崩岗侵蚀对土壤速效养分质量分数及化学计量比的影响

姜超,陈志彪†,陈志强,区晓琳,任天婧,赵纪涛

(1.福建师范大学地理科学学院,350007,福州;2.湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地,福州,350007; 3.福建师范大学地理研究所,350007,福州)

崩岗侵蚀对土壤速效养分质量分数及化学计量比的影响

姜超1,2,3,陈志彪1,2,3†,陈志强1,2,3,区晓琳1,任天婧1,赵纪涛1

(1.福建师范大学地理科学学院,350007,福州;2.湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地,福州,350007; 3.福建师范大学地理研究所,350007,福州)

为揭示崩岗侵蚀对土壤速效养分及化学计量比的影响,选取福建省长汀县黄泥坑崩岗群微度、中度和强度崩岗3处为研究对象,测定和分析了0～30 cm土层集水坡面、崩壁、崩积体以及沟道部位的土壤基本物理性质、速效养分及化学计量特征。结果表明:1)随着侵蚀强度的增加,硝态氮和速效磷质量分数表现为强度＞中度＞微度,中度侵蚀崩岗铵态氮质量分数最低,速效钾质量分数最高;从水平方向上,各速效养分质量分数表现为速效钾(AK)＞铵态氮＞硝态氮＞速效磷(AP);垂直方向上,各速效养分质量分数大致随着土层深度而降低,但同一侵蚀强度内各质量分数差异较小。2)土壤速效氮为铵态氮与硝态氮的总和(AN),AN/AP比表现为微度＞强度＞中度,微度与中度差异显著(P＜0.05);AK/AN比为中度＞微度＞强度,中度与强度差异显著(P＜0.05);AK/AP比为微度＞中度＞强度,微度与中度差异显著(P＜0.05)。3)从集水坡面、崩壁、崩积体至沟道,3种类型崩岗的铵态氮和硝态氮平均值都呈降低的趋势,速效磷逐渐升高,速效钾在崩积体处最低,其他3个部位变化不大;土壤AN/AP、AK/AP比呈降低的趋势,AK/AN比在沟道处最高。4)速效养分化学计量比与砂粒、粉粒、pH和有机质皆密切相关,黏粒、容重和含水率对其影响相对较小。

崩岗侵蚀;速效养分;化学计量比;土壤;部位;质量分数

崩岗是南方红壤区岩(土)体及其风化壳在水力—重力交替作用下,遭受剥蚀、崩塌和堆积而形成的一类侵蚀类型,一般分成集水坡面(位于崩岗壁后缘的汇水坡面)、崩壁(发生崩塌的部位)、崩积体(上方松散物质垮塌形成)、沟道和冲(洪)积扇(主沟末端)等侵蚀部位,崩岗侵蚀造成地力衰退、水域淤积,被称为该地区的“生态溃疡”[1-2]。崩岗是我国特有的侵蚀地貌,与集中分布于地中海地区劣地(badland)在地貌形态、发生机制等存在相似之处[3-4]。全国崩岗分布约24万处,其中,福建省6 714处,侵蚀面积2 631 hm2,崩岗密度0.06个/km2,主要集中于安溪、上杭、永春、长汀、宁化、连城及诏安7县[5-6]。目前,关于崩岗研究以揭示其侵蚀机理为主,并已成为土壤侵蚀领域的重要研究方向,且备受关注[7-8]。邓羽松等[9-10]分析了洪积扇土壤理化特征,蒋芳市等[11-12]对崩积体侵蚀过程开展了一系列工作。上述研究多集中于崩壁、崩积体及洪积扇等崩岗子系统,且以揭露其物理特性较多。

土壤速效养分是供给植物所易吸收的有效营养成分,其质量分数的高低反映土壤肥力状况,其中,速效氮是铵态氮与硝态氮的总和(AN),其与速效磷

(AP)和速效钾(AK)是植物生长发育所必需的3大基本元素的直接来源,对土壤质量评价及生态恢复具有指示意义[13-14]。关于土壤速效养分的研究多集中于时空变异及尺度效应[13,15-16]和外物添加对其质量分数的影响[17-18],另有一些学者开始探讨不同土地管理方式下速效养分的流失规律[19-20];但上述研究大多数集中于干旱、半干旱农地土壤,且作为土壤养分综合指标的一部分(速效态),而南方红壤崩岗侵蚀区土壤速效养分质量分数及化学计量比还尚无报道。目前有关土壤化学计量比的研究,以全量养分较多,且研究区多集中于不同类型湿地[21-22]、西北干旱区[23-24]及森林[25-26]土壤,而缺乏在亚热带红壤崩岗区等土壤侵蚀极其严重区域的基础数据。定量分析不同侵蚀强度下崩岗速效养分质量分数及其化学计量比在各土层与部位空间分异规律,对揭示崩岗区养分状况及治理措施的筛选具有指导意义。

