湖北省土壤可蝕性研究

閆 婧，張必輝，高 超，丁樹文

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.湖北省水土保持監(jiān)測中心站，湖北 武漢 430071)

土壤對侵蝕的敏感性，或土壤受侵蝕的潛在可能性稱為土壤的可蝕性[1]。土壤可蝕性K值的大小表示土壤被沖蝕的難易程度，是影響土壤流失量的內(nèi)在因素，也是定量研究土壤侵蝕的基礎(chǔ)[2]。關(guān)于土壤可蝕性的研究，俄國科學(xué)家羅蒙諾索夫最早在1753年就詳細(xì)論述了土壤侵蝕對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響[1]。后來，ZINGG在1940年提出了世界上最早的土壤流失方程。1957—1958年，WISCHMEIER和SMITH建立了現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的通用土壤流失方程(USLE)[1-4]，方程中包含有土壤可蝕性因子K。之后，WISCHMEIER等建立了土壤可蝕性諾謨方程和修正諾謨方程，通過分析粉粒和極細(xì)砂粒含量、砂粒含量、有機(jī)質(zhì)含量、土壤結(jié)構(gòu)、土壤通透性等5項(xiàng)土壤特性指標(biāo)來估算土壤可蝕性K值[5]。20世紀(jì)80年代初期，美國德克薩斯農(nóng)工大學(xué)黑土地研究中心和美國農(nóng)業(yè)部草地、土壤和水分研究所共同研究開發(fā)出了環(huán)境政策綜合氣候模型(EPIC模型)，采用土壤有機(jī)碳和機(jī)械組成來估算土壤可蝕性K值[6]。在我國，具有土壤侵蝕預(yù)報(bào)價(jià)值的土壤可蝕性K值研究開始于20世紀(jì)90年代，在土壤可蝕性研究方法、區(qū)域性土壤可蝕性特征、土壤可蝕性實(shí)測法與估算法對比分析及兩者的定量關(guān)系方面進(jìn)行了大量的研究，在研究手段方面既有基于徑流小區(qū)觀測資料實(shí)測土壤可蝕性K值，也有采用國際上通用的土壤可蝕性估算公式估算K值[6-7]。

湖北省土地總面積18.59萬km2，根據(jù)全國第一次水利普查水土保持專項(xiàng)普查結(jié)果，全省現(xiàn)有水土流失面積3.69萬km2，占土地總面積的19.8%，年土壤侵蝕量1.25億t，嚴(yán)重的水土流失制約著湖北省社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。本研究以湖北省為研究區(qū)，使用通用性較好的EPIC模型對湖北不同類型土壤的可蝕性進(jìn)行系統(tǒng)研究，揭示各類土壤遭受侵蝕的潛在可能性，并提出相應(yīng)的防治措施，以期為湖北省防止土地退化、治理水土流失等提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

湖北省位于長江中游，地理位置介于N29°05′～33°20′、E108°21′～116°07′，地處亞熱帶季風(fēng)區(qū)，年均降水量1 200 mm左右，年均氣溫15～17 ℃，雨熱同期。湖北省處于中國地勢第二級(jí)階梯向第三級(jí)階梯過渡地帶，地貌類型多樣，山地、丘陵和平原兼?zhèn)洌渲猩降孛娣e約占土地總面積的55.5%，丘陵約占24.5%，平原湖區(qū)約占20%。土壤類型多樣，主要有紅壤、黃壤、黃棕壤、黃褐土、砂姜黑土、棕壤、暗棕壤、石灰土、紫色土、山地草甸土、沼澤土、潮土、水稻土等13種土類。

