全 文 ：中国生态农业学报 2013年 12月 第 21卷 第 12期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Dec. 2013, 21(12): 1491−1499


* 国家科技支撑计划项目(2011BAD31B03)、国家自然科学基金项目(41271291)、重庆市重大科技专项(CSTC2009AB1115)和西南大学生
态学重点学科“211工程”三期建设项目资助
** 通讯作者: 何丙辉(1966—), 男, 博士, 教授, 主要从事土壤侵蚀与小流域综合治理研究。E-mail: hebinghui@swu.edu.cn
黄欢(1990—), 女, 硕士, 主要从事城市水土保持研究。E-mail: huanghuanqjz@163.com
收稿日期: 2013−05−13 接受日期: 2013−09−05
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2013.30474
网格式生物埂对坡面土壤养分分布特征的影响*
黄 欢 何丙辉** 李建兴 秦 川 姚 云
(西南大学资源环境学院 三峡库区生态环境教育部重点实验室 重庆 400715)
摘 要 网格式生物埂作为将水土保持生物措施与工程措施相结合的一种新型护坡技术, 对土壤养分特征和
坡面分布规律有较大影响。本文采用野外调查和室内分析方法, 研究建设 1~4 年的黄花网格式生物埂对坡面
土壤养分分布特点和分布规律的影响。结果表明: (1)网格式生物埂对土壤有机质含量和 pH 有显著改善作用,
随着建设年限的增加, 土壤 pH 逐渐降低, 而土壤有机质含量逐渐增大; 在不同坡位之间有机质含量表现为:
坡上>坡中>坡下, 与对照裸坡呈相反规律; (2)随着网格式生物埂建设年限的增加, 土壤全氮呈现先降低后增
加的趋势, 且生物埂对于改善上坡位氮素含量效果较显著; 土壤碱解氮与全氮含量变化呈显著正相关, 且不
同建设年限间生物埂土壤碱解氮含量在坡上和坡下位置差异均较显著; (3)生物埂建设 1~3 年, 相同年限的生
物埂不同坡位的土壤全磷含量之间显著差异性规律不同, 但建设 4 年生物埂土壤全磷的坡面分布规律与对照
完全相反, 表现为坡下>坡中>坡上, 且不同坡位差异达极显著水平(P=0.000); 有效磷含量随生物埂建设年限
增加表现出一定的波动性, 变异系数达 31.37%, 但相比对照平均值提高 1.15~3.30倍, 而坡面分布随建设年限
没有明显的变化规律; (4)网格式生物埂土壤全钾含量相比对照提高 9.7%~28.2%, 但随着网格式生物埂建设年
限的增加, 土壤全钾含量呈降低趋势; 生物埂能显著增加土壤有效钾含量, 且达到一定建设年限, 坡面不同位
置土壤有效钾含量差异性显著增加。
关键词 网格式生物埂 护坡技术 土壤养分 坡面分布特征
中图分类号: S157.1 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2013)12-1491-09
Effect of net terrace biological bank on soil nutrients distributions along slope
HUANG Huan, HE Bing-Hui, LI Jian-Xing, QIN Chuan, YAO Yun
(College of Resources and Environment, Southwest University; Key Laboratory of the Three Gorges Reservoir Region
Eco-environments, Ministry of Education, Chongqing 400715, China)
Abstract As a new slope protection technique, net terrace biological bank combines biological measures with engineering
practices for soil/water conservation. They significantly influence soil nutrient contents and distribution patterns along slope.
