. 生态学报，2008，28(3)：1034－1044.

Cai Xiaobu, Zhang Yongqing, Shao Wei. Characteristics of soil fertility in alpine steppes at different degradation grades[J]. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(3): 1034－1044. (in Chinese with English abstract)

[27] 方堃，陈效民，张佳宝，等. 红壤地区典型农田土壤饱和导水率及其影响因素研究[J]. 灌溉排水学报，2008，27(4)：67－69.

Fang Kun, Chen Xiaomin, Zhang Jiabao, et al. Saturated hydraulic conductivity and its influential factors of typical farmland in red soil region[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2008, 27(4): 67－69. (in Chinese with English abstract)

[28] 和利钊，张杨珠，刘杰，等. 不同施肥处理对侵蚀性红壤酸性和交换性能的修复效应[J]. 湖南农业大学学报：自然科学版，2012，38(1)：86－91.

He Lizhao, Zhang Yangzhu, Liu Jie, et al. Restoration effect of different fertilizations on the acidic and exchange property of eroded red soil[J]. Journal of Hunan Agricultural University: Natural Sciences, 2012, 38(1): 86－91. (in Chinese with English abstract)

[29] 周怡雯，戴翠婷，刘窑军，等. 耕作措施及雨强对南方红壤坡耕地侵蚀的影响[J]. 水土保持学报，2019，33(2)：49－54.

Zhou Yiwen, Dai Cuiting, Liu Yaojun, et al. Effects of cultivation measures and rainfall intensities on the slope erosion in red soil sloping cropland[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2019, 33(2): 49－54. (in Chinese with English abstract)

[30] 陈世发. 红壤典型小流域水土流失演变规律及治理范式研究[D]. 福州：福建师范大学，2009.

Chen Shifa. Study on the Evolution of Soil Erosion in a Typical Small Watershed of Red Loam and Its Improvement Paradigms[D]. Fuzhou: Fujian Normal University, 2009. (in Chinese with English abstract)

[31] 王帅兵，王克勤，宋娅丽，等. 高反坡阶对昆明市松华坝水源区坡耕地氮、磷流失的影响[J]. 水土保持学报，2017，31(6)：39－45.

Wang Shuaibing, Wang Keqin, Song Yali, et al. Effects of contour reverse-slope terrace on nitrogen and phosphorus loss in sloping farmland in the water resource area of Songhua dam in Kunming city[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2017, 31(6): 39－45. (in Chinese with English abstract)

[32] Karimi R, Akinremi W, Flaten D. Nitrogen-or phosphorus- based pig manure application rates affect soil test phosphorus and phosphorus loss risk[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2018, 111(2/3): 217－230.

[33] 周华坤，赵新全，周立，等. 青藏高原高寒草甸的植被退化与土壤退化特征研究[J]. 草业学报，2005，14(3)：31－40.

Zhou Huakun, Zhao Xinquan, Zhou Li, et al. A study on correlations between vegetation degradation and soil degradation in the ‘Alpine Meadow’ of the Qinghai-Tibetan Plateau[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2005, 14(3): 31－40. (in Chinese with English abstract)

[34] 史德明. 我国红壤区侵蚀土壤的退化及其防治[J]. 中国水土保持，1987(12)：1－5.

Shi Deming. Degradation and its prevention of erosion soil in red soil region of china[J]. Soil and Water Conservation in China, 1987(12):1－5. (in Chinese with English abstract)

[35] 史德明，韦启潘，梁音，等. 中国南方侵蚀土壤退化指标体系研究[J]. 水土保持学报，2000，14(3)：1－9.

Shi Deming, Wei Qipan, Liang Yin, et al. Study on degradation index system of eroded soils in southern china[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2000, 14(3): 1－9. (in Chinese with English abstract)

[36] 伍星，李辉霞，傅伯杰，等. 三江源地区高寒草地不同退化程度土壤特征研究[J]. 中国草地学报，2013，35(3)：77－84.