1 研究区概况

研究区位于福建省长汀县濯田镇西南约20 km,205省道西侧约1 km处,地理坐标E116°16＇52″,N25°31＇50″。区内属中亚热带季风性湿润气候,年均气温18.5℃,年均降雨量1 710mm,年均相对湿度80%,年均日照时间1 754 h,年均蒸发量1 403mm。黄泥坑崩岗群海拔介于281～359m,共有崩岗34处,侵蚀面积约3万7 500m2,其中,主沟长度200.3m,宽度4.87～12.10m。地貌以低山缓丘为主,在长期温热湿润条件下,形成厚度超过60m的红色风化壳,发育为抗蚀性极低的酸性侵蚀性红壤。原生植被破坏后,土壤遭受剧烈崩岗侵蚀作用,大量坡面表土被冲刷和堆积于沟道系统内,沿途于流路集中处发生崩塌,形成沟壑丛生的侵蚀地貌。

2 研究方法

2.1样地布设

根据典型性和代表性的原则,于2014年7—8月,在黄泥坑崩岗群内,选择处于不同侵蚀强度,且海拔、坡度和坡向等地形条件相似的3条毗邻崩岗,各崩岗侵蚀强度的判别参考崩岗区及其周边未发生崩岗侵蚀区域的主要生境特征[27]。

强度侵蚀崩岗:集水坡面海拔359m,坡度18°,坡向南偏西18°,崩壁高度9.43m,宽度3.55～5.09 m,主沟长度13.83m,宽度2.20～4.50m,侵蚀面积520m2,侵蚀模数6 000～6 500 t/(km2·a)。表层岩土近赤褐色,白色粗粒石英颗粒随处可见,形成高约1 cm的微土柱,约2mm物理结皮覆盖,植被覆盖度仅为2%。

中度侵蚀崩岗:位于强度侵蚀崩岗西侧约5 m处,集水坡面海拔324 m,坡度3°,坡向南偏西19°,崩壁高度11.80 m,宽度4.62～6.02 m,主沟长度15.10m,宽度1.83～4.45m,侵蚀面积686m2,侵蚀模数4 500～5 000 t/(km2·a)。深红色新土裸露,质地疏松,约5 mm物理结皮覆盖。植被有马尾松幼树(Pinusmassoniana)、岗松(Baeckea frutescens)、五节芒(Miscanthus floridulus)、芒萁(Dicranopteris dichotoma),株高0.03～1.85m,冠幅0.01～1.36m2,植被总覆盖度约20%。

微度侵蚀崩岗:位于中度侵蚀崩岗西南方向约10m处,集水坡面海拔318m,坡度15°,坡向南偏东26°,崩壁高度6.30 m,宽度2.70～3.42 m,主沟长度16.48m,宽度0.71～1.54m,侵蚀面积96m2,侵蚀模数＜500 t/(km2·a)。植物群落主要有乔木马尾松、毛冬青(Ilex pubescens)、石斑木(Rhaphiolepis indica)、黄瑞木(Adinandra millettii)等灌丛及芒萁、五节芒等草本植物,乔木株高、胸径和冠幅平均值分别为6.38m,8.26 cm和9.31m2;灌木平均株高、地径和冠幅3.20 m,4.03 cm和2.39 m2;草本植物平均株高1.42m,总覆盖度95%,无表土出露。

2.2样品采集与测定

采样方案见表1,每一崩岗于集水坡面、崩壁、崩积体和沟道等侵蚀部位分别挖取土壤剖面,0～10,10～20和20～30 cm分层采样;各崩岗共7个采样点,每样点内各层5点的混合共采集样品约189份。重复土样混合均匀后,立即取约1 kg,装入聚乙烯自封袋内,分别贴上标签,暂时放置于保温箱保存。另外,用环刀-铝盒采集各样点原状土1份。

土样迅速带回实验室后,剔除植物根系、石砾、残体等杂物,用四分法混合均匀后研磨,过2 mm筛,用于铵态氮和硝态氮的测定。其余土样待自然风干后,1份过2mm筛,用于样品颗粒组成、pH值、速效磷及速效钾的测定,另1份过0.149mm筛,用于有机质测定。土壤密度采用环刀法;土壤含水量采用铝盒烘干法;土壤颗粒组成采用德国SEDIMAT4-12粒径分析系统,粒径划分标准采用美国制;土壤pH值以水土质量比2.5∶1,采用STARTER 300便携式酸度计测定;土壤速效氮采用2mol/L KCl浸提,连续流动分析仪(Skalar san++,荷兰)测定;速效磷采用乙酸—硝酸铵混合液浸提,连续流动分析仪测定;速效钾采用HF 2mL+HClO41mL消煮,火焰光度仪测定;有机质采用重铬酸钾-外加热法测定。