The technique has made it possible to realize full uses of land resources and ensure maintenance of ecological and economic
benefits under insufficient supply of arable land resources against vast slope of varying lengths. To study soil nutrients distri-
butions in different slope positions and to provide theoretical basis to further promote net terrace biological bank and artificial
regulation of slope-protection economic vegetation, this article analyzed the impact of net terrace biological bank on soil nu-
trient distribution patterns on slope. It also determined the soil nutrients contents in net terrace biological bank with different
construction years using field investigation and indoor experimental methods. The results showed that: (1) net terrace biologi-
cal bank significantly changed soil pH and organic matter content. Also while soil pH decreased with increasing construction
years, organic matter content significantly increased. The distribution pattern of organic matter along slope changed signifi-
cantly, with that of the upper part > middle part > lower part of slope in all construction period. However, the trend of organic
matter content change under the control (bare slope) tracked the reverse pattern. (2) With the increasing construction years of
net terrace biological bank, total nitrogen content increased after an initial period of decrease. The improvement in nitrogen
1492 中国生态农业学报 2013 第 21卷


content in the upper part of slope was stronger than that in the middle and lower parts of slope. Alkali-hydrolysis nitrogen
content was significantly related to total nitrogen content. The differences among different construction years were more sig-
nificant in the upper and lower parts of slope. (3) In the first three construction years, differences were noted in the distribution
patterns of total phosphorus on different slope positions. In the fourth year of development, however, the distribution pattern of
total phosphorus along slope were in the reverse order to the control. The distribution pattern of total phosphorus along slope
followed the order of lower part > middle part > upper part, with significant (P=0.000) difference among different slope posi-
tions. Furthermore, soil available phosphorus exhibited some degree of volatility with construction years of net terrace bio-
logical bank. Although the coefficient of variation was reached 31.37%, the average content of available phosphorus increased
to 1.15−3.30 times compared with the control, where no obvious distribution patterns were noted on the slopes. (4) Compared
with the control, total potassium content increased by 9.7%−28.2%. With increasing construction years of net terrace biologi-
cal bank, however, total potassium decreased. Net terrace biological bank also improved soil available potassium content. The
