付 允，賈亞男，2，藍家程

（1．西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，重慶400715；2．三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境與生物資源重點實驗室，重慶400715）

巖溶生態(tài)系統(tǒng)成土速率慢，水土流失嚴重，屬于生態(tài)脆弱區(qū)。土壤和植被是巖溶環(huán)境中最為敏感的自然要素，土壤侵蝕是石漠化最直接的影響因素［1］。在土壤侵蝕的過程中，土壤性質(zhì)對土壤侵蝕的發(fā)生與強度有著重要的影響，土壤抗蝕性是指土壤抵抗水的分散和懸浮的能力［2］，是評價土壤是否易受侵蝕營力破壞的標準［3］。土壤抗蝕性與土壤性質(zhì)密切相關(guān)，不同土地利用方式對土壤質(zhì)量性狀的影響明顯不同，存在空間差異性［4］，從而使土壤對侵蝕的易損性和敏感性不同。

耕作侵蝕是一種重要的土壤侵蝕類型，但在以往的研究中常常被忽略。耕作侵蝕使坡耕地土壤沿坡面發(fā)生位移，造成土壤主要性質(zhì)在耕地內(nèi)發(fā)生再分布，產(chǎn)生坡耕地不同部位土壤性質(zhì)分異。巖溶區(qū)土壤匱乏，宜農(nóng)土地資源稀缺，坡耕地的開墾會誘發(fā)土壤侵蝕，進而導(dǎo)致石漠化［5］。關(guān)于巖溶區(qū)土壤性質(zhì)與植被對土壤抗蝕性的影響已經(jīng)有不少研究［3，6－8］，但結(jié)合耕作侵蝕來研究還較少見。因此本文以重慶市中梁山為例，選取常用的土壤抗蝕性指標，對比不同土地利用方式下土壤抗蝕性的強弱，將耕作侵蝕引起的坡耕地不同部位土壤抗蝕性進行比較，探討研究區(qū)較為合理的土壤抗蝕性指標，為巖溶區(qū)開展水土保持工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

重慶市中梁山屬于中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，海拔400～700 m，年均氣溫18℃，多年平均降水量1 000 mm左右。研究區(qū)地貌特征受地質(zhì)構(gòu)造和巖性的強烈控制，兩翼由黃色砂巖構(gòu)成半邊山地形，軸部由紫色頁巖構(gòu)成波狀起伏的丘陵地形，二者之間由灰?guī)r組成，經(jīng)巖溶作用后形成巖溶槽谷，組成“一山兩槽三嶺”的構(gòu)造地貌格局。土壤發(fā)育的地質(zhì)背景是三疊紀嘉陵江組的巖溶角粒狀白云質(zhì)灰?guī)r，以化學(xué)結(jié)構(gòu)為主，屬于黃色石灰土，土層厚0．15～1．0 m。受地形和海拔的限制，山頂和上部一般是林地、灌叢和草地，耕地大都分布在山腰、山腳和谷底。其中山腰地塊坡長只有2～4 m，坡度最大；山腳地塊坡長達到5 m，坡度減??；谷底地塊平坦，土壤堆積，基本上沒有坡度，地塊最長，大概為5～10 m。坡耕地農(nóng)業(yè)種植制度為小麥－玉米－甘薯，一年兩熟到三熟。

2 材料與方法

2．1 土壤樣品的采集與分析

供試土樣取自于研究區(qū)內(nèi)兩個坡耕地不同部位土樣，另取3種主要的自然利用的土地利用方式，即竹林地、灌叢地和草地作對比。土壤取樣按自然剖面層次取表層土壤，其中竹林地、灌叢地和草地各取兩個剖面土樣，坡耕地在兩個不同坡度、坡長樣地，取不同部位的表層土壤。

采集的土樣經(jīng)風(fēng)干、研磨，過2 mm篩備用。土壤樣品測定方法：土壤機械組成采用比重計法，土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱氧化法，土壤微團聚體采用吸管法，土壤各級干篩團聚體和濕篩團聚體含量采用干篩法、濕篩法［9］。