Wu Xing, Li Huixia, Fu Bojie, et al. Study on soil characteristics of alpine grassland in different degradation levels in headwater regions of three rivers in China[J]. Chinese Journal of Grassland, 2013, 35(3): 77－84. (in Chinese with English abstract)

[37] 石彦琴，高旺盛，陈源泉，等. 耕层厚度对华北高产灌溉农田土壤有机碳储量的影响[J]. 农业工程学报，2010，26(11)：85－90.

Shi Yanqin, Gao Wangsheng, Chen Yuanquan, et al. Effect of topsoil thickness on soil organic carbon in high-yield and irrigated farmland in North China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(11): 85－90. (in Chinese with English abstract)

[38] 程燕芳，王嘉学，许路艳，等. 云南高原喀斯特山原红壤退化中的表层土壤水分变异[J]. 江苏农业科学，2015，43(11)：433－437.

Cheng Yanfang, Wang Jiaxue, Xu Luyan, et al. Surface soil moisture variation in the degradation of primary red soil in karst hills of the Yunnan Plateau[J]. Jiangsu Agricultural Science, 2015, 43(11): 433－437. (in Chinese with English abstract)

[39] 刘杰，张杨珠. 红壤地区土壤退化与恢复重建研究(Ⅱ)退化红壤的防治对策[J]. 湖南农业科学，2010(7)：62－66.

Liu Jie, Zhang Yangzhu. A review on degradation and restoration of red soil[J]. Hunan Agricultural Science, 2010(7): 62－66. (in Chinese with English abstract)

[40] 徐璐，王志春，赵长巍，等. 深松对吉林西部低产旱田土壤物理特性的影响[J]. 土壤与作物，2012，1(2)：121－125.

Xu Lu, Wang Zhichun, Zhao Changwei, et al. Effect of sub-soiling on soil physical characteristics of low-yield dry land in the west of Jilin province[J]. Soil and Crop, 2012, 1(2): 121－125. (in Chinese with English abstract)

[41] 李荣，候贤清. 深松条件下不同地表覆盖对马铃薯产量及水分利用效率的影响[J]. 农业工程学报，2015，31(20)：115－123.

Li Rong, Hou Xianqing. Effects of different ground surface mulch under sub-soiling on potato yield and water use efficiency[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2015, 31(20): 115－123. (in Chinese with English abstract)

[42] 罗锡文，李就好，朱余清，等. 耕作方式对砖红壤物理特性和含水率的影响[J]. 农业机械学报，2006，37(12)：62－66.

Luo Xiwen, Li Jiuhao, Zhu Yuqing, et al. Effect of tillage methods on soil physical properties and moisture content of latosol[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2006, 37(12): 62－66. (in Chinese with English abstract)

[43] 陈恩凤. 耕翻深度与耕层的层次发育[J]. 中国农业科学，1962，2(12)：1－6.

Chen Enfeng. Plowing depth and layer development of cultivated-layer[J]. China Scientia Agricultura Sinica, 1962, 2(12): 1－6. (in Chinese with English abstract)

[44] 朱瑞祥，张军昌，薛少平，等. 保护性耕作条件下的深松技术试验[J]. 农业工程学报，2009，25(6)：145－147.

Zhu Ruixiang, Zhang Junchang, Xue Shaoping, et al. Experimentation about sub-soiling technique for conservation tillage[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2009, 25(6): 145－147. (in Chinese with English abstract)

[45] 唐艳萍. 浅析机械化深松表土处理作业技术[J]. 农业开发与装备，2014(2)：98.

