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不同治理措施下丘陵地茶園土壤團聚體的分布規(guī)律研究*

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張 燕

該文以茶園土壤水穩(wěn)性團聚體為研究對象，比較分析已治理茶園和未治理茶園的土體結構特性。結果表明：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粒徑級已治理茶園水穩(wěn)性團聚體與未治理茶園水穩(wěn)性團聚體質量占比差異達到顯著水平（=0.036），其他粒徑級均為差異不顯著；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，其土壤結構優(yōu)于未治理茶園。

茶園 水穩(wěn)性團聚體 治理措施

土壤團聚體是土壤結構的基本單元，其數(shù)量和質量對土壤肥力和土壤抗蝕性有重要影響[1-2]，許多學者把土壤水穩(wěn)性團聚體作為評價土壤可蝕性的重要指標。查軒、唐克麗[3]在評價子午嶺林草地抗蝕性時，通過對不同部位土壤剖面水穩(wěn)性團聚體分析后得出土壤水穩(wěn)性團聚體是土壤可蝕性的重要參數(shù)；高維森[2]、盧金偉[4]認為，>0.25mm水穩(wěn)性團聚體為最佳土壤抗蝕性指標。

不同土地利用情況土壤團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)性團聚體的穩(wěn)定性，結論是：楊梅模式>板栗模式>生態(tài)恢復模式>封禁生態(tài)恢復模式>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、特點及其防治措施方面[8-10]，關于紅壤山地茶園土壤團聚體的特性及其對土壤侵蝕的影響鮮見報道。故此，本研究以福建省安溪縣感德鎮(zhèn)典型性茶園為對象，研究不同治理模式下山地茶園水穩(wěn)性團聚體的分布特征，分析其對土壤抗蝕性的影響，旨在為紅壤丘陵區(qū)茶園水土流失預測和綜合防治提供科學參考。

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)，茶葉生產收入是當?shù)氐闹饕洕е?，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117°51′，屬于亞熱帶季風性氣候，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月受臺風影響大暴雨增多，引起土壤強烈侵蝕的雨量主要集中在5～9月的梅雨和雷雨臺風季節(jié)。土壤以磚紅壤性紅壤為主，砂粒多，質地較粗。平均日照時數(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 野外選點及土壤樣品的采集

野外采樣地選在南墘溪支流，當?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。在支毛溝南北兩側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 采樣點基本情況介紹

在野外調查的基礎上，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。每層采樣點水平方向分左、中、右三個采樣點，每個采樣點取三個環(huán)刀樣。將采回的環(huán)刀原狀土帶回實驗室沿土壤自然結構輕輕剝開，將原狀土剝成直徑為10~12 mm的小土團，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，自然風干備用。

1.3 土壤團聚體的測定

土壤各層團聚體的測定依據(jù)Elliott的方法[11]，將100g風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，用振蕩式機械篩分儀（上下振幅30 cm，30次/min）振蕩5 min，轉移至鋁盒，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的土壤團聚體，60℃下烘干、稱重，計算各級團聚體的質量百分比。

1.4 相關指標的確定方法

土壤顆粒質量平均直徑()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 相關指標的確定方法

試驗數(shù)據(jù)采用EXCEL2010、SPSS18.0進行數(shù)理統(tǒng)計分析，多重比較采用最小顯著性差異法（LSD）。

2 結果與分析

2.1 不同治理措施下的茶園土壤水穩(wěn)性團聚體組成

土壤水穩(wěn)性團聚體與土壤侵蝕具有密切關系。從圖1可以看出，在>5mm和5-2mm粒徑范圍內，B-已治理茶園土壤水穩(wěn)性團聚體含量大于N-未治理茶園，B-已治理茶園水穩(wěn)性團聚體質量占比比N-未治理茶園分別高出70.0%和22.7%；在2-1mm粒徑范圍內，B-已治理茶園土壤水穩(wěn)性團聚體含量低于N-未治理茶園，B-已治理茶園水穩(wěn)性團聚體質量占比比N-未治理茶園低了42.2%；在1-0.5mm和0.5-0.25mm粒徑范圍內，B-已治理茶園水穩(wěn)性團聚體質量占比跟N-未治理茶園基本相當；在<0.25mm粒徑范圍內，N-未治理茶園團聚體質量占比比B-已治理茶園高出19.2%。對不同治理措施各個粒徑級逐個進行獨立樣本T檢驗，結果顯示，除了1-2mm粒徑級，B-已治理茶園水穩(wěn)性團聚體與N-未治理茶園水穩(wěn)性團聚體質量占比差異達到顯著水平（=0.036），其他粒徑級均未達到顯著差異。

圖1 不同治理措施茶園土壤水穩(wěn)性團聚體質量百分比

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)計特征值

2.2 不同治理措施下>0.25mm水穩(wěn)性團聚體的分布特征

根據(jù)土壤團聚體形成的多級團聚理論，一般將粒徑>0.25mm的團聚體稱為大團粒結構，粒徑<0.25mm的團聚體稱為微團粒結構[14]，而大團粒結構是土壤最好的結構體，尤其是>0.25mm的水穩(wěn)性團聚體是反映土壤抗侵蝕的最佳指標[5]。將>0.25mm的水穩(wěn)性團聚體質量占比記為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。圖2顯示，除點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%。對不同治理措施茶園0.25進行獨立樣本T檢驗，結果顯示，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。B-已治理茶園點1（即山頂位置）的分形維數(shù)較小，為2.155，沿山頂向下，點2分形維數(shù)突然增大，達到最大值為2.419，點1、點2分形維數(shù)相差12.3%，點3、點4分形維數(shù)變化不大，從點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1、點2變化較小，變化幅度為0.5%，從點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

