不同治理措施下丘陵地茶園土壤團(tuán)聚體的分布規(guī)律研究*

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不同治理措施下丘陵地茶園土壤團(tuán)聚體的分布規(guī)律研究*

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張 燕

該文以茶園土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體為研究對(duì)象，比較分析已治理茶園和未治理茶園的土體結(jié)構(gòu)特性。結(jié)果表明：從粒徑分布來看，不同治理措施茶園粒徑分布有所差異，但只有2-1mm粒徑級(jí)已治理茶園水穩(wěn)性團(tuán)聚體與未治理茶園水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量占比差異達(dá)到顯著水平（=0.036），其他粒徑級(jí)均為差異不顯著；從山頂?shù)缴侥_，0.25、平均重量直徑（）和幾何平均直徑（）呈下降趨勢，分形維數(shù)呈增大趨勢；總體上，已治理茶園的0.25、平均重量直徑（）和幾何平均直徑（）大于未治理茶園，分形維數(shù)小于未治理茶園，其土壤結(jié)構(gòu)優(yōu)于未治理茶園。

茶園 水穩(wěn)性團(tuán)聚體 治理措施

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，其數(shù)量和質(zhì)量對(duì)土壤肥力和土壤抗蝕性有重要影響[1-2]，許多學(xué)者把土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體作為評(píng)價(jià)土壤可蝕性的重要指標(biāo)。查軒、唐克麗[3]在評(píng)價(jià)子午嶺林草地抗蝕性時(shí)，通過對(duì)不同部位土壤剖面水穩(wěn)性團(tuán)聚體分析后得出土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體是土壤可蝕性的重要參數(shù)；高維森[2]、盧金偉[4]認(rèn)為，>0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體為最佳土壤抗蝕性指標(biāo)。

不同土地利用情況土壤團(tuán)聚體的粒徑組成及其穩(wěn)定性差異較大[5-6]，李建明[7]等比較了不同生態(tài)模式下紅壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，結(jié)論是：楊梅模式>板栗模式>生態(tài)恢復(fù)模式>封禁生態(tài)恢復(fù)模式>林下套中油茶模式>油茶模式>未治理模式。茶園是福建省重要的土地利用類型之一，全省共有茶園面積l7.33 萬hm2，占全國茶園總面積的10.5％，居全國第二位。已有研究開始關(guān)注山地茶園水土流失問題，主要集中在茶園水土流失的成因、特點(diǎn)及其防治措施方面[8-10]，關(guān)于紅壤山地茶園土壤團(tuán)聚體的特性及其對(duì)土壤侵蝕的影響鮮見報(bào)道。故此，本研究以福建省安溪縣感德鎮(zhèn)典型性茶園為對(duì)象，研究不同治理模式下山地茶園水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分布特征，分析其對(duì)土壤抗蝕性的影響，旨在為紅壤丘陵區(qū)茶園水土流失預(yù)測和綜合防治提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省安溪縣感德鎮(zhèn)，茶葉生產(chǎn)收入是當(dāng)?shù)氐闹饕?jīng)濟(jì)支柱，茶園面積5.8萬畝，有“中國茶葉第一鎮(zhèn)”之稱。本研究選在感德鎮(zhèn)槐植村，地處北緯25°18′，東經(jīng)117°51′，屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候，年平均氣溫18～21℃，年均降雨量1600～2000mm，降雨的季節(jié)分配不均勻，每年的3～6月為梅雨季節(jié)，7～9月受臺(tái)風(fēng)影響大暴雨增多，引起土壤強(qiáng)烈侵蝕的雨量主要集中在5～9月的梅雨和雷雨臺(tái)風(fēng)季節(jié)。土壤以磚紅壤性紅壤為主，砂粒多，質(zhì)地較粗。平均日照時(shí)數(shù)1907.6 h，無霜期350～365 d，氣候溫和濕潤，春夏之間，常年云霧繚繞。境內(nèi)多山，大多數(shù)地區(qū)海拔高程500m左右，該區(qū)十分適合茶樹生長。

1.2 野外選點(diǎn)及土壤樣品的采集

野外采樣地選在南墘溪支流，當(dāng)?shù)厝朔Q其為支毛溝，其被納入安溪縣2012年水土流失綜合治理專項(xiàng)。在支毛溝南北兩側(cè)分別選取典型丘陵山地茶園為取樣地。其中，支毛溝北面茶園為已治理茶園，記為B-已治理，支毛溝南面為未治理茶園，記為N-未治理，B-已治理茶園和N-未治理茶園所選樣地坡度、海拔條件大體相似，采樣地具體信息見表1。