表1　每一崩岗采样说明Tab.1 Sampling explanations of each collapsemound

各崩岗土壤基本理化性质见表2。

表2　崩岗土壤基本理化性质Tab.2 Soil basic physical-chemical properties of collapsemounds

2.3数据处理

AN/AP/AK为元素摩尔比,速效氮为铵态氮与硝态氮总和。采用SPSS 16.0进行数据统计分析,用单因子方差分析(One-way ANOVA),对不同侵蚀强度崩岗土壤NH4+-N、NO3--N、AP、AK、AN/ AP、AK/AN和AK/AP比进行差异性检验,采用Pearson相关分析土壤AN/AP、AK/AN和AK/AP比与土壤因子的相关性。绘图由Origin 9.0完成。

3 结果与分析

3.1不同侵蚀强度崩岗速效养分的质量分数

由表3得知,随着侵蚀强度的增加,土壤速效养分质量分数总体上呈升高的趋势,其中,硝态氮和速效磷质量分数表现为:强度(均值分别为1.31和0.66mg/kg)＞中度(0.95和0.60 mg/kg)＞微度(0.88和0.33mg/kg),强度侵蚀崩岗铵态氮质量分数最高(10.14mg/kg),速效钾在中度侵蚀崩岗质量分数最高,均值为31.86mg/kg。从水平方向上,崩岗土壤速效养分质量分数存在差异,其中,速效磷质量分数最小,速效钾质量分数最大,铵态氮质量分数明显高于硝态氮;从垂直方向上,各速效养分质量分数大致随着土层深度而降低,在同一侵蚀强度下,其质量分数差异较小,除强度侵蚀崩岗铵态氮和硝态氮差异显著(P＜0.05),其余均未达到显著水平(P＞0.05)。

表3　不同侵蚀强度崩岗土壤速效养分质量分数Tab.3 Content of soil available nutrients in collapsemounds with different erosion intensity mg/kg

3.2不同侵蚀部位崩岗土壤速效养分的质量分数

如图1所示,不同侵蚀强度下铵态氮表现为崩壁＞集水坡面＞崩积体＞沟道,平均值分别为9.51,8.15,6.50和4.40 mg/kg;相比于集水坡面,崩壁增加16.70%,崩积体减少20.21%,沟道减少46.03%;3种不同侵蚀强度的铵态氮质量分数,在集水坡面和沟道差异显著(P＜0.05);在崩壁及崩积体,中度侵蚀崩岗与微度及强度侵蚀崩岗差异显著(P＜0.05)。硝态氮质量分数在集水坡面最低,平均值为0.59 mg/kg,其次为沟道,平均值为0.77 mg/kg,崩壁平均质量分数为1.18 mg/kg,最高为崩积体,平均值为1.19mg/kg;相比于集水坡面、沟道、崩壁及崩积体,分别增加了29.31%,100.27%和100.70%;各侵蚀强度下崩岗硝态氮质量分数,在崩积体和沟道差异性达到显著水平(P＜0.05);在崩壁处,中度侵蚀崩岗与微度及强度侵蚀崩岗差异性达到显著水平(P＜0.05);集水坡面处微度侵蚀崩岗与中度及强度侵蚀崩岗差异性达到显著水平(P＜0.05)。速效磷质量分数自集水坡面、崩壁、崩积体至沟道逐渐升高,相比于集水坡面、崩壁、崩积体和沟道分别增加12.14%,15.38%和81.68%;不同侵蚀强度崩岗速效磷质量分数,在集水坡面、崩积体和沟道差异性均达到显著水平(P＜0.05);在崩壁处,微度侵蚀崩岗与中度及强度侵蚀崩岗差异性达到显著水平(P＜0.05)。速效钾质量分数在集水坡面、崩壁、崩积体和沟道平均值分别为33.77, 26.27,16.58和28.90 mg/kg;相对于集水坡面,沟道速效钾质量分数减少14.42%,崩壁减少22.19%,崩积体减少50.91%。中度侵蚀崩岗速效钾质量分数最高,微度侵蚀崩岗速效钾质量分数最低。

图1　不同侵蚀部位崩岗土壤速效养分质量分数Fig.1 Content of soil available nutrients in collapsemoundswith different erosion position

3.3不同侵蚀强度崩岗土壤速效养分的化学计量比

如表4所示,微度侵蚀崩岗土壤的AK/AP比最大(均值74.47),其次为AN/AP比(67.06),AK/ AN比最小(1.22);AN/AP比和AK/AN比随土层加深增加而逐渐增加,AK/AP比在10～20 cm最低,20～30 cm最高。中度侵蚀崩岗为AK/AP比、AN/AP比和AK/AN比平均值分别为45.06,29.90和2.07;随着土层深度的增加,AN/AP比先降低后略有上升,AK/AN比先升高后有所下降,AK/AP比保持相对稳定。强度侵蚀崩岗,AN/AP比最大(均值42.02),其次为AK/AP比(均值31.67),AK/AN比最小(均值0.87);AN/AP比和AK/AP比随土层深度的增加呈降低的趋势,AK/AN比呈升高的趋势。不同侵蚀强度崩岗,AN/AP比表现为微度＞强度＞中度,微度侵蚀崩岗与中度及强度侵蚀崩岗差异显著(P＜0.05);AK/AN比为中度＞微度＞强度,中度侵蚀崩岗与微度及强度侵蚀崩岗差异显著(P＜0.05);AK/AP比为微度＞中度＞强度,微度侵蚀与中度及强度侵蚀崩岗差异显著(P＜0.05)。

