全 文 ：中国生态农业学报 2014年 9月 第 22卷 第 9期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sep. 2014, 22(9): 1093−1101


* 国家自然科学基金项目(41171226, 41101254)、新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-12-0473)和西北农林科技大学“优秀人才科研专项
计划”(QN2011049)资助
** 通讯作者: 安韶山, E-mail: shan@ms.iswc.ac.cn
曾全超, 主要从事植被恢复与土壤相互作用机制研究。E-mail: zengchao256@126.com
收稿日期: 2014−01−08 接受日期: 2014−05−14
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.140039
基于 Le Bissonnais法对黄土高原森林植被带
土壤团聚体及土壤可蚀性特征研究*
曾全超 1,3 董扬红 2 李 鑫 4 李娅芸 4 刘 雷 1,2 安韶山 1,2**
(1. 中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 杨凌 712100;
2. 西北农林科技大学水土保持研究所 杨凌 712100; 3. 中国科学院大学 北京 100049;
4. 西北农林科技大学资源环境学院 杨凌 712100)
摘 要 土壤团聚体的组成和稳定性是衡量土壤结构和质量的主要指标, 本研究应用 Le Bissonnais (LB)法的
3种筛分方法[快速湿润筛分法(FW)、慢速湿润筛分法(SW)、湿润振荡筛分法(WS)]模拟不同条件(暴雨、小雨、
扰动)对土壤团聚体的破坏, 通过测定预处理后的团聚体特征来表征黄土高原植被恢复对土壤团聚体的影响,
以期为黄土高原植被恢复与生态建设提供科学依据。结果表明: 在 LB 法的 3 种处理方法下, FW 处理(暴雨)
对土壤团聚体结构的破坏程度最大, 处理后土壤团聚体主要以<0.2 mm 为主; SW 处理(小雨)对土壤团聚体的
破坏最小, WS 处理(扰动)居中。土壤团聚体的平均重量直径(DMW), 在 0~10 cm 和 10~20 cm 土层均表现为
SW>WS>FW。土壤团聚体平均几何直径(DGM)0~10 cm和 10~20 cm土层均表现为 SW>FW>WS, 土壤团聚体
分形维数(D)0~10 cm和 10~20 cm土层均表现为 WS>FW>SW。在 SW处理下, 不同植被类型中铁杆蒿群落、
黄刺玫群落(样点 6、9)土壤团聚体 DMW、DGM值较大, 可蚀性(K)较小, 表明这两个群落的土壤团聚体更为稳
定, 在小雨环境下更有利于水土保持。对 WS 处理, 侧柏群落、三角槭群落(样点 1、2、3)的土壤团聚体更为
稳定, 可蚀性(K)值较小, 因此在外界扰动环境下, 侧柏群落、三角槭群落的土壤抗侵蚀能力更强。在 FW处理
下, 侧柏群落、三角槭群落(样点 2、3)土壤团聚体 DMW、DGM 值较大, 可蚀性(K)值较小, 表明在外界大雨环
境下, 侧柏群落、三角槭群落的土壤团聚体稳定性更强, 土壤抗侵蚀能力更强。总体来说, 对于不同环境, 不
同植被类型下土壤的团聚体稳定性和抗侵蚀能力差异较大, 因此应针对不同的环境, 采取不同的植被恢复措
施来提高土壤团聚体的稳定性。
关键词 黄土高原 植被恢复 土壤团聚体 分形维数 土壤可蚀性 Le Bissonnais法
中图分类号: S152.3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)09-1093-09
Soil aggregate stability and erodibility under forest vegetation in the
Loess Plateau using the Le Bissonnais method
ZENG Quanchao1,3, DONG Yanghong2, LI Xin4, LI Yayun4, LIU Lei1,2, AN Shaoshan1,2
(1. State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau/Research Center of Soil and Water Conversation
and Ecological Environment, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Education, Yangling 712100, China; 2. Institute of Soil
and Water Conservation, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences,
Beijing 100049, China; 4. College of Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)
Abstract The composition and stability of soil aggregates are the main indicators of soil structure and quality. For sustainable
ecological restoration, soil aggregates stability under different vegetation types in the forest zones of the Loess Plateau was studied
using the Le Bissonnais (LB) method. Three sieving methods of LB (SW: slow-wetting sieving method; FW: fast-wetting sieving
method; WS: wet-stirring sieving method) were used to simulate light rain, heavy rain and disturbance. Soil samples were collected
1094 中国生态农业学报 2014 第 22卷


from 10 types of vegetation in Yanhe Catchment of Yan’an City. The mean weight diameter (DMW), geometric mean diameter (DGM),
mass fractal dimension (D) of soil aggregates and soil erodibility (K) were calculated. The results showed that FW treatment was the
most destructive to soil aggregate stability, under which soil water-stable aggregate particle size was mainly concentrated in the <0.2
mm size group. The SW treatment showed the least destructiveness to soil aggregate stability with soil water-stable aggregate particle
size mainly concentrated in the >2 mm size group. It then explained that light rains had no strong damaging effects on soil aggregates.
