不同水土保持治理措施對土壤水分養分變化的影響

張益民

(福建省龍巖市水利投資發展有限公司，福建 龍巖 364000)

1 概 述

土壤水分是水資源含量中的重要組成部分之一，土壤水分含量的多少將直接關系到作物的生長狀況，影響作物正常生長發育[1]。土壤養分中的氮磷鉀元素是作物光合作用必須的營養成分[2]，而目前由于水土保持治理措施的不完善，土壤水分和養分隨降雨徑流流失，造成土壤水土流失嚴重，農業非點源污染加劇，嚴重影響農業發展和居民生活[3]。為探索適合當地的水土保持措施，本文在福建龍巖市進行現場試驗，研究不同水土保持措施對土壤物理性質、土壤水分和土壤養分的影響，以期得到最優方案，為當地水土保持措施的制定提供理論依據。

2 試驗方法與數據處理

2.1 試驗設計

研究區域設在福建龍巖市，所有試驗小區均分布在同一環境下。試驗區屬于亞熱帶海洋性季風性氣候，年平均氣溫20.8℃，年降水量1 300 mm左右，年日照時數1 804～2 060 h，無霜期長，降雨分配不均勻。

在海拔等條件均相同的條件下，選擇相鄰5個標準徑流小區進行試驗。徑流小區長10 m，寬5 m，傾角均為5°，5個徑流小區分布設置裸地、5%覆蓋度、10%覆蓋度、30%覆蓋度和50%覆蓋度5種不同水平，研究不同處理對土壤物理性質、土壤水分和土壤養分的影響，得出最優處理，不同覆蓋度小區種植荊棘百草，土壤原始背景值基本一致。

2.2 試驗數據處理方法

本研究土壤孔隙度和土壤飽和含水量測定方法采用《土工試驗規范》(SF 237-1999)中的測定步驟；土壤水分采用烘干法，分別測定0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm和50～60 cm 6個土層深度土壤；土壤氨氮與硝氮含量采用文獻[4]中的方法測定。取樣時分別取不同小區相對位置相同的土壤，每個指標取樣3次，取平均值。

本研究數據處理采用Excel 2007與SPSS19.0軟件進行處理，文中圖表均采用Excel 2007和Sigmaplot12.5軟件進行繪制。

3 結果與分析

3.1 不同措施對土壤物理性質的影響

土壤總孔隙度可以反映出土壤的蓄水能力，土壤飽和含水量可以用來評價土壤的水資源涵養能力，兩者都是評判土壤物理性質的重要指標。圖1為不同處理對土壤總孔隙度和土壤飽和含水量的影響。圖1(a)顯示，不同措施下，土壤總孔隙度不同。隨著覆蓋度的提高，土壤總孔隙度呈顯著提高趨勢，尤其在0～10 cm時，50%覆蓋度的土壤總孔隙度較裸地提高了56.1%。這表明水土保持措施的實施可有效調節土壤，改良土壤物理性質，而隨著深度的提高，不同處理土壤總孔隙度差異逐漸減小，在30～40 cm土層范圍內，50%覆蓋度的土壤總孔隙度較裸地僅提高了36.7%。圖1(b)顯示，不同措施下，土壤飽和含水量不同。隨著覆蓋度的提高，土壤飽和含水量呈顯著提高趨勢；而隨著深度的提高，土壤飽和含水量呈降低趨勢，在0～10 cm時，50%覆蓋度的土壤飽和含水量較裸地提高了2倍，而在30～40 cm土層范圍內，50%覆蓋度的土壤飽和含水量較裸地仍提高了88.7%，這表明種植的植被根系主要分布在0～40 cm的土層內，與實際情況相符。

3.2 不同措施對土壤水分分布規律的影響

分別取不同水土保持措施下，降水前后10～60 cm的土層，計算不同土層的土壤水分含量，繪制土壤水分垂直分布，見圖2。圖2顯示，各處理10～40 cm土層的含水率在降幅明顯大于40～60 cm土層，這表明植被根系主要分布在0～40 cm的土層內，與前文結論與實際情況一致。降水前后，覆蓋度較高措施下的土壤水分明顯高于裸地。在降水前，覆蓋度越低，隨著深度的增加，其土壤水分變化越劇烈；降水后，這種現象有所減輕。這可能是由于當土壤上層含水率接近飽和時開始釋放水分，由于在重力與土水勢的作用，向深層運動，作物在根區上部土壤含水率有限的情況下，植株為避免器官因缺水受到傷害，根系為滿足水分要求將吸收更深層的水分，導致植被種植密度越低，土壤水分變化越劇烈。

