全 文 ：植物篱鄄农作坡地土壤团聚体组成和稳定性特征*
蒲玉琳1,2,3 摇 林超文4 摇 谢德体1,3**摇 魏朝富1,3 摇 倪九派1,3
( 1西南大学资源环境学院, 重庆 400715; 2四川农业大学资源环境学院, 成都 611130; 3重庆市三峡库区农业面源污染控制工
程技术研究中心, 重庆 400716; 4四川省农业科学院土壤肥料研究所, 成都 610066)
摘摇 要摇 基于植物篱控制水土流失的长期定位试验,研究植物篱鄄农作坡地土壤团聚体组成
和稳定性特征.结果表明: 与常规等高农作模式相比,植物篱鄄农作复合农业模式下土壤>0. 25
mm机械稳定性和水稳性团聚体含量分别显著增加 13. 3% ~ 16. 1%和 37. 8% ~ 55. 6% ,明显
提高了各坡位粒级>0. 25 mm土壤水稳性团聚体含量,改善了粒级>0. 25 mm土壤水稳性团聚
体在下坡位的相对富集和上坡位相对贫乏的状况.植物篱显著提高了土壤团聚体平均质量直
径和几何平均直径,降低了土壤团聚体分形维数和>0. 25 mm土壤团聚体破坏率,进而增强了
土壤团聚体的稳定性和抗蚀性.坡度与植物篱类型对土壤团聚体组成、稳定性和坡面变化无
显著影响.
关键词摇 植物篱摇 土壤团聚体摇 土壤结构破坏率摇 坡度摇 水土流失
文章编号摇 1001-9332(2013)01-0122-07摇 中图分类号摇 S152. 3摇 文献标识码摇 A
Composition and stability of soil aggregates in hedgerow鄄crop slope land. PU Yu鄄lin1,2,3, LIN
Chao鄄wen4, XIE De鄄ti1,3, WEI Chao鄄fu1,3, NI Jiu鄄pai1,3 ( 1College of Resources and Environment,
Southwest University, Chongqing 400715, China; 2 College of Resources and Environment, Sichuan
Agricultural University, Chengdu 611130, China; 3Chongqing Engineering Research Center for Agri鄄
cultural Non鄄point Source Pollution Control in the Three Gorges Reservoir Area, Chongqing 400716,
China; 4 Institute of Soil and Fertilizer, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066,
China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(1): 122-128.
Abstract: Based on a long鄄term experiment of using hedgerow to control soil and water loss, this
paper studied the composition and stability of soil aggregates in a hedgerow鄄crop slope land. Com鄄
pared with those under routine contour cropping, the contents of >0. 25 mm soil mechanical鄄stable
and water鄄stable aggregates under the complex mode hedgerow鄄crop increased significantly by
13郾 3% -16. 1% and 37. 8% -55. 6% , respectively. Under the complex mode, the contents of
>0郾 25 mm soil water鄄stable aggregates on each slope position increased obviously, and the status of
>0郾 25 mm soil water鄄stable aggregates being relatively rich at low slope and poor at top slope was
improved. Planting hedgerow could significantly increase the mean mass diameter and geometric
mean diameter of soil aggregates, decrease the fractal dimension of soil aggregates and the destruc鄄
tion rate of >0郾 25 mm soil aggregates, and thus, increase the stability and erosion鄄resistance of soil
aggregates in slope cropland. No significant effects of slope and hedgerow types were observed on
the composition, stability and distribution of soil aggregates.
Key words: hedgerow; soil aggregates; destruction rate of soil structure; slope; soil and water loss.
*“十二五冶国家水专项(2012ZX07104鄄003)、重庆市工程技术研究
中心建设项目 ( CSTC, 2010CB7008 )、国家自然科学基金项目
(41101298)和西南大学生态学重点学科“211 工程冶经费资助.
**通讯作者. E鄄mail: xdt@ swu. edu. cn
2012鄄06鄄11 收稿,2012鄄11鄄04 接受.
摇 摇 土壤团聚体是在生物与非生物的单独或共同作
用下经由团聚和破碎交替过程形成的[1],常视作土
壤结构的物质基础与土壤肥力的载体,其数量和大
小分布与土壤肥力状况、生物活性密切相关[2] . 因
此,土壤团聚体尤其是水稳性团聚体的定量指标,如
分形维数、平均质量直径等可作为定量评价土壤抗
蚀性和肥力的指标[3-4] .
