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      黃土殘塬區(qū)瀉溜紅土坡積體土壤改良效果研究

      2019-09-10 19:32:39柴亞凡周波呂文強(qiáng)金毅
      人民黃河 2019年1期
      關(guān)鍵詞:土壤改良

      柴亞凡 周波 呂文強(qiáng) 金毅

      摘要:以黃土殘塬區(qū)瀉溜紅土坡積體為研究對(duì)象,采用河沙、粉煤灰、鋸末和有機(jī)肥4種材料作為土壤改良劑,與瀉溜紅土按照不同配比混合制成試驗(yàn)基質(zhì),根據(jù)玉米生長(zhǎng)狀況和收獲后的土壤理化性質(zhì)篩選出最適宜的改良劑及配比。研究結(jié)果表明:①加入改良劑后,玉米的苗高、地徑和生物量在不同配比組間均差異顯著,樣品+有機(jī)肥的苗高、地徑和生物量均顯著高于其他各組;②各配比組間土壤pH值差異不顯著,而土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量差異顯著;③加入改良劑后,各配比組土壤大團(tuán)聚體占比減小,而小團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體占比增大。綜上,土壤改良劑的加入對(duì)瀉溜紅土的改良產(chǎn)生了積極影響,土壤肥力是影響瀉溜紅土植物生長(zhǎng)的最主要因素。

      關(guān)鍵詞:紅土瀉溜侵蝕;坡積體;土壤改良;黃土殘塬區(qū)

      中圖分類號(hào):S157.2

      文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

      doi:10.3969/j .issn. 1000- 1379.2019.01.019

      黃土高原殘塬溝壑區(qū)溝谷中由紅色黃土(簡(jiǎn)稱紅土)構(gòu)成的瀉溜坡面巖體,在冬春凍融變化引起收縮以及物理風(fēng)化作用下所產(chǎn)生的巖屑,受重力作用向坡腳滾溜而發(fā)生瀉溜,這種以重力作用為主的侵蝕方式,稱為瀉溜侵蝕[1-2]。在紅土出露廣泛分布的地區(qū),這是一種重要而強(qiáng)烈的侵蝕方式[3],其結(jié)果往往加劇覆蓋在其上部的黃土層發(fā)生崩塌、滑坡等侵蝕,溝谷向兩岸擴(kuò)展,“蠶食”塬面,瀉溜坡積體淤積溝道,導(dǎo)致溝道行洪能力下降[4].嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳a(chǎn)生活。目前對(duì)瀉溜侵蝕的研究?jī)H從其分布特征[5]、影響因素[4]和防治措施[6-8]等方面進(jìn)行定性分析與評(píng)價(jià),關(guān)于其侵蝕機(jī)理和過程的定量研究鮮有報(bào)道。

      紅土瀉溜坡面治理關(guān)鍵是要穩(wěn)定坡腳,即先用工程或生物措施穩(wěn)定坡腳,進(jìn)而在瀉溜面上植樹種草,改良土壤,恢復(fù)植被,蓄水保土,這樣才會(huì)收到好的治理效果[4-5]。由于瀉溜坡積體有機(jī)質(zhì)含量低,黏粒含量高,遇水迅速膨脹,透水透氣性差,導(dǎo)致苗木成活率低,因此筆者從造價(jià)、利用率和采集難易程度等方面綜合考慮,采用河沙、粉煤灰、鋸末和有機(jī)肥4種材料作為土壤改良劑,以改善坡積體土壤結(jié)構(gòu),從而提高苗木成活率,旨在為隴東黃土高原殘塬溝壑區(qū)紅土瀉溜坡面的植被恢復(fù)提供參考。

      1 研究區(qū)概況

      研究區(qū)位于甘肅省平?jīng)鍪袥艽h田家溝小流域。田家溝是涇河的一級(jí)支流,海拔為1027.9—1374.1m,屬典型的黃土高原殘塬溝壑區(qū)河流。流域總面積56.3 km主溝道長(zhǎng)17.3 km.溝道平均比降為2.33%,溝壑密度為1.64 krrl/km。溝谷上部為黃土,中下部為紅土,瀉溜侵蝕強(qiáng)烈。氣候?qū)贉貛О霛駶?rùn)氣候,年均氣溫10.1℃,極端最低氣溫- 24℃,極端最高氣溫40.0℃,年均日照時(shí)數(shù)2 274 h、太陽總輻射量542.661J/cm,10℃以上年積溫為2 863℃,年均降水量為515 mm,年均水面蒸發(fā)量為1 237.9 mm.最大凍土深度為55 cm,年均無霜期為174 d。流域內(nèi)主要有黃綿土、灰褐土和紅土3個(gè)土類。流域內(nèi)常見的植物種有側(cè)柏、刺槐、狼牙刺、紫荊、沙棘、酸棗和杜梨等。

