不同治理措施下丘陵地茶园土壤团聚体的分布规律研究*

福建省环境监测中心站



不同治理措施下丘陵地茶园土壤团聚体的分布规律研究*

福建省环境监测中心站

张 燕

该文以茶园土壤水稳性团聚体为研究对象，比较分析已治理茶园和未治理茶园的土体结构特性。结果表明：从粒径分布来看，不同治理措施茶园粒径分布有所差异，但只有2-1mm粒径级已治理茶园水稳性团聚体与未治理茶园水稳性团聚体质量占比差异达到显著水平（=0.036），其他粒径级均为差异不显著；从山顶到山脚，0.25、平均重量直径（）和几何平均直径（）呈下降趋势，分形维数呈增大趋势；总体上，已治理茶园的0.25、平均重量直径（）和几何平均直径（）大于未治理茶园，分形维数小于未治理茶园，其土壤结构优于未治理茶园。

茶园 水稳性团聚体 治理措施

土壤团聚体是土壤结构的基本单元，其数量和质量对土壤肥力和土壤抗蚀性有重要影响[1-2]，许多学者把土壤水稳性团聚体作为评价土壤可蚀性的重要指标。查轩、唐克丽[3]在评价子午岭林草地抗蚀性时，通过对不同部位土壤剖面水稳性团聚体分析后得出土壤水稳性团聚体是土壤可蚀性的重要参数；高维森[2]、卢金伟[4]认为，>0.25mm水稳性团聚体为最佳土壤抗蚀性指标。

不同土地利用情况土壤团聚体的粒径组成及其稳定性差异较大[5-6]，李建明[7]等比较了不同生态模式下红壤水稳性团聚体的稳定性，结论是：杨梅模式>板栗模式>生态恢复模式>封禁生态恢复模式>林下套中油茶模式>油茶模式>未治理模式。茶园是福建省重要的土地利用类型之一，全省共有茶园面积l7.33 万hm2，占全国茶园总面积的10.5％，居全国第二位。已有研究开始关注山地茶园水土流失问题，主要集中在茶园水土流失的成因、特点及其防治措施方面[8-10]，关于红壤山地茶园土壤团聚体的特性及其对土壤侵蚀的影响鲜见报道。故此，本研究以福建省安溪县感德镇典型性茶园为对象，研究不同治理模式下山地茶园水稳性团聚体的分布特征，分析其对土壤抗蚀性的影响，旨在为红壤丘陵区茶园水土流失预测和综合防治提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于福建省安溪县感德镇，茶叶生产收入是当地的主要经济支柱，茶园面积5.8万亩，有“中国茶叶第一镇”之称。本研究选在感德镇槐植村，地处北纬25°18′，东经117°51′，属于亚热带季风性气候，年平均气温18～21℃，年均降雨量1600～2000mm，降雨的季节分配不均匀，每年的3～6月为梅雨季节，7～9月受台风影响大暴雨增多，引起土壤强烈侵蚀的雨量主要集中在5～9月的梅雨和雷雨台风季节。土壤以砖红壤性红壤为主，砂粒多，质地较粗。平均日照时数1907.6 h，无霜期350～365 d，气候温和湿润，春夏之间，常年云雾缭绕。境内多山，大多数地区海拔高程500m左右，该区十分适合茶树生长。

1.2 野外选点及土壤样品的采集

野外采样地选在南墘溪支流，当地人称其为支毛沟，其被纳入安溪县2012年水土流失综合治理专项。在支毛沟南北两侧分别选取典型丘陵山地茶园为取样地。其中，支毛沟北面茶园为已治理茶园，记为B-已治理，支毛沟南面为未治理茶园，记为N-未治理，B-已治理茶园和N-未治理茶园所选样地坡度、海拔条件大体相似，采样地具体信息见表1。

表1 采样点基本情况介绍

在野外调查的基础上，根据地形、坡长等因素，每一取样地垂直方向分为6层，从山顶到山脚B-已治理记为B1、B2、B3、B4、B5、B6，N-未治理记为N1、N2、N3、N4、N5、N6。每层采样点水平方向分左、中、右三个采样点，每个采样点取三个环刀样。将采回的环刀原状土带回实验室沿土壤自然结构轻轻剥开，将原状土剥成直径为10~12 mm的小土团，混合均匀后采用四分法采集各层次混合样，剔除其中的粗根杂物，自然风干备用。

1.3 土壤团聚体的测定

土壤各层团聚体的测定依据Elliott的方法[11]，将100g风干土样放置在孔径自上而下为5 mm、2 mm、1 mm、0.5 mm和0.25 mm的套筛之上，用水缓慢湿润后，放入水中，水中浸泡5 min，用振荡式机械筛分仪（上下振幅30 cm，30次/min）振荡5 min，转移至铝盒，依次分离出>5 mm、5-2 mm、2-1 mm、1-0.5 mm、0.5-0.25 mm和<0.25 mm的土壤团聚体，60℃下烘干、称重，计算各级团聚体的质量百分比。

