黄土高原土壤可蚀性对退耕还林(草)的响应.pdf

第3 7卷第4期2 0 2 3年8月水土保持学报J o u r n a l o fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 7N o.4A u g.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 1-0 4 资助项目:国家自然科学基金项目(4 1 8 3 0 7 5 8)第一作者:黄琬雲(1 9 9 5-),女,在读博士研究生,主要从事土壤侵蚀与水土保持研究。E-m a i l:w a n y u n h u a n g n w a f u.e d u.c n 通信作者:刘宝元(1 9 5 8-),男,博士,教授,主要从事土壤侵蚀与水土保持研究。E-m a i l:B a o y u a n b n u.e d u.c n黄土高原土壤可蚀性对退耕还林(草)的响应黄琬雲1,赵允格2,刘宝元1,王闪闪2,杨 凯3,孙 会4,谷康民3(1.西北农林科技大学水土保持研究所,陕西 杨凌7 1 2 1 0 0;2.中国科学院水利部水土保持研究所,陕西 杨凌7 1 2 1 0 0;3.西北农林科技大学资源环境学院,陕西 杨凌7 1 2 1 0 0;4.西北农林科技大学林学院,陕西 杨凌7 1 2 1 0 0)摘要:退耕还林(草)的实施显著影响黄土高原退耕地土壤理化属性,进而可能影响土壤可蚀性。然而,目前黄土高原全区土壤可蚀性对退耕方式的响应及其区域特征尚不明确。为此,以耕地为对照,以黄土高原4个降雨量带内(2 0 03 0 0,3 0 04 0 0,4 0 05 0 0,5 0 0mm)的3种退耕地(乔木林地、灌木地和草地)为对象,通过野外调查和室内分析,研究不同类型退耕地土壤理化性质,采用E P I C模型估算土壤可蚀性,分析不同退耕方式对黄土高原不同区域土壤可蚀性的影响。结果表明:就整个黄土高原而言,退耕地02 0c m土壤有机碳含量增加1.2 22.8 3g/k g,乔木林地、灌木地和草地的土壤有机碳含量分别平均增加1.7 0,1.7 2,2.7 2g/k g。黄土高原仅2 0 03 0 0mm降雨量带内的草地与耕地的黏粒差异显著,3 0 04 0 0,4 0 05 0 0,5 0 0mm降雨量带内的各类型退耕地间的黏粒、粉砂粒和砂粒差异不显著。相较于耕地,退耕地土壤可蚀性呈现降低趋势,由0.0 1 24(th m2h)/(h m2M Jmm)降至0.0 1 1 5(th m2h)/(h m2M Jmm),但差异不显著,乔木林地、灌木地、草地与耕地间土壤可蚀性亦无显著差异。总体表明,退耕还林(草)虽显著提高土壤有机碳含量,但并未显著影响颗粒组成和土壤可蚀性。研究结果可为预报黄土高原退耕后的土壤侵蚀提供科学依据。关键词:降雨量带;退耕方式;土壤有机碳;土壤颗粒组成;土壤可蚀性中图分类号:S 1 5 7.1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9-2 2 4 2(2 0 2 3)0 4-0 0 9 4-0 7D O I:1 0.1 3 8 7 0/j.c n k i.s t b c x b.2 0 2 3.0 4.0 1 3R e s p o n s eo fS o i lE r o d i b i l i t yo nt h eL o e s sP l a t e a u t o t h eG r a i nt oG r e e nP r o g r a mHUANG W a n y u n1,Z HAOY u n g e2,L I UB a o y u a n1,WANGS h a n s h a n2,YANGK a i3,S UN H u i4,GU K a n g m i n3(1.I n s t i t u t eo fS o i la n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,N o r t h w e s tA&FU n i v e r s i t y,Y a n g l i n g,S h a a n x i7 1 2 1 0 0;2.I n s t i t u t eo fS o i la n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e