表1 采樣點(diǎn)基本情況介紹

在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)地形、坡長等因素，每一取樣地垂直方向分為6層，從山頂?shù)缴侥_B-已治理記為B1、B2、B3、B4、B5、B6，N-未治理記為N1、N2、N3、N4、N5、N6。每層采樣點(diǎn)水平方向分左、中、右三個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)取三個(gè)環(huán)刀樣。將采回的環(huán)刀原狀土帶回實(shí)驗(yàn)室沿土壤自然結(jié)構(gòu)輕輕剝開，將原狀土剝成直徑為10~12 mm的小土團(tuán)，混合均勻后采用四分法采集各層次混合樣，剔除其中的粗根雜物，自然風(fēng)干備用。

1.3 土壤團(tuán)聚體的測定

土壤各層團(tuán)聚體的測定依據(jù)Elliott的方法[11]，將100g風(fēng)干土樣放置在孔徑自上而下為5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm和0.25 mm的套篩之上，用水緩慢濕潤后，放入水中，水中浸泡5 min，用振蕩式機(jī)械篩分儀（上下振幅30 cm，30次/min）振蕩5 min，轉(zhuǎn)移至鋁盒，依次分離出>5 mm、5-2 mm、2-1 mm、1-0.5 mm、0.5-0.25 mm和<0.25 mm的土壤團(tuán)聚體，60℃下烘干、稱重，計(jì)算各級(jí)團(tuán)聚體的質(zhì)量百分比。

1.4 相關(guān)指標(biāo)的確定方法

土壤顆粒質(zhì)量平均直徑()和土壤顆粒幾何平均直徑()分別按下式確定[12]：

分形維數(shù)[13]：

1.5 相關(guān)指標(biāo)的確定方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用EXCEL2010、SPSS18.0進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，多重比較采用最小顯著性差異法（LSD）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同治理措施下的茶園土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體與土壤侵蝕具有密切關(guān)系。從圖1可以看出，在>5mm和5-2mm粒徑范圍內(nèi)，B-已治理茶園土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量大于N-未治理茶園，B-已治理茶園水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量占比比N-未治理茶園分別高出70.0%和22.7%；在2-1mm粒徑范圍內(nèi)，B-已治理茶園土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量低于N-未治理茶園，B-已治理茶園水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量占比比N-未治理茶園低了42.2%；在1-0.5mm和0.5-0.25mm粒徑范圍內(nèi)，B-已治理茶園水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量占比跟N-未治理茶園基本相當(dāng)；在<0.25mm粒徑范圍內(nèi)，N-未治理茶園團(tuán)聚體質(zhì)量占比比B-已治理茶園高出19.2%。對(duì)不同治理措施各個(gè)粒徑級(jí)逐個(gè)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，除了1-2mm粒徑級(jí)，B-已治理茶園水穩(wěn)性團(tuán)聚體與N-未治理茶園水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量占比差異達(dá)到顯著水平（=0.036），其他粒徑級(jí)均未達(dá)到顯著差異。

圖1 不同治理措施茶園土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量百分比

在土壤顆粒特性研究中，平均重量直徑（）和幾何平均直徑（）經(jīng)常被用來描述顆粒的大小分布特征。表2是不同治理措施下茶園土壤和統(tǒng)計(jì)特征值。由表2可以看出，B-已治理茶園和的最大值分別是最小值的1.57倍、1.60倍，N-未治理茶園和最大值分別是最小值的1.75倍和2.72倍，N-未治理茶園和比B-已治理茶園從山頂?shù)缴侥_差異更大。

表2 不同治理措施茶園土壤GDM和MWD統(tǒng)計(jì)特征值

2.2 不同治理措施下>0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分布特征

根據(jù)土壤團(tuán)聚體形成的多級(jí)團(tuán)聚理論，一般將粒徑>0.25mm的團(tuán)聚體稱為大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，粒徑<0.25mm的團(tuán)聚體稱為微團(tuán)粒結(jié)構(gòu)[14]，而大團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是土壤最好的結(jié)構(gòu)體，尤其是>0.25mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體是反映土壤抗侵蝕的最佳指標(biāo)[5]。將>0.25mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量占比記為0.25，圖2是不同治理措施下0.25從山頂?shù)缴侥_的變化特點(diǎn)。圖2顯示，除點(diǎn)3外，B-已治理茶園0.25均大于N-未治理茶園，且在山頂處（即點(diǎn)1）二者相差最大，B-已治理茶園0.25高出N-未治理茶園6.7%。對(duì)不同治理措施茶園0.25進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，B-已治理茶園和N-未治理茶園的0.25無顯著差異。

