喀斯特石漠化地区不同水土保持措施对土壤物理性质及抗剪性的影响

岳坤前 顾再柯 袁茏 方启彬

摘要 分析了喀斯特石漠化地区不同水土保持措施对土壤物理性质和抗剪性的影响，结果表明，不同措施下土壤平均持水性总体表现为水保林>封山育林>经济林>坡耕地>坡改梯，平均土壤容重表现为水保林<经济林<封山育林<坡耕地<坡改梯，平均土壤总孔隙度表现为水保林>经济林>封山育林>坡耕地>坡改梯，土壤平均抗剪强度大小排序为封山育林>水保林>坡改梯>坡耕地>经济林，总体表现为水保林增加土壤持水性、土壤孔隙度，降低土壤容重效果显著，封山育林状态下土壤抗剪性最强，坡改梯由于人为扰动增加了土壤容重。综合分析，水保林对土壤物理性质改良效果较好。

关键词 水土保持措施;土壤物理性质;抗剪性;影响; 喀斯特石漠化地区

中图分类号 S152.7+1文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）05-0080-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.05.022

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Different Soil and Water Conservation Measures on Soil Physical Properties and Shear Resistance in Karst Rocky Desertification Areas

YUE Kun-qian1，GU Zai-ke1，YUAN Long2 et al

（1.Guizhou Monitoring Station of Soil and Water Conservation，Guiyang，Guizhou 550002;2.School of International Tourism and Culture，Guizhou Normal University，Guiyang，Guizhou 550001）

Abstract The effects of different water and soil conservation measures on soil physical properties and shear resistance in Karst rocky desertification areas were analyzed. The results showed that the overall performance of soil average water holding capacity under different measures was soil and water conservation forests> afforestation> economic forest> sloping farmland> slope-to-terrace;the average soil bulk density was represented by soil and water conservation forestsafforestation>sloping farmland>slope-to-terrace;the average shear strength of soil order as follows： afforestation > soil and water conservation forests > slope-to-terrace > sloping farmland > economic forests.The overall performance was that soil and water conservation forests increased soil water holding capacity and soil porosity， and reduced soil bulk density. The soil had the strongest shear resistance in the state of closed hills for afforestation. The slope-to-terrace increased the soil bulk density due to human disturbance.Comprehensive analysis showed that the soil and water conservation forest had good effect on soil physical properties improvement.

Key words Soil and water conservation measures;Physical properties of soil;Shear resistance;Effect;Karst rocky desertification areas

土壤作為生态系统中植物赖以生存的物质基础，其蓄水、持水能力、土壤水文功能的强弱主要取决于土壤层的厚度、土壤容重、孔隙度等物理性状，其物理性质直接影响着植物根系的呼吸作用和生长速度[1-2]，大量研究表明，植物能通过地表凋落物和地下根系的增加降低土壤容重[3-4]。目前，常用的水土保持措施主要为林草措施、农业措施和工程措施[5-7]，而不同的水土保持措施对土壤容重、孔隙度、土壤含水量等物理性质产生的影响不同。该研究以兴义市拢岸小流域不同水土保持措施水保林、坡耕地、封山育林、经济林、坡改梯为研究对象，通过对不同水土保持措施土壤容重、孔隙度、土壤含水量和抗剪强度的测定，探讨不同水土保持措施对土壤物理性质和抗剪性的影响，以期为改善土壤结构、恢复生态环境提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

拢岸小流域位于兴义市敬南镇，涉及拢岸村和七舍镇糯泥村，总面积20.84 hm2。项目区内共有居民1 428户，总人口5 582人，项目区为亚热带湿润气候地区，具有高原季风气候特点，冬季较寒冷、夏季较温凉、雨热同期、冬春干旱、夏季潮湿。境内年平均气温为15.4 ℃，>10 ℃活动积温为3 681 ℃·d，年平均降雨量为1 531 mm，流域区植被属亚热带常绿阔叶林植被带，原生植被多被破坏，由次生植被所替代，喀斯特地表裂隙、管道发育，水土流失严重。

1.2 研究方法

试验选取水保林、经济林、封山育林、坡耕地、坡改梯为研究样点，采取环刀土，以不粘铲的情况下采集，方法是将土表面的杂物和植物清除干净，用环刀进行采集，一般0～5、5～10 cm各取一个，将已知体积的环刀刃口向下垂直压入土中，直至环刀筒中充满土样为止，用修土刀切开环周围的土样，然后将环刀取出，修平环刀周边的土壤，随即称重并记录，在环刀的外侧附上标签注明采集日期、地点，放入塑料盒内，用胶布将其粘好，带回实验室测土壤的渗透、土壤含水量、土壤总孔隙度、毛管孔隙度等。

1.3 数据处理 采用Excel 2010进行分析、Origin 8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 土壤容重分析

土壤容重是评价不同水土保持措施对土壤物理性质改良效果的重要因子，影响着土壤孔隙度和持水量等物理性质[8]，对比不同水土保持措施类型，平均土壤容重表现为水保林（1.14 g/cm3）<经济林（1.22 g/cm3）<封山育林（1.24 g/cm3）<坡耕地（1.29 g/cm3）<坡改梯（1.36 g/cm3），其中坡改梯对土壤的扰动较大，造成土壤容重总体值偏大，而经济林植物生长对土壤容重有改良作用，促进土壤透气性能提高。

