(shaoguanxueyuan lvyouyudilixueyuan, guangdong shaoguan 512005)
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(school of tourism and geography, shaoguan university, shaoguan, guangdong 512005, china)
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备注
土壤崩解特性是衡量土壤侵蚀的重要指标,是防治土壤侵蚀的重要依据。以粤北红壤丘陵区1年生与9年生桃园土壤为研究对象,采用静水崩解法测定土壤崩解特性。结果 亚博app表明:(1)各样点土壤累积崩解指数与崩解速率差异较大,但均随崩解时间呈现出先快速增加后缓慢降低的趋势;(2)各样点的土壤崩解速率大体表现为随土层深度的增加而降低;(3)9年生桃园累积土壤崩解指数与崩解速率均低于1年生桃园;(4)土壤崩解速率随容重和含水量的增大而减小。研究为提高红壤抗崩解性提供参考,为红壤丘陵区果园土壤侵蚀防治提供一定的依据。
soil disintegration is an important index to measure soil erosion and an important basis for soil erosion control. in this paper, observing 1-year and 9-year red soil of peach orchards in the hilly area in northern guangdong province were taken as the examples, the characteristics of soil disintegration was determined by the means of hydrostatic disintegration. the results show that:(1)the cumulative disintegration index and disintegration rate of soil at various points are significantly different, but both present the trend of rapid rising first and then slow declining with the disintegration process;(2)the soil disintegration rate at various points generally decreases with the increase of soil depth;(3)the cumulative soil disintegration index and disintegration rate of 9-year peach garden are lower than that those of 1-year peach garden;(4)soil disintegration rate decreases with the increase of bulk density and water content. this study can provide reference for the improvement of the disintegration resistance of red soil and preventive treatment of oil erosion in hilly area of red soil orchards.
引言
土壤崩解又叫土壤湿化,是指一定体积的土体在静水中发生吸水分散、崩裂成碎块和碎粒的现象[1],土壤崩解是研究土壤侵蚀的重要部分,土壤崩解产生的碎屑和小颗粒容易堵塞土壤非毛管孔隙,使水分难以入渗,发生超渗产流,导致径流量增加,促进土壤侵蚀发生[2]。土壤崩解性与土壤侵蚀过程相关联,是土壤侵蚀产生的必备条件,为此,土壤崩解性被用来作为衡量土壤抗蚀程度的指标,得到国内外学者的广泛使用。
在影响土壤崩解特性方面,Kasmerchak等[3]学者通过对比森林与草原土壤的崩解特性,认为土壤崩解速率与土壤性质有关; Xia等[4]学者认为土壤崩解速率随土壤含水量增加而增加,Jensena等[5]学者研究表明经过6 a的土壤侵蚀治理,土壤有机碳(SOC)含量增加,土壤崩解速率变慢,也有学者通过研究三峡库区紫色土崩解过程,发现土壤崩解与含水量相关,且崩解过程与剥洋葱过程类似[6],Zhang等[7]研究我国西南地区不同水热条件的紫色土崩解特性,并认为崩解随湿度增加而增加。蒋定生等[8]研究发现黄土高原地区农业耕作、植(生)物生长和土壤成土过程影响土壤崩解速率。另外,相关学者也研究我国三峡库区、紫色土区、黄土高原地区与干热河谷区的土壤崩解特性,这些研究认为土壤干密度[9]、含水率[10]、容重[1]、土壤类型[11]、地形坡度[9]、气候干湿交替[12]与植物根系[13-14]均影响土壤崩解特性与土壤崩解速率。土壤崩解既能反映当地土壤的状态,又体现了土壤抗侵蚀能力,对研究土壤侵蚀具有重要意义。虽然国内外对土壤崩解特性及其影响因素进行了大量研究,但针对粤北红壤丘陵区的相关研究相对较少,特别是针对果园土壤崩解特性及影响因素的研究更加偏少。