The orders of DMW, DGM, D and K were SW > WS > FW, SW > FW > WS, WS > FW > SW, and FW > WS > SW, respectively, in
both 0−10 cm and 10−20 cm soil layers. Under SW, Artemisia gmelinii community and Rosa xanthina community had greater DMW
and DGM, and smaller K, indicating the two vegetation types had advantages in soil protection under light rain. Under WS and FW,
Platycladus orientalis community and Acer buergerianum communities had DMW and DGM, and smaller K. They were appreciate
vegetation types for soil protection under heavy rain and strong disturbance. The results suggested that LB method was appropriately
applicable in measuring soil aggregate structure in the Loess Plateau. The LB method not only simulated traditional wet sieving re-
sults, but also explained the mechanisms involved in the disintegration of soil aggregates under different conditions in terms of soil
structure stability. The results also suggested that the vegetation types significantly influenced soil water-stable aggregates in the
region. In summary, the stability of soil aggregates was improved by vegetation restoration in the forest zones of the Loess Plateau.
Keywords Loess Plateau; Vegetation restoration; Soil aggregate; Fractal dimension; Soil erodibility; Le Bissonnais method
(Received Jan. 8, 2014; accepted May 14, 2014)
土壤团聚体及其稳定性是评价土壤质量和衡量
土壤可蚀性的重要指标。通过测定土壤团聚体的粒
径分布及稳定性可间接地量化土壤可蚀性 [1−3], 如
在黄土高原和南方红土丘陵区常将>0.25 mm水稳性
团聚体质量分布作为土壤抗蚀性指标[4−5]。随着分形
几何学理论与方法的发展, 许多学者应用分形几何
学研究土壤团聚体分布状态[6]。土壤分形维数与土
壤大团聚体含量有显著的相关关系, 大团聚体含量
越高 , 分形维数越低 [7], 土壤分形维数能很好地反
映土壤团聚体数量组成[8]。土壤团聚体稳定性是影
响侵蚀过程中土壤剥离、搬运、水分入渗和结皮产
生的重要因素[9−11]。目前, 研究土壤团聚体稳定方法
主要是传统的测定方法, 如湿筛法、人工降雨法等。
由于水分湿润方式、扰动力大小和试验所用团聚体
大小等因素的差异, 结果往往很难相互比较, 且无
法区分不同团聚体稳定性机制[12−13]。Le Bissonnais
在系统总结土壤团聚体稳定性物理学机制和测定方
法的基础上, 提出根据不同团聚体破坏作用力采用
不同的处理, 以区分团聚体破坏的不同机制[14−15]。
Le Bissonnais(LB)法能够提供更多的团聚体信息 ,
目前已经广泛用于评价土壤团聚体稳定性及其与土
壤侵蚀的关系, 并应用该法提出了土壤可蚀性的分
级指标[16−17]。目前 LB 法已经成为测定团聚体稳定
性的标准方法(ISO/DIS 10930—2012)。
国家开展“退耕还林还草”政策 10 年多来, 黄土
高原植被恢复与生态建设取得了丰硕成果, 植被覆
盖面积大幅提高, 植被恢复对土壤团聚体稳定性产
生了重要的影响。张超等[18]对黄土高原坡耕地退耕
后不同植被根际土壤微团聚体的研究表明, 天然草
地的团聚体稳定性高于人工草地, 天然草地对土壤
团聚体的改良效果较好。刘雷等[19]研究表明黄土高