differences in available potassium content in different slope positions were enhanced after an initial year of construction of net
terrace biological bank.
Key words Net terrace biological bank, Slope protection technique, Soil nutrient, Distribution pattern along slope
(Received May 13, 2013; accepted Sep. 5, 2013)
四川省丘陵地区的坡耕地总面积达到5.48×104 km2,
占耕地总面积的83.07%, 并且在土地紧缺的情况下,
坡耕地面积不断扩大, 坡改梯工程作为改善坡耕地
水土流失和区域生态的重要水土保持措施, 在国务
院长江上游水土流失重点防治工程启动后 [1], 开始
广泛实施并取得较好的治理效果。而在梯田的修筑
过程中, 为了维持梯田的稳定性和平衡工程量, 会
形成大量坡长不一的斜坡地埂。为了实现土地资源
的充分利用, 同时保障生态效益和经济效益的维持,
四川省遂宁市在坡改梯工程措施中, 采用活的植物
即经济作物黄花(Hemerocallis citrine Baroni)与土木
工程措施和非生命的植物材料相结合的网格式生物
埂护坡技术[2], 取代了过去的条石、卵石、水泥砖等
满砌护坡技术 [3], 并作为新型的坡耕地治理工程 ,
在射洪县金凤溪、太乙河、万林溪3条典型小流域推
广1.2×104 m2, 治理水土保持流失面积44 km2。
土壤养分是植物生长营养元素的重要来源, 也
是影响土壤质量和评价区域生态系统生产力的重要
因子[4]。坡地土壤质量退化及生产力下降是限制坡
地植被恢复的主要原因[5]。研究表明, 在不同种植模
式、植物篱技术及生物埂护坡等改良方式下, 坡面土
壤性质与侵蚀和养分流失状况会存在显著差异[6−8]。
国内外对土壤养分坡面分布特征的研究主要集中于
侵蚀过程、土壤肥力变化、农业面源污染及土壤养
分剖面淋溶规律等方面[9−13]。李建兴等[7]通过探讨不
同土地利用方式及生物埂对土壤渗透性的影响, 建
立了有关土壤入渗性能的主导因子方程; Zhang等[14]
发现梯田埂坎立地植物根系与土壤水分存在很大关
系。作为一种新型的工程与生物方式相结合的网格
状护坡措施对坡面土壤养分再分布的影响研究较
少。本文以四川省丘陵区网格式生物埂护坡为对象,
对不同建设年限的生物埂土壤养分进行研究, 指出
网格式生物埂对于坡面养分分布特征和分布规律的
影响, 探讨在网格式生物埂作用下, 土壤养分分布与
坡面位置的关系, 旨在为该地区网格式生物埂进一
步推广和护坡经济植被的人工调控提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况及网格式生物埂护坡的设计
本研究选取位于四川省射洪县柳树镇的金凤溪
小流域(北纬30°40~30°46, 东经105º20~105°28)作
为试验区。该区位于四川省丘陵中部, 涪江中游, 属
于四川丘陵典型的低山地区, 土壤类型为紫红色砂
页岩发育的紫色土 , 海拔 350~513 m, 流域面积
71.85 km2。小流域属亚热带湿润气候, 年平均气温
17.6 ℃, 多年平均降水量为954.3 mm, 无霜期284 d,
年均日照时数为1 292.4 h。
网格式生物梗的网格为六棱型预制网格, 正六
边形。从控制工程造价与施工等方面考虑, 外边长
34.6 cm, 宽10 cm, 厚8 cm, 相对外边距60 cm, 砼标
号为200#。安砌方法如下: 压顶采用C25砼, 规格宽
30 cm, 高10 cm; 埂高不超过1.8 m, 边坡根据埂高确
定为1∶(0.8~1.2); 基础如采用干砌条石宽为35 cm,
高为30 cm, 如采用浆砌卵石则宽为35 cm, 高为
25~30 cm(图1)。在六棱型网格中央填入松软表土,
在上面栽植黄花等经济植物[2]。
1.2 样品采集
为研究不同建设年限网格式生物埂的土壤养分
特征和坡面养分再分布规律, 在该流域全面勘查的
基础上, 以坡面长期裸露、土壤结构密实的裸坡为
对照, 分别选取种植1年、2年、3年、4年且具有典
型代表性生物埂作为研究对象(如表1), 各处理坡的
第 12期 黄 欢等: 网格式生物埂对坡面土壤养分分布特征的影响 1493



图 1 网格式生物梗的的六棱型风格预制设计图正视图(A)和侧视图(B)
Fig. 1 Front view (A) and side view (B) of prefabticated net terrace of biological bank
表 1 不同年限的网格式生物埂样地处理情况
Table 1 Situations of treatments plots of net terrace biological banks with different construction years
处理方式
Treatment
坡度
Gradient (°)
坡长
Slope length (m)
坡向
Slope aspect
盖度
Plant coverage (%)
T1 生物埂+种植 1年 Biological banks + planting for 1 year 45 4.8 阳坡
Sunny slope
14
T2 生物埂+种植 2年 Biological banks + planting for 2 years 46 5.2 阳坡
Sunny slope
40
T3 生物埂+种植 3年 Biological banks + planting for 3 years 47 4.6 阳坡
Sunny slope
65
T4 生物埂+种植 4年 Biological banks + planting for 4 years 44 4.5 阳坡
Sunny slope
82
CK 对照(裸坡) Control treatment (bare slope) 46 5.1 阳坡
Sunny slope
0
网格内种植的植物为黄花 In the net, Hemerocallis citrine Baroni was planted for different years.