坡地植物篱技术作为一种复合农林业模式,其
成本比梯田低,简单实用,而且生态、经济、社会效益
显著,因此受到广泛重视并用于实践.植物篱技术的
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 1 月摇 第 24 卷摇 第 1 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jan. 2013,24(1): 122-128
显著生态效益之一是提高土地生产力[5],集中表现
为植物篱模式下土壤团聚体含量增加[6-7],促进土
壤物理性质的改善和养分含量与储量的提高[8-9],
以及坡面土壤养分含量空间分布的优化[10] . 例如,
吴电明等[6]研究表明,白三叶(Trifolium repens)与黄
花菜(Hemerocallis citrina)植物篱地 0 ~ 20 cm 土层
粒级>2 mm 土壤水稳性团聚体的含量和平均质量
直径显著高于常规脐橙园和脐橙园套种农作物模
式;Bu等[7]研究发现,香根草(Vetiveria zizanioids)、
马桑(Coriaria sinica)、黄荆(Vitex negundo)和银合
欢(Leucaena salvadorensis) 4 种植物篱显著增加了
0郾 2 ~ 2 mm土壤团聚体含量,减少了粒级<0郾 2 mm
土壤团聚体含量(香根草除外). 目前,有关植物篱
及其类型对土壤团聚体组成和稳定性的影响研究多
集中在耕作管理措施、土壤结构和植物篱的水土保
持效益研究[7-8],专题研究鲜有报道. 为此,本文采
用长期定位试验,研究植物篱鄄农作坡耕地土壤团聚
体组成和稳定性特征,以期为进一步综合评价坡地
植物篱鄄农作复合农业土壤质量和生态鄄环境鄄社会综
合效益提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于四川省资阳市雁江镇花椒沟小
支流的响水滩上段 ( 30毅 05忆 12义—30毅 06忆 44义 N,
104毅34忆12义—104毅35忆19义 E). 气候属亚热带季风气
候,年均温 16郾 8 益,年降雨量 965郾 8 mm,70%降雨
集中在 6—9 月.该区属于典型的四川盆地红岩丘陵
区,丘陵多为浑圆形、长条状、桌状的浅丘和中丘.地
势起伏不大,平均海拔 395 m,土壤为紫色新成土,
土层较薄,一般为 50 ~ 80 cm,土壤 pH 8郾 2 ~ 8郾 6,土
壤层次分化不明显,质地较轻,属砂质壤土. 作物轮
作方式为小麦鄄玉米.
图 1摇 试验小区和采样点分布
Fig. 1摇 Distribution of experimental plots and sampling sites郾
1郾 2摇 试验设计
试验于 2010 年 10 月在四川省农业科学院资阳
市农业资源保护与利用试验站的坡地植物篱鄄农作
复合农业试验点的 6 个径流小区进行,每个径流小
区大小为 20 m伊7 m,四周用与径流小区等长的水泥
挡板分隔.试验设 6 个处理,其中,20毅坡地设常规等
高农作(T1)、等高紫穗槐(Amorpha fruticosa)间作农
作(T2)、香根草间作农作(T3);13毅坡地设常规等高农
作(T4) 、紫花苜蓿(Medicago sativa)间作农作(T5)、
蓑草(Eulaliopsis binata)间作农作(T6). 1997 年种植
植物篱,篱带长 7 m,宽 0郾 5 m,带间距 6郾 16 m(图 1).
各植物篱模式的土壤基本理化性状见表 1.
摇 摇 2010 年 10 月在径流小区的上、中、下 3 个坡
位,距篱带上部边缘 1郾 5、3郾 5、5郾 5 m 处采集 0 ~ 20
cm土层原状土,2 个重复. 待土样达土壤塑限含水
量条件,沿土壤自然破碎面将土样掰开,剥成直径
10 ~ 12 mm的小块,并除去粗根和石砾.再将 2 个重
复样混合,采用四分法,取 500 g 土样继续风干,备
用.
1郾 3摇 测定项目与方法
1郾 3郾 1 土壤机械稳定性团聚体含量测定摇 采用干筛
表 1摇 不同植物篱模式下土壤基本理化性状
Table 1摇 Soil physico鄄chemical properties under different hedgerow patterns
坡度
Slope
处理
Treat鄄
ment
砂粒
Sand
(% )
粉粒
Silt
(% )
粘粒
Clay
(% )
容重
Bulk
density
(g·cm-3)
总孔度
Total
porosity
(% )
有机质
Organic
matter
(g·kg-1)
全氮
Total N
(g·kg-1)
全磷
Total P
(g·kg-1)
全钾
Total K
(g·kg-1)
速效氮
Available N
(mg·
kg-1)
有效磷
Available P
(mg·
kg-1)
速效钾
Available K
(mg·
kg-1)
20毅 T1 59郾 8 21郾 5 18郾 8 1郾 46 49郾 7 6郾 38 0郾 59 1郾 06 20郾 77 26郾 11 10郾 09 45郾 29
T2 58郾 5 22郾 0 19郾 5 1郾 39 50郾 1 7郾 34 0郾 68 1郾 14 21郾 05 33郾 45 11郾 04 49郾 02
T3 55郾 3 24郾 9 19郾 8 1郾 38 50郾 2 6郾 70 0郾 61 1郾 11 21郾 34 32郾 38 11郾 22 46郾 97
13毅 T4 61郾 1 19郾 3 19郾 6 1郾 43 46郾 4 5郾 88 0郾 53 1郾 04 20郾 25 25郾 86 7郾 76 45郾 81
T5 59郾 2 20郾 6 20郾 4 1郾 34 49郾 2 7郾 07 0郾 62 1郾 11 20郾 91 33郾 18 8郾 09 47郾 91
T6 59郾 3 20郾 6 20郾 1 1郾 34 50郾 1 7郾 10 0郾 61 1郾 12 20郾 32 30郾 40 8郾 26 54郾 51
3211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 蒲玉琳等: 植物篱鄄农作坡地土壤团聚体组成和稳定性特征摇 摇 摇 摇 摇
法[11]测量土壤机械稳定性团聚体含量:称 200 g 风
干土样置于孔径依次为 10、5、2、0郾 5 和 0郾 25 mm 的
套筛最上层,以每分钟 30 次频率手工上下震荡 5
min,测定各孔径筛子上的土样质量.
1郾 3郾 2 土壤水稳性团聚体含量测定 摇 采用湿筛
法[11]测量土壤水稳性团聚体含量:将干筛后各级土
壤团聚体按其质量比例配成 80 g 土样,置于孔径依
次为 10、5、2、0郾 5 和 0郾 25 mm 的套筛最上层,加去
离子水淹没最上层筛面 2 ~ 3 cm,浸泡 10 min,然后
以每分钟 25 次频率手工上下震荡 2 min,将留在每
个筛子上面的土壤冲洗到铝盒中,105 益下烘干,称
质量.