土壤容重反映土壤的孔隙状况、透水性、通气性和根系生长的阻力状况，对比2015—2018年不同水土保持措施对土壤容重的改良效果，结果发现（图1），改良效果表现为坡改梯容重下降1.45%，封山育林土壤容重下降6.25%，坡耕地土壤容重没有变化，水保林土壤容重下降13.11%，经济林土壤容重反而上升14.03%。坡改梯工程实施后，由于在施工期间对原地面进行破坏，加之实际施工对表土倒运程序要求不严，导致底土层上翻，致使土壤容重增加，但随着耕作熟化，土壤容重逐渐降低。

2.2 土壤自然含水量、田间持水量、相對含水量分析

对比2015—2018年土壤自然含水量变化（表1）发现，坡改梯、坡耕地分别下降8.83%、8.92%，封山育林、水保林、经济林分别上升12.90%、10.24%、7.60%。不同水土保持措施土壤自然含水量表现为封山育林>水保林>经济林>坡改梯>坡耕地，林地土壤含水量最高，坡耕地土壤含水量最低。2015—2018年土壤持水量坡改梯、坡耕地、经济林分别下降13.94%、1434%、12.79%，封山育林、水保林分别上升22.48%、1881%，2015—2018年相对含水量总体表现为上升趋势，封山育林、水保林、经济林、坡改梯、坡耕地分别提高12.90%、10.24%、7.60%、8.83%、8.92%。

对比不同水土保持措施类型平均土壤持水性总体表现为水保林（45.37%）>封山育林（44.31%）>经济林（43.20%）>坡耕地（42.72%）>坡改梯（41.94%），水保林较坡改梯土壤含水量增加8.18%、封山育林较坡耕地土壤含水量增加372%，采用自然恢复更有利于土壤的持水性。

2.3 土壤总孔隙度、毛管孔隙度、通气度分析

土壤的总孔隙度状况决定了土壤拦蓄地表径流的能力，从表2可以看出，不同水土保持措施的平均土壤总空隙度表现为水保林（57.00%）>经济林（53.96%）>封山育林（53.14%）>坡耕地（51.26%）>坡改梯（48.54%），土壤平均毛管孔隙度表现为水保林（41.59%）>经济林（38.12%）>坡耕地（37.83%）>封山育林（37.38%）>坡改梯（36.61%），说明发育良好的水土保持林对林下土壤改良效果较好，土壤蓄水能力最强[9]。与坡改梯相比，林地对土壤总空隙度和毛管孔隙度改善效果显著。土壤平均通气度表现为水保林（56.63%）>经济林（5363%）>封山育林（52.99%）>坡耕地（50.91%）>坡改梯（48.20%）。总体来说，水保林、经济林、封山育林对土壤空隙改善效果较好，坡耕地和坡改梯次之。

对比2015—2018年不同水土保持措施类型土壤孔隙度变化（表2）发现，封山育林、坡耕地土壤总孔隙度分别上升6.08%、0.16%，水保林、经济林土壤总孔隙度分别下降1000%、10.30%，土壤毛管孔隙度总体下降23%～33%，坡改梯、封山育林、坡耕地通气度分别上升1.90%、5.70%、047%，水保林、经济林分别下降9.80%、10.00%。

2.4 土壤抗剪强度分析

土壤的抗剪强度是表征土体力学性质的一个重要指标，受土壤种类、结构等影响[10]，对比2015—2018年土壤抗剪强度（图2）发现，坡改梯下降132%，封山育林上升2.5%，坡耕地下降1.2%，水保林上升0.7%，经济林上升2.6%，其中土壤抗剪强度上升趋势表现为经济林>封山育林>水保林，土壤抗剪强度下降趋势表现为坡改梯>坡耕地，不同水土保持措施地类的总体平均抗剪强度大小排序为封山育林>水保林>坡改梯>坡耕地>经济林，实施坡改梯工程后，对土壤的扰动较大，降低土壤抗剪强度，而人类活动干扰较小的林地土壤抗剪性呈逐步上升趋势，因此减少对土壤的扰动可增强土壤抗剪强度。

3 结论与讨论

不同水土保持措施对喀斯特石漠化地区土壤物理性质影响较大，平均土壤容重表现为水保林<经济林<封山育林<坡耕地<坡改梯，土壤平均土壤持水性总体表现为水保林>封山育林>经济林>坡耕地>坡改梯，平均土壤总空隙度表现为水保林>经济林>封山育林>坡耕地>坡改梯，土壤平均抗剪强度表现为封山育林>水保林>坡改梯>坡耕地>经济林。

通过对喀斯特石漠化地区封山育林、水保林、坡改梯、坡耕地、经济林土壤物理性质及抗剪性的研究，林地类土壤容重低于坡改梯、坡耕地，而土壤含水量、土壤孔隙度高于坡改梯、坡耕地，说明林地类植物措施对土壤物理性质改良显著优于坡改梯类工程措施及保土耕作类坡耕地措施。

生态恢复治理是一个系统工程，受影响因子较多，加之自然和人为的干预，导致治理难度加大，因此需加深不同水土保持措施所产生效益研究，以人与自然和谐相处为基础，发展经济为中心，进行全面综合整治，全面做好人与自然的和谐发展。

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