黄土高原坡耕地土壤侵蚀对土壤质量的影响

Abstract

土壤侵蚀是全球主要环境问题之一，严重的土壤侵蚀导致坡耕地水土资源流失和土地生产力下降。研究土壤侵蚀对土壤质量的影响，识别土壤质量响应侵蚀的敏感指标，对于区域土壤质量保育及科学评估土壤侵蚀的环境效应有重要意义。因此，本文通过野外调查采样及分析测定，利用相关分析、主成份分析等方法，定量研究了黄土高原坡耕地土壤侵蚀（次降雨侵蚀、年降雨侵蚀（沟蚀为例）和多年降雨侵蚀三个时间尺度）对土壤质量的影响，筛选出侵蚀土壤质量关键指标并探索了不同土壤质量水平对侵蚀的响应特征。主要结论如下： 1）黄土高原土壤性质对不同时间尺度的降雨侵蚀（次降雨侵蚀、年降雨侵蚀和多年降雨侵蚀）的响应有明显差异。次降雨条件下，土壤物理性质变化明显，速效养分变化大于全量养分，土壤pH 变化不显著；年降雨侵蚀条件下，沟蚀作用会导致土壤硬化，酸碱度增加。而土壤团聚体与养分含量（除全磷）随着沟蚀深度变化表现出明显的层次性，近似呈 &ldquo;W&rdquo; 型变化规律；长期降雨侵蚀下土壤质量没有显著变化，土壤质量单因子及土壤质量指数变异较小。在土壤养分指标中，速效养分变异大于全量养分的规律。速效养分变异大小顺序依次是：速效磷 &gt; 有效氮 &gt; 速效钾。土壤全量养分变异大小的顺序依次是：全氮 &gt; 全磷。土壤有机质变异较小，而土壤pH变异最小。 2）侵蚀土壤理化性质之间具有一定的相关关系。次降雨侵蚀条件下，在低质量土壤和高质量土壤上，土壤有机质与土壤粘粒含量、土壤团聚体平均质量直径、速效钾、团聚体含量均体现出较好的相关性（r &gt;0.65），而与土壤容重、土壤pH呈极弱的相关关系；年降雨侵蚀后，土壤有机质与土壤比表面积、小粒级团聚体（0.5～0.25 mm）含量、土壤粘粒含量均达到显著的正相关关系。与粒级1～0.5 mm团聚体含量有较好的正相关关系但没有达到显著水平；多年降雨侵蚀后，土壤有机质与土壤全氮呈极显著正相关。与土壤有效氮和土壤质量指数显著相关。其次，土壤速效磷与土壤有机质、全氮和有效氮均有着较高的相关性（r2 &gt;0.6）。土壤全氮、土壤有效氮与土壤质量指数的相关性也较好3）土壤细颗粒流失是造成结构退化和养分下降的主要原因。年降雨侵蚀条件下，沟蚀深度对土壤质量的影响可以用幂函数y = 0.8668x - 0.142（R2 = 0.877， y &mdash; 土壤质量指数， x &mdash; 沟蚀深度）较好地拟合。以沟间土壤为对照，随着沟蚀深度的增加，微度侵蚀（&lt;5 cm）、中度侵蚀（5～30 cm）和重度侵蚀（30～50 cm）的土壤质量较沟间土壤分别降低了10.6%、27.9%和36.5%。沟蚀深度5 cm和30 cm是土壤质量显著下降的两个关键点。 4）不同时间尺度表征侵蚀土壤质量的关键指标有较大差异。土壤有机质和土壤粘粒含量能够反映次降雨侵蚀对土壤质量的影响。年降雨侵蚀条件下，土壤有机质、水稳性团聚体、土壤比表面积和容重4项指标能够很好地反映16项综合评价指标的信息，可作为坡耕地沟蚀土壤质量的表征指标。多年降雨侵蚀条件下，土壤有机质、速效磷和有效氮与侵蚀土壤质量有较好的相关性，是表征坡耕地多年侵蚀土壤质量的关键指标。 5）不同土壤质量水平下土壤性质对土壤侵蚀的响应不同。次降雨侵蚀条件下，在低质量土壤上，侵蚀对土壤质量无显著影响，而在土壤质量较高时，侵蚀能使得土壤质量显著下降。在相同降雨侵蚀强度下，高质量土壤上退化明显。年降雨侵蚀条件下，在侵蚀程度较弱时（0～10 cm），土壤质量水平越高，土壤有机质流失量越大，土壤退化越严重。当侵蚀程度加强时（10～30 cm），土壤有机质的流失由大到小依次是：中等质量土壤（5&le;SOM&lt;10 g/kg） &gt; 低质量土壤（SOM&lt; 5 g/kg）&gt; 高质量土壤（10 g/kg&le;SOM）。当侵蚀程度继续增加时（30～50 cm），土壤有机质的流失在三种土壤质量水平下表现出较为稳定的趋势。 关键词：坡耕地；土壤侵蚀；土壤质量；时间尺度；黄土高原</p