      2 研究方法

      2.1 試驗(yàn)材料選擇

      (1)試驗(yàn)玉米品種為涇川縣近年來普播的金科2號(hào)。

      (2)改良劑選用河沙、粉煤灰、鋸末和有機(jī)肥(熟化的羊糞)。

      (3)供試土樣于2016年4月采自田家溝科技示范園,采樣地植被稀疏,伴有少量禾本科、菊科和豆科等植物,采樣深度為0~50 cm。供試土壤的基本理化性質(zhì)見表1。

      2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      (1)樣品制備:將瀉溜紅土去除石塊、枯枝落葉和較大的根莖等雜質(zhì),晾曬后自然風(fēng)干,用5 mm篩網(wǎng)過篩后備用。

      (2)改良劑配比:共15種(見表2),分別裝入底部帶有出水孔的橡膠盆內(nèi),橡膠盆規(guī)格為直徑24 cm、盆高16 cm.每種處理重復(fù)3次,并以未施加改良劑的紅土(CK)作為對(duì)照。

      (3) 2016年4月底開始盆栽試驗(yàn),每盆播種4株,播種深度為6 cm左右,待出苗后苗高達(dá)到6 cm左右間苗,每盆保留2株。

      (4)期間不施用化肥,只定期澆水,于2016年9月收獲玉米進(jìn)行全株生物量測(cè)定,并對(duì)盆內(nèi)土壤進(jìn)行理化性質(zhì)分析。

      2.3 指標(biāo)選取及測(cè)定方法

      土壤pH值采用DELTA - 320型pH計(jì)測(cè)定(水土比1:1),土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀一外加熱法測(cè)定,全氮采用凱氏定氮法測(cè)定,土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分級(jí)采用薩維諾夫濕篩法測(cè)定[9]。苗高采用鋼卷尺測(cè)量,地徑采用游標(biāo)卡尺測(cè)量。全株生物量采用烘干法,將玉米植株沿基部剪下,將所得到的全株先在90℃下殺青30 min,再在60℃下烘干24 h,稱重。

      3 結(jié)果與分析

      3.1 不同改良劑對(duì)植株生長(zhǎng)狀況的影響

      經(jīng)過一個(gè)生長(zhǎng)季,對(duì)盆栽玉米的苗高和地徑生長(zhǎng)狀況進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量后對(duì)玉米進(jìn)行刈割,以測(cè)定玉米的生物量。為了探究不同配比組對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響,選取苗高、地徑和生物量3項(xiàng)指標(biāo),進(jìn)行方差分析(見表3)??梢钥闯?,玉米的苗高、地徑和生物量在不同配比組間差異顯著(顯著性水平a<0.05)。從不同配比組不同組分玉米生長(zhǎng)狀況可以看出,苗高、地徑和生物量最大值均出現(xiàn)在樣品+有機(jī)肥(C)組,說明土壤肥力是影響玉米生長(zhǎng)的主要因素。樣品+河沙(A)和樣品+粉煤灰(B)組各組分苗高、地徑和生物量較小,原因是河沙和粉煤灰缺乏玉米生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素。

      3.2 不同改良劑對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

      盆內(nèi)玉米收割后,對(duì)盆內(nèi)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見表4。

      加入土壤改良劑后,經(jīng)過一個(gè)生長(zhǎng)季,相比土壤樣品(pH值為8.75),包括紅土對(duì)照(CK)在內(nèi)的各配比組土壤pH值減小,即土壤pH值更趨向于中性;而相比于土壤樣品(有機(jī)質(zhì)含量為2.31 g/kg,全氮含量為0.30 g/kg),土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量總體呈升高趨勢(shì)。

      對(duì)不同配比組土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和全氮進(jìn)行單因素方差分析,并用Duncan法進(jìn)行多重比較(見表4)??梢钥闯?,各配比組間土壤pH值差異不顯著(α>0.05),而土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量差異顯著(a<0.05)。由表4可以看出,各配比組土壤pH值按大小排序?yàn)椋簶悠?有機(jī)肥(C)=樣品+粉煤灰+鋸末(F)>樣品+河沙+有機(jī)肥(E》紅土對(duì)照(CK)>樣品+粉煤灰(B》樣品+河沙(A)。樣品+粉煤灰(B)和樣品+河沙(A)配比組pH值小于紅土對(duì)照(CK)的,說明河沙和粉煤灰能顯著降低土壤樣品的pH值。各配比組土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于紅土對(duì)照(CK)的,說明經(jīng)過一個(gè)生長(zhǎng)季,不同配比組均提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量,具有一定的土壤改良效應(yīng)。各配比組提高土壤有機(jī)質(zhì)含量按大小排序?yàn)椋簶悠?粉煤灰(B》樣品+粉煤灰+鋸末(F》樣品+有機(jī)肥(C》樣品+河沙+有機(jī)肥(E》樣品+河沙(A)。從土壤全氮含量可以看出,各配比組均提高了土壤全氮含量,其中樣品十有機(jī)肥(C)和樣品+河沙+有機(jī)肥(E)能顯著提高土壤全氮含量,這可能與有機(jī)肥含氮元素有關(guān)。