guoyuanshiyuebeihongrangqiulingqudezhuyaotudiliyongfangshi,jin30 alaiyuebeihongrangqiulingquguoyuanmianjixunsuzengzhang,shibianhuazuikuaidetudiliyongleixing。ranerguoyuankaifaguochengzhong,cunzaizhongzhongzhi,qingyanghu,qiecunzaiquanpomiankaikenxianxiang,zaochengjincundeguoshu,guoshuxiaguancaocengqueshi,“yuankanqingshanzai,jinkanshuituliu”deguoyuan“linxialiu”dewenti,erguoyuanshuituliushizaochengturangfeilijiangdi,guoyuanchanliangdixiadengwenti。weici,yanjiuyuebeihongrangqiulingquguoyuanturangbengjietexingduiguoyuanshuituliushifangzhijuyouzhongyaodelilunyiyiyushijianyiyi。benwenyiyuebeihongrangqiulingqudianxingtaoyuanweiyanjiuduixiang,duitongyipomian1 ashengguoyuanyu9 ashengguoyuanbutongpowei、butongshendudeturangbengjietexingjinxingyanjiu,bingfenxituranghanshuiliangyuturangrongzhongduiguoyuanturangbengjietexingdeyingxiang,yiqiweinanfanghongrangqiulingqushuituliushizhilitigongyidingdecankao。
1 材料与方法
1.1 取土样地概述yiyuebeihongrangqiulingqudeshaoguanshizhenjiangquxinshaozhenmoutaoyuanweiyanjiuduixiang,yangdijunweitaoshu(prunus persica),qidilizuobiaowei113°42'05″e,24°48'38″n,shishaoguanjingneidaibiaoxingguoyuan。turangcaiyangyu2019nian11yue23—24rijinxing,caiyangqijiantianqiqinglang,qiejin2geyuewuyouxiaojiangshui,turanghanshuiliangjidi,geturangcaiyangdiandepingjunhanshuiliangwei5.88%。yangdichaoxiangweidong(81°),haibawei215.1 m,podu17°,nianjiangshuiliang1 601 mm,nianpingjunqiwen22℃。gaiyangdibeicewei9 ashengtaoyuan,yangdinancewei1 ashengtaoyuan。1 ashengtaoyuandibiaoluolu,gaiduyue10%,er9 ashengtaoyuandibiaocunzaishaoshudegouyagen(cynodon dactylon),gaiduyue70%。
1.2 试验土样zaixuanzejuticaiyangdishi,yangditongyiyuguoshudongnance,julishugan1.1 m,dibiaojunluolu。cedingqiancongkaiwahaodeturangpoumiandebutongcengmianshangyongbengjiequyangqiquyuanzhuangtu,zai1 ashenghe9 ashengdetaoyuandeshangpowei、zhongpoweihexiapoweifenbiequyangsanci,qiquyangshendufenbiewei0—20 cm,20—40 cmhe40—60 cm,zaimeiyicengqu100 gtuyangfangrulvhezhong,daihuishiyanshiyonghongganfacedinggecengturanghanshuiliang; yonghuandaofaqutu,cedinggecengturangrongzhongjikongxidudengturangwulixingzhizhibiao; yonglvhezaigecengquyuanzhuangtu,meicengquyangsanci,cedingturangbengjiexingneng,duimeicengshiyandejieguoqiupingjun。yanjiuyangdideturangphjieyu4.5~5.1,biaocengturangphzhizuidi,suanxingzuiqiang,9 ashengturangphzhijiaogao,1 ashengdejiaodi; turangkeliyishalihefenliweizhu,liangzhebizhongdadao85%yishang。
1.3 崩解装置与试验方法土壤崩解在实验室内进行测定,利用已知的标记土样,分批进行测定,自制试验装置主要由天平(精确度0.01 g)、崩解玻璃槽、崩解金属网、秒表、金属细线、支架等部分组成(图1)。金属网网孔大小为10 mm×10 mm,崩解金属网为圆形直径10 cm,崩解金属网与天平之间由细线连接,金属网不接触玻璃槽,水位线是指完全淹没土样的水量高度。