1郾 4摇 数据处理
土壤团聚体的平均质量直径(mean mass diame鄄
ter,MMD)、几何平均直径(geometric mean diameter,
GMD)、团聚体分形维数( fractal dimension,D)和粒
径>0郾 25 mm 土壤团聚体破坏率( percentage of ag鄄
gregate destruction, PAD0郾 25 )的计算方法参见文献
[12-13].
采用 Excel 2003 和 DPS 7郾 0 软件进行数据统计
分析,采用单因子方差分析(one鄄way AVOVA)和最
小显著差数法(LSD)进行不同处理间土壤团聚体含
量及其稳定参数的差异显著性检验(琢 = 0郾 05). 表
中数据为平均值依标准差.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 植物篱鄄农作坡地土壤机械稳定性团聚体组成
干筛法较少破坏土壤中某些瞬变性、临时性有
机胶结物质,如生物产生的多糖、植物根、真菌菌丝
体等,其测定的是自然状态下土壤机械稳定团聚体
含量,包括水稳性和非水稳性团聚体[12],反映出侵
蚀发生后坡面土壤团聚体的分布特征[14] .
由表 2 可知,各处理坡地粒径>0郾 25 mm 土壤
机械稳定性团聚体含量(DR0郾 25)较高,为 78郾 2% ~
91郾 7% . 20毅坡地 T2和 T3处理土壤 DR0郾 25比 T1处理均
显著增加 16郾 1% ;13毅坡地 T5和 T6处理土壤 DR0郾 25
比 T4处理分别显著增加 13郾 3%和 14郾 1% . 可见,长
期种植植物篱可以显著增加土壤 DR0郾 25,且坡度越
大,植物篱提高土壤 DR0郾 25的效应越大.
两坡度下,植物篱间作农作模式下各粒级土壤
机械稳定性团聚体含量均与常规等高农作土壤存在
差异. 20毅坡地紫穗槐(T2)和香根草(T3)植物篱地
粒级>0郾 5 mm 的土壤团聚体含量高于常规等高农
作土壤(T1),其中,粒级为 10 ~ 5、5 ~ 2 和 2 ~ 0郾 5
mm达显著水平;而粒级<0郾 5 mm 的土壤团聚体含
量则低于 T1,其中,粒级<0郾 25 mm 达显著水平. 13毅
坡地苜蓿(T5)和蓑草(T6)植物篱地粒级>2 mm 的
土壤团聚体含量高于常规等高农作土壤( T4 ),其
中,粒级>10 和 10 ~ 5 mm 达显著水平;粒级<2 mm
的土壤团聚体含量则低于 T4,其中,粒级为 0郾 5 ~
0郾 25 和<0郾 25 mm达显著水平.
20毅坡地各处理与 13毅坡地常规等高农作(T4)
土壤机械稳定性团聚体的数量优势级为 2 ~ 0郾 5 mm
团粒,13毅坡地植物篱地则是 10 ~ 5 mm 和>10 mm
团粒.其原因可能是低坡度下土壤侵蚀减弱,土壤有
更多粘粒(表 1);另一方面,2011 年 13毅坡地苜蓿和
蓑草的地上生物干质量分别为 38郾 91 和 37郾 80 kg,
而 20毅坡地紫穗槐和香根草的地上生物干质量分别
为 20郾 57 和 32郾 83 kg,可见苜蓿和蓑草有相对较多
的地上生物量返还给土壤,能进一步促进土壤小粒
级团聚体向较大粒级团聚体转化.因此,随着坡度的
减缓,植物篱提高粒级>5 mm 土壤机械稳定性团粒
的效果更佳.
2郾 2摇 植物篱鄄农作坡地土壤水稳性团聚体组成
湿筛法测得的是坡面土壤水稳性团聚体含量,
反映了土壤潜在的抗蚀能力.由表 3 可知,各处理坡
地粒级>0郾 25 mm 土壤水稳性团聚体含量(WR0郾 25)
为 31郾 0% ~50郾 9% ,低于 DR0郾 25 . 20毅坡地 T2和 T3处
表 2摇 不同植物篱模式下土壤机械稳定性团聚体组成
Table 2摇 Composition of soil mechanical鄄stable aggregates under different hedgerow patterns (%)
坡度
Slope
处理
Treatment
粒径 Size (mm)
>10 10 ~ 5 5 ~ 2 2 ~ 0郾 5 0郾 5 ~ 0郾 25 <0郾 25
DR0郾 25
20毅 T1 15郾 9依4郾 0a 17郾 3依4郾 6b 13郾 4依1郾 3b 27郾 5依2郾 3b 4郾 2依0郾 8a 21郾 8依8郾 4a 78郾 2依8郾 4b
T2 15郾 9依6郾 4a 23郾 1依5郾 8a 15郾 5依1郾 5a 33郾 0依6郾 0a 3郾 7依1郾 2a 9郾 2依4郾 7b 90郾 8依4郾 7a
T3 18郾 6依7郾 3a 23郾 9依3郾 6a 16郾 1依2郾 2a 29郾 3依5郾 4ab 2郾 9依0郾 4b 9郾 3依5郾 6b 90郾 7依5郾 6a
13毅 T4 17郾 1依5郾 1b 17郾 7依4郾 4c 14郾 4依2郾 4a 25郾 0依1郾 5a 6郾 7依3郾 9a 19郾 3依8郾 5a 80郾 9依8郾 5b
T5 26郾 3依10郾 8a 25郾 1依5郾 2b 14郾 6依2郾 1a 22郾 9依7郾 0b 2郾 3依0郾 9b 8郾 9依6郾 0b 91郾 1依6郾 0a