2．2 土壤抗蝕性評價指標

在已有研究的基礎(chǔ)上，本文選擇比較常用的土壤抗蝕性指標［7－8，10］進行主成分分析，共取三大類11個指標，分別是：

水穩(wěn)性團聚體類

（1）＞0．25 mm水穩(wěn)性團聚體含量（X1）；（2）＞0．5 mm水穩(wěn)性團聚體含量（X2）；

（3）＞0．25 mm水穩(wěn)性團聚體破壞率（X3）＝（干篩＞0．25 mm－濕篩＞0．25 mm）／干篩＞0．25 mm；

（4）＞0．5 mm 水穩(wěn)性團聚體破壞率（X4）＝（干篩＞0．5 mm－濕篩＞0．5 mm）／干篩＞0．5 mm；

（5）平均重量直徑（X5）

團聚體類

（6）分散系數(shù)（X6）＝微團聚體＜0．001 mm分析值／機械組成＜0．001 mm分析值；

（7）結(jié)構(gòu)系數(shù)（X7）＝（土壤機械組成＜0．001 mm分析值－微團聚體＜0．001 mm分析值）／土壤機械組成＜0．001 mm分析值；

（8）團聚體分散率（X8）＝微團聚體＜0．05 mm分析值／機械組成＜0．05 mm分析值；

（9）團聚狀況（X9）＝微團聚體＞0．05 mm 分析值－機械組成＞0．05 mm分析值；

（10）團聚度（X10）＝團聚狀況／微團聚體＞0．05 mm分析值；

有機膠體類

（11）有機質(zhì)含量（X11）。

3 結(jié)果與分析

3．1 不同土地利用方式土壤抗蝕性主成分分析

衡量土壤抗蝕性的指標很多，不同研究區(qū)域所選用的指標也有一定的差異。單一指標無法定量獲得一定侵蝕力下的土壤侵蝕量，但能夠反映土壤對侵蝕營力的相對敏感程度；由于指標間存在一定的相關(guān)性，用多指標來評價能更全面反映土壤實際抗蝕能力，但可能也會掩蓋一些指標的作用。研究區(qū)不同土地利用方式的土壤抗蝕性指標詳見表1。

表1 不同利用方式表層土壤抗蝕性指標

表1的指標較多，信息量大，比較全面，但卻顯得較為復(fù)雜，指標間有一定的相關(guān)性，有信息重疊。為此本文采用SPSS軟件通過主成分分析，將原來較多且復(fù)雜的指標簡化為能夠反映土壤抗蝕性的主導(dǎo)指標，并對不同利用方式土壤抗蝕能力進行綜合評價，分析結(jié)果詳見表2。

表2 主成分載荷矩陣、特征根及方差貢獻率

從表2可以看出，前兩個主成分累計方差貢獻率達到94．65%，且特征根都大于1，符合主成分分析要求，表明這兩個主成分可以綜合所有指標的大部分信息，能夠反映土壤抗蝕性的強弱。其中，第一主成分方差貢獻率最大為59．49%，且該成分中的X1，X3，X4，X2，X5因子載荷大，反映水穩(wěn)性團聚體類可顯著影響土壤抗蝕性，土壤水穩(wěn)性團聚體越穩(wěn)定，水穩(wěn)性團聚體破壞率越小，土壤抗蝕性越強；第二主成分方差貢獻率為35．16%，成分中X11，X8，X9因子載荷大，表明微團聚體類及有機質(zhì)對土壤抗蝕性影響較顯著，有機質(zhì)含量越高，團聚狀況越好，土壤結(jié)構(gòu)越好，土壤不容易分散，土壤抗蝕性越強。因此，根據(jù)原指標對主成分的貢獻大小以及研究精度的要求，可以確定不同的最佳指標評價體系：最佳指標——X1；最佳2指標——X1，X2（由于 X3，X4為負數(shù)，分別與 X1，X2相反，且與其定義相一致，在此舍去，使指標體系更為簡潔）；最佳3指標——X1，X2，X5；最佳4指標——X1，X2，X5，X11；最佳5指標——X1，X2，X5，X11，X8。

3．2 土地利用方式對土壤抗蝕效應(yīng)的影響

不同土地利用方式有不同的植被覆蓋程度，受人為活動的影響程度也不一樣，土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生一定的差異，進而影響到土壤的抗蝕性強弱。

3．2．1 基于主成分分析的抗蝕效應(yīng) 根據(jù)經(jīng)標準化處理的各個變量與特征向量的線性組合得到各主成分分值，再根據(jù)每一主成分占總主成分的比例計算得到不同樣地的綜合主成分分值，計算方法如下：