土地利用方式均是小麦与玉米轮作。每种类型选取
3 块维持较好、形态较完整一致、人为耕作影响较
小的地埂坡面作为重复, 共 15块样地。首先根据实
际的地形特点将坡面划分坡上、坡中和坡下 3 个坡
面位置, 记录坡面的坡度、坡向和周边情况, 并在每
个坡面位置, 按照梅花形布点, 取0~20 cm 的表层土
壤, 5点所采土样混合约 1 kg, 共计 45个混合土样。
1.3 测定方法与数据分析
野外取回的土壤风干, 去除石砾、草根等杂物
后过筛备用。土壤养分测定方法如下: pH测定采用
电位法 , 土壤有机质测定采用重铬酸钾−硫酸加热
法, 全氮测定采用浓硫酸消化−半微量开氏法, 碱解
氮测定采用扩散吸收法, 全磷测定采用NaOH熔融−
钼锑抗比色法, 有效磷测定采用 NaHCO3-钼锑抗比
色法, 全钾测定采用 NaOH 熔融−火焰光度法, 速效
钾测定采用 NH4OAc-火焰光度法[15], 以上测定均为
3 个重复, 测定数据平均后代表单个样地试验均值,
3 块重复样地的测量数据综合反映不同年限不同坡
位的土壤养分特征。所有数据处理采用 SPSS 18.0
软件处理, Duncan 法进行方差分析, 试验图表利用
Excel 2010和 AutoCAD 2008软件进行绘制。
2 结果与分析
2.1 不同建设年限生物埂土壤 pH和有机质分布特征
图 2 表明, 随着生物埂建设年限的增加, 土壤
pH 总体呈逐渐降低趋势: T4(7.5)CK(8.1)< T1(8.1), 建设 4年的生物埂土壤 pH分别比
建设 1~3 年的生物埂下降 0.6、0.4、0.1。而不同坡
位间不同年限生物埂土壤 pH 表现出不同的差异 ,
坡上位置 pH为 T1显著高于 T2、T3、T4, 坡中和坡
下位置 T1与 T2无显著差异, 但显著高于 T3、T4。
而在整个坡面, T1与 CK差异不显著, 仅在坡中位置
T3 与 T4 存在差异。且相同年限不同坡面位置的生
物埂土壤 pH 差异基本不显著, 说明黄花网格式生
物埂对土壤 pH的坡面分布影响较小。
网格式生物埂对土壤有机质含量的影响明显
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图 2 不同建设年限生物埂土壤 pH及有机质含量的坡面分布
Fig. 2 Soil pH and organic matter content and their distribution alone slope in net terrace biological banks with different construc-
tion years
不同小写字母表示相同坡面位置不同年限差异达显著水平(P<0.05), 不同大写字母表示同一年限不同坡面位置差异达显著水平
(P<0.05), 下同。Different small letters indicate significant difference at 0.05 level among different construction years at the same slope
position. Different capital letters indicate significant difference at 0.05 level among different slope positions with same construction year. The
same below.

(图 2), 与对照裸坡(5.356 g·kg−1)相比, 不同年限网
格式生物埂能显著提高土壤有机质含量 1.57~4.06 倍,
平均大小依次为 T4(27.118 g·kg−1)>T3(21.188 g·kg−1)>
T2(15.735 g·kg−1)>T1(13.759 g·kg−1), 且在相同坡面位
置, 不同年限的网格式生物埂土壤有机质含量变化
显著(CV=20.92%~29.66%)(表 2)。CK土壤有机质含
量沿着坡面向下逐渐增大; T2、T3、T4不同建设年
限网格生物埂土壤有机质沿着坡面与 CK 各坡位呈
现相反趋势, 均表现出坡上>坡中>坡下, 且各坡位
间差异显著。表明网格式生物埂能显著提高土壤有
机质含量并改变有机质的坡面分布规律。