表4　不同崩岗强度土壤速效养分化学计量特征Tab.4 Stoichiometry characteristics of soil available nutrients in collapsemounds with different erosion intensity

3.4不同侵蚀部位崩岗土壤速效养分的化学计量比

图2　不同侵蚀部位崩岗土壤速效养分化学计量特征Fig.2 Stoichiometry characteristics of soil available nutrients in collapsemounds in different erosion position

崩岗4个部位速效养分化学计量比变化特征如图2所示。不同侵蚀强度下,AN/AP比从集水坡面、崩壁、崩积体至沟道逐渐降低,平均值分别为63.55,52.90,41.94和17.18;相对于集水坡面,其崩壁、崩积体和沟道分别减少16.75%,34.00%和72.96%。不同侵蚀强度崩岗,AN/AP比在集水坡面和沟道差异显著(P＜0.05);中度侵蚀崩岗与微度及强度侵蚀崩岗,在崩壁处差异显著(P＜0.05);微度侵蚀崩岗与中度及其强度侵蚀崩岗,在崩积体处显著(P＜0.05)。AK/AP比表现为集水坡面＞崩壁＞沟道＞崩积体,其平均值分别为73.77, 56.76,32.91和35.37;相比于集水坡面,崩壁、沟道和崩积体分别减少了23.06%,52.05%和55.39%。各侵蚀强度下,AK/AP比在崩壁和崩积体差异性达到显著水平(P＜0.05),在集水坡面和沟道处,微度侵蚀崩岗与中度及强度侵蚀崩岗差异性达到显著水平(P＜0.05)。AK/AN比在沟道处最大(2.51),其次为集水坡面(1.47),崩积体与崩壁大致相当,平均值分别为1.08和1.07;相比于集水坡面,崩壁和崩积体减少了27.29%和26.74%,沟道增加了70.73%。中度侵蚀崩岗AK/AN比值最大,且不同侵蚀强度崩岗,在集水坡面、崩壁和沟道差异显著(P＜0.05),中度侵蚀崩岗与微度及强度侵蚀崩岗,在崩积体处差异显著(P＜0.05)。

3.5崩岗土壤速效养分化学计量特征的影响因子

崩岗侵蚀区土壤速效养分化学计量比除了受到各元素自身含量的调控外,还受土壤环境因子影响,不同侵蚀强度下,土壤速效养分化学计量比的影响因素也不一致(表5)。微度侵蚀崩岗,AN/AP、AK/ AP比受土壤颗粒组成影响较大,与砂粒、粉粒和黏粒均达到极显著相关(P＜0.01);AK/AN比与pH呈极显著正相关(P＜0.01),与有机质呈极显著负相关(P＜0.01)。中度侵蚀崩岗,AN/AP、AK/AP和AK/AN比受到砂粒、pH和有机质影响,但影响程度存在差异。在强度侵蚀崩岗,AN/AP比与砂粒、粉粒极显著负相关(P＜0.01),与含水率和有机质极显著正相关(P＜0.01);AK/AP比与砂粒显著负相关(P＜0.05),与pH极显著负相关(P＜0.01),与有机质极显著正相关(P＜0.01);AK/AN比仅与含水率达到极显著负相关水平(P＜0.01)。从整个崩岗区来看,AN/AP、AK/AP和AK/AN比与砂粒、粉粒、pH和有机质密切相关,黏粒、土壤密度和含水率对AN/AP、AK/AP和AK/AN比影响较小。由此可见,土壤环境因子对AN/AP、AK/AP比影响较大,而对AK/AN比影响较小。

表5　崩岗土壤速效养分化学计量比与环境因子的相关性Tab.5 Correlation between soil available nutrient stoichiometry ratios and environmental factors(n=189)

