隨著經濟的發展、產業結構和農業生產經營方式的改變,水土流失的方式、強度和類型都在發生變化,這些新的水土流失特征,給水土保持研究帶來了新的挑戰,其中經濟林地水土流失就是這一新形勢下的典型。部分經濟林地由于缺乏有效的水土保持措施,林下侵蝕導致林地土壤理化性質變差,惡劣的土壤環境影響了經濟林的發展,從而形成惡性循環。
有研究表明山核桃( Carya cathayensis) 林地土壤流失量為1 280 t/km2,有機質流失量為691 kg/km2,而通過林下種植紫穗槐( Amorpha fruticosa Linn. ) 和黑麥草( Lolium perenne L. ) 后,土壤流失量減少了80% ,有機質流失量不足對照的 50% .橘( Citrus re-ticulata Blanco) 園清耕地土壤流失量可超過 4 000 t /km2,而實施草帶治理措施后,基本不發生土壤流失,并且土壤理化性質得到較好的改善.研究指出,水平梯田壁裸露的果園土壤理化性質趨于惡化,而梯田裸露壁植草后土壤理化性質明顯得到改善。在紅壤坡地上,橫坡耕作措施雖然有明顯的水土保持作用,但土壤流失量仍然超過南方紅壤區的容許土壤流失量; 因此,要從根本上控制水土流失,還需要與其他措施配合.例如橘園梯壁植草梯田的保土效益比梯壁裸露梯田高 30. 1%,緩坡梯田板栗( Castanea Mollissima) 林地實施林下套種、連種經濟作物和梯邊生物地埂措施都具有明顯的攔沙效益,桃樹( Amygdalus persica L. ) 林設置野生牧草金蕎麥( Fagopyrum dibotrys ( D. Don) Hara) 植物籬可減少林地土壤流失量 92. 06%.張緯玲等研究得出在梯田臍橙( Citrus aurantium L. ) 經濟林的上、中、下坡位套種百喜草( Paspalum notatumFlugge) 植物籬,其攔沙效益分別為 51% ,55% 和36% ,并對土壤密度、土壤肥力具有明顯的改善作用; 王昭艷等也認為果園草本間作具有顯著的圖 1 坡面采樣點分布Fig. 1 Distribution of topsoil-sampling points on slope攔沙和改善土壤的作用。學者們主要從經濟林林下草本植被恢復措施的水土保持效益和改善土壤特性的作用方面進行了探討,而對水土保持截水工程措施對經濟林地土壤特性的影響研究相對較少。筆者選擇浙江省安吉縣板栗林地為研究對象,通過采集坡面表層土壤樣品,對比分析有無水土保持截水工程措施板栗林土壤特性的差異,旨在弄清水土保持截水工程措施的生態環境效益,為本區域水土流失綜合治理措施布設規劃提供實踐依據。
1 試驗區概況
試驗區位于浙江省湖州市安吉縣( E 119°41',N30°38‘) ,屬于亞熱帶海洋性季風氣候區,光照充足、氣候溫和、四季分明、雨量充沛,年平均降雨量 1 480mm,全年降雨主要集中在 3-9 月,約占全年降雨量的 75%; 年均氣溫 16. 6 ℃; 土壤以花崗巖母質發育的紅壤為主; 林木覆蓋面積達 71%,境內經濟林面積分布較廣,其中板栗林是該區主要經濟林樹種之一。本研究選擇境內約 20 多年生板栗林作為研究對象,在林地設置水土保持截水工程措施和無水土保持措施進行對比分析,其中有水土保持截水工程措施板栗林位于安吉縣繅舍村,坡面坡向為 ES28°,坡長 45. 2 m,坡面不等距設置兩道橫向土質截水溝,把坡面分成 3 個區域,溝內有自然生長的荒草,其中第 1 道截水溝距坡頂約 23 m,第 2 道截水溝距坡頂約 40 m,截水溝攔截坡面水流后流入縱向排水溝,最后匯入天然溝道。無水土保持措施板栗林位于杭垓鎮九畝垅,坡面坡向 ES20°,坡長 48. 0 m,板栗株行距約 6 m ×4 m.