原森林植被类型土壤团聚体稳定性优于森林草原植
被类型。目前, 有关黄土高原植被恢复过程中土壤
团聚体的研究较多, 大多集中在不同植被类型大尺
度的研究, 而有关森林生态系统下不同覆盖度的土
壤团聚体特征研究较少。
本文应用 LB 法分析黄土高原丘陵区植被恢复
过程中森林带土壤团聚体及其分形特征, 揭示植被
恢复对土壤团聚体稳定性的影响机制及土壤抗侵蚀
能力的变化特征, 以期为黄土高原植被恢复、改良
土壤以及水土保持提供理论依据。
1 研究区概况
研究区位于黄土高原中部, 陕西省延安市安塞
县境内的毛堡泽流域。东经 106°16′~106°17′, 北纬
36°29′~36°30′, 海拔 1 236~1 391 m。所在区域属典
型大陆性半干旱季风气候, 夏秋多雨, 冬季严寒干
燥。年日照时数 2 415.5 h, 辐射总量 480.1 kJ·cm−2, 无
霜期160~180 d, 平均气温8.8 ℃, 活动积温3 177.4 ℃,
多年平均降水量 505.3 mm, 年蒸发量 1 645.4 mm。该
区域属于典型的梁峁状丘陵沟壑区, 降雨集中, 土
壤抗蚀性差, 地形破碎, 土壤侵蚀十分强烈。主要植
被为辽东栎(Quercus liaotungensis Koidz)、三角槭
(Acer buergerianum Miq.)、侧柏[Platycladus orientalis
(Linn.) Franco]、刺槐(Robinia pseudoacacia Linn.)、
狼牙刺[Sophora moorcroftiana (Benth.) Baker]、杠柳
(Periploca sepium Linn.)、丁香[Syzygium aromaticum
(L.) Merr. Et Perry]等。土壤类型以黄绵土为主, 间有
复钙红黏土、冲积土, 土地利用以林地为主。
2 研究方法
2.1 样品采集
于 2012 年 7 月通过详细的实地调查, 选取 10
第 9期 曾全超等: 基于 Le Bissonnais法对黄土高原森林植被带土壤团聚体及土壤可蚀性特征研究 1095


个不同植被盖度的样地, 样地基本信息见表 1。在每
个样地内设置 3个 20 m×20 m的采样单元, 每个单
元内选择 3 个采样点, 每个采样点按 S 型路线采集
0~10 cm 以及 10~20 cm 原状土样于铝盒中, 风干,
并用手将大块沿纹理轻轻地掰成小块, 干筛法选取
5~3 mm的团聚体。
表 1 试验调查黄土高原丘陵区森林带植被样地描述
Table 1 Description of different sample sites in the hilly region of the Loess Plateau
植被盖度 Vegetation coverage (%) 样地号
Sample
site
海拔
Elevation
(m)
经度/纬度
Longitude/
latitude
坡位
Slop
position
坡度
Gradient
(°)
主要植物种类
Dominant species 乔木层
Arbor layer
灌木层
Shrub layer
草本层
Herb layer
总盖度
Total
1 1 252 109°16′14.49″E/36°29′48.90″N
沟坡
Gully slope
30
侧柏、披针薹草、栾树
Platycladus orientalis, Carex
lanceolata, Koelreuteria paniculata
80 15 5 100
2 1 265 109°16′41.07″E/36°29′37.24″N
沟坡
Gully slope
31
侧柏、披针薹草、茭蒿
Platycladus orientalis, Carex
lanceolata, Artemisia giraldii
40 5 55 100
3 1 313 109°16′52.66″E/36°29′35.56″N
梁峁坡
Ridge slope
22
三角槭、杨树、长芒草
Acer buergerianum, Populus simonii,
Stipa bungeana
50 20 30 100
4 1 368 109°16′49.97″E/36°30′33.07″N
梁峁坡
Ridge slope
21
刺槐、丁香、铁杆蒿
Robinia pseudoacacia, Syringa oblata,
Artemisia gmelinii
5 50 30 85
5 1 391 109°16′48.52″E/36°30′34.43″
峁顶
Ridge top
10 三角槭、狼牙刺
Acer buergerianum, Sophora davidii
5 70 6 81
6 1 314 109°17′56.52″E/36°30′2.93″N
峁顶
Ridge top
0
铁杆蒿、杠柳、黄刺玫
Artemisia gmelinii, Periploca sepium,