2.2 不同建设年限生物埂土壤氮素分布特征
土壤氮素是作物重要的营养元素, 大部分作物
生长所需的 90%氮素来自于土壤。由图 3 可知, 随
着网格式生物埂建设年限的延长, 土壤全氮含量表现
为 T4(1.107 g·kg−1)>T3(0.989 g·kg−1)>T2(0.947 g·kg−1)>
CK(0.712 g·kg−1)>T1(0.635 g·kg−1), 呈现出先降低后
增加的趋势; 且在坡上、坡中、坡下位置, 各建设年
限间的土壤全氮含量变异系数分别达到 22.19%、
18.09%、20.66%(表 2), 说明相同坡面位置不同建设
年限的生物埂土壤的全氮含量均存在显著差异。网
格式生物埂建设 1 年, 全氮坡面分布规律与对照呈
现出相反规律, 即坡上>坡中>坡下, 但显著性不明
显; 而在建设第 4 年, 坡上位置全氮含量显著高于
坡中、下位置, 表明六棱型网格生物埂护坡对土壤
氮素的影响与坡面位置存在较大关系, 对坡上位置
土壤氮素的改善作用较坡中、下位置更明显。
随着网格式生物埂建设年限的增加, 土壤碱解氮
表 2 不同建设年限的网格式生物埂不同坡面位置的土壤养分变化分析
Table 2 Changes of soil nutrients contents in different slope positions of net terrace biological banks with different construction years
坡上 Upper part of slope 坡中 Middle part of slope 坡下 Lower part of slope
土壤养分
Soil nutrient 均值
Mean
标准差
Standard
deviation
变异系数
Coefficient of
variation (%)
均值
Mean
标准差
Standard
deviation
变异系数
Coefficient of
variation (%)
均值
Mean
标准差
Standard
deviation
变异系数
Coefficient of
variation (%)
有机质
Organic matter (g·kg−1)
24.820 7.36 29.66 17.923 3.75 20.92 15.607 4.49 28.75
全氮
Total nitrogen (g·kg−1)
1.016 0.23 22.19 0.852 0.15 18.09 0.891 0.18 20.66
碱解氮
Alkali-hydrolysis nitrogen (mg·kg−1)
139.452 9.38 6.73 127.820 5.70 4.46 127.865 17.71 13.85
全磷
Total phosphorus (g·kg−1)
0.666 0.09 13.87 0.647 0.19 29.72 0.673 0.24 36.35
有效磷
Available phosphorus (mg·kg−1)
115.0 52.75 45.85 73.5 34.35 46.72 79.2 28.64 36.16
全钾
Total potassium (g·kg−1)
3.354 0.34 10.03 3.637 0.34 9.43 3.494 0.19 5.30
有效钾
Available potassium (mg·kg−1)
139.2 39.90 28.67 142.0 25.3 17.82 141.5 37.74 26.67
第 12期 黄 欢等: 网格式生物埂对坡面土壤养分分布特征的影响 1495


含量表现为: T4(141.144 mg·kg−1)>T3(134.905 mg·kg−1)>
T2(128.727 mg·kg−1)>CK(123.103 mg·kg−1)>T1(122.074
mg·kg−1)(图3), 与全氮含量变化呈正相关 , 且达到
显著水平F=0.012(相关系数0.954)。不同坡位各年
限间土壤碱解氮含量的变异系数表现为CV 坡 下
(13.85%)>CV坡上(6.73%)>CV坡中(4.46%)(表2), 表明在
坡上和坡下位置不同建设年限生物埂土壤碱解氮含