sa n dM i n i s t r yo fW a t e rR e s o u r c e s,Y a n g l i n g,S h a a n x i7 1 2 1 0 0;3.C o l l e g eo fN a t u r a lR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t,N o r t h w e s tA&FU n i v e r s i t y,Y a n g l i n g,S h a a n x i7 1 2 1 0 0;4.C o l l e g eo fF o r e s t r y,N o r t h w e s tA&FU n i v e r s i t y,Y a n g l i n g,S h a a n x i7 1 2 1 0 0)A b s t r a c t:T h e i m p l e m e n t a t i o no fG r a i nt oG r e e nP r o g r a m(G T G P)s i g n i f i c a n t l ya f f e c t st h ep h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e so f t h e s o i l o n t h eL o e s sP l a t e a u,w h i c hm a y i n f l u e n c e t h e s o i l e r o d i b i l i t y.H o w e v e r,t h e r e s p o n s e o f s o i le r o d i b i l i t y t oG T G Pa n d i t s r e g i o n a l c h a r a c t e r i s t i c s a c r o s s t h eL o e s sP l a t e a uw e r e s t i l l u n c l e a r.A c c o r d i n g l y,w i t hc u l t i v a t e dl a n da st h ec o n t r o l,t h es o i lp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e so ft h r e et y p e so fr e c l a i m e df a r m l a n d(f o r e s t,s h r u b l a n da n dg r a s s l a n d)i n f o u r r a i n f a l l z o n e s(2 0 03 0 0,3 0 04 0 0,4 0 05 0 0,5 0 0mm)o n t h eL o e s sP l a t e a uw e r es t u d i e dt h r o u g hf i e l d i n v e s t i g a t i o na n d l a b o r a t o r ya n a l y s i s.T h eE P I Cm o d e lw a su s e dt oe s t i m a t es o i l e r o d i b i l i t ya n da n a l y z et h ee f f e c t so fd i f f e r e n tc o n v e r s i o nt y p e so ns o i le r o d i b i l i t yi nd i f f e r e n ta r e a so ft h eL o e s sP l a t e a u.T h er e s u l t ss h o w e dt h a ti nt h ew h o l eL o e s sP l a t e a u,t h es o i lo r g a n i cc a r b o nc o n t e n to f 02 0c mo fG T G Pi n c r e a s e db y1.2 22.8 3g/k g,a n dt h es o i lo r g a n i cc a r b o nc o n t e n to f f o r e s t,s h r u b,a