Rosa xanthina
1 40 41
7 1 291 109°17′53.09″E/36°30′01.44″N
梁峁坡
Ridge slope
32
虎榛子、丁香、绣线菊
Ostryopsis davidiana, Syringa oblata,
Spiraea pubescens
60 20 80
8 1 259 109°17′52.60″E/36°30′4.19″N
梁峁坡
Ridge slope
35
杠柳、甘草、铁杆蒿
Periploca sepium, Glycyrrhiza
uralensis, Artemisia gmelinii
10 35 45
9 1 298 109°16′55.03″E/36°30′13.97″N
沟坡
Gully slope
22
黄刺玫、狼牙刺、柳叶鼠李
Rosa xanthina, Sophora davidii,
Rhamnus erythroxylon
15 30 45
10 1 236 109°16′59.31″E/36°30′9.15″N
沟坡
Gully slope
22
黄刺玫、丁香、狼牙刺
Rosa xanthina, Syringa oblata,
Sophora davidii
60 13 73

2.2 测定方法
根据 LB 法的 3 种筛分方法[14−15]模拟 3 种不同
条件(暴雨、小雨、扰动)对土壤团聚体的破坏机制,
测定筛分后的土壤团聚体粒径分布特性, 具体测定
步骤如下:
1)取 5~3 mm干筛团聚体于 40 ℃烘箱内烘 24 h,
使土壤含水量一致后运用以下 3 种方法进行筛分。
①快速湿润(fast wetting, FW): 取 5 g团聚体快速浸
没在去离子水中 10 min后用移液管吸掉水分, 模拟暴
雨下土壤快速湿润过程 ; ②慢速湿润(slow wetting,
SW): 取 5 g团聚体置于张力为−0.3 kPa滤纸上, 静
置 30~40 min使团聚体完全湿润, 模拟小雨下土壤慢
速湿润过程; ③湿润振荡(wet stirring, WS): 取 5 g团
聚体浸没在酒精中以排出空气, 浸泡 10 min后用移
液管吸掉酒精, 将土壤转入盛有 50 mL 去离子水的
500 mL三角瓶中, 加水至 200 mL, 加塞后上下振荡
20次, 静置 30 min使粗分散体沉淀, 然后用吸管吸
去多余水分, 模拟预湿后土壤的人为扰动过程。
2)将上述已作湿润处理的土壤转移到浸没在
95%酒精中的 0.05 mm 孔径筛子上, 上下振荡 20
次(幅度 2 cm); 然后在 40 ℃烘箱中蒸干酒精, 转入烧杯
中, 40 ℃下烘干 48 h, 称重。再过 2 mm、1 mm、0.5 mm、
0.2 mm、0.1 mm和 0.05 mm套筛, 称重得到每个级
别的破碎团聚体。LB 法团聚体分析试验在 2013
年 1 月进行 , 试验过程中每个样品采用每种筛分
方法重复测试 3次。
2.3 计算方法
土壤团聚体平均重量直径(DMW, mm)、几何平均
直径(DGM, mm)计算公式如下[1,20]:
DMW=
n n
i i i
i i
x ω ω∑ ∑ (1)
DGM=exp() ln∑ ∑n ni i i
i i
xω ω (2)
式中: xi为土壤粒级的平均直径(mm), ωi为不同土壤
粒级团聚体占总团聚体的比例。
土壤团聚体分形维数计算公式如下[21]:
3
T max( )
D
iW W R R
−= (3)
两边取以 10 为底的对数:
1096 中国生态农业学报 2014 第 22卷


T maxlg (3 ) lg( )iW W D R R= − (4)
式中: D 为土壤水稳性团聚体各粒级分布的分形维
数, W为直径小于 Ri的粒级累积质量, WT为总质量,
iR 为两相邻粒级粒径Ri与Ri+1间的平均值, Rmax为最
大粒级土粒平均直径。采用几何粒径模型估算黄土
高原土壤可蚀性值(K), 公式[22]如下:
2
GM
7.954
lg 1.675
0.001 7 0.049 4 exp 0.5
0.698 6
= ×
⎧ ⎫⎡ ⎤⎛ ⎞+⎪ ⎪⎢ ⎥+ × − ×⎨ ⎬⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎪ ⎪⎣ ⎦⎭⎩
K
D (5)
用 Excel 2013 和 SPSS 20.0 统计分析软件对所
得试验数据进行分析处理。
3 结果与分析
3.1 LB 法的 3 种预处理下土壤水稳性团聚体粒径
分布特征
从图 1可以看出, SW处理下团聚体粒径主要集
中在>0.5 mm, 占 87%以上, 其中 10~20 cm土层稍高
于 0~10 cm, 两土层分别为 91.22%、87.32%; >0.2 mm
的团聚体含量在 0~10 cm和 10~20 cm分别为 90.68%、
91.22%; SW处理下>0.5 mm大团聚体比例是 3种处
理中比例最大的, 表明 SW 处理对土壤团聚破坏性