Tang Yanping. Analysis on mechanized deep loose surface soil treatment technology[J]. Agricultural Development and Equipment, 2014(2): 98. (in Chinese with English abstract)

Diagnosis of obstacle factors and degradation characteristics of cultivated-layer quality for red soil sloping farmland

Jin Huifang1, Shi Dongmei1※, Zhong Yijun2, Huang Shangshu2, Song Ge1, Duan Teng1

(1.400715,; 2.331700,)

The degradation of cultivated-layer quality of sloping farmland shows the agro-ecological process of cultivated-layer profile damaged, soil nutrient depletion and the regulation ability of crops-ecological environment declined or even completed loss on the slope scale by the combining effects of nature and human factors. In order to analyze the characteristics of soil degradation and main factors affecting degradation of cultivated layer for sloping farmland in southern red soil hilly area, taking the cultivated-layer soil (0-20cm) of red soil from a small watershed as research object, we analyzed the degradation characteristics of cultivated-layer quality by cultivated-layer degradation index (CLDI), identified the dominant factors and main driving factors of cultivated-layer degradation by principal component analysis and regression analysis, analyzed the variation characteristics of soil property parameters of different degradation degrees of cultivated-layer quality, and defined the main obstacle factors and obstacle amount of the cultivated-layer quality by the obstacle factor diagnostic model for red soil sloping farmland. The results showed that the distribution area of cultivated-layer quality was mainly in the moderately and mildly degraded level (accounting for 70.4% of the total samples), heavy degraded samples was 11.1%, and the samples of non-degraded cultivated-layer accounting for 18.5% in red soil small watershed. The main nature driving factors leading to cultivated-layer quality degradation were rainfall, slope and soil mother material, meanwhile, agricultural input per unit of sloping farmland, tillage measures, total mechanical power per unit of sloping farmland and amount of fertilizer applied per unit of sloping farmland were the main human-driving factors. In comparison with the no degraded soil, the cultivated-layer soil properties parameters in red soil sloping farmland showed characteristics in different degradation degree. The cultivated-layer thickness was gradually thinned. The pH value first decreased significantly and then tended to be stable, and the cultivated layer of degraded level was 9.8%, and lower than that of non-degraded cultivated layer. The thinning rate of severely degraded cultivated layer was 8.9%, compared with that of non-degradation cultivated layer, which was related to the water erosion and farmer’s improper tillage methods in daily farming. The soil clay content and soil shear strength increased gradually with the deterioration of cultivated layer soil. The main obstacles of the cultivated layer quality of red soil sloping farmland with highly soil clay content, lowly pH value, thinning cultivated layer and lowly soil shear strength, and their average obstacle amount were 0.15, 0.14, 0.13 and 0.10, respectively. However, the average obstacle amount of other soil property parameters was relatively low. The obstacle amount of soil clay content, pH value and cultivated layer thickness significantly increased with the degradation degree intensifying. However, the obstacle amount of soil shear strength decreased gradually, and other soil property parameters did not change significantly, which indicated that moderately sub-soiling about 30-48 cm and reasonable fertilization were effective measures to improve the cultivated layer quality of red soil sloping farmland. Our results could provide a theoretical basis and some parameter support to scientifically understand the degradation characteristics of cultivated layer quality, define the effective measures to improve the cultivated-layer quality and construct rational cultivated-layers for red soil sloping farmland.

soils;degradation; diagnosis; cultivated-layer quality; obstacle factors; red soil sloping farmland

金慧芳，史东梅，钟义军，黄尚书，宋 鸽，段 腾. 红壤坡耕地耕层土壤质量退化特征及障碍因子诊断[J]. 农业工程学报，2019，35(20)：84－93.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.011 http://www.tcsae.org

Jin Huifang, Shi Dongmei, Zhong Yijun, Huang Shangshu, Song Ge, Duan Teng. Diagnosis of obstacle factors and degradation characteristics of cultivated-layer quality for red soil sloping farmland[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(20): 84－93. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.011 http://www.tcsae.org

2018-10-14

2019-05-15

公益性行业（农业）科研专项“坡耕地合理耕层评价指标体系建立（201503119-01-01）”

金慧芳，博士生，主要从事土壤侵蚀与水土保持研究。Email：jinhuifangicola@163.com

史东梅，博士，教授，主要从事水土生态工程、土壤侵蚀与水土保持研究。Email：shidm_1970@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.011

S157.1

A

1002-6819(2019)-20-0084-10