F1＝0．143 X1＋0．137 X2－0．144 X3－0．135 X4＋0．123 X5＋0．120 X6－0．120 X7＋0．088 X8－0．098 X9－0．096 X10＋0．046 X11

F2＝0．086 X1＋0．113 X2－0．081 X3－0．118 X4＋0．137 X5－0．154 X6＋0．154 X7－0．209 X8＋0．197 X9＋0．128 X10＋0．229 X11

式中：F1——第一主成分分值；F2——第二主成分分值；λ1，λ2——第1，2個特征根；F綜——綜合主成分分值。不同土地利用方式主成分分值的計算結(jié)果見表3。

表3 不同利用方式表層土壤抗蝕性綜合指數(shù)

從表3可以看出，不同土地利用方式土壤表層抗蝕性綜合指數(shù)從大到小排序為：灌叢地、草地、竹林地、坡耕地，坡耕地為負值，其余都為正值，差異明顯。說明灌叢地土壤抗蝕性最強，草地和竹林地次之，坡耕地最弱。土壤有機質(zhì)是土壤水穩(wěn)性團聚體的有機膠結(jié)劑，一般而言，用有機質(zhì)含量和土壤水穩(wěn)性團聚體含量作指標來評價土壤的抗蝕性時，二者之間的變化基本是一致的［12］。相關(guān)分析表明，土壤有機質(zhì)含量與＞0．25 mm水穩(wěn)性團聚體含量和＞0．5 mm水穩(wěn)性團聚體含量相關(guān)性均達到極顯著水平（N＝16），相關(guān)系數(shù)分別為0．651，0．730。灌叢地和草地的植物種類豐富，覆蓋度大，且利用時間都在20 a以上，凋落物量多，分解速度較快，能很好地促進土壤有機質(zhì)的增加，能夠促進水穩(wěn)性團聚體的形成，改善土壤結(jié)構(gòu)，使土壤不易受到水力破壞。竹林地土壤有機質(zhì)含量（15．99 g／kg）比坡耕地平均值（18．33 g／kg）小，但竹林地、坡耕地表層＞0．25 mm水穩(wěn)性團聚體含量和＞0．5 mm水穩(wěn)性團聚體含量分別為80．04%，60．62%和59．08%，39．42%，表現(xiàn)為竹林地遠大于坡耕地，因此竹林地土壤抗蝕性比坡耕地強。此外，4種利用方式中，坡耕地土壤抗蝕性最弱還與坡耕地受到人類活動強烈干擾有關(guān)，由于坡耕地經(jīng)常耕作，坡度大，土壤耕作侵蝕大，表層土壤容易流失。說明退耕還林、還草能夠提高土壤抗蝕性，減少水土流失。

3．2．2 土壤微團聚體類指標分析 土壤的分散系數(shù)和分散率越大，土壤的抗蝕性越弱［12］。不同利用方式表層土壤的分散系數(shù)大小排序為：竹林地（23．10%）、草 地 （22．30%）、坡 耕 地 （平 均 值 為10．94%）、灌叢地（9．03%），坡耕地的平均值比竹林地、草地和灌叢地三者的平均值（18．15%）還低。同樣，土壤分散率在4種土地利用方式中的變化與土壤分散系數(shù)相似，表現(xiàn)為：竹林地（78．94%）＞草地（68．74%）＞坡耕地（平均值為50．16%）＞灌叢地（36．58%），竹林地、草地和灌叢地三者的平均值（61．42%）大于坡耕地（50．16%）（表1）。說明從土壤分散系數(shù)和分散率來看，除了灌叢地外，竹林地和草地的土壤抗蝕性反而弱于坡耕地，非農(nóng)耕地開墾為農(nóng)耕地后土壤抗蝕性明顯提高。

土壤結(jié)構(gòu)系數(shù)能夠反映土壤形成微團聚體的能力和微團聚體的穩(wěn)定性，該值越大，土壤結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)性越好，抗蝕能力越強［11］。團聚狀況表示土壤顆粒的團聚程度，該值與團聚度一樣，其值越大，土壤抗蝕性越強［6］。由表1分析表明，不同利用方式土壤結(jié)構(gòu)系數(shù)、團聚狀況和團聚度均表現(xiàn)為：灌叢地＞坡耕地＞草地＞竹林地，即非農(nóng)耕地小于坡耕地，非農(nóng)耕地土壤抗蝕性弱于坡耕地。同上述分散系數(shù)和分散率分析結(jié)果一致，這與趙洋毅［6］等人的研究結(jié)果并不一致，說明在本研究區(qū)評價土壤抗蝕性時，運用土壤微團聚體類指標評價還存在一些問題，其原因有待進一步深入研究。