较小。WS 处理后土壤团聚体粒径较为分散 , 但
0.2~0.1 mm、0.1~0.05 mm、<0.05 mm 3个粒级占明
显优势, FW处理与 WS处理具有相似的规律。有研
究表明>0.2 mm 的土壤团聚体含量作为土壤可蚀性
指标, 其含量越高土壤的结构稳定性越好[4]。在 3种
预处理下, SW处理>0.2 mm团聚体含量最高, 说明
其对土壤的团聚体稳定性破坏最小。
SW 处理下, 样点 5 和 7 土壤 >0.2 mm的水稳
性团聚体显著大于其他样点; WS处理下, 样点 1、2、
10 土壤>0.2 mm 的水稳性团聚体含量较高, 大于
60%; FW处理与 WS处理表现出相似的变化规律。
3.2 土壤水稳定团聚体的平均质量直径(DMW)和平
均几何直径(DGM)
DMW和 DGM是反映土壤团聚体大小分布状况的
常用指标。DMW和 DGM值越大表示团聚体的平均粒

图 1 采用 LB法的 3种筛分方法测定的不同植被覆盖土壤水稳性团聚体粒级分布
Fig. 1 Size distribution of water-stable aggregates under different types of vegetation by using three sieving methods of
Le Bissonnais method
SW: 慢速湿润筛分法; FW: 快速湿润筛分法; WS: 湿润振荡筛分法。下同。SW: slow-wetting sieving method; FW: fast-wetting
sieving method; WS: wet-stirring sieving method. The same below.
第 9期 曾全超等: 基于 Le Bissonnais法对黄土高原森林植被带土壤团聚体及土壤可蚀性特征研究 1097


径团聚度越高, 稳定性越强, 抗蚀性能力越强[19]。从
图 2可知, 3种处理下所有样点土壤团聚体的DMW值,
FW最低, WS次之, SW最高, 这与前人研究结果一
致[17−19]。LSD检验表明, 0~10 cm和 10~20 cm土层
均表现为 SW、WS、FW 处理间差异显著(P<0.05),
DMW均值大小顺序为 SW>WS>FW。在 0~10 cm 土
层, SW处理下, 样点 3、6、9的 DMW值显著高于其
他样点; WS 处理下, 样点 2、3 的 DMW值显著高于
其他样点; FW处理下, 样点 2、3、5的 DMW值显著
高于其他样点(P<0.05)。在 10~20 cm土层, SW处理
下, 样点 1、2、3、9的 DMW值显著高于其他样点; WS
处理下, 样点 1、2、10的 DMW值显著高于其他样点;
FW 处理下, 样点 2 的 DMW 值显著高于其他样点
(P<0.05)。
从图 2可看出, 3种处理下的 DGM值为 SW>WS≈
FW。LSD检验表明, 0~10 cm和 10~20 cm土层 DGM
均表现为 SW与 WS、FW处理间差异显著(P<0.05),
而WS与 FW处理之间差异不显著, 均值大小均表现
为 SW>FW>WS。在 0~10 cm土层，在 SW处理下, 样
点 3、6、9的 DGM值显著高于其他样点; WS处理下,
样点 2、3的 DGM值显著高于其他样点; FW处理下,
样点 2、3的 DGM值显著高于其他样点(P<0.05)。在
10~20 cm土层, SW处理下, 样点 1、2、3、9的 DGM
值显著高于其他样点; WS处理下, 样点 1、2、10的
DGM 值显著高于其他样点; FW 处理下, 样点 2 的
DGM值显著高于其他样点(P<0.05)。
从图 2可以看出, 0~10 cm土壤团聚体的DMW与
DGM都高于 10~20 cm, 也就是上层土壤团聚体稳定
性高于下层土壤, 表层土壤的抗侵蚀能力较强, 这
可能与表层土壤的有机质含量有关。

图 2 采用 LB法的 3种筛分方法测定的不同植被覆盖土壤团聚体平均质量直径(DMW)和平均几何直径(DGM)
Fig. 2 Changes of mean weight diameter (DMW) and geometry mean diameter (DGM) under different types of vegetation by using
three sieving methods of Le Bissonnais method
图内不同字母表示不同样地同一预处理方法下 0.05 水平差异显著。图 3同。Different letters in the same treatment in the figure
represent significant difference among different sample sites with the same sieving method at 0.05 level. The same as the figure 3.