T6 18郾 6依10郾 4b 31郾 8依4郾 8a 14郾 6依2郾 8a 24郾 3依7郾 5a 2郾 4依0郾 8b 8郾 3依3郾 9b 91郾 7依3郾 9a
同列不同字母表示处理间差异显著(P<0郾 05) Different letters in the same column meant significant difference among different treatments at 0郾 05 lev鄄
el郾 下同 The same below郾
421 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
表 3摇 不同植物篱模式下土壤水稳性团聚体组成
Table 3摇 Composition of soil water鄄stable aggregates under different hedgerow patterns (%)
坡度
Slope
处理
Treatment
粒径 Size (mm)
>10 10 ~ 5 5 ~ 2 2 ~ 0郾 5 0郾 5 ~ 0郾 25 <0郾 25
WR0郾 25
20毅 T1 2郾 1依1郾 4b 5郾 0依2郾 7b 7郾 9依2郾 7b 13郾 3依3郾 3b 2郾 7依1郾 1b 67郾 0依11郾 1a 31郾 0依11郾 1b
T2 4郾 8依2郾 2a 8郾 1依2郾 2a 11郾 3依2郾 3a 18郾 6依2郾 2a 5郾 5依1郾 8a 51郾 7依10郾 1b 48郾 3依10郾 1a
T3 4郾 6依2郾 1a 8郾 0依3郾 6a 11郾 2依2郾 7a 17郾 4依3郾 4a 5郾 6依1郾 2a 53郾 8依12郾 2b 46郾 2依12郾 2a
13毅 T4 2郾 9依1郾 4b 7郾 0依1郾 4b 7郾 8依2郾 0b 15郾 4依3郾 0b 3郾 7依1郾 1b 63郾 2依8郾 9a 36郾 8依8郾 9b
T5 6郾 5依2郾 9a 10郾 6依2郾 8a 9郾 5依2郾 0a 18郾 7依2郾 5a 5郾 7依2郾 1a 49郾 1依11郾 9b 50郾 9依11郾 9a
T6 5郾 8依2郾 5a 10郾 0依3郾 2a 10郾 4依2郾 3a 18郾 1依3郾 9a 6郾 5依2郾 7a 49郾 3依14郾 3b 50郾 7依14郾 3a
理土壤 WR0郾 25比 T1处理分别显著增加 55郾 6% 和
48郾 8% ;13毅坡地 T5和 T6处理土壤 WR0 郾 25分别比 T4
处理显著增加 38郾 4%和 37郾 8% . 可见,长期种植植
物篱可以显著增加土壤 WR0郾 25,且坡度越大,植物篱
提高土壤 WR0郾 25的效应越大.
摇 摇 两坡度下,植物篱间作农作模式下各粒级土壤
水稳性团聚体含量均与常规等高农作存在显著差
异. 20毅坡地 T2和 T3处理粒级>5 mm(大团聚体)、
5 ~ 2 mm(中团聚体)、2 ~ 0郾 25 mm (小团聚体)
土壤水稳性团聚体含量分别比 T1 处理显著增
加 77郾 5% ~81郾 7% 、 41郾 8% ~ 43郾 0% 、 43郾 8% ~
50郾 6% ,而粒级<0郾 25 mm 土壤水稳性团聚体含量
比 T1处理显著减少 19郾 7% ~ 22郾 8% ;13毅坡地 T5和
T6处理的各级土壤水稳性团聚体含量与 T4处理相
比也有相似趋势,其中,大、中、小土壤水稳性团聚体
含量分别显著增加 59郾 6% ~ 72郾 7% 、 21郾 8% ~
33郾 3% 、27郾 7% ~ 28郾 8% ,而粒级<0郾 25 mm 土壤水
稳性团聚体含量减少 22郾 0% ~ 22郾 3% . 可见,植物
篱显著提高了土壤大、中、小粒级团聚体含量,尤其
是大粒级团聚体,从而有助于提高土壤团聚体的稳
定性和抗蚀性.同一坡度下,不同植物篱地间各级土
壤水稳性团聚体含量差异均不显著.
2郾 3摇 植物篱鄄农作坡地土壤团聚体的稳定性特征
土壤团聚体的平均质量直径(MMD)、几何平均
直径(GMD)、团聚体分形维数(D)和粒径>0郾 25 mm
土壤团聚体破坏率(PAD0郾 25)都可以表征土壤团聚
体的稳定程度.其中,MMD和 GMD反映土壤团聚体
大小分布状况,其值越大表示团聚体的平均粒径团
聚度越高,稳定性越强[15];D 表征土壤结构组成及
其均匀程度,D 值越小,土壤具有越良好的结构[3];
PAD0郾 25表示土壤团聚体在水蚀作用下的分散程度,
PAD0郾 25值越小,土壤团聚体的稳定性越高[16] .
由表 4 可知,20毅坡地 T2和 T3处理土壤机械稳
定性团聚体和水稳性团聚体的 MMD 和 GMD 基本
都显著大于 T1处理,而 D和 PAD0郾 25均显著减小;13毅
坡地 T5和 T6处理的 MMD和 GMD也均显著大于 T4
处理,而 D 和 PAD0郾 25均显著减小.表明与常规等高
种植模式相比,植物篱鄄农作复合农业模式可以显著
提高坡耕地土壤团聚体的平均粒径团聚度,改良土
壤结构,降低土壤结构破坏率,从而提高土壤团聚体
的稳定性.