n dg r a s s l a n d i n c r e a s e db y1.7 0,1.7 2a n d2.7 2g/k g,r e s p e c t i v e l y.I nt h eL o e s sP l a t e a u,t h e r ew e r es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s i nt h ec l a yp a r t i c l e sb e t w e e ng r a s s l a n da n df a r m l a n dw i t h i nt h er a i n f a l l z o n eo f2 0 03 0 0mm,b u t t h e r ew e r en o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n t h e c l a yp a r t i c l e s,s i l t p a r t i c l e s a n ds a n dp a r t i c l e s a m o n gd i f f e r e n t t y p e so fc o n v e r t e df a r m l a n di nt h er a i n f a l lz o n eo f3 0 04 0 0,4 0 05 0 0a n d 5 0 0 mm.S o i le r o d i b i l i t yb e f o r ea n da f t e rG T G Po nt h eL o e s sP l a t e a us h o w e dad e c r e a s i n gt r e n df r o m0.0 1 24t o0.0 1 15(th m2h)/(h m2M Jmm),r e s p e c t i v e l y,b u tt h ed i f f e r e n c ew a sn o ts i g n i f i c a n t,a n dt h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei ns o i le r o d i b i l i t ya m o n gf o r e s t,s h r u b,g r a s s l a n da n dc u l t i v a t e dl a n d.O v e r a l l,t h eG T G Pg r e a t l ye n h a n c e d t h e s o i l o r g a n i cc a r b o nc o n t e n t,b u th a dn oe f f e c to ns o i lp a r t i c l ec o m p o s i t i o na n ds o i l e r o d i b i l i t y.T h e r e s u l t s c a np r o v i d e a s c i e n t i f i cb a s i s f o rp r e d i c t i n gs o i l e r o s i o no n t h eL o e s sP l a t e a ua f t e rG T G P.K e y w o r d s:r a i n f a l l z o n e;c o n v e r s i o nt y p e s;s o i l o r g a n i cc a r b o n;s o i l p a r t i c l ec o m p o s i t i o n;s o i l e r o d i b i l i t y 土壤侵蚀是全球性的生态与环境问题1-2,全球有约1 6.8%的陆地受到不同程度侵蚀的危害2,合理估算和评价土壤侵蚀有助于科学治理水土流失问题。土壤可蚀性作为土壤侵蚀预报模型的重要参数,是评价土壤对侵蚀敏感程度和估算土壤侵蚀量的重要指标,通常采用以土壤有机碳和颗粒组成为主要参数的E P I C模型计算3-6。有机碳作为土壤的“黏合剂”,可显著影响土壤可蚀性7-9。有研究1 0-1 7证明,当有机碳含量增加后,土壤团聚体稳定性增强,可蚀性降低。颗粒组成是重要的土壤物理性质之一,当土壤黏粒含量增加,其黏结性增加,团粒间胶结作用增强,有利于提高团聚体稳定性和降低土壤可蚀性1 4,1 8-2 0。