3.3 土壤水稳性团聚体粒径分布的分形维数(D)变化
分形维数反映了土壤团聚体的组成特征, 同时
也可以反映植被恢复对土壤的影响, 植被恢复可使
土壤分形维数变小, 土壤结构得到改善[6]。土壤团聚
体分形维数越小, 大团聚体含量越高, 团聚体稳定
性越高[8]。土壤团聚体分形维数能反映土壤质地、
有机质含量、水稳定性、均一程度及肥力特征, 并
揭示其规律性的变化[21]。从表 2可以看出, SW处理
下 0~10 cm和 10~20 cm土壤团聚体分形维数变化范
围在 2.35~2.46 和 1.96~2.57, WS 处理为 2.54~2.70
和 2.48~2.70, FW处理下为 2.43~2.63和 2.35~2.62。
LSD检验表明, 0~10 cm土层 3种处理下两两之间分
形维数差异显著(P<0.05); 10~20 cm土层 SW与 FW、
SW之间的差异显著(P<0.05), 而 WS与 FW之间的
差异不显著。0~10 cm与 10~20 cm分形维数大小顺
序均为WS>FW>SW, 说明WS处理对土壤团聚体的
破坏最大, 其次为 FW, FW与WS处理不利于团聚体
的形成。
在 0~10土层, SW处理下, 各样点间的分形维数
值差异不显著, 在 2.40左右变化; WS处理下, 样点
4、3 的分形维数值显著高于其他样点; FW 处理下,
样点 4、6、2、8的值显著高于其他样点(P<0.05)。
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表 2 不同植被覆盖下土壤质量分形维数(D)变化
Table 2 Changes of soil fractal dimension under different types of vegetation
SW WS FW 样地
Sample
site 0~10 cm 10~20 cm 0~10 cm 10~20 cm 0~10 cm 10~20 cm
1 2.36±0.01Ca 1.96±0.31Bb 2.54±0.04Ad 2.48±0.10Ae 2.45±0.05ABe 2.35±0.12Ag
2 2.35±0.02Ba 2.57±0.01Ba 2.62±0.03Ab 2.68±0.01ABab 2.56±0.03Aabc 2.58±0.02Aab
3 2.39±0.04Aa 2.56±0.04Ba 2.68±0.01Aa 2.66±0.02ABbc 2.49±0.07Acde 2.54±0.04Abc
4 2.46±0.03Ba 2.47±0.08Ba 2.70±0.07Aa 2.70±0.04Aa 2.63±0.08Aa 2.62±0.06Aa
5 2.40±0.02Ca 2.47±0.01Ba 2.55±0.04Ad 2.62±0.01Bc 2.47±0.06Bde 2.50±0.08Ade
6 2.40±0.01Ba 2.48±0.05Ba 2.63±0.02Ab 2.64±0.04Bc 2.59±0.02Bab 2.50±0.01Acd
7 2.42±0.03Ba 2.38±0.07Ca 2.59±0.05Abcd 2.57±0.02Bcd 2.54±0.01Abcd 2.48±0.05Af
8 2.36±0.03Ba 2.52±0.07Ba 2.59±0.01Abcd 2.61±0.01Aab 2.55±0.06Aabc 2.57±0.04Ade
9 2.42±0.02Ba 2.39±0.02Ca 2.57±0.02Acd 2.59±0.02Bc 2.43±0.02Be 2.49±0.04Aef
10 2.39±0.01Ca 2.43±0.01Ba 2.61±0.06Abc 2.64±0.01Bd 2.47±0.02Bde 2.42±0.04Acd
均值 Mean 2.40±0.03C 2.42±0.16C 2.61±0.05A 2.62±0.06A 2.52±0.06B 2.50±0.08B
表内不同小写字母表示不同样地同一预处理方法下 0.05 水平差异显著，不同大写字母表示同一样地不同预处理方法下 0.05 水平差异显
著。Different small letters in a column in the table represent significant difference among different sites with the same sieving method at 0.05 level,
different capitals show significant difference among different sieving methods of the same sample site at 0.05 level.