2 研究方法

本研究采用湖北省第二次土壤普查成果——《湖北省土種志》，從其中剔除數(shù)據(jù)不全的部分，選取湖北省土壤13個(gè)土類、30個(gè)亞類、345個(gè)土種，共398組數(shù)據(jù)，將各土類的序號(hào)、土壤類型、亞類、土屬、土種、所在地區(qū)、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、全磷含量、全鉀含量、土壤機(jī)械組成、分布面積及其占土地總面積的比例等錄入Excel。采用通用性較好的EPIC方程計(jì)算得到各土種的土壤可蝕性K值，將各土種的分布面積和K值進(jìn)行加權(quán)平均得到各亞類的平均土壤可蝕性K值，然后根據(jù)各亞類的分布面積和K值進(jìn)行加權(quán)平均，得到各土類的土壤可蝕性K值，結(jié)合土類面積進(jìn)行相應(yīng)的分析。

本研究采用EPIC模型，計(jì)算公式為

K={0.2+0.3exp[-0.025SAN(1-SIL/100)]}×

[SAN/(CLA+SIL)]0.3×

{1.0-0.25C/[C+exp(3.72-2.95C)]}×

{1.0-0.75SN1/[SN1+exp(-5.51+22.9SN1)]}

式中：SAN為砂粒含量，%；SIL為粉粒含量，%；CLA為黏粒含量，%；SN1=1-SAN/100[5]；C為有機(jī)碳含量，%；所得結(jié)果為美制單位。

3 結(jié)果與分析

表1為各土類及其亞類的土壤可蝕性K值與分布面積。對各土類的土壤可蝕性K值與分布面積進(jìn)行加權(quán)平均，得到湖北省平均土壤可蝕性K值為0.228 5。

表1 各土類及其亞類土壤可蝕性K值與分布面積

13個(gè)土類中，分布面積較大的有黃棕壤、水稻土、石灰土，其次是紅壤、潮土、黃壤、棕壤、紫色土及黃褐土，剩余4種土類分布面積僅占全省土地總面積的0.32%；土壤可蝕性K值最大的是棕壤，為0.249 7，其次是暗棕壤，為0.246 6，最低的是紫色土，為0.208 3。

根據(jù)K值對土壤可蝕性級(jí)別進(jìn)行分級(jí)，<0.1為低可蝕性，0.1～0.2為中低可蝕性，0.2～0.3為中可蝕性，0.3～0.4中高可蝕性，0.4～0.5為高可蝕性，≥0.5為極高可蝕性。研究可知，湖北省土壤主要為中可蝕性和中低可蝕性，分布面積分別為110 287.572、4 990.011 km2，分別占全省土地總面積的59.33%、2.68%。可見，中可蝕性基本可以反映湖北省土壤侵蝕狀況。

表2為各土類的土壤機(jī)械組成及有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳含量。由表2可知，在湖北省各土類的土壤機(jī)械組成中，砂粒(2～0.02 mm)含量介于22.35%～55.97%，其中砂粒含量最多的是潮土，為55.97 %，最少的是石灰土，為22.35%；粉粒(0.02～0.002 mm)含量介于27.40%～42.00%，粉粒含量最少的是紫色土，為27.40%，最多的是棕壤，為42.00 %；黏粒(<0.002 mm)含量介于13.95%～40.52%，其中黏粒含量最多的是石灰土，為40.52%，其次是砂姜黑土，為39.19 %，潮土最少，僅為13.95%。各土類的土壤有機(jī)質(zhì)含量差異較大，總體介于11.80～255.30 g/kg，其中有機(jī)質(zhì)含量最少的是紫色土，為11.80 g/kg，最多的是沼澤土，為255.30 g/kg。

表2 各土類土壤機(jī)械組成及有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳含量

各土類土壤養(yǎng)分特征見表3。由表3知，各土類的全氮含量介于0.75～10.09 g/kg，其中全氮含量最高的是沼澤土，為10.09 g/kg，最低的是黃褐土與紫色土，均為0.75 g/kg。全磷含量介于0.32～1.10 g/kg，其中全磷含量最高的是山地草甸土，為1.10 g/kg，最少的是黃褐土，為0.32 g/kg。全鉀含量介于0.77～20.72 g/kg，其中全鉀含量最高的是山地草甸土，為20.72 g/kg，其次是潮土，為19.88 g/kg，最少的是暗棕壤，為0.77 g/kg。