量的差异性较坡中位置更明显。其中CK的碱解氮含
量坡面分布规律与全氮一致(坡下>坡中>坡上), T1、
T2表现为坡上>坡中>坡下, T3、T4的坡上和坡下部
位碱解氮含量都显著高于坡中位置。
2.3 不同建设年限生物埂土壤磷素分布特征
由图 4 可知, 随建设年限的增加, 网格式生物
埂土壤全磷含量平均值为 T4(0.920 g·kg−1)>T1(0.613
g·kg−1)>T3(0.585 g·kg−1)>T2(0.531 g·kg−1), 表现为先
降低后增加的趋势, 且 1~3 年生物埂土壤全磷平均
含量比对照均下降, 降幅分别为 21.3%、31.8%、
24.9%, 而到第 4 年比对照提高 26.6%, 说明网格式
生物埂在一定年限后能显著提高坡面磷素含量。在
坡上位置, T1、T2、T4全磷含量显著高于 T3, 在坡
中位置 T1、T4 全磷含量显著高于 T2、T3, 在坡下
位置 T4、T3 全磷含量显著高于 T1、T2, 变异系数
表现为CV坡下 (36.35%)>CV坡中(29.72%)>CV坡上(13.87%)
(表2), 网格式生物埂对坡中下土壤全磷含量改变较
坡上明显。但与全氮坡面变化不同, 对照处理土壤全
磷平均含量为坡上(0.825 g·kg−1)>坡中(0.782 g·kg−1)>
坡下(0.728 g·kg−1), 说明在自然坡全磷的坡面水平
迁移不如氮素明显, 这可能是由于随着坡面位置的
下移, 土壤渗透性能因土壤结构的变化而提高, 磷
素的垂直入渗增加的原因。且种植前3年, 相同年限
不同坡面位置土壤全磷含量的显著差异性不同, T1
与T3的坡中、上位置的全磷含量与坡下位置存在显
著差异, 而种植第2年, 坡上位置全磷含量显著高于
坡中与坡下位置 , 但T4的全磷含量为坡上 (0.757
g·kg−1)<坡中(0.951 g·kg−1)<坡下(1.05 g·kg−1), 显著
改变了全磷的坡面自然分布规律。
网格式生物埂能显著增加坡面有效磷含量1.15~
3.30倍, 表现为T1(124.1 mg·kg−1)>T3(101.8 mg·kg−1)>T4
(83.5 mg·kg−1)>T2(47.6 mg·kg−1)>CK(28.9 mg·kg−1), 表
明有效磷平均含量随建设年限增加表现出一定的波动
性, 没有明显变化规律。而在坡面不同位置, 各建设
年限的生物埂土壤有效磷的变化都非常明显, 变异
系数表现为CV 坡 中 (46.72%)>CV 坡 上 (45.85%)>CV 坡 下
(36.16%)(表2)。

图 3 不同建设年限生物埂土壤全氮及碱解氮含量的坡面分布
Fig. 3 Soil total nitrogen and alkali-hydrolysis nitrogen contents and their distribution along slop in net terrace biological banks
with different construction years

图 4 不同建设年限生物埂土壤全磷及有效磷含量的坡面分布
Fig. 4 Soil total phosphorus and available phosphorus contents and their distribution along slope in net terrace biological banks
with different construction years
1496 中国生态农业学报 2013 第 21卷


2.4 不同建设年限生物埂土壤钾素分布特征
网格式生物埂土壤全钾含量比全氮、全磷高 ,
与对照相比, T1、T2、T3、T4 分别提高 28.17%、
13.29%、10.13%、9.72%, 且随着建设年限的增加,
全钾含量呈降低趋势。相同坡面位置不同建设年限
生物埂土壤全钾含量的变化, 在坡上位置, T1、T2
显著高于 T3、T4, 在坡中和坡下位置 T1 显著高于
T2、T3、T4, 且不同年限间, 坡上位置和坡中位置的
全钾含量变异系数为坡下位置的 1.89~1.78倍(表 2)。
但相同建设年限不同坡面位置全钾含量差异不大
(图 5)。
图 5 表明, 不同建设年限的生物埂能显著增加