10~20 cm土层, SW处理下, 样点 1的分形维数显著
小于其他样点, 其他样点在 2.40 左右变化, 差异不
显著; WS处理下, 样点 4、8的分形维数值显著高于
其他样点; FW处理下, 样点 2、4显著高于其他样点
(P<0.05)。
3.4 LB法 3种预处理下土壤可蚀性值(K)变化特征
土壤可蚀性值(K)是土壤抵抗水蚀能力大小的
一个相对综合指标, K值越大, 土壤抗侵蚀能力越小,
相反 K 值越小, 土壤抗侵蚀能力越强。张科利等[22]
研究表明我国土壤 K 值大致在 0.001~0.04, 且相对
集中在 0.007~0.02。本研究表明, SW处理 0~10 cm
和 10~20 cm土层 K值变化范围为 0.017 1~0.028 1
和 0.017 7~0.071 2, 样点 3、6、9的可蚀性值较小, 均
低于 0.019 0; WS处理 0~10 cm和 10~20 cm土层 K
值变化范围为 0.051 4~0.192 1 和 0.066 8~0.204 2,
0~10 cm 土层样点 2、3 的可蚀性值较小, 分别为
0.051 4、0.060 6, 70%样点 10~20 cm土层 K值大于
0~10 cm土层; FW处理 0~10 cm和 10~20 cm土层 K
值变化范围为 0.044 8~0.220 1 和 0.046 9~0.246 8,
0~10 cm 土层样点 2、3 的可蚀性值较小, 分别为
0.044 8、0.054 0, 70%样点 10~20 cm土层可蚀性值
大于 0~10 cm土层(图 3)。

图 3 不同植被覆盖下土壤可蚀度(K)值的变化
Fig. 3 Changes of soil erodibility under different types of vegetation
第 9期 曾全超等: 基于 Le Bissonnais法对黄土高原森林植被带土壤团聚体及土壤可蚀性特征研究 1099


LSD 检验表明, 0~10 cm土层 SW 与 WS、FW
处理间差异显著(P<0.05), WS 与 FW 处理间差异不
显著, 均值大小顺序为 FW>WS>SW; 10~20 cm土层
SW、WS、FW 间两两差异显著(P<0.05), 均值大小
顺序为 FW>WS>SW。0~10 cm土层和 10~20 cm土
层都表现为 FW处理可蚀性值最大, WS次之, SW最
低, 表明 FW、WS处理下, 土壤团聚体稳定性较好,
土壤可蚀性较低。
4 讨论
4.1 LB 法 3 种处理方法对土壤水稳性团聚体的破
坏机制
应用 LB 法的 3 种预处理方法模拟研究黄土高
原土壤团聚体稳定性。结果表明 SW 处理对土壤的
破坏性最小 , WS次之 , FW破坏性最大 , 这与郭曼
等 [23]对黄土高原的研究结果相似。FW 处理模拟的
是大雨或者暴雨情况下对土壤团聚体的破坏性。由
于 FW 处理将土壤快速浸入水中, 水分挤压团聚体
内部闭蓄的空气, 导致其中的气体压强增大, 当超
过土壤团聚体结构本身所能受的压力时, 团聚体崩
解, 土壤团聚体的破坏以“气爆”为主, 兼有部分水
的渗透而使土粒间胶结作用变弱, 从而对团聚体破
坏作用最强。SW处理是模拟小雨情况下土壤团聚体
破坏机制, 即将团聚体放在乙醇中慢慢充分饱和, 消
除了团聚体内压缩空气的压力而使黏粒膨胀达到最
大程度, 使其成为团聚体崩解的主要原因; 与 FW 处
理相比, 此过程中土壤的不均匀涨缩能力太小, 不足
以克服土壤中毛管张力, 从而对土壤团聚体破坏很
小。WS处理则模拟的是机械扰动作用对土壤团聚体
的破坏作用。本研究发现, FW 处理与 WS 处理对土
壤团聚体的破坏性最大, 说明该地区土壤团聚体破
坏的主要机制是暴雨或者大雨的打击破坏作用[2,4]。
在 3 种处理下, 对土壤团聚体的 DMW、DGM、
>0.2 mm 团聚体质量分数及粒径分布的分形维数和
土壤可蚀性值等指标的评价表明, SW处理下土壤团
聚体稳定性较高, 土壤抗侵蚀能力较强; WS 处理
与 FW 处理后的土壤团聚体结构破坏较为严重, 稳
定性低, 抗侵蚀能力弱。分形维数、DMW、DGM 和