摇 摇 20毅坡地 T2和 T3处理 PAD0郾 25比 T1处理分别降
低 22郾 9%和 18郾 9% ,13毅坡地 T5和 T6处理 PAD0郾 25比
T4处理分别降低 18郾 9%和 17郾 8% ,可见,随坡度增
大,植物篱提高土壤团聚体稳定性的效果更明显.同
一坡度下,不同植物篱地间土壤机械稳定性团聚体
和水稳性团聚体的 MMD、GMD、D 和 PAD0郾 25均无显
著差异.
表 4摇 不同植物篱模式下土壤团聚体稳定性参数
Table 4摇 Stability parameters of soil aggregates under different hedgerow patterns
坡度
Slope
处理
Treatment
机械稳定性团聚体
Mechanical鄄stable aggregate
平均质量直径
MMD (mm)
几何平均直径
GMD (mm)
分形维数
D
水稳性团聚体
Water鄄stable aggregate
平均质量直径
MMD (mm)
几何平均直径
GMD (mm)
分形维数
D
团聚体
破坏率
PAD0郾 25
(% )
20毅 T1 3郾 77依0郾 71b 1郾 90依0郾 62b 2郾 56依0郾 16a 1郾 21依0郾 45b 0郾 51依0郾 14b 2郾 89依0郾 04a 61郾 2依10郾 4a
T2 4郾 28依0郾 91ab 2郾 63依0郾 74a 2郾 30依0郾 13b 1郾 86依0郾 45a 0郾 75依0郾 19a 2郾 81依0郾 05b 47郾 2依8郾 6b
T3 4郾 61依0郾 87a 2郾 87依0郾 81a 2郾 30依0郾 15b 1郾 82依0郾 57a 0郾 74依0郾 24a 2郾 82依0郾 06b 49郾 7依10郾 6b
13毅 T4 3郾 91依0郾 88b 2郾 05依0郾 82b 2郾 53依0郾 20a 1郾 46依0郾 34b 0郾 58依0郾 12b 2郾 87依0郾 04a 54郾 9依7郾 2a
T5 5郾 34依1郾 22a 3郾 52依1郾 14a 2郾 31依0郾 15b 2郾 15依0郾 57a 0郾 84依0郾 27a 2郾 80依0郾 06b 44郾 6依9郾 8b
T6 5郾 09依1郾 08a 3郾 36依1郾 01a 2郾 30依0郾 10b 2郾 06依0郾 58a 0郾 82依0郾 26a 2郾 80依0郾 08b 45郾 2依13郾 7b
5211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 蒲玉琳等: 植物篱鄄农作坡地土壤团聚体组成和稳定性特征摇 摇 摇 摇 摇
2郾 4摇 植物篱鄄农作坡地土壤团聚体含量和分形维数
的坡面变化
有研究表明,土壤水稳性团聚体含量的高低比
机械稳定性团聚体更能反映土壤结构保持和供应养
分能力的强弱[17],粒径>0郾 25 mm 土壤团聚体含量
与土壤抗蚀性密切相关[12] . 因此,以 WR0郾 25分析不
同植物篱模式下土壤团聚体的坡面变化. 由图 2 可
知,两坡度下,各坡位植物篱地土壤 WR0郾 25均高于常
规等高农作土壤,其中,20毅坡地 T2和 T3处理土壤
WR0郾 25较常规等高农作增高 20郾 1% ~ 138郾 1% 和
13郾 7% ~119郾 1% ;13毅坡地 T5和 T6处理土壤 WR0郾 25
较常规等高农作增高 19郾 6% ~ 82郾 3%和 19郾 6% ~
99郾 9% .说明植物篱显著提高了各坡位土壤 WR0郾 25 .
摇 摇 径流小区坡面自下而上,各处理 WR0郾 25含量均
逐渐下降,其中,常规等高农作(T1、T4)土壤 WR0郾 25
近直线式降低,各植物篱地呈波浪式降低,在作物带
(2郾 0 ~ 6郾 0、8郾 5 ~ 12郾 5、15郾 0 ~ 19郾 0 m)逐渐减小,在
篱带(0郾 5、7郾 0、13郾 5 m 处)则大幅增加.下坡位 0郾 5
m至上坡位 19郾 0 m 处,20毅坡地 T1和 13毅坡地 T4处
理 WR0郾 25 从 49郾 5% 和 49郾 3% 减小到 15郾 6% 和
22郾 0% ;20毅坡地 T2和 T3处理 WR0郾 25从 66郾 5% 和
66郾 0%分别减小到 31郾 9%和 27郾 3% ;13毅坡地 T5和
T6 处理 WR0郾 25 从 73郾 2% 和 72郾 3% 分别减小到
3 4郾 4%和27郾 3% . 可见,植物篱改善了坡地土壤
图 2摇 不同植物篱模式下粒径>0郾 25 mm 土壤水稳性团聚体
含量和水稳性团聚体分形维数的坡面变化
Fig. 2摇 Slope distribution in the content of >0郾 25 mm soil water
stability aggregates and fractal dimension of water stability aggre鄄
gates under different hedgerow patterns郾
WR0郾 25在下坡位相对富集、上坡位相对贫乏的状况,优
化了土壤 WR0郾 25的坡面分布;且坡度越大,植物篱改
善上坡位土壤 WR0郾 25贫乏的效应越明显. 同一坡度
下,不同植物篱提高土壤 WR0郾 25的效应无显著差异.