黄土高原是我国,乃至全球土壤侵蚀最严重的区域之一1,1 9 9 9年起,为了控制该区严重的土壤侵蚀,该区启动了大面积的退耕还林(草)生态工程并取得显著成效2 1-2 2。一直以来,已有研究主要从退耕年限7,1 2、退 耕 方 式1 0-1 1,1 3、退 耕 模 式1 4,1 9、植 被 恢复8-9,1 1和生物结皮发育2 3-2 4等角度研究退耕还林(草)的生态效益以及对土壤可蚀性的影响。但是,多数研究多集中于坡面上或小流域内,缺乏对较大区域的土壤可蚀性系统性评价。张科利等6描述了黄土高原东部离石、子洲一带土壤可蚀性分布特征,但是黄土高原其余地区土壤可蚀性分布情况却鲜有描述,尤其关于黄土高原全区土壤可蚀性的评价。黄土高原降雨量有从东南向西北递减的趋势,以及土壤类型有由黄绵土向沙黄土过渡的特点,决定了该区域生态恢复程度的差异,进而导致不同类型退耕地土壤有机碳含量、颗粒组成以及土壤可蚀性产生较大的空间分异性。因此在全区域内分区域(不同降雨量带)、分退耕方式(土地利用类型)研究退耕还林(草)对土壤可蚀性的影响,对揭示退耕还林(草)工程对土壤可蚀性的影响具有重要意义。为此,参考黄土高原气候分区2 5,将黄土高原全区划分为4个降雨量带区,以乔木林地、灌木地和草地为研究对象,耕地为对照,通过野外调查和室内分析,研究不同区域内不同退耕方式下土壤有机碳含量及颗粒组成的变化特征,并采用E P I C模型估算土壤可蚀性,分析不同区域内不同类型退耕地对土壤可蚀性的影响,以期为预报黄土高原退耕后的土壤侵蚀提供科学依据。1 研究区概况与研究方法1.1 研究区概况黄土高原南北跨度约7 5 0k m,按照水热条件分成5个生物气候区2 5:暖温带湿润半湿润森林区(5 0 06 5 0mm)、暖温带半湿润半干旱森林草原区(4 0 05 0 0mm)、中温带半干旱典型草原区(3 0 04 0 0mm)、中温带干旱半干旱荒漠草原区(2 0 03 0 0mm)及中温带干旱草原化荒漠区(2 0 0mm)。随降雨量递减,5个生物气候区代表性的植被类型由辽东栎(Q u e r c u s l i a o t u n g e n s i s)林、油松(P i n u s t a b u l i-f o r m i s)过渡为白羊草(B o t h r i o c h l o ai s c h a e m u m)、长芒草(S t i p ab u n g e a n a)群 落,再 到 红 沙(R e a u-m u r i as o n g o r i c a)、盐爪爪(K a l i d i u mf o l i a t u m)2 6。5个生物气候区主要土壤类型分别为褐色土、黑垆土、栗钙土、灰钙土和漠灰钙土,土壤以黄土母质上发育来的黄绵土(钙质湿润雏形土)为主2 5-2 6。黄土高原地形由高原和平原组成,由于长期水力侵蚀,地面被分割形成了沟壑交错其间的塬、墚、峁等地貌。1.2 研究方法1.2.1 样地选择 温带干旱草原化荒漠区(5 0 0mm4个降雨量带为研究区域(表1)。在4个降雨量带内共布设1 2个采样点(图1),每个采样点内选定乔木林地、灌木地及草地为研究对象,耕地为对照,每种样地3个重复,共计1 3 5个。同一采样点内,样地选择在坡度、坡向、海拔、土壤类型等相似的地块,距离间隔小于5k m。另外详细记录各样地的坡向、坡度、海拔、地貌部位,以及退耕年限等样地信息。1.2.2 样品采集 在乔木林地、灌木地、草地和耕地样地内按照水平方向设置3个5m 5m样方,将地面的枯枝落叶及腐殖质层轻轻去除掉后,用土钻按照“S”形对02 0c m的土层进行5点采样,将其充分混匀后低温保存带回实验室。剔除土壤中的根系、石块及动植物残体后,风干后研磨,过2mm筛后测定土壤颗粒组成,过0.1 5mm筛后测定土壤有机碳,采用E P I C模型估算土壤可蚀性K值。采样于2 0 1 9年56月进行,此时耕地尚未耕作,避免施肥对土壤有机碳的影响。