圖2 不同治理措施R0.25從山頂?shù)缴侥_變化

2.3 不同治理模式下土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)的變化

土壤顆粒表面在一定尺度下具有相似的分形特征[15]，圖3是已治理茶園和未治理茶園從山頂?shù)缴侥_分形維數(shù)變化特點(diǎn)。B-已治理茶園點(diǎn)1（即山頂位置）的分形維數(shù)較小，為2.155，沿山頂向下，點(diǎn)2分形維數(shù)突然增大，達(dá)到最大值為2.419，點(diǎn)1、點(diǎn)2分形維數(shù)相差12.3%，點(diǎn)3、點(diǎn)4分形維數(shù)變化不大，從點(diǎn)4開始，分形維數(shù)呈下降趨勢。N-未治理茶園分形維數(shù)點(diǎn)1、點(diǎn)2變化較小，變化幅度為0.5%，從點(diǎn)2開始，沿山坡向下，其變化趨勢基本同已治理茶園相似?？傮w上，已治理茶園和未治理茶園從山頂?shù)缴侥_的分形維數(shù)呈上升趨勢。

圖3 不同治理措施分形維數(shù)從山頂?shù)缴侥_變化

3 討論

良好的土壤結(jié)構(gòu)是土壤保持營養(yǎng)元素持續(xù)供給的重要基礎(chǔ)，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的組成決定著土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，大團(tuán)聚體越多，團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，土壤結(jié)構(gòu)越好。通過對(duì)不同治理措施下的茶園土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體進(jìn)行研究，結(jié)果表明，總體上，已治理茶園土壤的0.25、平均重量直徑（）和幾何平均直徑（）大于未治理茶園。經(jīng)過治理后的茶園，減少了地表裸露，土壤的滲透性能加強(qiáng)，地表徑流減少，削弱了徑流對(duì)地表的沖擊[16]。對(duì)土壤團(tuán)聚體沿坡面的分布規(guī)律而言，未治理模式茶園山頂大團(tuán)聚體含量小于山腳，已治理茶園也表現(xiàn)出山坡（B2）小于山腳的規(guī)律，這可能是因?yàn)樵谒椭亓ψ饔孟拢巾斴^山腳更易產(chǎn)生侵蝕，這與王勇[17]等對(duì)耕作侵蝕坡耕地土壤團(tuán)聚體的研究結(jié)果一致。

大量學(xué)者對(duì)土壤分形維數(shù)進(jìn)行研究認(rèn)為，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)越好，其結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，分形維數(shù)越小[13]。通過對(duì)比不同治理措施茶園土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體從山頂?shù)缴侥_分形維數(shù)變化規(guī)律得出，總體上，無論是已治理茶園還是未治理茶園，分形維數(shù)從山頂?shù)缴侥_呈增大趨勢。說明山頂土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)優(yōu)于山腳，這是因?yàn)橄鄬?duì)山腳，山頂受到人為干擾較小，尤其是茶園這種土地利用方式，人為干擾較為頻繁[5]，導(dǎo)致山頂和山腳土壤性質(zhì)差異較大。對(duì)比已治理茶園和未治理茶園，山頂處分形維數(shù)差異最大，且已治理茶園分形維數(shù)達(dá)到最小，這是因?yàn)橐阎卫聿鑸@山頂為雜木林，土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，大團(tuán)聚體含量較多，土壤結(jié)構(gòu)較好[18]。

4 結(jié)論

土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體是反映土壤抗蝕性的重要指標(biāo)，尤其是>0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量。從山頂?shù)缴侥_，土壤團(tuán)聚體0.25呈下降趨勢，分形維數(shù)呈增大趨勢；總體上，已治理茶園的0.25、平均重量直徑（）和幾何平均直徑（）大于未治理茶園，分形維數(shù)小于未治理茶園，其土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)優(yōu)于未治理茶園。

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福建省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2014Y0048）。