土壤团聚体分形维数(D)可用于表征土壤团聚
体的稳定性、养分肥力和微生物活性高低,以及物理
性质的优劣[18],而土壤水稳性团聚体与养分肥力的
关系比机械稳定性团聚体更为紧密.因此,以土壤水
稳性团聚体分形维数分析不同植物篱模式下土壤团
聚体稳定性的坡面变化. 由图 2 可知,两坡度下,各
坡位植物篱地土壤水稳性团聚体 D 值均低于常规
等高农作土壤,其中,20毅坡地 T2和 T3处理土壤 D值
较常规等高农作降低 1郾 2% ~ 4郾 4% 和 0郾 8% ~
3郾 6% ;13毅坡地 T5和 T6处理土壤 D值较常规等高农
作降低 1郾 2% ~5郾 4%和 0郾 6% ~ 5郾 3% .说明植物篱
显著增加了各坡位土壤团聚体的稳定性.
径流小区坡面自下而上,各处理土壤水稳性团
聚体 D值均逐渐增大,其中,常规等高农作(T1、T4)
土壤水稳性团聚体 D值呈近直线式增大,而各植物
篱地呈波浪式增大,在作物带逐渐增大,在篱带则明
显减小.可见,植物篱模式下篱带与篱前土壤团聚体
较强的稳定性有助于减缓作物带土壤流失,从而增
强作物带土壤团聚体的稳定性.同一坡度下,不同植
物篱提高土壤水稳性团聚体分形维数的效应无显著
差异.
3摇 讨摇 摇 论
土壤团聚体是良好的土壤结构体,具有多孔性
和水稳性[19] .土壤团聚体的充气、持水孔隙比例适
当,能协调土壤水、气、热和养分的矛盾,粒径>0郾 25
mm土壤团聚体含量是土壤肥沃的标志之一[20] . 影
响土壤团聚体含量和稳定性的内在因素是形成土壤
团聚体的胶结物质,土壤团聚体的主要胶结剂是有
机质(含有机残体和菌丝等粗有机质)、粘粒和二三
氧化物(主要是无定形 Fe2O3、Al2O3) [21-22] .因此,能
够影响土壤有机质和粘粒含量的土地利用方式、耕
作管理、施用有机肥等措施都会影响土壤团聚体含
量及其组成和稳定性[23-27] .
有研究表明,桂西北喀斯特原生林地、自然恢复
地、放牧+火烧草地的 WR0郾 25显著高于玉米鄄红薯轮
作地,土壤结构破坏率则相反[23];深松、旋耕和免耕
措施均能显著提高 0 ~ 40 cm 土层中粒级>2 mm、
0郾 25 ~ 2 mm土壤团聚体含量和团聚体 MMD[24];秸
秆覆盖能增加 DR0郾 25 13郾 0% ~ 26郾 4% ,增加 WR0郾 25
621 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
18郾 6% ~45郾 7% [25];红壤旱地化肥配施厩肥、绿肥
等有机肥能提高粒级>0郾 25 mm 土壤团聚体含量,
促进土壤中水稳性小团聚体向水稳性大团聚体转
化[26];渭北干旱地区土壤连续施用 4 年鸡粪后
WR0郾 25显著提高,并随有机肥用量的增加而增加[27] .
本研究表明,紫穗槐等植物篱套种小麦鄄玉米间作模
式显著提高了 0 ~ 20 cm 土层土壤 DR0郾 25和 WR0郾 25,
以及粒级为0郾 5 ~ 10 mm土壤机械稳定性团聚体,这
与吴电明等[6]和 Bu 等[7]的研究结果相似. 紫穗槐
等植物篱能通过机械阻滞作用[28]、覆盖作用、篱积
带的粘滞作用[29]和回水带效应[30]增加坡地土壤粘
粒和有机质含量,以及土壤微生物数量[31],而粘粒
和有机质能在微生物的作用下,通过各种作用力形
成土壤微团聚体,再经多级团聚形成土壤大团粒.因
此,植物篱鄄农作模式提高了各坡位土壤 WR0郾 25 . 随
着坡度的增大,植物篱提高土壤 DR0郾 25和WR0郾 25的效
应越大,这可能是因为高坡度下土壤粘粒含量较低,
而在有机质含量较低的土壤中,粘粒是土壤大粒级
团聚体形成的主要胶结剂.
有研究表明,中国红壤侵蚀地区胡枝子恢复地
土壤水稳性团聚体 MMD 显著高于裸地[32];单施鸡
粪土壤机械稳定性团聚体 MMD 和 GMD 显著高于
配施鸡粪和无机肥土壤以及单施无机肥土壤[33] .周
萍等[34]研究表明,不同土地利用类型土壤水稳性团
聚体 D值按天然草地、坡耕地、果园的顺序减小;魏
亚伟等[23]研究表明,不同土地利用方式下土壤结构
破坏率大小顺序为:原生林地(9郾 6% )<自然恢复地
(9郾 8% )<放牧+火烧草地(23郾 2% )<玉米鄄红薯轮作
地(54郾 9% ).本研究中,紫穗槐等植物篱套种小麦鄄
玉米间作模式下土壤团聚体 MMD 和 GMD 均显著
高于常规等高农作土壤,土壤团聚体 D和 PAD0郾 25则
相反,这与吴电明等[6]的研究结果相似,说明植物
篱显著提高了土壤团聚体的平均粒径团聚度,减小
了土壤团聚体 D和 PAD0郾 25,进而提高土壤团聚体稳
定性.植物篱提高土壤团聚体稳定的效应随坡度的
增大而增加,其原因可能是高坡度下土壤粘粒含量
较低所致.