59第4期 黄琬雲等:黄土高原土壤可蚀性对退耕还林(草)的响应表1调查样地基本信息降雨量/mm采样点海拔/m乔木林地DSVC/%BC/%灌木地DSVC/%BC/%草地DSVC/%BC/%2 0 03 0 0宁夏红寺堡1 2 4 71 4 6 5槐树(S o p h o r aj a p o n i c a)、杨树(P o p u l u s s i-m o n i i)、柳树(S a l i xa l f r e d i)6 0.62 7.6柠条(C a r a g a n ak o r s h i n s k i i)5 8.55 9.0茵陈蒿(A r t e m i s i ac a p i l l a r i s)3 5.46 5.9甘肃白银1 4 6 01 5 2 0槐树(S o p h o r aj a p o n i c a)6 3.02 0.0红砂(R e a u m u r i as o n g a r i c a)4 7.57 1.5未记录物种4 1.36 9.7甘肃皋兰1 3 9 21 7 7 0槐树(S o p h o r aj a p o n i c a)5 1.90红砂(R e a u m u r i as o n g a r i c a)4 3.08 1.0小针茅(S t i p ac a p i l l a t aL.)、猪毛草(S c i r p u sw a l l i c h i)2 5.87 2.03 0 04 0 0陕西杨井1 9 3 62 1 1 0杨树(P o p u l u ss i m o n i i)3 9.84 6.7柠条(C a r a g a n ak o r s h i n s k i i)7 3.83 2.9长芒草(S t i p ab u n g e a n a)、早 熟 禾(P o aa n-n u a)5 5.35 3.3甘肃定西2 1 3 52 3 3 8侧柏(P l a t y c l a d u so r i e n t a l i s)、槐树(S o p h o-r aj a p o n i c a)7 5.08.3柠条(C a r a g a n ak o r s h i n s k i i)8 3.34 7.5冰草(A g r o p y r o nc r i s t a t u m)、苜蓿(M e d i c a g os a t i v a)7 3.45 0.64 0 05 0 0陕西吴起8 2 01 3 5 8油松(P i n u st a b u l i f o r m i s)1 0 0.02 5.81 0 0.03.2长芒草(S t i p ab u n g e a n a)8 9.02 1.3山西偏关8 8 01 6 1 6杨树(P o p u l u ss i m o n i i)8 6.01 7.8柠条(C a r a g a n ak o r s h i n s k i i)7 6.43 2.4冰草(A g r o p y r o nc r i s t a t u m)、小 针 茅(S t i p ac a p i l l a t aL.)5 9.34 5.45 0 0山西吕梁1 4 3 01 5 3 0槐树(S o p h o r aj a p o n i c a)8 5.72 0.8早熟 禾(P o aa n n u a)、铁 杆 蒿(A r t e m i s i as a c r o r u m)7 0.35 2.8甘肃庆阳1 3 5 01 4 3 0苹果(Ma l u sp um i l a)9 0.03 2.2长芒草(S t i p ab u n g e a n a)、铁杆蒿(A r t e m i s i as a c r o r u m)6 4.83 8.3甘肃天水1 2 5 11 2 9 2槐树(S o p h o r aj a p o n i c a)、樱 桃(C e r a s u sp s e u d o c e r a s u s)7 7.61 8.3狼牙刺(S o p h o r av i c i i f o l i a)1 0 0.01 0.0冰草(A g r o p y r o nc r i s t a t u m)、长 茅 草(S t i p ab u n g e a n a)7 2.42 7.5陕西延长1 0 9 21 2 8 0槐树(S o p h o r aj a p o n i c a)1 0 0.05.0红柳(T a m a r i xr am o s i s s i ma)、狼牙刺(S o p h o r av i c i i f o l i a)9 6.82 2.4阿尔泰狗娃花(H e l e r o p a p p u sa l t a i c u s)、达乌里胡枝子(L e s p e d e z ad a v u r i c a)4 