4 讨论

4.1崩岗侵蚀区速效养分质量分数的变化特征

土壤速效养分不仅受母质、地形及气候等自然因素影响,毁林等人为干扰的影响也较大,具有高度空间异质性的特点[13];然而,本研究中发现,各侵蚀强度崩岗不同土层深度间,土壤铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾质量分数变化较小,崩岗区土壤速效养分质量分数整体偏低,特别是速效磷,均值仅为0.63mg/kg。与邓羽松等[10]在赣县崩岗洪积扇处得出结论相比,本文中质量分数最高的速效钾只有其60%左右,速效磷质量分数甚至不足其1/5;与长汀县内朱溪小流域撂荒坡地土壤速效养分质量分数基本一致,普遍低于采取水土保持措施后的样地[25]。这说明崩岗区土壤速效养分质量分数已处于极低水平,各速效养分匮缺非常严重,造成这一特征的原因与其自身剧烈的土壤侵蚀有关,并表现出与侵蚀具有协同效应;另外,随侵蚀强度加剧,各速效养分质量分数而增加,这主要是因为发生崩岗侵蚀后,土壤结构遭到破坏,土壤养分流失严重,而微度侵蚀崩岗以马尾松+毛冬青+芒萁为代表的植物群落生长较好,对速效养分需求相对较高,加之植物凋落物对速效养分质量分数变化的影响相对较小[18],总体上呈现出强度＞中度＞微度的趋势。丘世钧[28]认为,“在自然环境中,崩岗发生主要是在降雨和地表水流作用下,冲沟沟头和沟谷墙壁崩陷作用不断加强,最后由水蚀作用占主导转化为崩陷作用为主导”。与这一结论已基本得到共识。在水流和重力交替作用下,原坡面土体崩塌坍落形成崩壁,坠落的土体在崩壁底部形成崩积体,崩积体再在降雨径流的冲刷下,部分土体在沟道内沉积,或搬运至沟道出口以及下游农田发育成洪积扇;因此,崩岗侵蚀过程可以理解成岩土体沿集水坡面→崩壁→崩积体→沟道遭受冲刷(坍塌)→搬运→堆积的输移过程。崩岗系统内铵态氮和硝态氮变化规律与侵蚀过程基本一致,速效磷质量分数沿集水坡面→崩壁→崩积体→沟道呈升高的趋势;而速效钾在崩积体处质量分数最低,其他3个部位差异较小。造成崩岗土壤速效养分质量分数具有明显的空间分异特征的原因可能有2个方面:一是土壤氮、磷、钾等养分的输入和输出途径存在差异,如氮主要来源于植被凋落物矿化分解,而磷钾多来自于成土母质风化释放[29-30];二是在崩岗强度侵蚀及其植被吸收利用的环境下,速效养分淋溶和循环速率可能较快。另外,本研究亦发现,崩岗区内土壤铵态氮质量分数明显高于硝态氮,这可能是由于亚热带地区温暖湿润的气候、严重的土壤侵蚀、pH值较低和离子选择性交换等原因的影响,导致绝大多数硝态氮被淋滤流失。

4.2崩岗侵蚀对土壤AN/AP、AK/AP和AK/AN比的影响

研究发现,土壤速效养分化学计量比既受到其质量分数变化的影响,还与土壤颗粒组成、pH值和有机质关系密切。土壤AN/AP、AK/AP和AK/AN比,随侵蚀强度的降低有升高的趋势,与其速效养分质量分数相反,这是因为磷和钾元素摩尔数较大;但是,不同土层深度的速效养分化学计量比的变化规律与质量分数基本一致,造成的原因可能是崩岗侵蚀导致土壤空间结构遭到破坏,垂直分布差异较小。林丽等[31]对高寒区不同演替序列下矮嵩草土壤研究得出,AN/AP比的变化范围介于(3.98±0.10)～(34.04±2.80),总体低于本研究结果,这是因为本研究中土壤速效磷质量分数极低所致。土壤AN/AP和AK/AP比从集水坡面、崩壁、崩积体至沟道呈降低的趋势,与侵蚀过程基本一致,而AK/AN比在沟道处最高,这可能与崩岗侵蚀区不同部位各元素质量分数空间差异相关。

5 结论

1)土壤硝态氮和速效磷随着崩岗侵蚀强度的增强而增加,中度侵蚀崩岗铵态氮质量分数最低,速效钾在中度侵蚀崩岗质量分数最高,各速效养分质量分数间存在差异,呈现出速效钾＞铵态氮＞硝态氮＞速效磷;另外,各速效养分质量分数大致随着土层深度而降低,在同一侵蚀强度下,其质量分数差异较小。

2)土壤AN/AP比表现为微度崩岗＞强度崩岗＞中度崩岗,AK/AN比为中度崩岗＞微度崩岗＞强度崩岗,AK/AP比为微度崩岗＞中度崩岗＞强度崩岗,土壤速效养分化学计量比随侵蚀强度的降低,有升高的趋势,与其速效养分质量分数相反。

3)自集水坡面、崩壁、崩积体至沟道,铵态氮和硝态氮呈降低的趋势,速效磷逐渐升高,速效钾在崩积体处质量分数最低,其他3个部位变化较小;而AN/AP、AK/AP比从集水坡面、崩壁、崩积体至沟道呈降低的趋势,AK/AN比在沟道处最大。

4)速效养分化学计量比与砂粒、粉粒、pH和有机质密切相关,黏粒、密度和含水率对其影响相对较小。

[1] Luk SH,Yao Q Y,Gao JQ,et al.Environmental analysis of soil erosion in Guangdong Province:a Deqing case study[J].Catena,1997,29(2):97.