本研究中,土壤 WR0郾 25的坡面变化特征是,常规
等高农作下呈近直线式降低,植物篱鄄农作模式下呈
波浪式降低,在作物带逐渐减小,在篱带则大幅增
加;土壤团聚体 D 的坡面变化特征与此相反. 这是
由于侵蚀细土粒一般在篱带下或篱前富集[10,35],而
且篱植物的枯枝落叶就地归还至篱带及其边缘,使
篱带内土壤有机质含量较作物带高,另外,篱带植物
根际微生物丰富,土壤粘粒、有机质、菌丝等物质通
常是土壤团聚体形成的主要胶结物质[21] .
参考文献
[1]摇 Bronick CJ, Lal R. Soil structure and management: A
review. Geoderma, 2005, 124: 3-22
[2]摇 Chen F鄄E (陈凤恩). The Material Base of Soil Fertility
and Its Regulation. Beijing: Science Press, 1991: 101-
103 (in Chinese)
[3]摇 Wu C鄄Z (吴承祯), Hong W (洪摇 伟). Study on frac鄄
tal features of soil aggregate structure under different
management patterns. Acta Pedologica Sinica (土壤学
报), 1999, 36(2): 162-166 (in Chinese)
[4] 摇 Zheng Z鄄C (郑子成), Yang Y鄄M (杨玉梅), Li T鄄X
(李廷轩). Difference and evaluation model of soil anti鄄
erodibility with different de鄄farming patterns. Transac鄄
tions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
(农业工程学报), 2011, 27(10): 199-205 ( in Chi鄄
nese)
[5]摇 Lenka NK, Dass A, Sudhishri S, et al. Soil carbon se鄄
questration and erosion control potential of hedgerows
and grass filter strips in sloping agricultural lands of
eastern India. Agriculture, Ecosystems & Environment,
2012, 158: 31-40
[6]摇 Wu D鄄M (吴电明), Xia L鄄Z (夏立忠), Yu Y鄄C (俞
元春). Effects of protective management of navel orange
orchards on slope land on structure of and carbon, nitro鄄
gen and phosphorus content in soil aggregates. Acta Ped鄄
ologica Sinica (土壤学报), 2011, 48(5): 996-1003
(in Chinese)
[7]摇 Bu CF, Cai QG, Ng SL, et al. Effects of hedgerows on
sediment erosion in Three Gorges Dam Area, China. In鄄
ternational Journal of Sediment Research, 2008, 23:
119-129
[8]摇 Oyedele DJ, Awotoye OO, Popoola SE. Soil physical
and chemical properties under continuous maize cultiva鄄
tion as influenced by hedgerow trees species on an alfisol
in South Western Nigeria. African Journal of Agricultur鄄
al Research, 2009, 4: 736-739
[9]摇 Walter C, Merot P, Layer B. The effect of hedgerows on
soil organic carbon storage in hillslope. Soil Use and
Management, 2003, 19: 201-207
[10]摇 Lin CW, Tu SH, Huang JJ. The effect of plant hedger鄄
ows on the spatial distribution of soil erosion and soil fer鄄
tility on sloping farmland in the purple鄄soil area of Chi鄄
na. Soil & Tillage Research, 2009, 105: 307-312
[11] 摇 Institue of Soil Science, Chinese Academy of Sciences
(中国科学院南京土壤研究所). Soil Physical and
Chemical Analysis. Beijing: Shanghai Science and
Technology Press, 1978 (in Chinese)
[12]摇 Zhou H (周摇 虎), L俟 Y鄄Z (吕贻忠), Yang Z鄄C (杨
志臣). Effects of conservation tillage on soil aggregates
in Huabei Plain, China. Scientia Agricultura Sinica (中
国农业科学), 2007, 40 (9): 1973 - 1979 ( in Chi鄄
nese)
[13]摇 Fan R鄄Q (范如芹), Liang A鄄Z (梁爱珍), Yang X鄄M
(杨学明). Effects of tillage on soil aggregates in black
soils in Northeast China. Scientia Agricultura Sinica (中
7211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 蒲玉琳等: 植物篱鄄农作坡地土壤团聚体组成和稳定性特征摇 摇 摇 摇 摇
国农业科学), 2010, 43(18): 3767 -3775 ( in Chi鄄
nese)
[14]摇 Wang Y (王摇 宇), Han X (韩摇 兴), Zhao L鄄P (赵
兰坡). Composition characteristics of black soil aggre鄄
gates on sloping farmland. Bulletin of Soil and Water
Conservation (水土保持通报), 2010, 30(5): 88-90
(in Chinese)
[15]摇 Salako FK, Hauser S. Influence of different fallow man鄄
agement systems on stability of soil aggregates in south鄄
ern Nigeria. Communications in Soil Science and Plant
Analysis, 2001, 32: 1483-1498
[16]摇 Gong A鄄D (宫阿都), He Y鄄R (何毓蓉). Study on
fractal features of soil structure of degraded soil in dry
and hot valley region of Jinsha River. Journal of Soil
and Water Conservation (水土保持学报), 2001, 15
(3): 112-115 (in Chinese)
[17]摇 Wang Q鄄K (王清奎), Wang S鄄L (汪思龙). Forming
and stable mechanism of soil aggregate and influencing
factors. Chinese Journal of Soil Science (土壤通报),
2005, 6(3): 415-421 (in Chinese)
[18]摇 Gong W (龚 摇 伟), Hu T鄄X (胡庭兴), Wang J鄄Y
(王景燕). Study on fractal features of soil aggregate
structure under natural evergreen broadleaved forest and
artificial regeneration in southern Sichuan Province.