0.04 0.9山西隰县7 8 48 6 0杜梨(P y r u sb e t u l i f o l i a)8 0.53 0.1柠条(C a r a g a n ak o r s h i n s k i i)8 4.55 9.4长芒 草(S t i p ab u n g e a n a)、达 乌 里 胡 枝 子(L e s p e d e z ad a v u r i c a)7 4.32 9.3 注:表示缺少该土地利用;D S为优势种(d o m i n a n t s p e c i e s);V C为植被盖度(v e g a t i o nc o v e r a g e);B C为生物结皮盖度(b i o c r u s t c o v e r a g e)。图1 采样点分布1.3 指标测定与方法1.3.1 植被盖度与生物结皮盖度 目估乔木林地、灌木地、草地样方内植物群落盖度:4人站在5m5m样方的四角,1人站在样方中心,同时各自目估乔木林地、灌木地及草地的植被群落盖度,以此重复3次,每次人员更换位置,取5人目估结果均值为最终结果。生物结皮盖度调查使用2 5样点法(2 5c m2 5c m小样方):在5m5m样方内按照梅花状布设1 0个小样方调查生物结皮种类和盖度,记录1 0个小样方中生物结皮、裸土出现频率,以占调查总点数的百分数为其相应的覆盖度。1.3.2 土壤理化属性 2 0 1 9年9月初测定土壤有机碳和土壤颗粒组成,土壤有机碳采用硫酸重铬酸钾外加热法,土壤颗粒组成采用马尔文激光粒度仪法,具体方法参照文献2 8。1.4 土壤可蚀性土壤可蚀性计算方法7为:Ke p i c=0.2+0.3 e-0.2 5 6 S a1-S i1 0 0()S iS i+C l0.31-0.2 5 CC+e3.7 2-2.9 5C1-0.7 S nS n+e-5.5 1+2 2.9S n(1)式中:S n=1-S a/1 0 0;S a、S i、C l、C分别为砂粒、粉粒、黏粒和有机碳含量(%)。计算所得K值的单位为美制(th m2h)/(h m2M Jmm),乘以0.1 3 17后转为国际单位。将Ke p i c带入修正公式6计算最终土壤可蚀性K值。K=-0.0 1 3 8 3+0.5 1 5 7 5Ke p i c(R=0.6 1 3,p=0.1 0 6)(2)1.5 数据处理采用S P S S1 8.0软件对不同降雨量带以及同降69水土保持学报 第3 7卷雨量带内,退耕及退耕方式的土壤有机碳含量/增量、土壤颗粒组成和土壤可蚀性K值进行单因素方差分析(o n e-w a yANOVA),并使用L S D法进行多重比较(p=0.0 5)。图表中数据为平均值标准差。2 结果与分析2.1 黄土高原不同降雨量带土壤有机碳变化特征退耕还林(草)后土壤有机碳含量增加,增量 C(C退耕地-C耕地)为1.2 22.8 3g/k g,增幅为3 7%1 2 0%,不同降雨量带内退耕地土壤有机碳增幅不同,降雨量为3 0 04 0 0mm的区域内增幅最大(图2)。草地、灌木地和乔木林地较耕地分别增加1.7 0,1.7 2,2.7 2g/k g,退耕方式对土壤有机碳增量的影响随降雨量的增加差异性逐渐增强(图3)。不同退耕方式下土壤有机碳增量对各降雨量带土壤有机碳增量的贡献不同。2 0 03 0 0mm范围内主要是草地、灌木地的影响,3 0 0 4 0 0mm降雨量带主要是灌木地的影响,4 0 0 5 0 0mm主要是草地、乔木林地的影响,5 0 0mm主要是乔木林地的影响。总之,退耕还林(草)显著增加02 0c m土壤有机碳含量。注:图柱上方不同小写字母表示同一降雨量带退耕与耕地间土壤有机碳含量差异显著(p 0.0 5);不同大写字母表示同一土地利用方式下不同降雨量带间土壤有机碳含量差异显著(p 0.0 5)。图2 不同降雨量带退耕地和耕地0-2 0c m土层 土壤有机碳含量 注:图柱上方不同小写字母表示同一降雨量带下不同退耕方式间土壤有机碳增量差异显著(p0.0 5);不同大写字母表示同一退耕方式下不同降雨量带间土壤有机碳增量差异显著(p 5 0 0m m降雨量带的黏粒、粉砂粒和砂砾均差异不显著。可见,本研究中退耕还林(草)以及退耕方式对土壤颗粒组成无显著影响。2.3 黄土高原不同降雨量带土壤可蚀性变化特征由图5可知,黄土高原退耕地土壤可蚀性K值在0.0 1 01 0.0 1 40(th m2h)/(h m2M Jmm),均值0.0 1 15(th m2h)/(h m2M Jmm),在不同降雨带间差异显著。