2 研究方法
2. 1 取樣方法
根據坡面自然坡度,并按坡度相近原則,從坡頂向坡腳采集土壤表層土樣,表層土樣為 25 cm 深度內分 3 層采集的混合樣,其中有水土保持截水溝措施板栗林共采集 8 個表層土壤,無水土保持措施板栗林共采集 10 個土壤。采樣點在坡面上的位置分布見圖 1( 圖中圓點表示取樣點) .【圖1】
2. 2 指標測定方法
將野外采集的土壤樣品帶回實驗室分析土樣的有機質、速效鉀、堿解氮、有效磷以及土壤顆粒組成,每個土壤樣品重復測定 3 次,取平均值進行分析。其中: 土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定; 速效鉀采用 NH4OAC 浸提,火焰光度法測定; 堿解氮采用堿解擴散法測定; 有效磷采用 0. 05 mol/LHCl-0. 025 mol / L ( 1 /2H2SO4) 鉬銻抗比色法測定。土壤顆粒組成采用比重計測定,根據國標測定了砂粒( 1 ~ 0. 05 mm) 、粉粒( 0. 05 ~ 0. 002 mm) 和黏粒( <0. 002 mm) 的質量分數。
3 結果與分析
3. 1 有無坡面截水措施對土壤養分的影響
2 種典型板栗林土壤表層平均養分質量分數見表 1.根據南方紅壤區土壤養分貧瘠化的劃分標準,2 種林地土壤有機質均屬肥沃,氮、鉀屬于中度貧瘠,而磷屬于嚴重貧瘠。板栗林實施坡面截水措施后,除堿解氮質量分數比無截水溝林地高6. 61% 外,土壤有機質、速效鉀和有效磷質量分數分別比無截水溝林地低 5. 88%、6. 68% 和 33. 54%.可見坡面截水溝措施對林地土壤表層養分質量分數沒有明顯的改善作用。大量研究表明坡面截水溝措施有較好的攔截泥沙的作用,但從改善土壤結構和提高土壤養分角度評價時,工程措施的效益明顯小于植物措施以及工程植物結合措施.一方面截水溝只是攔截了坡面流失的徑流泥沙,并將流失泥沙匯集在溝道內,但不能防止雨滴濺蝕和溝道間坡面的養分流失,因此有截水溝措施的林地溝道間坡面表層土壤養分與無措施林地沒有較大差異;另一方面可能由于截水溝設置距離不在有效減緩徑流距離內,導致溝間坡面土壤侵蝕嚴重??梢?,要改善林地土壤肥力不能單靠截水溝措施?!颈?】
圖 2 反映了表層土壤養分在坡面上的變化趨勢。有措施板栗林地土壤有機質、速效鉀和堿解氮質量分數隨坡面位置的變化波動相對較??; 其中土壤有機質質量分數呈階梯狀下降,而有效磷質量分數下降明顯,從坡頂的 2. 14 mg/kg 下降到坡腳的0. 70 mg / kg,坡頂是坡腳的 3 倍。在坡面 26. 8 m處,有機質、速效鉀和有效磷質量分數都出現較小值,而該處正好也是坡度發生較大變化之處,由于坡度陡增 7°,徑流沖刷較為劇烈,肥沃的土壤幾乎侵蝕殆盡。
無措施板栗林地土壤養分沿坡面變化較為復雜( 圖 2) .土壤有機質與堿解氮質量分數整體上呈現階狀下降的趨勢,速效鉀質量分數呈微弱的上升趨勢,而有效磷質量分數在 23 ~ 35 m 段( 中坡段) 高于上坡段和下坡段。在坡面 10 ~18 m 段坡度較大,土壤養分質量分數相對較低; 從 18 m 段之后,坡度逐漸變緩 4°,土壤養分質量分數相對較高,可見在坡度發生較大改變的區段也是土壤養分質量分數變化明顯的區段,坡面坡度的增加,使得土壤養分質量分數下降。根據調查,管理者為了提高板栗雌花量,采樣前期板栗林地施用了磷肥,而在坡面 33 m 處的采樣點位于撒施磷肥附近,因此導致了土壤有效磷質量分數的突增?!緢D2】
對比有無措施板栗林土壤養分變化可知: 0 ~20m 坡段( 上坡段) 無措施坡面土壤有機質質量分數高于有措施坡面,有效磷質量分數則相反,而速效鉀和堿解氮質量分數呈交替變化; 在坡長大于 30 m段,有無措施坡面土壤有機質和堿解氮質量分數都下降明顯。
3. 2 有無坡面截水措施對土壤顆粒組成的影響
從土壤顆粒組成方面來看( 表 2) ,有截水溝措施板栗林和無措施板栗林土壤顆粒組成均以粉粒質量分數最高,其次為砂粒,黏粒最低。有措施板栗林平均砂粒質量分數比無措施板栗林高 10. 57%,而粉粒和黏粒質量分數比無措施板栗林低 8. 75% 和1. 82% .可見有措施板栗林土壤粗化更加嚴重,可能的原因在于截水溝距離較遠,溝間坡面徑流沖刷仍較為嚴重,侵蝕的細顆粒土壤被沉積于截水溝內,溝間坡面上留下的是較粗的土壤顆粒。而無措施板栗林,細土顆粒既有被徑流帶走的過程也有重新沉積于坡面的過程,因此粗化程度相對弱于有截水溝板栗林?!颈?】
從圖 3 可以看出,有措施板栗林坡面不同部位土壤顆粒組成主要以砂粒和粉粒為主,并且砂粒、粉粒和黏粒質量分數在坡面不同部位較為一致,表明截水溝的設置,使坡面不同位置土壤顆粒組成相對穩定。對于無措施板栗林( 圖 3) ,坡面不同部位土壤顆粒組成主要以粉粒為主,但在坡度發生變化的區段,土壤顆粒組成也發生較明顯的變化。坡面 0 ~15 m 區段,砂粒、粉粒和黏粒質量分數較為穩定;15 ~ 23 m 段是坡度發生較大改變的區段( 坡度逐漸增加) ,土壤顆粒各組分質量分數變化也大,其中砂粒質量分數增加,粉粒和黏粒質量分數相對減少; 而坡面 23 ~48 m 區段,坡度變緩并且均勻,粉粒和黏粒質量分數呈增加的趨勢,砂粒質量分數呈減少趨勢,這可能是由于侵蝕土壤細顆粒的沉積作用導致?!緢D3】
對于無措施板栗林( 圖 3) ,坡面不同部位土壤顆粒組成主要以粉粒為主,但在坡度發生變化的區段,土壤顆粒組成也發生較明顯的變化。坡面 0 ~15 m 區段,砂粒、粉粒和黏粒質量分數較為穩定;15 ~ 23 m 段是坡度發生較大改變的區段( 坡度逐漸增加) ,土壤顆粒各組分質量分數變化也大,其中砂粒質量分數增加,粉粒和黏粒質量分數相對減少; 而坡面 23 ~48 m 區段,坡度變緩并且均勻,粉粒和黏粒質量分數呈增加的趨勢,砂粒質量分數呈減少趨勢,這可能是由于侵蝕土壤細顆粒的沉積作用導致。