3．2．3 土壤水穩(wěn)性團聚體及有機膠體類分析 水穩(wěn)性團聚體是由有機質(zhì)膠結(jié)而成的團粒結(jié)構(gòu)，可以改善土壤結(jié)構(gòu)，而且被水浸濕后不易解體。相關(guān)分析表明，土壤有機質(zhì)含量與土壤水穩(wěn)性團聚體含量呈極顯著正相關(guān)，有機質(zhì)含量越高，土壤水穩(wěn)性團聚體含量越大，土壤抗蝕性越強。本研究表明不同利用方式表層土壤有機質(zhì)含量灌叢地（68．68 g／kg）＞草地（29．86 g／kg）＞坡耕地（18．33 g／kg）＞竹林地（15．99 g／kg）；＞0．25 mm水穩(wěn)性團聚體含量灌叢地（95．80%）＞草地（90．60%）＞竹林地（80．04%）＞坡耕地（59．08%）；＞0．5 mm水穩(wěn)性團聚體含量灌叢地（93．09%）＞草地（85．63%）＞竹林地（60．62%）＞坡耕地（39．42%）。由土壤團聚體破壞率的公式得知其與水穩(wěn)性團聚體含量呈直線負相關(guān)，其值越小，破壞率越高，土壤抗蝕性越弱。因此，土壤團聚體破壞率在不同利用方式中的變化規(guī)律恰好與水穩(wěn)性團聚體含量相反。此外，相關(guān)分析表明，平均重量直徑與＞0．25 mm和＞0．5 mm水穩(wěn)性團聚體含量的相關(guān)系數(shù)分別為0．838，0．934，均達到極顯著水平（P＜0．001，N＝16），不同利用方式平均重量直徑為草地（4．96）＞灌叢地（4．80）＞竹林地（1．89）＞坡耕地（1．12）。綜上分析表明土壤抗蝕性強弱大小順序為：灌叢地＞草地＞竹林地＞坡耕地，巖溶區(qū)非農(nóng)耕地開墾為坡耕地后土壤抗蝕性大大減弱，這與大部分學(xué)者的研究結(jié)果［6－7］較為一致。

3．2．4 土壤抗蝕性指標探討 采用主成分分析和水穩(wěn)性團聚體、有機質(zhì)類指標進行土壤抗蝕性評價時，非農(nóng)耕地的土壤抗蝕性都強于坡耕地，但采用微團聚體類指標進行評價時卻得到相反的結(jié)論。從目前的研究成果來看，耕地的土壤抗蝕性弱早已被證實。安和平［8］發(fā)現(xiàn)貴州北盤江中游地區(qū)坡耕地土壤抗蝕性比次生林地差。胡寧［7］指出重慶南川巖溶石漠山地傳統(tǒng)旱耕地土壤抗蝕性弱于各退耕模式。因此，從現(xiàn)有的研究來看，采用微團聚體類指標評價本研究區(qū)是不合適的。賈紅杰［11］用137Cs研究方法測算了本研究區(qū)坡耕地土壤侵蝕模數(shù)發(fā)現(xiàn)坡耕地土壤侵蝕速率達到2 984 t／（k m2·a），屬于極強度侵蝕，并且研究區(qū)耕作侵蝕占主導(dǎo)地位，耕作侵蝕占到了土壤總侵蝕的76．1%，同時坡耕地的開墾加大了水力侵蝕，坡耕地的水力侵蝕速率平均為719．5 t／（k m2·a），達到強度和極強度侵蝕，這也證明了坡耕地土壤抗蝕性弱于非農(nóng)耕地。

重慶中梁山巖溶區(qū)石灰土形成是由石灰?guī)r鹽以化學(xué)溶蝕為主的風(fēng)化過程，主要的Ca、Mg氧化物溶蝕后易隨水流走，占到很少成分的Si O2、Al2O3、Fe O等酸不溶物參與成土過程，因此石灰土黏粒含量極高，＜0．05 mm的物理性黏?；径汲^90%，平均達到95%，且?guī)r溶區(qū)成土速率特別緩慢，土壤侵蝕強度長期大于成土速率，巖溶區(qū)形成1 m厚的土層需要28～788 ka［13］。同時，巖溶區(qū)大部分都為坡耕地，土壤開墾度高，加速了表層土壤的侵蝕，心土層被“抬升”初露，出現(xiàn)粘化現(xiàn)象。由于極高的黏粒含量及特殊的成土過程和人為大量開墾，不論是侵蝕區(qū)還是堆積區(qū)都不會出現(xiàn)明顯的土壤砂化。所以，在使用微團聚體類指標評價土壤抗蝕性尤其是坡耕地土壤抗蝕性時效果是不明顯的，甚至?xí)贸鱿喾吹慕Y(jié)論。