耕地土壤可蚀性K值在0.0 1 12 0.0 1 44(th m2h)/(h m2M Jm m),均值0.0 1 24(th m2h)/(h m2M Jm m),在不同降雨带间无显著差异性。注:图柱上方不同小写字母表示同降雨量带下同一粒径颗粒在退耕地与耕地间差异显著(p0.0 5);不同大写字母表示同一土地利用方式下不同降雨量带间同一粒径颗粒差异显著(p5 0 01 6.0 13.0 A a1 5.3 62.9 9 A a1 7.2 33.1 3 A a1 6.5 92.5 5 A a2 0 03 0 0粉砂粒4 9.9 61 9.5 2 B a5 3.4 88.3 3 B a5 2.0 41 4.6 4 A a3 0 04 0 05 5.8 69.2 6 B a5 7.2 38.1 8 A a4 9.1 91 3.5 8 B a5 7.7 79.2 3 A a4 0 05 0 05 5.0 15.2 0 B a4 8.4 99.0 2 B a5 1.6 07.9 4 B a5 3.1 82.0 7 A a5 0 06 3.2 03.2 4 A a6 3.9 13.5 1 A a6 3.7 12.8 9 A a6 3.6 42.9 4 A a2 0 03 0 0砂粒3 5.9 32 4.0 6 A a3 1.2 38.9 6 B a2 7.6 61 6.2 8 A a3 0 04 0 02 8.8 91 2.4 7 A a2 8.0 81 1.3 B a3 6.5 92 0.9 3 A a2 6.2 71 0.4 9 A a4 0 05 0 03 1.8 26.6 2 A a4 0.1 71 1.4 0 A a3 5.9 58.9 4 A a3 4.4 80.8 1 A a5 0 02 0.7 85.4 2 A a2 0.7 36.2 2 B a1 9.0 64.1 5 B a1 9.7 73.9 9 A a 注:表中数据为平均值标准差;同列不同小写字母表示同一降雨量带下同一粒径颗粒在不同退耕方式间差异显著(p0.0 5);不同大写字母表示同一退耕方式下的同一粒径颗粒在不同降雨量间差异显著(p0.0 5);2 0 03 0 0mm降雨量带内,无乔木林地数据。注:图柱上方不同小写字母表示同一降雨量带内退耕地与耕地间土壤可蚀性差异显著(p 0.0 5);不同大写字母表示同一土地利用方式下不同降雨量带间土壤可蚀性差异显著(p5 0 0mm降幅最小,但二者差异不显著。草地、灌木地及乔木林地K值较耕地分别下降1.2%1 0.7%,8.0%2 3.4%和4.8%1 2.2%(图6),但是退耕方式间差异不显著。在p=0.0 5显著性水平下,退耕还林(草)和退耕方式均不会影响土壤可蚀性K值。3 讨 论黄土高原经过2 0多年的退耕休牧,地面覆盖显著恢复2 9,土 壤 有 机 碳 显 著 增 加3 0,土 壤 可 蚀性从0.0 1 24(th m2h)/(h m2M Jmm)减少到0.0 1 15(th m2h)/(h m2M Jmm),与耕地土壤可蚀性相比,4个降雨量带内均为K退耕地K耕地,但二者土壤可蚀性无显著差异(图5)。注:图柱上方不同小写字母表示同一降雨量带下不同退耕方式间土壤可蚀性差异显著(p0.0 5);不同大写字母表示同一退耕方式 下 不 同 降 雨 量 带 间 土 壤 可 蚀 性 差 异 显 著(p5 0 0mm降雨量带内降幅最小(图5)。此外,不同降雨量带内的土壤可蚀性降幅的差异与退耕方式有关;当降雨量较低时,草地与耕地的差值较大,随着降雨量的增加转变为林灌地与耕地的差值更大,但是当降雨量5 0 0 mm89水土保持学报 第3 7卷时,3种退耕方式的土壤可蚀性与耕地差值接近;但是在4个降雨量带内,不同退耕方式下的土壤可蚀性差异不显著(图6)。黄土高原土壤可蚀性呈现降低趋势与有机碳显著增加密切相关。退耕还林(草)后,生物结皮与维管束植物成为黄土高原退耕地普遍存在的地被物,二者往往共同存在2 2-2 3,成为该区生态系统重要的碳源,显著影响土壤有机碳含量2 9,3 1-3 2,此外根系及根系分泌物、腐殖质对土壤有机碳也有贡献。值得注意的是,与其他降雨区相比,2 0 03 0 0mm降雨量范围内地区退耕地土壤质地较差,土壤有机碳含量较低(图2),植被覆盖度低(3 4%),但该区土壤有机碳增量较高(图2),这种变化可能与高覆盖的生物结皮(盖度可达7 2%)较强的固碳作用有关。