亚博appshiyanqianjiangshengshiliangshuidebengjiebolicaofanghao,xuangua、diaozhenghaobengjiejinshuwangdeweizhi,kongbengjiejinshuwangwanquanjinrushuizhonghoujiangtianpingguiling; shiyanshijiangyichengzhongdetuyangjunyunfangzhiyubengjiejinshuwangshang,xuanguahaobengjiejinshuwanghou,jiangqihuanmanjinrushuizhong,xixianziranbengzhi(bengjiejinshuwangwanquanjinmeiyushuizhong),mei10 sji1citianpingdushu,2 minhoumei30 sjiyici,7 minhoumeifenzhongjiluyici,gongjilu31ci,bengjieshizhangquanbuwei960 s,bengjiehoushuibianhunzhuohoujishihuanshui。shiyanyuanliwei:dangxuanguadekongbengjiejinshuwangwanquanjinmeizaishuizhongshi,yibengjiejinshuwangweishoulifenxiduixiang,xixianxiangshangdelali、bengjiejinshuwangzishendezhongli、bengjiejinshuwangshoudaodefulisanlipingheng,xixiandelalidengyubengjiejinshuwangzishendezhongliyuqisuoshoufulizhicha,erfulizechuandidaobengjiebolicaodedibu。weilegengkeguanfanyingturangbengjiezhuangkuang,caiyongleijiturangbengjiezhishuzhibiaozuoweiturangbengjiexingnengzhibiao,qijisuangongshiwei:
式中:S为崩解时段内的土壤累积崩解指数(%); S0为崩解开始时的读数(g); Sa为a时间时天平的读数(g); Mb为崩解结束时天平的读数(g)。
turangbengjiesulvbiaoshidanweishijianneidebengjieliang,qijisuangongshiwei:
式中:V为土壤崩解速率(g/min); M1为第t1时刻的土壤崩解读数(g); M2为t2时刻的土壤崩解读数(g); t2和t1为崩解的时间(s)。崩解速率即单位时间内土壤在静水中的崩解量,以土壤崩解率定量表示土壤崩解性能,崩解速率愈低,土壤愈不容易崩解。
2 结果与分析
2.1 土壤崩解的变化特征采用土壤累积崩解指数与土壤崩解速率代表土壤崩解特征。从图2和图3亚博app可以看出:随着崩解时间增加,土壤累积崩解指数与崩解速率总体呈现先快后慢的趋势,前120 s土壤崩解速率较大,特别是前30 s的崩解速率最大,土壤累积崩解量也迅速增加。在60 s后土壤崩解速率迅速降低,在600 s之后,土壤崩解速率几乎为0,土壤崩解量极小,累积崩解量基本不变。
congleijibengjiezhishulaikan,zaiturangbengjieshiduannei,suoyouyangdianzhongzuidadeturangleijibengjiezhishuwei1 ashengtaoyuanxiapoweibiaoceng(0—20 cm),qileijibengjiezhishuda51.45%; suoyouyangdideturangleijibengjiezhishuzuixiaoweishangpowei20—40 cmshendudeturang,qibengjiezhishuwei18.05%,jinjinweizuidazhide35.08%。congbengjiesulvlaikan,suoyouyangdianbengjiesulvzuidazhiwei1 ashengtaoyuanxiapoweidebiaoceng(0—20 cm),yuzuidaleijibengjiezhishuxiangtong,qibengjiesulvwei14.40 g/min,erzai9 ashengtaoyuanshangpowei0—20 cmshendudeturangzuidabengjiesulvjinwei2.78 g/min,jinjinweiqianzhede19.31%。suoyouyangdiandezuixiaobengjiesulvjunwei0。
2.2 不同土层深度的土壤崩解特性从图2和图3可以看出:1 a生桃园的累积崩解指数随着土层深度的增加而降低,而9 a生的桃园则呈现不一致的规律:土层深度在0—20 cm的累积崩解指数均在前120 s内为所有土层深度的最低值,在120 s后则在上坡位和下坡位的累积崩解指数居中,中坡位的累积崩解指数最低; 土层深度在20—40 cm的累积崩解指数则随着坡位降低而增加; 土层深度40—60 cm的累积崩解指数在上坡位和中坡位最大,而下坡位则在120 s后土层深度在40—60 cm的崩解指数最低。各土层深度的土壤崩解速率总体表现为随土层深度的增加而降低。
由图2,图3可知,各土层的土壤崩解速率可分为3个阶段:(1)极速崩解期:崩解曲线升高与降低均迅猛。9 a生桃园各土层深度的崩解速率在前60 s达到最大值,1 a生的桃园在前30 s达到最大崩解值,土壤崩解速率在此阶段均达到最大值;(2)缓慢崩解期:曲线缓慢下降,即从60~360 s期间,各土层深度的土壤崩解速率缓慢降低;(3)崩解稳固期:曲线趋近水平,即从360~960 s期间,各土层深度的土壤崩解速率极低,特别是在600 s后基本停止崩解。各土层深度的累积崩解指数变化曲线与崩解速率曲线变化方向相反。土层深度在0—20 cm土壤崩解过程较长,崩解曲线相对平缓,崩解量缓慢增加; 20—40 cm的崩解过程与0—20 cm的规律相似,但土壤崩解速率加快; 40—60 cm的土壤崩解速率相对迅速。