相關(guān)分析表明，土壤微團聚體類指標與土壤有機質(zhì)和水穩(wěn)性團聚體均有一定的相關(guān)性，但并不顯著。從理論上來講，土壤微團聚體是構(gòu)成土壤團聚體的顆粒單位，很大程度上決定了土壤的質(zhì)量特征。因此，考慮到這方面的因素，本文在進行主成分分析時還是把微團聚體類作為指標進行評價，其結(jié)果是可行的。

3．3 坡耕地不同部位土壤抗蝕效應(yīng)分析

土壤水穩(wěn)性團聚體及有機質(zhì)類指標能夠較好地評價坡耕地土壤抗蝕性，為此采用其對坡耕地土壤抗蝕性進行評價，并與主成分分析作比較。

3．3．1 耕作侵蝕引起的坡耕地土壤分異 耕作侵蝕是土壤在耕作工具的直接作用下發(fā)生分散、剝離、搬運、沉積的過程［14］。在坡耕地耕作侵蝕過程中，坡面土壤從上向下運動，造成土壤物質(zhì)再分布，土壤性質(zhì)在不同部位產(chǎn)生分異。巖溶區(qū)坡耕地耕作侵蝕居主導(dǎo)地位，是導(dǎo)致土壤退化、生產(chǎn)力下降不可忽視的主要原因。坡耕地不同部位表層土壤團聚體及有機質(zhì)含量出現(xiàn)明顯分異。由表4可知，坡耕地土壤團聚體含量不論是哪一粒級均為上部＞下部＞底部＞頂部，而土壤有機質(zhì)含量則底部最大，上部和下部差不多，頂部最小。

表4 坡耕地不同部位表層土壤團聚體及有機質(zhì)含量［12］

3．3．2 坡耕地不同部位土壤抗蝕性 根據(jù)表4的結(jié)果分析土壤抗蝕性可知，坡耕地上部土壤團聚體含量最高，有機質(zhì)含量也較高，土壤抗蝕性最強，其次為坡耕地下部和底部，坡耕地頂部土壤抗蝕性最弱。結(jié)合表1和表4分析，坡耕地不同部位主成分分值大小順序為 上 部 （－0．160）、下 部 （－0．442）、底 部（－0．600）、頂部（－0．826），這與表3中的土壤團聚體分異規(guī)律一致。

4 結(jié) 論

（1）運用主成分分析對不同利用方式土壤抗蝕性進行分析表明，＞0．25 mm水穩(wěn)性團聚體含量及破壞率、＞0．5 mm水穩(wěn)性團聚體含量及破壞率、平均重量直徑和有機質(zhì)含量是評價土壤抗蝕性的最佳4指標。

（2）主成分分析結(jié)果表明，土壤抗蝕性強弱順序為：灌叢地＞草地＞竹林地＞坡耕地。研究區(qū)水土流失嚴重，生態(tài)脆弱，退耕還林、還草有利于提高土壤抗蝕性，有利于水土保持。

（3）運用微團聚體類指標和水穩(wěn)性團聚體類及有機質(zhì)指標分別進行土壤抗蝕性評價時，得到相反的結(jié)論，土壤水穩(wěn)性團聚體類指標評價結(jié)果與主成分分析結(jié)果一致。根據(jù)已有的研究成果及對研究區(qū)坡耕地土壤侵蝕強度分析證明了微團聚體類指標在本研究區(qū)評價土壤抗蝕性的效果不明顯，故選用水穩(wěn)性團聚體類及有機質(zhì)含量作為指標進行評價效果最好。

（4）坡耕地不同部位土壤抗蝕性強弱為：上部＞下部＞底部＞頂部，這與土壤水穩(wěn)性團聚體含量坡面分異一致，證明了水穩(wěn)性團聚體類指標可以較好地反映土壤抗蝕性特性。

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