1.4 相关指标的确定方法

土壤颗粒质量平均直径()和土壤颗粒几何平均直径()分别按下式确定[12]：

分形维数[13]：

1.5 相关指标的确定方法

试验数据采用EXCEL2010、SPSS18.0进行数理统计分析，多重比较采用最小显著性差异法（LSD）。

2 结果与分析

2.1 不同治理措施下的茶园土壤水稳性团聚体组成

土壤水稳性团聚体与土壤侵蚀具有密切关系。从图1可以看出，在>5mm和5-2mm粒径范围内，B-已治理茶园土壤水稳性团聚体含量大于N-未治理茶园，B-已治理茶园水稳性团聚体质量占比比N-未治理茶园分别高出70.0%和22.7%；在2-1mm粒径范围内，B-已治理茶园土壤水稳性团聚体含量低于N-未治理茶园，B-已治理茶园水稳性团聚体质量占比比N-未治理茶园低了42.2%；在1-0.5mm和0.5-0.25mm粒径范围内，B-已治理茶园水稳性团聚体质量占比跟N-未治理茶园基本相当；在<0.25mm粒径范围内，N-未治理茶园团聚体质量占比比B-已治理茶园高出19.2%。对不同治理措施各个粒径级逐个进行独立样本T检验，结果显示，除了1-2mm粒径级，B-已治理茶园水稳性团聚体与N-未治理茶园水稳性团聚体质量占比差异达到显著水平（=0.036），其他粒径级均未达到显著差异。

图1 不同治理措施茶园土壤水稳性团聚体质量百分比

在土壤颗粒特性研究中，平均重量直径（）和几何平均直径（）经常被用来描述颗粒的大小分布特征。表2是不同治理措施下茶园土壤和统计特征值。由表2可以看出，B-已治理茶园和的最大值分别是最小值的1.57倍、1.60倍，N-未治理茶园和最大值分别是最小值的1.75倍和2.72倍，N-未治理茶园和比B-已治理茶园从山顶到山脚差异更大。

表2 不同治理措施茶园土壤GDM和MWD统计特征值

2.2 不同治理措施下>0.25mm水稳性团聚体的分布特征

根据土壤团聚体形成的多级团聚理论，一般将粒径>0.25mm的团聚体称为大团粒结构，粒径<0.25mm的团聚体称为微团粒结构[14]，而大团粒结构是土壤最好的结构体，尤其是>0.25mm的水稳性团聚体是反映土壤抗侵蚀的最佳指标[5]。将>0.25mm的水稳性团聚体质量占比记为0.25，图2是不同治理措施下0.25从山顶到山脚的变化特点。图2显示，除点3外，B-已治理茶园0.25均大于N-未治理茶园，且在山顶处（即点1）二者相差最大，B-已治理茶园0.25高出N-未治理茶园6.7%。对不同治理措施茶园0.25进行独立样本T检验，结果显示，B-已治理茶园和N-未治理茶园的0.25无显著差异。

图2 不同治理措施R0.25从山顶到山脚变化

2.3 不同治理模式下土壤团聚体分形维数的变化

土壤颗粒表面在一定尺度下具有相似的分形特征[15]，图3是已治理茶园和未治理茶园从山顶到山脚分形维数变化特点。B-已治理茶园点1（即山顶位置）的分形维数较小，为2.155，沿山顶向下，点2分形维数突然增大，达到最大值为2.419，点1、点2分形维数相差12.3%，点3、点4分形维数变化不大，从点4开始，分形维数呈下降趋势。N-未治理茶园分形维数点1、点2变化较小，变化幅度为0.5%，从点2开始，沿山坡向下，其变化趋势基本同已治理茶园相似。总体上，已治理茶园和未治理茶园从山顶到山脚的分形维数呈上升趋势。

图3 不同治理措施分形维数从山顶到山脚变化

3 讨论

良好的土壤结构是土壤保持营养元素持续供给的重要基础，土壤水稳性团聚体的组成决定着土壤结构的优劣，大团聚体越多，团聚体结构越稳定，土壤结构越好。通过对不同治理措施下的茶园土壤水稳性团聚体进行研究，结果表明，总体上，已治理茶园土壤的0.25、平均重量直径（）和几何平均直径（）大于未治理茶园。经过治理后的茶园，减少了地表裸露，土壤的渗透性能加强，地表径流减少，削弱了径流对地表的冲击[16]。对土壤团聚体沿坡面的分布规律而言，未治理模式茶园山顶大团聚体含量小于山脚，已治理茶园也表现出山坡（B2）小于山脚的规律，这可能是因为在水力和重力作用下，山顶较山脚更易产生侵蚀，这与王勇[17]等对耕作侵蚀坡耕地土壤团聚体的研究结果一致。

大量学者对土壤分形维数进行研究认为，土壤团粒结构越好，其结构越稳定，分形维数越小[13]。通过对比不同治理措施茶园土壤水稳性团聚体从山顶到山脚分形维数变化规律得出，总体上，无论是已治理茶园还是未治理茶园，分形维数从山顶到山脚呈增大趋势。说明山顶土壤团聚结构优于山脚，这是因为相对山脚，山顶受到人为干扰较小，尤其是茶园这种土地利用方式，人为干扰较为频繁[5]，导致山顶和山脚土壤性质差异较大。对比已治理茶园和未治理茶园，山顶处分形维数差异最大，且已治理茶园分形维数达到最小，这是因为已治理茶园山顶为杂木林，土壤有机质含量较高，大团聚体含量较多，土壤结构较好[18]。

4 结论

土壤水稳性团聚体是反映土壤抗蚀性的重要指标，尤其是>0.25mm水稳性团聚体的含量。从山顶到山脚，土壤团聚体0.25呈下降趋势，分形维数呈增大趋势；总体上，已治理茶园的0.25、平均重量直径（）和几何平均直径（）大于未治理茶园，分形维数小于未治理茶园，其土壤团聚结构优于未治理茶园。

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福建省科技计划重点项目（2014Y0048）。