龙脊梯田土地利用模式对土壤持水力影响研究_徐德兰.pdf

第 31 卷第 2 期2023 年 4 月Vol.31 No.2Apr.2023安 徽 建 筑 大 学 学 报Journal of Anhui Jianzhu University 收稿日期：2021-12-02基金项目：国家重点研发计划项目（2019YFC0507500）；桂林市科学研究与技术开发计划重大专项项目（20180102-2）作者简介：徐德兰（1975-），男，教授，研究方向：湖泊生态、植物生态；朱学莲（1996-），女，硕士研究生，研究方向：园林植物应用与景观工程。DOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20230207龙脊梯田土地利用模式对土壤持水力影响研究徐德兰1，2，朱学莲1，王凯杰1（1.桂林理工大学 旅游与风景园林学院，广西 桂林 541004；2.广西旅游产业研究院，广西 桂林 541004）摘 要：土壤水分是土壤生态系统中养分循环与流动的重要载体，是植物生长及生态环境建设的关键影响因子。以龙脊梯田金坑红瑶景区为对象，研究其林地、旱地、水田和抛荒地 4 种土地利用模式 05cm 表层土壤的物理性质，分析各类土地表层土壤的持水能力。结果表明，4 种土地利用模式下，表层土壤的土壤容重范围为0.451.02g/cm3，最大持水率范围为 42.12%90.92%，土壤非毛管孔隙度范围为 18.93%43.62%。Spearman相关性分析表明，各类土地表层土壤的最大持水率与土壤容重呈极显著负相关（r=-0.911，P0.01），与土壤非毛管孔隙度呈极显著正相关（r=0.839，P0.01），与植被覆盖度呈一般显著正相关（r=0.583，P 抛荒地 水田 旱地。关键词：土地利用；土壤持水力；最大持水率；龙脊梯田中图分类号：S152.7 文献标志码：A 文章编号：2095-8382(2023)02-040-05Study on the Influence of Land Use Pattern on Soil Water Holding Capacity in Longji TerraceXUDelan1，2，ZHUXuelian1，WANGKaijie1（1.CollageofTourismandLandscapeArchitecture，GuilinUniversityofTechnology，Guilin 541004，China；2.InstituteofGuangxiTourismIndustry，Guilin 541004，China）Abstract：Soilmoistureisanimportantcarrierofnutrientcyclinginthesoilecosystem，andisakeyinfluencingfactorforplantgrowthandecosystemconstruction.TakingJinkengHongyaoScenicSpotinLongjiTerraceasanobject，thephysicalpropertiesofsurfacesoil(05cmdepth)underfourlandusepatterns：woodland，dryland，paddyfieldandabandonedfarmfieldwerestudiedtoanalyzetheirwaterholdingcapacity.Theresultsshowthatthebulkdensityofsurfacesoilunderfourlandusepatternsrangedfrom0.45to1.02g/cm3；themaximumwaterholdingcapacityrangedfrom42.12%to90.92%；thesoilnon-capillaryporosityrangedfrom18.93%to43.62%.Spearman scorrelationanalysisshowsthatforthesurfacesoiloffourlandusepatterns，themaximumwaterholdingcapacityhasanhighlynegativecorrelationwithbulkdensity(r=-0.911，P0.01)，anhighlypositivecorrelationwithsoilair-filledporosity(r=0.839，P0.01)andanpositivecorrelationwithvegetationcoverage(r=0.583，Pabandonedfarmfieldpaddyfielddryland.Keywords：landuse；waterholdingcapacity；maximumwaterholdingcapacity；Longjiterrace龙脊梯田是中国西南地区典型的稻作梯田之一，集独特的自然景观、人文景观、民族风情为一体，同时具备生态、经济、社会和美学功能，在区域经济和社会发展中占有重要地位1。然而近年第 2 期41徐德兰,等：龙脊梯田土地利用模式对土壤持水力影响研究来，由于水资源利用不合理及土地荒废等因素，梯田的自然景观受到一定程度的破坏，生态服务功能下降2。土壤水分在各种田间生物化学反应过程中起到媒介作用3，土壤持水能力是土壤重要的物理性质，是评价土壤水分调节和涵养水源能力的重要指标4。土壤持水力往往会受到各种自然因素的影响，包括气候、地形、土壤性质、土地利用、植物群落类型和植被年龄等5，另外也会受到人为干扰的影响6。国内外学者针对不同土地利用方式对土壤持水力的影响进行了大量研究。赵锦梅等4选取天然草地、退耕自然恢复地、燕麦地和多年生草地4种土地利用方式为研究对象，揭示了不同土地利用方式对土壤持水能力影响显著。杜康等7选择了梯田、草地、刺槐林、沙棘灌丛种土地利用方式研究土壤水分的时空变化特征，结果表明0300cm深度平均土壤含水量大小表现为梯田 草地 沙棘灌丛 刺槐林。