良好的土壤結構是土壤保持營養(yǎng)元素持續(xù)供給的重要基礎，土壤水穩(wěn)性團聚體的組成決定著土壤結構的優(yōu)劣，大團聚體越多，團聚體結構越穩(wěn)定，土壤結構越好。通過對不同治理措施下的茶園土壤水穩(wěn)性團聚體進行研究，結果表明，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。經過治理后的茶園，減少了地表裸露，土壤的滲透性能加強，地表徑流減少，削弱了徑流對地表的沖擊[16]。對土壤團聚體沿坡面的分布規(guī)律而言，未治理模式茶園山頂大團聚體含量小于山腳，已治理茶園也表現(xiàn)出山坡（B2）小于山腳的規(guī)律，這可能是因為在水力和重力作用下，山頂較山腳更易產生侵蝕，這與王勇[17]等對耕作侵蝕坡耕地土壤團聚體的研究結果一致。

大量學者對土壤分形維數(shù)進行研究認為，土壤團粒結構越好，其結構越穩(wěn)定，分形維數(shù)越小[13]。通過對比不同治理措施茶園土壤水穩(wěn)性團聚體從山頂?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。說明山頂土壤團聚結構優(yōu)于山腳，這是因為相對山腳，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]，導致山頂和山腳土壤性質差異較大。對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)達到最小，這是因為已治理茶園山頂為雜木林，土壤有機質含量較高，大團聚體含量較多，土壤結構較好[18]。

4 結論

土壤水穩(wěn)性團聚體是反映土壤抗蝕性的重要指標，尤其是>0.25mm水穩(wěn)性團聚體的含量。從山頂?shù)缴侥_，土壤團聚體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，其土壤團聚結構優(yōu)于未治理茶園。

參考文獻：

[1] Bernard B, Eric R. Aggregate stability as an indicator of soil susceptibility to runoff and erosion: validation at several levels [J]. Catena, 2002(47):133-149.

[2] 高維森. 土壤抗蝕性指標及其適用性初步研究[J]. 水土保持學報，1991(2): 60-65.

[3] 查軒,唐克麗.植被對土壤特性及土壤侵蝕的影響研究[J].水土保持學報, 1992(2): 52-58.

[4] 盧金偉.土壤團聚體水穩(wěn)定性及其與土壤可蝕性之間的關系研究[D].咸陽：西北農林科技大學,2002.

[5] 林培松, 高全洲. 不同土地利用方式下紫色土結構特性變化研究[J].水土保持研究，2010, 17(4): 134-138.

[6] 王艷玲,王燕,李凌宇, 等.成土母質與利用方式雙重影響下紅壤團聚體的組成特征與穩(wěn)定性研究[]]. 土壤通報, 2013(4): 776-785.

[7] 李建明,黃石德,王姿燕,等.不同生態(tài)經濟恢復模式對退化紅壤區(qū)水穩(wěn)性團聚體的影響[J]. 西南林業(yè)大學學報, 2015(1): 1-5.

[8] 陳文祥,游文芝,陳明華,等. 福建省茶園水土流失現(xiàn)狀及防治對策[J]. 亞熱帶水土保持, 2006, 18(4):22-25.

[9] 呂聯(lián)合.泉州市山地茶園水土流失現(xiàn)狀及主要防治措施[J]. 亞熱帶水土保持, 2009, 21(2):32-34.

[10] 陳小英, 查軒, 陳世發(fā). 山地茶園水土流失及生態(tài)調控措施研究[J]. 水土保持研究, 2009, 16(1):51-58.

[11] ELLIOFT E T. Aggregate Structure and Carbon. Nitrogen, and Phosphorus in Native and Cultivated Soils[J]. Soil Science Society of American Journal,1986,50(3):627-633.

[12] 依艷麗.土壤物理研究法[M].北京:北京大學出版社,2009.

[13] 楊培嶺,羅遠培,石元春.用粒徑的重量分布表征的土壤分形特征[J].科學通報,1993, 38(20):1896-1899.

[14] Oades J M., Waters A G.. Aggregate Hierarchy in Soils[J].Australian Journal of Soil Research, 1991,29(6):515-828.

[15] Pfeifer. P, Avnir.D.. Erratum Chemistry in non integer dimensions between two and three: I. Fractal theory of heterogeneous surfaces[J]. Journal of Chemical Physics, 1984, 80(7): 3558-3565.

[16] 林開旺.寧化禾口紫色土不同治理措施土壤結構特性研究[J].福建水土保持,2002, 14(2):57-60.

[17] 王勇,張建輝,李富程.耕作侵蝕對坡耕地土壤水穩(wěn)性團聚體和水分特征的影響[J].水土保持學報,2015, 29(1):180-185.

[18] 王義祥,葉菁.不同經營年限對柑橘果園土壤團聚體有機碳的影響[J].生態(tài)與農村環(huán)境學報,2015, 31(5):724-729.

福建省科技計劃重點項目（2014Y0048）。