[2] 刘希林,张大林,贾瑶瑶.崩岗地貌发育的土体物理性质及其土壤侵蚀意义:以广东省五华县莲塘崩岗为例[J].地球科学进展,2013,28(7):802. Liu Xilin,Zhang Dalin,Jia Yaoyao.Soil physical properties of collapsing hill and gully and their indications for soil erosion:an example of Liantanggang collapsing hill and gully in Wuhua County of Guangdong[J].Advances in Earth Science,2013,28(7):802.(in Chinese)

[3] Gallart F,Marignani M,Pérez N,et al.Thirty years of studies on badlands,from physical to vegetation approaches.A succinct review[J].Catena,2013,106(1):4.

[4] Faulkner H.Badlands in marl lithologies:A field guide to soil dispersion,subsurface erosion and piping-origin gullies[J].Catena,2013,106(3):42.

[5] 张大林,刘希林.崩岗泥砂流粒度特性及流体类型分析:以广东五华县莲塘岗崩岗为例[J].地球科进展, 2014,29(7):810.Zhang Dalin,Liu Xilin.Analysis of the grain size properties and flow body classes of themud sand flow:an example of Liantanggang collapsing hill and gully in Wuhua County of Guangdong[J].Advances in Earth Science, 2014,29(7):810.(in Chinese)

[6] 丁光敏.福建省崩岗侵蚀成因及治理模式研究[J].水土保持通报,2001,21(5):10. Ding Guangmin.Causes and control patterns of collapse gully erosion in Fujian Province[J].Bulletin of Soil and Water Conservation,2001,21(5):10.(in Chinese)

[7] 林敬兰,黄炎和,蒋芳市,等.崩岗土体的渗透性能机理研究[J].水土保持学报,2013,27(3):53. Lin Jinglan,Huang Yanhe,Jiang Fangshi,et al.Study onthemechanism of different soil layer’s permeability in Benggang[J].Journal of Soil and Water Conservation, 2013,27(3):53.(in Chinese)

[8] 张晓明,丁树文,蔡崇法.干湿效应下崩岗区岩土强度衰减非线性分析[J].农业工程学报,2012,28 (5):241. Zhang Xiaoming,Ding Shuwen,Cai Chongfa.Effects of drying and wetting on nonlinear decay of soil shear strength in slope disintegration erosion area[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE),2012,28(5):241.(in Chinese)

[9] 邓羽松,丁树文,蔡崇法,等.鄂东南崩岗洪积扇土壤物理性质空间分异特征[J].中国农业科学,2014, 47(24):4850. Deng Yusong,Ding Shuwen,Cai Congfa,et al.Spatial distribution of the collapsing alluvial soil physical properties in Southeastern Hube[J].Scientia Agricultura Sinica,2014,47(24):4850.(in Chinese)

[10]邓羽松,丁树文,邱欣珍,等.赣县崩岗洪积扇土壤肥力的空间分异规律[J].中国水土保持科学,2015, 13(1):47. Deng Yusong,Ding Shuwen,Qin Xinzhen,et al.Spatial distribution of collapsing alluvial soil fertility in Ganxian County,Jiangxi Province[J].Science of Soil and Water Conservation,2015,13(1):47.(in Chinese)

[11]蒋芳市,黄炎和,林金石,等.坡度和雨强对崩岗崩积体侵蚀泥沙颗粒特征的影响[J].土壤学报,2014, 51(5):974. Jiang Fangshi,Huang Yanhe,Lin Jinshi,et al.Effects of slope gradient and rainfall intensity on particle size composition of erosion sediment from colluvial deposits of Bengang[J].Acta Pedologica Sinica,2014,51(5):974. (in Chinese)

[12]蒋芳市,黄炎和,林金石,等.多场次降雨对崩岗崩积体细沟侵蚀的影响[J].中国水土保持科学,2014, 12(6):1. Jiang Fangshi,Huang Yanhe,Lin Jinshi,et al.Effects of repetitive rainfalls on rill erosion of colluvial deposit in granite slope collapse[J].Science of Soil and Water Conservation,2014,12(6):1.(in Chinese)

[13]陈涛,常庆瑞,刘京,等.黄土高原南麓县域耕地土壤速效养分时空变异[J].生态学报,2013,33(2): 554. Chen Tao,Chang Qingrui,Liu Jing,etal.Temporal and spatial variability of soil available nutrients in arable lands of Heyang County in South Loess Plateau[J].Acta Ecologica Sinica,2013,33(2):554.(in Chinese)

[14]赵韵美,樊金拴,苏锐,等.阜新矿区不同植被恢复模式下煤矿废弃地土壤养分特征[J].西北农业学报, 2014,23(8):210. Zhao Yunmei,Fan Jingshuan,Su Rui,et al.Soil nutrient characteristics for different vegetation restorationmodels in an abandoned area of Fuxin coal mine[J].Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica,2014,23(8): 210.(in Chinese)

[15]张婵婵,张瑞芳,张建恒,等.高阳县农田土壤速效养分空间变异特征研究[J].中国生态农业学报, 2013,21(6):758. Zhang Chanchan,Zhang Ruifang,Zhang Jianheng,etal. Spatial variability of available nutrients contents in cropland soils in Gaoyang County of Hebei Province,China [J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2013,21(6): 758.(in Chinese)