Wei 等6对比 5 种管理措施下的梯田土壤水分，发现不同植物群落的存在会增加土壤水分状况的不确定性和复杂性。Kanianska等8测量农业、草地、混交森林土壤的物理化学性质，发现不同季节下各土地利用模式土壤的持水能力不同。龙脊梯田是“森林-梯田-村寨-河流”四素同构的生态系统，是重要的水源涵养林。本文通过野外调研采样与室内实验研究，分析广西壮族自治区龙脊梯田不同土地利用模式土壤持水能力及影响因素，为提高该地土地资源管理、水源涵养能力以及生态保护和环境治理提供参考。1 材料与方法1.1 研究区概况龙脊梯田位于广西壮族自治区桂林市龙胜各族自治县龙脊镇境内，地处东经 109 32110 14，北纬 25 3526 17 之间。梯田分布在海拔 3001100m 之间，山地坡度大多在 26 35 之间，最大坡度达 50。研究区地处亚热带季风气候区，四季冷热分明，干湿明显，年降雨量达 1546.7mm。研究区表土层有机质含量丰富，土壤肥沃，为植物生长提供了较好的条件。研究区具体位置及地形高程状况见图 1。其中，高程数据来源于国家地理空间数据云的 ASTERGDEM30m 分辨率原始高程数据，采用 ArcGIS 对原始数据进行拼接、填洼、流向、累积量计算、提取、裁剪、投影变换，最终获得研究区边界和高程图。图 1 研究区位置及高程图Fig.1 Location and elevation of study area1.2 样地选择根据全球地表覆盖网站的 30m 空间分辨率全球地表覆盖数据显示（图 2），龙脊梯田土地利用包括耕地、林地、草地、水体和人造地表，其中林地面积占比 73.67%，耕地占比 18.43%，草地占比7.55%，水体占比 0.04%，人造地表占比 0.31%。可见林地与耕地是龙脊梯田主要的用地类型，龙脊梯田景区水源涵养也依赖林地与耕地。因此，研究区林地与耕地土壤持水力的研究至关重要。经过实图 2 研究区土地利用分类图 Fig.2 Classification of land use in study area安徽建筑大学学报第 31 卷42地调查，该地林地可细分为一直存在的林地和农田抛荒后逐渐演替而成的林地（抛荒地），耕地也可细分为种植水稻的水田和种植其他作物的旱地。因此，本次土壤采样共选择 4 种利用模式的土地为样地，分别是林地、抛荒地、水田与旱地，土壤采样地概况见表 1。1.3 样品采集与分析2020 年 7 月，在选定的样地采集土壤样品。本文采集、测定方法与计算公式参照国家行业标准LY/T1215-1999森林土壤水分-物理性质的测定与相关文献9，并根据情况调整。在每个样地选择 3 个 1m1m 的样方，清除腐殖质层，用容积为100cm3的环刀在样方中心点取 5cm 深的原状土，装好带回实验室，分析测定表层土壤最大持水率、容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等土壤物理性质指标。土壤最大持水率采用烘干称重法进行测定10，计算公式为：W=（G1-G2）/G2100%（1）式中：G1为达最大持水量时的环刀内湿土重，g；G2为烘干后环刀内干土重量，g。土壤容重（b）、总孔隙度（）、毛管孔隙度（1）、非毛管孔隙度（2）等采用环刀法测定9，11具体指标计算公式如下：b=G2/V（2）=（1-b/s）100%（3）1=（G1-G2）/V100%（4）2=-1（5）式中：V 为环刀容积，cm3；s为土壤比重（本次试验取土壤比重值为 2.65g/cm3）。试验数据利用 Excel、SPSS 软件及 R 语言进行处理和分析。2 结果与分析2.1 不同土地利用模式表层土壤容重差异分析容重是土壤基本物理性质之一，能够反映土壤的紧实度和透气透水能力12。如图 3 所示，龙脊梯田4种土地利用模式表层土壤容重范围为0.45 1.02g/cm3。单因素方差分析表明，不同土地利用模式间表层土壤容重存在显著差异（P=0.01008 抛荒地 水田 林地。图 3 不同土地利用模式土壤容重情况Fig.3 Soil bulk density with different land use patterns林地表层土壤容重值最小，说明该地表层土壤较疏松。这与该用地植物群落丰富、植被覆盖度高导致的年度凋落物量多有很大的关系。凋落物经微生物分解后形成的腐殖质含有丰富的有机质，可以影响土壤容重大小。旱地植物群落简单，表层土壤有机质含量低，容重增大，土壤比较坚实。2.2 不同土地利用模式表层土壤孔隙度差异分析土壤孔隙度是决定土壤持水与贮水能力的关键指标13，14，其中非毛管孔隙度体现土壤对降水的短期停滞量与有效持水量15，16，毛管孔隙度体现土壤的保水与入渗能力13，17。实验结果表明，4 种土地利用模式表层土壤总孔隙度范围为表 1 样地植物群落特征Tab.1 Characteristic of plant community in sample plots土地类型植物群落特征林地盖度 90%，为杉木（Cunninghamialanceolata（Lamb.）Hook.）-鼠刺（IteachinensisHook.etArn.）-里白（Diplopterygiumglaucum（Thunb.exHoutt.）Nakai）群落，长势良好旱地盖度 30%，仅种植番薯（Ipomoeabatatas（L.）Lam.），长势一般，无其他植物水田盖度 60%，种植水稻（OryzasativaL.），长势良好抛荒地盖度 95%，为杉木（Cunninghamialanceolata（Lamb.）Hook.）-芒草（Miscanthus）群落，但杉木较为稀疏，芒草为优势种第 2 期43徐德兰,等：龙脊梯田土地利用模式对土壤持水力影响研究61.68%82.97%，土 壤 毛 管 孔 隙 度 的 变 化 在37.78%42.75%，土壤非毛管孔隙度的变化在19.64%43.94%。单因素方差分析表明，4 种土地利用模式表层土壤毛管孔隙度无显著差异（P