Chinese Journal of Plant Ecology (植物生态学报),
2007, 31(1): 56-65 (in Chinese)
[19]摇 Huang C鄄Y (黄昌勇), Xu J鄄M (徐建明). Soil Sci鄄
ence. Beijing: China Agriculture Press, 2010: 121 -
127 (in Chinese)
[20]摇 Six J, Elliott ET, Paustian K. Soil structure and soil or鄄
ganic matter. 域. A normalized stability index and the
effect of mineralogy. Soil Science Society of America
Journal, 2000, 64: 1042-1049
[21]摇 Shi Y (史摇 奕), Chen X (陈摇 欣), Shen S鄄M (沈善
敏). Mechanisms of organic cementing soil aggregate
formation and its theoretical models. Chinese Journal of
Applied Ecology (应用生态学报), 2002, 13 (11):
1495-1498 (in Chinese)
[22]摇 Yao X鄄L (姚贤良), Xu X鄄Y (许绣云), Yu D鄄F (于
德芬). Formation of structure in red soils under differ鄄
ent forms of utilization. Acta Pedologica Sinica (土壤学
报), 1990, 27(1): 25-33 (in Chinese)
[23]摇 Wei Y鄄W (魏亚伟), Su Y鄄R (苏以荣), Chen X鄄B
(陈香碧), et al. Effects of human disturbance on soil
aggregates content and their organic C stability in Karst
regions. Chinese Journal of Applied Ecology (应用生态
学报), 2012, 23(1): 159-165 (in Chinese)
[24]摇 Wang Y (王 摇 勇), Ji Q (姬 摇 强), Liu S (刘
帅), et al. Effects of tillage practices on water鄄stable
aggregation and aggregate鄄associated organic C in soils.
Journal of Agro鄄Environment Science (农业环境科学学
报), 2012, 31(7): 1365-1373 (in Chinese)
[25]摇 Wang H鄄X (王海霞), Sun H鄄X (孙红霞), Han Q鄄F
(韩清芳), et al. Effects of straw mulching on the soil
aggregates in dryland wheat field under no鄄tillage. Chi鄄
nese Journal of Applied Ecology (应用生态学报),
2012, 23(4): 1025-1030 (in Chinese)
[26]摇 Jiang C鄄L (姜灿烂), He Y鄄Q (何园球), Liu X鄄L (刘
晓利). Effect of long鄄term application of organic ma鄄
nure on structure and stability of aggregate in upland red
soil. Acta Pedologica Sinica (土壤学报), 2010, 47
(4): 715-722 (in Chinese)
[27]摇 Wang X鄄J (王晓娟), Jia Z鄄K (贾志宽), Liang L鄄Y
(梁连友). Effects of organic manure application on dry
land soil organic matter and water stable aggregates.
Chinese Journal of Applied Ecology (应用生态学报),
2012, 23(1): 159-165 (in Chinese)
[28]摇 Chen Z鄄G (陈正刚), Zhu Q (朱 摇 青), Wang W鄄H
(王文华). Economic hedgerow technology of demon鄄
stration effect in transforming slope into terrace. Tillage
and Cultivation (耕作与栽培), 2006(2): 61-62 ( in
Chinese)
[29]摇 Peng X (彭摇 熙), Li A鄄D (李安定), Li W鄄J (李苇
洁). Changes of soil physical properties, runoff and soil
erosion under different hedgerow system. Soils (土壤),
2009, 41(1): 107-111 (in Chinese)
[30]摇 Xu F (许摇 峰), Cai Q鄄G (蔡强国), Wu S鄄A (吴淑
安), et al. Effect of contour hedgerows on soil nutrient
loss in slopeland. Journal of Soil Erosion and Soil and
Water Conservation (土壤侵蚀与水土保持学报),
1999, 5(2): 23-29 (in Chinese)
[31] 摇 Wang Y鄄C (王玉川), Chen Q (陈 摇 强), Lin C鄄W
(林超文). Microbial features of sloping farmland soil in
calcareous purple area affected by different hedgerows
treatments in Sichuan Basin. Soils (土壤), 2012, 44
(1): 73-77 (in Chinese)
[32]摇 Zhou H, Peng X, Peth S, et al. Effects of vegetation
restoration on soil aggregate microstructure quantified
with synchrotron鄄based micro鄄computed tomography.
Soil and Tillage Research, 2012, 124: 17-23
[33]摇 Zhao H (赵摇 红), Yuan P鄄M (袁培民), L俟 Y鄄Z (吕
贻忠). Effects of organic manure application on stabili鄄
ty of soil aggregates. Soils (土壤), 2011, 43 (2):
306-311 (in Chinese)
[34]摇 Zhou P (周摇 萍), Liu G鄄B (刘国彬), Hou X鄄L (侯
喜禄). Fractal features of soil aggregate structure under
different land use in the hilly鄄gully region of Loess Plat鄄
eau. Science of Soil and Water Conservation (中国水土
保持科学), 2008, 6(2): 75-82 (in Chinese)
[35]摇 Lin CW, Tu SH, Huang JJ, et al. Effects of plant hedg鄄
erows on soil erosion and soil fertility on sloping farm鄄
land in the purple soil area. Acta Ecologica Sinica,
2007, 27: 2191-2198
作者简介摇 蒲玉琳,女,1976 年生,博士研究生,副教授. 主
要从事土壤与环境研究. E鄄mail: pyulin@ sicau. edu. cn
责任编辑摇 孙摇 菊
821 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