不同水土保持治理措施对土壤水分养分变化的影响

张益民

(福建省龙岩市水利投资发展有限公司，福建 龙岩 364000)

1 概 述

土壤水分是水资源含量中的重要组成部分之一，土壤水分含量的多少将直接关系到作物的生长状况，影响作物正常生长发育[1]。土壤养分中的氮磷钾元素是作物光合作用必须的营养成分[2]，而目前由于水土保持治理措施的不完善，土壤水分和养分随降雨径流流失，造成土壤水土流失严重，农业非点源污染加剧，严重影响农业发展和居民生活[3]。为探索适合当地的水土保持措施，本文在福建龙岩市进行现场试验，研究不同水土保持措施对土壤物理性质、土壤水分和土壤养分的影响，以期得到最优方案，为当地水土保持措施的制定提供理论依据。

2 试验方法与数据处理

2.1 试验设计

研究区域设在福建龙岩市，所有试验小区均分布在同一环境下。试验区属于亚热带海洋性季风性气候，年平均气温20.8℃，年降水量1 300 mm左右，年日照时数1 804～2 060 h，无霜期长，降雨分配不均匀。

在海拔等条件均相同的条件下，选择相邻5个标准径流小区进行试验。径流小区长10 m，宽5 m，倾角均为5°，5个径流小区分布设置裸地、5%覆盖度、10%覆盖度、30%覆盖度和50%覆盖度5种不同水平，研究不同处理对土壤物理性质、土壤水分和土壤养分的影响，得出最优处理，不同覆盖度小区种植荆棘百草，土壤原始背景值基本一致。

2.2 试验数据处理方法

本研究土壤孔隙度和土壤饱和含水量测定方法采用《土工试验规范》(SF 237-1999)中的测定步骤；土壤水分采用烘干法，分别测定0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm和50～60 cm 6个土层深度土壤；土壤氨氮与硝氮含量采用文献[4]中的方法测定。取样时分别取不同小区相对位置相同的土壤，每个指标取样3次，取平均值。

本研究数据处理采用Excel 2007与SPSS19.0软件进行处理，文中图表均采用Excel 2007和Sigmaplot12.5软件进行绘制。

3 结果与分析

3.1 不同措施对土壤物理性质的影响

土壤总孔隙度可以反映出土壤的蓄水能力，土壤饱和含水量可以用来评价土壤的水资源涵养能力，两者都是评判土壤物理性质的重要指标。图1为不同处理对土壤总孔隙度和土壤饱和含水量的影响。图1(a)显示，不同措施下，土壤总孔隙度不同。随着覆盖度的提高，土壤总孔隙度呈显著提高趋势，尤其在0～10 cm时，50%覆盖度的土壤总孔隙度较裸地提高了56.1%。这表明水土保持措施的实施可有效调节土壤，改良土壤物理性质，而随着深度的提高，不同处理土壤总孔隙度差异逐渐减小，在30～40 cm土层范围内，50%覆盖度的土壤总孔隙度较裸地仅提高了36.7%。图1(b)显示，不同措施下，土壤饱和含水量不同。随着覆盖度的提高，土壤饱和含水量呈显著提高趋势；而随着深度的提高，土壤饱和含水量呈降低趋势，在0～10 cm时，50%覆盖度的土壤饱和含水量较裸地提高了2倍，而在30～40 cm土层范围内，50%覆盖度的土壤饱和含水量较裸地仍提高了88.7%，这表明种植的植被根系主要分布在0～40 cm的土层内，与实际情况相符。

3.2 不同措施对土壤水分分布规律的影响

分别取不同水土保持措施下，降水前后10～60 cm的土层，计算不同土层的土壤水分含量，绘制土壤水分垂直分布，见图2。图2显示，各处理10～40 cm土层的含水率在降幅明显大于40～60 cm土层，这表明植被根系主要分布在0～40 cm的土层内，与前文结论与实际情况一致。降水前后，覆盖度较高措施下的土壤水分明显高于裸地。在降水前，覆盖度越低，随着深度的增加，其土壤水分变化越剧烈；降水后，这种现象有所减轻。这可能是由于当土壤上层含水率接近饱和时开始释放水分，由于在重力与土水势的作用，向深层运动，作物在根区上部土壤含水率有限的情况下，植株为避免器官因缺水受到伤害，根系为满足水分要求将吸收更深层的水分，导致植被种植密度越低，土壤水分变化越剧烈。