[16]杨奇勇,杨劲松,刘广明.土壤速效养分空间变异的尺度效应[J].应用生态学报,2011,22(2):431 Yang Qiyong,Yang Jingsong,Liu Guangming.Scale-dependency of spatial variability of soil available nutrients [J].Chinese Journal of Applied Ecology,2011,22(2): 431.(in Chinese)

[17]周江涛,吕德国,秦嗣军.不同有机物覆盖对冷凉地区苹果园土壤水温环境及速效养分的影响[J].应用生态学报,2014,25(9):2551 Zhou Jiangtao,LüDeguo,Qin Sijun.Effects of different organic matter mulching on water content,temperature, and available nutrients of apple orchard soil in a cold region[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2014,25 (9):2551.(in Chinese)

[18]宋蒙亚,李忠佩,刘明,等.不同林地凋落物组合对土壤速效养分和微生物群落功能多样性的影响[J].生态学杂志,2014,33(9):2454 Song Mengya,Li Zhongpei,Liu Ming,et al.Effects of mixture of forest litter on nutrient contents and functionaldiversity ofmicrobial community in soil[J].Chinese Journal of Ecology,2014,33(9):2454.(in Chinese)

[19]谭德水,江丽华,谭淑樱,等.湖区小麦-玉米轮作模式下不同施肥措施调控碳氮养分流失研究[J].土壤学报,2015,52(1):128. Tan Deshui,Jiang Lihua,Tan Shuying,et al.Effects of fertilization controlling nitrogen and phosphorus loss from farmland under wheat-maize rotation in Nansi lake region [J].Acta Pedologica Sinica,2015,52(1):128.(in Chinese)

[20]闫建梅,何丙辉,田太强,等.施肥水平与耕作模式对紫色土坡耕地地表径流磷素流失的影响[J].水土保持学报,2015,29(1):132. Yan Jianmei,He Binghui,Tian Taiqiang,etal.Effect of fertilizer levels and tillagemethods on phosphorus loss in purple soil area[J].Journal of Soil and Water Conservation,2015,29(1):132.(in Chinese)

[21]WangWeiqi,Sardans J,Zeng Congsheng,etal.Responses of soil nutrient concentrations and stoichiometry to different human land uses in a subtropical tidalwetland[J]. Geoderma,2014,232/233/234:459.

[22]Zhang Zhangsheng,Song Xiao,Lu Xianguo,et al.Ecological stoichiometry of carbon,nitrogen,and phosphorus in estuarine wetland soils:influences of vegetation coverage,plant communities,geomorphology,and seawalls [J].Journal of Soils and Sediments,2013,13(6): 1043.

[23]李倩倩,赵旭,郭正刚.高原鼠兔有效洞穴密度对高寒草甸优势植物叶片和土壤氮磷化学计量特征的影响[J].生态学报,2014,34(5):1212. LiQianqian,Zhao Xui,Guo Zhenggang.Effect of available burrow densities of plateau pika(Ochotona curzoniae) on leaf nitrogen and phosphorus stoichiometry of dominant plants and soil in alpinemeadow[J].Acta Ecologica Sinica,2014,34(5):1212.(in Chinese)

[24]丁小慧,罗淑政,刘金巍,等.呼伦贝尔草地植物群落与土壤化学计量学特征沿经度梯度变化[J].生态学报,2012,32(11):3467. Ding Xiaohui,Luo Shuzheng,Liu Jinwei,et al.Longitude gradient changes on plant community and soil stoichiometry characteristics of grassland in Hulunbeir[J]. Acta Ecologica Sinica,2012,32(11):3467.(in Chinese)

[25]刘万德,苏建荣,李帅峰,等.云南普洱季风常绿阔叶林演替系列植物和土壤C、N、P化学计量特征[J].生态学报,2010,30(23):6581. Liu Wande,Su Jianrong,Li Shuaifeng,et.al.Stoichiometry study of C,N and P in plant and soil at differentsuccessional stages ofmonsoon evergreen broad-leaved forest in Pu’er,Yunnan Province[J].Acta Ecologica Sinica, 2010,30(23):6581.(in Chinese)

[26]刘兴诏,周国逸,张德强,等.南亚热带森林不同演替阶段植物与土壤中N、P的化学计量特征[J].植物生态学报,2010,34(1):64. Liu Xingzhao,Zhou Guoyi,Zhang Deqiang,etal.N and P stoichiometry of plant and soil in lower subtropical forest successional series in southern China[J].Chinese Journal of Plant Ecology,2010,34(1):64.(in Chinese)

[27]陈志彪,陈志强,岳辉.花岗岩红壤侵蚀区水土保持综合研究[M].北京:科学出版社,2013:8-205 Chen Zhibiao,Chen Zhiqiang,Yue Hui.Comprehensive research on soil and water conservation in granite red soil region[M].Beijing:Science Press,2013:8-205.(in Chinese)

[28]丘世钧.红土坡地崩岗侵蚀过程与机理[J].水土保持通报,1994,14(1):31. Qiu Shijun.The process and mechanism of red earth slope disintegration erosion[J].Bulletin of Soil and Water Conservation,1994,14(4):31.(in Chinese)

[29]Tian Hanqin,Chen Guangsheng,Zhang Chi,et al.Pattern and variation of C∶N∶P ratios in China’s soils:A synthesis of observational data[J].Biogeochemistry, 2010,98:139.