2.3 不同树龄的土壤崩解特性从图2和图3亚博app可以看出:9 a生桃园的上坡和中坡均为下层(40—60 cm)土壤崩解指数较大。上坡表层(0—20 cm)次之,中层(20—40 cm)相对较小。而中坡土壤的崩解指数为下层>中层>表层,下坡为中层>表层>下层。1 a生桃园不同坡位则规律相对一致,上中下三坡位不同土层深度的土壤崩解指数均为表层>中层>下层。对1 a生和9 a生桃园土壤的崩解特性进行比较,当土层深度一定时,不同坡位土壤累积崩解指数与崩解速率均为1 a生桃园土壤大于9 a生桃园土壤。
9ashengtaoyuanturangbengjiesulvzaiqian120 sshangpogecengturangbengjiehenkuai,turangbengjiesulvzai120 shoucaizhujianpinghuan,biaocengturangbengjiesulvkuaiyuzhongcenghexiaceng,dansuizheshijiandetuiyibengjiesulvzhujianxiangjin,960 sshisancengquling。er1 ashengtaoyuanqian60 sdeturangbengjiesulvkuai,zhongcengturangbengjiesulvkuaiyubiaocenghexiaceng,zai480 sshiquling。1 ashengtaoyuanturangdegecengturangbengjiesulvgaoyu9 ashengtaoyuan,qiezai60 shoubengjiesulvquxianzhujianpinghuan。
2.4 土壤容重与含水量对土壤崩解速率的影响表1为各个采样点土壤容重与土壤含水量的大小。土壤容重与最大崩解速率线性呈现负相关(p=0,R2=0.599),与最大崩解指数也呈现负相关关系(p=0,R2=0.559); 土壤最大崩解速率与最大崩解指数均随着容重的增加而减少。土壤容重越大,土壤细颗粒间的孔隙占比越小,对进入孔隙水的作用力越小,单位时间内崩解量越小,即崩解速率越小。
土壤含水量与最大崩解速率(p=0.018,R2=0.301)及最大崩解指数(p=0.014,R2=0.321)均呈现线性负相关关系。土壤含水量决定土壤颗粒间胶结的状态,是决定土壤崩解的重要因素之一,土壤含水率越低,土壤崩解速率也随之增强,被破坏现状越显著。
3 讨 论
不同土层深度的土壤累积崩解指数与崩解速率呈现不同的特点。在植被覆盖的土壤表层(0—20 cm),土壤根系较多,土壤有机质含量高,大孔隙占比较大,土体结构松散。当浸水时,水通过大孔隙迅速进入土体内部,胶结物质、游离氧化物溶解于水中,粒间结构的物化连结迅速减弱,主要产生溶解型崩解形态,粉末状、散粒状剥落崩解[15-16],使前120 s的土壤累积崩解指数最低。下层(40—60 cm)土壤主要为小孔隙,孔隙吸力大,与水接触后,表面强烈地吸附水分子,构成楔裂压力,促使土块产生裂隙,土体沿裂隙崩解,快速崩解。同时,下层因富铝化,氧化铁的胶结作用形成超固结构性[15-16],在崩解后期,崩解趋于稳定。中层(20—40 cm)土壤介于两者之间。而在无植被覆盖的区域,土壤累积崩解指数随着土层深度的增加而减少,这与随土层深度的增加,土壤含水量递增,土壤累积崩解指数逐渐降低相关,这与Liu等[17]学者研究结论类似。
不同树龄的土壤累积崩解指数与崩解速率存在差异,这与植物地上部分茎叶对减少土壤冲刷起一定作用,地下部分根系在降低土壤崩解与冲刷方面起决定性作用[18-19]。9 a生桃园根茎越发达,土壤有机质的含量较高,土壤表层枯枝落叶多,有机质高于下层,能减缓土壤崩解作用。植物根系的分布、盘绕固结作用也能够提高表层土壤的固持能力,降低土壤崩解性能。另外植物根系能将土壤单粒固结起来,也可将板结密实的土体分散成小块,并在根系腐化合成腐殖质,累积了土壤养分,并能使这些土壤的团聚体形成具有大量孔隙的和不易破碎的结构[20]亚博app,使9 a生的桃园土壤累积崩解指数与崩解速率均较低。而1 a生的桃园地表植被少、根系少,固持土壤能力弱,造成土壤累积崩解指数与崩解速率均较9 a生的桃园高。
4 结 论
(1)guoyuanleijiturangbengjiezhishuyubengjiesulvjunchengxianxiankuaihoumandetezheng,qian120 sneiturangbengjiezuikuai,600 shouturangbengjiequjinyu0。
(2)turangleijibengjiezhishusuizhetucengshendudezengjiaerjiangdi,turangbengjiesulvyezongtibiaoxianweisuitucengshendudezengjiaerjiangdi(9 ashengtaoyuanbufenyangdianbujuciguilv)。
(3)dangtucengshenduyidingshi,1 ashengtaoyuanturangleijibengjiezhishuyubengjiesulvjundayu9 ashengtaoyuanturang。9 ashengtaoyuanturangleijibengjiezhishuhebengjiesulvquxianbianhuajiao1 ashengtaoyuanpinghuan。
(4)turangrongzhong、turanghanshuiliangyuzuidabengjiesulvjizuidabengjiezhishuchengxianxianxingfuxiangguanguanxi。
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