图1 不同处理对土壤物理性质的影响

图2 不同处理对土壤水分分布规律的影响

3.3 不同措施对土壤养分变化规律的影响

图3为不同措施对土壤养分变化规律的影响。图3显示，随着产生径流时间的延长，不同措施下的土壤氨氮与硝氮含量均呈降低趋势。图3(a)显示，在径流初始时，土壤氨氮含量下降较快，而随着径流时间的延长，土壤氨氮含量逐渐趋于平稳。而覆盖度越高的措施，其土壤氨氮含量明显越高，50%覆盖度的土壤氨氮含量较其他措施提高了5.73%～46.09%。同时覆盖度越低，土壤氨氮含量降低速率越明显，裸地土壤氨氮含量的降低速率为0.012 mg/(L·h)，明显高于其余处理。图3(b)显示，在径流初始时，土壤硝氮含量下降较快，而随着径流时间的延长，土壤硝氮含量逐渐趋于平稳。而覆盖度越高的措施，其土壤硝氮含量明显越高，50%覆盖度的土壤硝氮含量较其他措施提高了15.35%～54.36%。同时覆盖度越低，土壤硝氮含量降低速率越明显，裸地土壤硝氮含量的降低速率为0.035 mg/(L·h)，明显高于其余处理。这表明覆盖度越高的处理，可有效减弱水土流失现象，50%覆盖度的处理土壤养分流失速率最低，且土壤养分含量最高。

3.4 不同措施对土壤不同指标的显著性差异分析

表1为不同水土保持措施对土壤孔隙度、土壤饱和含水量、氨氮含量和硝氮含量4种不同指标的显著性检验。随着覆盖度的提高，土壤孔隙度呈显著提高趋势，随着覆盖度的提高，土壤孔隙度较裸地处理分布提高了8.9%、9.2%、23.5%和40.7%，且差异均达显著水平(P<0.05)，5%覆盖度与10%覆盖度之间差异不显著(P>0.05)；50%覆盖度较裸地土壤饱和含量量提高了83.2%，30%覆盖度提高了50.8%，且2个处理差异均达显著水平(P<0.05)，而其余处理虽较裸地有所提高，但差异不显著；30%和50%覆盖度氨氮含量较裸地分别提高了85.51%和74.88%，差异均达显著水平(P<0.05)，而硝氮含量提高幅度较高，除5%覆盖度处理外，其余处理较裸地处理硝氮含量差异均达显著水平(P<0.05)。综上所述，水土保持措施可有效提高土壤孔隙度、土壤饱和含水量、氨氮含量和硝氮含量，对改良土壤、降低水土流失有着显著影响。

图3 不同处理对土壤养分变化规律的影响

不同处理土壤孔隙度/%土壤饱和含水量/t·(hm2)-1氨氮/mg·L-1硝氮/mg·L-1裸地41.1±31.50d780.2±23.40c0.414±0.12bc2.48±0.24d5%覆盖度44.8±3.28c876.5±27.32bc0.488±0.08bc2.61±0.26d10%覆盖度44.9±3.10c908.7±22.48bc0.518±0.06b3.48±0.32c30%覆盖度50.8±2.28b1176.7±31.23b0.724±0.04ab4.60±0.23b50%覆盖度57.8±2.08a1429.0±30.17a0.768±0.11a5.43±0.27a

注：表1中数值为平均值±标准误差，同一列不同字母表示同一项目达到显著水平(P<0.05)。

4 结 论

本文设置裸地、5%覆盖度、10%覆盖度、30%覆盖度和50%覆盖度处理下，通过对不同处理土壤物理性质、土壤水分和土壤养分影响的分析，以期得到使土壤性质最高和土壤水土流失最低的最优水土保持措施，为当地水土保持措施的制定提供参考。

本文得出以下结论：水土保持措施的制定可有效改良土壤，提高土壤总孔隙度、土壤饱和含水量和土壤水分，降低土壤养分流失速率，同时覆盖度越高，效果越明显。50%覆盖度条件下，可使土壤总孔隙度、土壤饱和含水量、土壤水分和土壤养分含量最高，土壤养分流失速率最低，为最优水土保持治理措施。