>0.2 mm团聚体质量分数都可用于表征土壤团聚体的
稳定性。作为土壤抗侵蚀性指标, 表层土壤>0.2 mm
粒径的水稳性团聚体含量、DMW、DGM高, 分形维数
最小, 则表层土壤团聚体结构稳定, 土壤抗侵蚀能
力强。
4.2 植被恢复对土壤团聚体及可蚀性的影响
本研究结果表明, 黄土高原植被类型和覆盖度
对土壤团聚体稳定性和土壤抗侵蚀能力有显著影
响。侧柏群落、三角槭群落(样点 1、2、3)覆盖度大,
地表露裸面积较小, 在雨季阻挡雨滴直接打击土壤,
减缓对土壤的击打能力, 减少地表径流, 能够有效
地提高土壤团聚体的稳定性, 防止土壤侵蚀。本研
究中, 小雨条件下三角槭群落、铁杆蒿群落、黄刺
玫群落(样点 3、6、9)能够有效地抵抗小雨对土壤团
聚体的破坏 ; 而在大雨或者暴雨以及扰动情况下 ,
乔木林侧柏群落对土壤团聚体具有较好的保护作用,
能够有效减少雨滴对土壤的打击破坏作用。造成 SW
处理与 FW 处理、WS 处理之间的差异主要是因为
SW处理模拟的是小雨、连绵阴雨或者滴灌条件下的
土壤团聚体的破坏机制, 而 FW 处理模拟的是暴雨
或者灌溉条件下土壤团聚体的破坏, WS处理强调的
是机械破坏, 模拟的是雨滴的直接打击破坏作用。
本研究主要针对黄土高原植被恢复过程中森林
区土壤团聚体特征的变化。大量研究表明, 植被恢
复有利于提高土壤的团聚体稳定性[24−26]。通过植树
造林进行植被恢复可提高植被覆盖度, 提高土壤团
聚体的稳定性, 提高土壤的抗侵蚀能力。这主要是
由于林地土壤中有大量的枯枝落叶和植物根系, 为
土壤微生物提高丰富的碳源和氮源, 使土壤微生物
含量增加, 进而促进团聚体数量和稳定性的增加[27];
另一方面, 林地土壤中大量的死根和枯枝落叶在分
解过程中, 改善土壤结构的同时促进土壤有机质的
累积, 而土壤团聚体稳定性与土壤有机质含量存在
极显著的相关性[28−30], 即土壤有机质的累积可促进
土壤团聚体的形成。退化土壤的植被恢复不但可以
提高土壤的团聚性, 改善土壤结构, 而且更重要的
是在全球变化背景下提高土壤固碳能力, 即土壤有
机质含量的提高。由于黄土高原丘陵区经常发生大
雨或暴雨破坏土壤团聚体, 导致严重的土壤侵蚀。
因此, 可以通过植树造林或其他措施提高地表覆盖
度, 减少暴雨冲刷对土壤团聚体的破坏, 提高土壤
的抗侵蚀能力。
5 结论
基于 Le Bissonnais法的 3种预处理方法来模拟
研究黄土高原植被恢复演替过程中不同环境条件下
土壤的团聚体稳定性特征 , 通过对团聚体分形维
数、土壤可蚀性、土壤水稳性团聚体平均质量直径
(DMW)和平均几何直径(DGM)、>0.2 mm 团聚体含量
等指标进行综合评价的结果表明: SW处理对土壤团
聚体的破坏最小, 主要影响>2 mm团聚体为主; WS
处理与 FW 处理对土壤团聚体的破坏较大, 处理后
土壤团聚体主要以<0.2 mm为主。SW处理下 DMW、
DGM、>0.2 mm团聚体含量最高, 分形维数和土壤可
1100 中国生态农业学报 2014 第 22卷


蚀性值最小 , 与 WS、FW 处理之间的差异显著
(P<0.05), 而 WS与 FW之间差异不显著。LB法的 3
种预处理方法中, SW处理下侧柏群落、铁杆蒿群落
和黄刺玫群落(样点 1、6、9)土壤团聚体稳定性和抗
侵蚀能力强, WS处理下侧柏群落、三角槭群落(样点
2、3)土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力强, FW处理下
侧柏群落、三角槭群落(样点 2、3、5)土壤团聚体稳
定性和抗侵蚀能力强。在 3种不同的环境条件下, 不
同植被类型下土壤团聚体特征表现出较大的差异。黄
土高原森林植被土壤团聚体的破坏机制主要是消散
和机械破坏, 这与黄土高原丘陵区的大雨与暴雨以
及黄土高原植被覆盖度低有关, 因此为了提高土壤
团聚体稳定性, 防治土壤侵蚀必须增加植被覆盖度,
减少人为干扰, 加大退耕还林还草力度, 提高土壤
的抗侵蚀能力。
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