圖1 不同處理對土壤物理性質的影響

圖2 不同處理對土壤水分分布規律的影響

3.3 不同措施對土壤養分變化規律的影響

圖3為不同措施對土壤養分變化規律的影響。圖3顯示，隨著產生徑流時間的延長，不同措施下的土壤氨氮與硝氮含量均呈降低趨勢。圖3(a)顯示，在徑流初始時，土壤氨氮含量下降較快，而隨著徑流時間的延長，土壤氨氮含量逐漸趨于平穩。而覆蓋度越高的措施，其土壤氨氮含量明顯越高，50%覆蓋度的土壤氨氮含量較其他措施提高了5.73%～46.09%。同時覆蓋度越低，土壤氨氮含量降低速率越明顯，裸地土壤氨氮含量的降低速率為0.012 mg/(L·h)，明顯高于其余處理。圖3(b)顯示，在徑流初始時，土壤硝氮含量下降較快，而隨著徑流時間的延長，土壤硝氮含量逐漸趨于平穩。而覆蓋度越高的措施，其土壤硝氮含量明顯越高，50%覆蓋度的土壤硝氮含量較其他措施提高了15.35%～54.36%。同時覆蓋度越低，土壤硝氮含量降低速率越明顯，裸地土壤硝氮含量的降低速率為0.035 mg/(L·h)，明顯高于其余處理。這表明覆蓋度越高的處理，可有效減弱水土流失現象，50%覆蓋度的處理土壤養分流失速率最低，且土壤養分含量最高。

3.4 不同措施對土壤不同指標的顯著性差異分析

表1為不同水土保持措施對土壤孔隙度、土壤飽和含水量、氨氮含量和硝氮含量4種不同指標的顯著性檢驗。隨著覆蓋度的提高，土壤孔隙度呈顯著提高趨勢，隨著覆蓋度的提高，土壤孔隙度較裸地處理分布提高了8.9%、9.2%、23.5%和40.7%，且差異均達顯著水平(P<0.05)，5%覆蓋度與10%覆蓋度之間差異不顯著(P>0.05)；50%覆蓋度較裸地土壤飽和含量量提高了83.2%，30%覆蓋度提高了50.8%，且2個處理差異均達顯著水平(P<0.05)，而其余處理雖較裸地有所提高，但差異不顯著；30%和50%覆蓋度氨氮含量較裸地分別提高了85.51%和74.88%，差異均達顯著水平(P<0.05)，而硝氮含量提高幅度較高，除5%覆蓋度處理外，其余處理較裸地處理硝氮含量差異均達顯著水平(P<0.05)。綜上所述，水土保持措施可有效提高土壤孔隙度、土壤飽和含水量、氨氮含量和硝氮含量，對改良土壤、降低水土流失有著顯著影響。

圖3 不同處理對土壤養分變化規律的影響

不同處理土壤孔隙度/%土壤飽和含水量/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%覆蓋度44.8±3.28c876.5±27.32bc0.488±0.08bc2.61±0.26d10%覆蓋度44.9±3.10c908.7±22.48bc0.518±0.06b3.48±0.32c30%覆蓋度50.8±2.28b1176.7±31.23b0.724±0.04ab4.60±0.23b50%覆蓋度57.8±2.08a1429.0±30.17a0.768±0.11a5.43±0.27a

注：表1中數值為平均值±標準誤差，同一列不同字母表示同一項目達到顯著水平(P<0.05)。

4 結 論

本文設置裸地、5%覆蓋度、10%覆蓋度、30%覆蓋度和50%覆蓋度處理下，通過對不同處理土壤物理性質、土壤水分和土壤養分影響的分析，以期得到使土壤性質最高和土壤水土流失最低的最優水土保持措施，為當地水土保持措施的制定提供參考。

本文得出以下結論：水土保持措施的制定可有效改良土壤，提高土壤總孔隙度、土壤飽和含水量和土壤水分，降低土壤養分流失速率，同時覆蓋度越高，效果越明顯。50%覆蓋度條件下，可使土壤總孔隙度、土壤飽和含水量、土壤水分和土壤養分含量最高，土壤養分流失速率最低，為最優水土保持治理措施。