[30]Gardner L R.The role of rock weathering in the phosphorus budget of terrestrial watersheds[J].Biogeochemistry,1990,11(2):97.

[31]林丽,李以康,张法伟,等.高寒矮嵩草群落退化演替系列氮、磷生态化学计量学特征[J].生态学报, 2013,33(17):5245 Lin Li,Li Yikang,Zhang Fawei,et al.Soil nitrogen and phosphorus stoichiometry in a degradation series of Kobrasia humulis meadows in the Tibeatan plateau[J].Acta Ecologica Sinica,2013,33(17):5245.(in Chinese)

Effects of collapsemound erosion on soil available nutrient contents and their stoichiometry ratios

Jiang Chao1,2,3,Chen Zhibiao1,2,3,Chen Zhiqiang1,2,3,Ou Xiaolin1,Ren Tianjing1,Zhao Jitao1

(1.College of Geographical Science,Fujian Normal University,350007,Fuzhou,China;2.Key Laboratory for Subtropical Mountain Ecology(Ministry of Science and Technology and Fujian Province Funded),350007,Fuzhou,China; 3.Institute of Geography,Fujian Normal University,350007,Fuzhou,China)

[Background]Collapsemound,called“Benggang”in Chinese geomorphic pictograph,has been known to describe a kind of erosion phenomenon in hilly and mountainous area among subtropical and fractional tropical climatic zone of south China thatgully head collapsed,transported and developed a deep-cut shape,concave-deforming deep-seated failure landform.[M ethods]To reveal the effects of collapsemound erosion on soil available nutrients and stoichiometry ratios,we chose 3 collapsemounds of slight,moderate and strong erosion intensities in Huangniken collapsemound groups of Changting County of Southwest Fujian as research object.Soils at0-10 cm,10-20 cm and 20-30 cm in 4 positions of upper catchment,collapsing wall,colluvial deposit and channel were sampled,and the contents ofammonium N(),nitrate N(),available P(AP)and available K(AK)and related physical-chemical properties,such asmechanical composition,bulk density,water content,and organic matter content were measured,finally,the stoichiometric characteristics of available nutrients were analyzed.[Results]The results indicated that:1)With erosion intensity increasing,the contents ofand AP occurred in the collapsemound of strong＞moderate＞slight,and the content ofN was the lowest and AK was the highest in collapse mound under moderate erosion;horizontally,the diminishing order of contents of soil available nutrients were displayed as following:,while the content of each available nutrient decreased vertically as soil depth increasing, and their variance of the same erosion intensity was very little.2)With different erosion intensities,ANAP ratio showed:slight＞moderate＞strong,and there was significant difference(P＜0.05)between slight and moderate collapse mound;AK/AN ratio was in moderate＞slight＞strong,and there was significant difference(P＜0.05)between moderate and strong collapse mound;AK/AP ratio was in slight＞strong＞moderate,and difference was significant(P＜0.05) between slight and moderate.3)From upper catchment,collapsing wall,colluvial deposit and channel, the averaged content ofandshowed a downward tendency,while AP increased gradually,and AK was the lowest at colluvial deposit,but in 3 other sections they varied slightly under different erosion intensities;meanwhile,AN/AP and AK/AP ratios decreased from slope of catchment area to channel,but the value of AK/AN ratiowas the highest at channel.4)Stoichiometric ratios of soil available nutrients were closely correlated to sand,silt,pH value and organic matter,but they were impacted slightly by the clay,bulk density and water content.[Conclusions]collapse mound erosion resulted in variation of soil available nutrients and stoichiometry ratioswith different layers and position.

collapsemound erosion;available nutrients;stoichiometric ratios;soil;position;content

S157.1

A

1672-3007(2016)02-0031-10

10.16843/j.sswc.2016.02.005

2015-09-13

2015-12-27

项目名称:国家自然科学基金“南方红壤侵蚀区芒萁散布及其时空模拟”(41171232),“南方离子型稀土矿区芒萁的蔓延格局与稀土迁聚响应”(41371512);国家科技支撑计划“南方红壤水土流失治理技术及示范”(2013BAC08B03)

姜超(1990—),男,硕士研究生。主要研究方向:崩岗侵蚀机理与灾害评价。E-mail:jcjiangchengzi@163.com

简介:陈志彪(1962—),男,博士,教授。主要研究方向:水土保持、资源与环境等。E-mail:chenzhib408@vip.163. com