      3.3 不同改良劑對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響

      土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單位,其形成和穩(wěn)定主要通過土壤中各種膠結(jié)物質(zhì)的膠結(jié)作用實(shí)現(xiàn)[10]。土壤團(tuán)聚體對(duì)土壤養(yǎng)分有重要影響,土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ),是作物高產(chǎn)所需的土壤條件。土壤肥力的高低,不僅取決于大、小粒級(jí)微團(tuán)聚體自身的作用,而且與其組成比例有關(guān)。通過對(duì)不同配比組間土壤水穩(wěn)性微團(tuán)聚體(粒徑<0.25 mm)、小團(tuán)聚體(粒徑為0.25~ 2.00 mm)和大團(tuán)聚體(粒徑>2.00 mm)進(jìn)行單因素方差分析(見表5)發(fā)現(xiàn),不同配比組間土壤微團(tuán)聚體、小團(tuán)聚體和大團(tuán)聚體差異均不顯著(α>0.05)。

      與紅土對(duì)照(CK)相比,各配比組土壤大團(tuán)聚體占比減小,而小團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體占比增大,說明加入土壤改良劑可促使土體中的大團(tuán)聚體向小團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化,原因是土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成需要土壤膠體物質(zhì)的有機(jī)黏合作用,瀉溜紅土中含有大量的親水性黏粒礦物,本身黏粒含量較高,因此土體中的團(tuán)聚體多以大團(tuán)聚體的形式存在,而加入的土壤改良劑分散性強(qiáng),將土體中大團(tuán)聚體分散為小團(tuán)聚體或微團(tuán)聚體。

      4 結(jié)語

      (1)玉米的苗高、地徑和生物量在不同配比組間均差異顯著(α<0.05)。樣品+有機(jī)肥(C)是對(duì)玉米生長(zhǎng)最有益的配比組。不同配比組間土壤pH值差異不顯著(α>0.05),而土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量差異顯著(α<0.05)。

      (2)加入改良劑后,各配比組土壤大團(tuán)聚體占比減小,而小團(tuán)聚體和微團(tuán)聚體占比增大,說明加入的土壤改良劑可將土體中大團(tuán)聚體分散為小團(tuán)聚體或微團(tuán)聚體。

      (3)瀉溜坡積體的土體改良試驗(yàn)初衷是從改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土體的透水透氣性考慮,但是從試驗(yàn)結(jié)果來看,土壤肥力仍是影響瀉溜紅土植物生長(zhǎng)的主要因素。

      參考文獻(xiàn):

      [1]涂安千,“紅土”陡坡的瀉溜侵蝕及其防治[J].水土保持通報(bào),1981,1(4):29-33.

      [2]王斌科,海東黃土區(qū)的瀉溜侵蝕[J].中國(guó)水土保持,1990(5):25-26.

      [3]王玉惠,田存信,紅土嚴(yán)重裸露的里仁溝小流域治理及效益[J].中國(guó)水土保持,1994(12):47-49.

      [4] 王德賢,瀉溜侵蝕的防治問題[J].黃河建設(shè),1965(1):28.

      [5]李裕后,黃土高原瀉溜侵蝕的分布特征[J].中國(guó)水土保持,1989(9):33-35.

      [6]胡建忠,沙棘:一種防治紅土瀉溜侵蝕的優(yōu)良樹種[J].林業(yè)科技開發(fā),1993(1):5-6.

      [7]胡建忠,王愿昌,沙棘對(duì)瀉溜紅土的改良及其生長(zhǎng)規(guī)律[J].水土保持通報(bào),1993,13(4):44-50.

      [8] 柴亞凡,周波,呂忠明,等,黃土高原殘塬溝壑區(qū)紅土瀉溜面防治模式研究[J].中國(guó)水土保持,2014(2):49-51.

      [9] 陳立新,土壤實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教程[M].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社,2005:98-101.

      [10] 王清奎,汪思龍,土壤團(tuán)聚體形成與穩(wěn)定機(jī)制及影響因素[J].土壤通報(bào),2005,36(3):415-419.

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