表3 各土類土壤養(yǎng)分特征

4 討 論

計(jì)算結(jié)果表明，湖北省各土類的土壤可蝕性K值介于0.208～0.250，而在同屬亞熱帶的川渝地區(qū)一些相同土類的K值就相對要高一些。侯大斌[1]研究得到川渝地區(qū)紫色土K值最大，達(dá)0.345 0，而湖北省紫色土的K值只有0.208 3。調(diào)查發(fā)現(xiàn)川渝地區(qū)紫色土砂粒含量為82.50%，粉粒為9.75%，黏粒為7.75%[1]，而湖北省紫色土對應(yīng)數(shù)據(jù)分別為50.39%、27.40%、22.51%。川渝地區(qū)紫色土的粉粒、黏粒含量均低于湖北省紫色土，砂礫含量相對較高。此外，采集土樣地點(diǎn)的狀態(tài)、坡度、受光性好壞及采樣時(shí)間、天氣等因素也會(huì)對土壤機(jī)械組成和養(yǎng)分特征造成一定影響，進(jìn)而影響到土壤可蝕性測定結(jié)果。這些都造成本研究結(jié)果中湖北省紫色土可蝕性K值低于川渝地區(qū)。

水土流失與人民生活質(zhì)量息息相關(guān)，降低可蝕性K值以減輕水土流失，湖北省可以從幾個(gè)方面著手：一是在有機(jī)質(zhì)缺乏的土壤中施用有機(jī)肥，如塘泥、綠肥、糞肥等增加土壤有機(jī)質(zhì)和氮的積累。有機(jī)肥料的施用既增加了土壤有機(jī)膠體，又借助微生物的作用把許多有機(jī)物也分解轉(zhuǎn)化成有機(jī)膠體，大大增加了土壤吸附表面，產(chǎn)生了許多膠黏物質(zhì)，使土壤顆粒膠結(jié)起來變成穩(wěn)定的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高了土壤保水、保肥和透氣的性能，以及調(diào)節(jié)土壤溫度的能力。二是秸稈還田。秸稈中含有大量新鮮的有機(jī)物料，在農(nóng)田中經(jīng)過一段時(shí)間的腐解作用，就可以轉(zhuǎn)化成有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分，從而改善土壤理化性狀。但秸稈分解過程中微生物會(huì)與作物爭奪土壤有效氮，因此必須增施無機(jī)氮肥。三是牧草與作物輪作。輪作根系深度不同的作物，深根作物可以利用由淺根作物溶脫而向下層移動(dòng)的養(yǎng)分，并把深層土壤的養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)移上來，殘留在根系密集的耕作層。同時(shí)，輪作可借根瘤菌的固氮作用補(bǔ)充土壤氮素，提高土壤中有機(jī)質(zhì)的含量。

5 結(jié) 論

(1)湖北省平均土壤可蝕性K值為0.228 5，各土類的K值介于0.208～0.250，其中最大的是棕壤，為0.249 7，最低的是紫色土，為0.208 3。

(2)湖北省以中可蝕性和中低可蝕性土壤為主，其中中可蝕性土壤占全省土地總面積的59.33%，而中低可蝕性土壤只占2.68%。

(3)砂粒(2～0.02 mm)含量最少的是石灰土，為22.35%，最多的是潮土，為55.97%；粉粒(0.02～0.002 mm)含量最少的是紫色土，為27.40%，最多的是棕壤，為42.00%；黏粒(<0.002 mm)含量最少的是潮土，為13.95%，最多的是石灰土，為40.52%。土壤全氮含量在0.75～10.09 g/kg之間，全磷含量在0.32～1.10 g/kg之間，全鉀含量在0.77～20.72 g/kg之間，有機(jī)質(zhì)含量在11.80～255.30 g/kg之間。