另外,不同降雨量带内的土壤可蚀性降幅的差异与退耕方式有关,且退耕方式与土壤有机碳的增加幅度也密切相关(图3)。不同的退耕方式(土地利用方式差异)下的根量、枯落物量以及分泌物质的差异息息相关1 6。不同的退耕方式下进入土壤植物残体的数量和性质有差异。本研究中,乔木林地、灌木地和草地较耕地土壤有机碳含量平均分别增加1.7 0,1.7 2,2.7 2g/k g,许明祥1 2研究表明,土壤有机碳含量排序为林地天然、人工灌木林地天然、人工草地农地。土壤颗粒组成是构成土壤结构的重要组成部分之一,在较长的时间内都保持相对稳定,退耕还林(草)未明显影响颗粒组成(图4和表2),02 0c m土层颗粒组成的差异性与土壤类型及其母质差异性有关3 3。总体而言,本研究发现,退耕还林(草)并未引起土壤可蚀性显著降低,然而,有研究1 3-1 4,2 4表明,无论是坡面上还是小流域内,林草的土壤可蚀性显著低于耕地,与本文结果明显不同,这可能是因为土壤可蚀性除与有机碳含量有关外,还与土壤颗粒组成差异性有关。在本研究中,退耕还林(草)仅增加了土壤有机碳含量,但未显著影响土壤颗粒组成,因此,本研究中,不同方式的退耕地土壤可蚀性较同区坡耕地仅呈现降低趋势。土壤可蚀性作为描述土壤抵抗侵蚀能力强弱的特征值,也是土壤特性的一种,刘宝元等5、张科利等7提出土壤可蚀性与降雨、坡度及土地利用(退耕方式)有一定的交互作用,但绝不随这类因素的变化而变化。此外,张科利等7、徐加盼等3 3研究发现,采用E P I C模型估算的K值适合用于估算黄土高原上的农业土壤,退耕地与耕地土壤可蚀性无显著差异进一步佐证了现有的采用E P I C模型计算的土壤可蚀性K值不会影响土壤侵蚀预报模型的精度和准确度,也从土壤可蚀性角度认为,黄土高原土壤流失量显著的减少与土壤可蚀性变化的相关性较弱。4 结 论退耕还林(草)显著改善土壤有机碳,显著增加1.2 22.8 3g/k g,表现为乔木林地、灌木和草地平均分别增加7 1%,4 9%,4 6%;未显著影响土壤颗粒组成差异性。相较于同降雨带内耕地,退耕地土壤可蚀性呈现降低趋势,但二者土壤可蚀性差异不显著,乔木林地、灌木地、草地与耕地间土壤可蚀性亦无显著差异。总体表明,退耕还林(草)显著提高黄土高原02 0c m土层土壤有机碳含量,未显著影响颗粒组成和土壤可蚀性。参考文献:1 朱显谟,孙林夫,杨文治,等.黄土高原综合治理分区J.中国科学院西北水土保持研究所集刊(黄土高原综合治理专集),1 9 8 5(1):2-6 6.2 R u s s e l lSH,W i l l i a m W D.L a n d s c a p ee r o s i o na n de v o l u-t i o nm o d e l i n gM.N e w Y o r k:K l u w e rA c d a e m i cP u b l i s h-e r s,2 0 1 1.3 W i l l i a m s JR,S h a r p l e yAN.E P I C-E r o s i o n/p r o d u c t i v i t yi m p a c t c a l c u l a t o r:1.M o d e l d o c u m e n t a t i o n.2.U s e rm a n u aR.U S D A A g r i c u l t u r eR e s e a r c hS e r v i c e,1 9 9 0,4(4):2 0 6-2 0 7.4 O l s o nTC,W i s c h m e i e rW H.S o i l e r o d i b i l i t ye v a l u a t i o n s f o rs o i l o n t h e r u n o f f a n de r o s i o ns t a t i o n sJ.S o i lS c i e n c eS o c i e t yo fA m e r i c a J o u r n a l,1 9 6 3,2 7(5):5 9 0-5 9 2.5 刘宝元,张科利,焦菊英.土壤可蚀性及其在侵蚀预报中的应用J.自然资源学报,1 9 9 9,1 4(4):3 4 5-3 5 0.6 张科利,彭文英,杨红丽.中国土壤可蚀性值及其估算J.土壤学报,2 0 0 7,4 4(1):7-1 3.7 张科利,蔡永明,刘宝元,等.黄土高原地区土壤