土壤有效钾含量, 随着建设年限的增加, 平均含量表现
为T4(189.4 mg·kg−1)>T2(142.4 mg·kg−1)>T3(121.6 mg·kg−1)>
T1(110.1 mg·kg−1)>CK(102.8 mg·kg−1); 在坡面不同位置
各建设年限生物埂土壤有效钾含量存在显著差异 ,
变异系数达 17.82~28.67%(表 2)。相同年限不同位置
有效钾含量, CK、T1的坡中与坡下位置有效钾含量
差异不显著, 而 T2、T3、T4坡面土壤有效钾在整个
坡面都存在显著差异性, 说明当生物埂建设增加到
一定年限, 坡面不同位置土壤有效钾变化作用加强,
差异性显著增加。

图 5 不同建设年限生物埂土壤全钾及有效钾含量的坡面分布
Fig. 5 Soil total potassium and available potassium contents and their distribution along slope in net terrace biological banks with
different construction years
3 讨论
土壤有机质由处于不同腐解阶段和不同形态的
动、植物及微生物残体物质组成。通过增加有机质
源和减少土壤侵蚀, 网格式生物埂能显著提高土壤
有机质含量, 同时改变有机质含量的坡面分布规律,
并且随着建设年限的增加, 土壤有机质含量变化可
用方程: y=4.553x+8.068 (R 2=0.960, P<0.05)描述。蒲
玉琳等[16]研究发现, 在农作坡地上, 植物篱能改善>
0.25 mm 的土壤水稳性团聚体在下坡位相对富集和
上坡位相对贫乏的状况。与植物篱相似, 一方面生
物埂坡面的黄花根系不断下伸, 地下残留大量死亡
根系, 地表茎叶不断积累, 并在六棱型网格的拦截
作用下, 增加上坡覆盖率和有机质源, 使土壤熟化
程度提高 ; 另一方面黄花根系与六棱型网格镶嵌 ,
充当垄的作用分割坡面汇流, 使坡面的集水面积划
整为零, 同时可以拦截富含有机质的细小颗粒随着径
流向下移动, 减少地表径流异地冲刷和泥沙搬运[17],
阻断有机质向坡下迁移, 从而改变生物埂有机质的
坡面分布格局。土壤 pH与土壤有机质含量变化密切
相关。杨恒山等[18]研究表明, 土壤 pH在 0~40 cm土
层中, 随土壤深度的增加而增加, 而 40~50 cm土层
pH均由于有机质含量差异而存在下降趋势。本研究
中, 网格式生物埂土壤 pH 随着建设年限的增加有
降低的趋势 , 并与建设年限显著相关 , 其方程为
y=0.204x+8.326 (R2=0.976, P<0.05)。由此可见随着建
设年限的增加, 土壤有机质大量积累, 黄花根系产
生酸性分泌物如 CO2 及有机酸等, 同时根系腐烂以
及微生物活动会导致土壤酸化, 使网格式生物埂土
壤 pH降低[18]。但吕焕哲等[19]发现土壤 pH下坡位高
于上坡位, 随着土壤侵蚀和雨水径流, 由于土壤中
易溶性有机营养物质和细小黏粒向下坡位运移和堆
积, 各坡位之间的差异会降低。而在本研究中一方
面受土壤性质影响, 另一方面生物埂在网格作用下
坡面被分割成数段, 土壤 pH 的改变需要一定量以
上的有机质积累, 所以相同建设年限的生物埂不同
坡位土壤 pH差异性不大。
生物埂土壤氮素含量和坡面分布规律的改变也
与土壤有机质变化密切相关。徐小军等[20]发现不同
恢复类型的土壤中, 土壤氮素主要以有机质形态存
在 , 并且与样地土壤有机质存在高度正相关关系 ,
但网格式生物埂土壤全氮含量与对照相比, 呈现出
先降低后增加趋势, 主要是种植 1 年的黄花根系需
要从土壤中获取大量氮素维持生理生长, 但随着种
植年限的增加, 黄花茎、叶成熟且地上部分的枯落
物在坡面大量累积 , 同时死亡根系在土层中残留 ,
第 12期 黄 欢等: 网格式生物埂对坡面土壤养分分布特征的影响 1497


有利于增加全氮含量。而由于六棱型网格的物理阻
拦, 坡中上部土壤氮素的改善作用相对较显著, 从
生物埂建设第 2 年开始 , 坡上全氮含量显著提高,
主要由于生物护坡和工程网格阻断氮素向坡脚移动,
改变氮素的空间分布特征, 这与林超文等[21]对植物
篱改变坡耕地水土流失和土壤肥力的研究结果一
致。碱解氮是土壤中矿质态氮(以 NH4+-N为主)和易
被微生物分解矿化的简单有机态氮, 土壤全氮和有
机质含量以及有机质 C/N 是碱解氮含量的基本控制
因素[22], 同时根系分泌物所提供的良好养分供应通
过影响土壤微生物量而间接影响碱解氮含量[23], 且
土壤中全碳、全氮含量会影响土壤微生物的正常生
长和活性, 从而限制土壤微生物数量 [24], 故土壤碱
解氮随网格式生物埂建设年限增加而增大, 除了受
全氮和有机质含量增加影响, 主要是由于网格中植
被可以改变根系土壤环境, 植被根系和大量凋落物
能改善土层微环境, 增加微生物数量, 使土壤矿化
作用加强 , 有利于增加根系可直接利用的氮素含
量。并且网格式生物埂降低因水土流失造成植物可
利用氮素随土粒在坡下沉积的潜在趋势[25], 从而显
著改变自然坡面碱解氮分布。
土壤中的全磷大部分呈复杂无机矿物态, 其因
母质类型和来源、土壤发育程度、有机质含量、土
壤熟化程度而不同[26]。随着网格式生物埂建设年限
的增加, 网格中黄花根系种植到达一定年限后, 根
系土壤固持作用加强, 并与网格镶嵌, 提高拦截径
流泥沙的效果, 使得磷素在生物埂坡面累积并重新
分配, 差异性显著提高。而生物埂土壤有效磷含量
出现显著性年际变化, 且随建设年限表现出一定波
动性, 这主要是由于影响土壤有效磷含量的磷酸酶
活性与土壤 pH、有机质、全氮、有效氮、有效磷和
速效钾显著正相关 [27], 但随着种植年限的延长, 磷
酸酶活性受根系生物量、根系分泌能力以及土壤有
机质、磷素供应水平、土壤微生物和 pH的作用方向
和强度有所不同 [18,28−30], 故生物埂土壤不同形态的
磷之间转化非常复杂, 但与对照相比, 有效磷含量
显著增加, 其主要原因是随着坡面地表凋落物增加,
根系土层有机质含量提高, 增加微生物活性, 有利
于提高有机磷有效性, 但其变化机制需要进一步试
验证明。
土壤钾素受风化影响程度较大, 相比对照, 生
物埂全钾含量增加是由于钾主要以不溶态的形式随
泥沙迁移, 在流失泥沙中有一定富集现象, 并受坡
度影响[31], 而网格式生物埂有效改变了坡面空间分
布格局, 并与黄花镶嵌起到拦截泥沙的作用, 另一
方面通过网格减少径流坡长, 使泥沙在坡面不同部
位沉积, 改变坡面微地形, 减少钾素流失。土壤有效
钾水平反映了土壤的供钾能力, 生物埂土壤有效钾
显著增加 , 主要原因是由于土壤表层微环境改变 ,
土壤微生物增加, 促进土壤团粒形成大量土壤胶体,
吸附更多钾, 从而提高有效性钾含量, 这与章明清
等[32]的研究结果一致。同时由于土壤有效钾受土壤
类型、水热条件、有机质、植被根系等多种因素影
响, 网格式生物埂虽能显著改变坡面有效钾分布规
律, 但受建设年限影响而存在不同变化趋势。
4 结论
(1)网格式生物埂对土壤养分含量有较大影响, 能
改变坡面养分分布, 并且不同建设年限的生物埂对坡
面养分的影响程度在不同坡面位置存在较大不同。
(2)网格式生物埂可以降低土壤 pH, 这是由于
土壤所含酸性分泌物增加所致, 而相同年限不同坡
面位置的生物埂土壤 pH 差异不显著; 网格式生物
埂可以显著提高坡面有机质含量, 表现出随生物埂
建设年限增加逐渐增加的趋势, 且显著改变坡面有
机质分布规律, 表现为坡上>坡中>坡下, 与对照裸
坡呈相反规律。
(3)土壤氮素含量受有机质含量影响较大, 随着
网格式生物埂建设年限的增加, 土壤全氮呈现先降
低后增加的趋势, 且对于改善上坡位氮素含量效果
较显著; 生物埂土壤碱解氮变化趋势与全氮呈正相
关, 且在坡上和坡下位置碱解氮含量的差异性较坡
中位置更明显。
(4)随着建设年限的增加, 网格式生物埂土壤全
磷含量表现为先降低后增加的趋势; 土壤有效磷含
量随建设年限增加表现一定波动性, 但相比对照显
著提高 1.15~3.30倍, 但坡面分布随建设年限没有明
显的变化规律。
(5)网格式生物埂土壤全钾含量明显高于氮、磷,
但受土壤类型影响, 相同建设年限不同坡面位置全
钾含量差异不大; 生物埂能显著增加土壤有效钾含
量, 且达到一定建设年限, 坡面不同位置土壤有效
钾含量差异性显著增加。
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