土壤抗蝕性指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法分析

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摘要:該文綜述了國(guó)內(nèi)外抗蝕性研究的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法，分析了抗蝕性指標(biāo)(土壤團(tuán)聚體特征、土壤根系特征、土壤孔隙度特征、土壤水分狀況特征、土壤機(jī)械組成特征等)、土地利用類型(天然林、人工林、坡耕地、荒草地等)、土壤類型(褐土、紅壤、棕壤等)與土壤抗蝕性之間的關(guān)系，總結(jié)了常用的評(píng)價(jià)方法，并對(duì)今后抗蝕性指標(biāo)的采用和評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞:土壤抗蝕性;指標(biāo)體系;評(píng)價(jià)方法

水土流失已成為當(dāng)今世界普遍關(guān)注的問(wèn)題，水土流失不僅造成土壤肥力下降，影響土地生產(chǎn)力，也會(huì)造成泥石流等自然災(zāi)害，同時(shí)流失的土壤也會(huì)造成河流淤積，使水體富營(yíng)養(yǎng)化，污染水體。我國(guó)已經(jīng)成為世界上水土流失最嚴(yán)重的國(guó)家之一，土壤侵蝕作為水土流失的主體具有很大的研究意義。降水或徑流發(fā)生時(shí)，土壤會(huì)被懸浮而后分散，抵抗這種懸浮分散的能力就是土壤的抗蝕性，其可以很好地評(píng)價(jià)土壤抵抗侵蝕的性能。目前國(guó)內(nèi)外研究抗蝕性采用的指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法不盡相同，因此本文綜述國(guó)內(nèi)外抗蝕性指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法，以供參考。

1土壤抗蝕性評(píng)價(jià)指標(biāo)

1．1國(guó)內(nèi)抗蝕性指標(biāo)體系

現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)研究土壤抗蝕性的評(píng)價(jià)指標(biāo)較多，并且主要集中在土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)上。有關(guān)土壤團(tuán)聚體與抗蝕性關(guān)系的研究較多。田積瑩［1］等研究子午嶺8個(gè)剖面的1～10mm團(tuán)聚體量、團(tuán)聚狀況、總團(tuán)聚體量、團(tuán)聚度等發(fā)現(xiàn)，這些指標(biāo)值越高土壤的抗蝕性能越好。王佑民［2］等的研究結(jié)果表明水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量和土壤腐殖質(zhì)是表現(xiàn)黃土高原刺槐林地抗蝕性的最佳參數(shù)。蔣定生［3］研究指出，團(tuán)聚體的含量在黃土高原存在的分布呈地帶性，表現(xiàn)為自東南向西北方向遞減的趨勢(shì)，且在同一土壤剖面上，土壤的團(tuán)聚體含量隨著土層深度的增大逐漸降低。胡建忠［4］等在黃土高原地區(qū)運(yùn)用主成分分析法，分析兩大侵蝕類型區(qū)的沙棘人工林地土壤的抗蝕性狀況，最終得出黃土高原沙棘人工林地土壤抗蝕性的最佳指標(biāo)是＞0.5mm水穩(wěn)性團(tuán)粒數(shù)量。彭華［5］在三峽庫(kù)區(qū)護(hù)岸林的抗蝕性研究中提出，該地區(qū)最佳的抗蝕性評(píng)價(jià)指標(biāo)是水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量。張金池［6］等運(yùn)用主分量分析的方法對(duì)浙江安吉主要植被類型的土壤抗蝕性分析，得出最優(yōu)評(píng)價(jià)指標(biāo)為＞0.5mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體、土壤水穩(wěn)性指數(shù)、＞0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體3個(gè)最佳指標(biāo)。史曉梅［7］等對(duì)紫色土區(qū)域的研究顯示，＞0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)粒含量、＞0.5mm水穩(wěn)性團(tuán)粒含量、結(jié)構(gòu)破壞率是紫土區(qū)域土壤抗蝕性的最佳評(píng)價(jià)指標(biāo)。王文艷［8］等對(duì)黃土高原8個(gè)比較典型的小流域進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)＞0.25mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量從坡底到坡頂越來(lái)越低，土壤結(jié)構(gòu)的破壞率卻與之相反，其原因可能是坡頂受到的水蝕和風(fēng)蝕更為嚴(yán)重，坡頂?shù)囊徊糠终沉Ｊ茱L(fēng)蝕和水蝕影響，被輸送到坡底。成艷紅［9］等研究南方丘陵區(qū)坡耕地土壤抗蝕性能時(shí)提出，＞0.5mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體破壞率作為該地區(qū)抗蝕性指標(biāo)。吳麗麗［10］等也在紫色土丘陵區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)主成分分析法將無(wú)機(jī)粘粒、水穩(wěn)性團(tuán)粒、微團(tuán)聚體、有機(jī)膠粒四大類13個(gè)指標(biāo)優(yōu)化為＞0.5mm水穩(wěn)性團(tuán)粒含量、團(tuán)聚體分散率、水穩(wěn)性指數(shù)和＜0.001mm粘粒含量4個(gè)指標(biāo)。談?wù)危?1］等對(duì)5種人工林進(jìn)行研究，將10種抗蝕性指標(biāo)降為團(tuán)聚體穩(wěn)定性指數(shù)、＞0.5mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量、＞0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量、有機(jī)質(zhì)含量。也有學(xué)者對(duì)土地利用方式與土壤抗蝕性關(guān)系進(jìn)行了研究，郭培才［12］等大量測(cè)定了黃土區(qū)農(nóng)地、林地、草地的抗蝕性指標(biāo)，得出反映土壤抗蝕性的最佳指標(biāo)是有機(jī)質(zhì)。劉旦旦［13］等研究黃土高原不同的土地利用類型土壤抗蝕性時(shí)，運(yùn)用土壤崩解量的大小來(lái)表征抗蝕性的強(qiáng)弱，并對(duì)土壤的理化性質(zhì)與土壤抗蝕性進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示林地的土壤抵抗侵蝕的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于荒草地和農(nóng)耕地。張啟昌［14］等在黃土低山丘陵區(qū)運(yùn)用線性模型理論對(duì)土壤抗蝕性進(jìn)行研究，結(jié)果表明土地利用方式、有機(jī)碳是影響土壤抗蝕性的關(guān)鍵因素。此外，趙興實(shí)［15］等使用結(jié)構(gòu)系數(shù)和分散系數(shù)來(lái)表現(xiàn)黑龍江黑土耕地土壤的抗蝕能力。鄭子成［16］等還將生物學(xué)指標(biāo)應(yīng)用到了土壤抗蝕能力的評(píng)價(jià)當(dāng)中，在川西低山丘陵地區(qū)，選擇退耕模式下的5種土壤，研究其抗蝕性。結(jié)果表明:酸性磷酸酶、＞0.25mm團(tuán)聚體破壞率、＞0.5mm團(tuán)聚體破壞率、＞0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、有機(jī)質(zhì)平均重量直徑含量這6個(gè)指標(biāo)可作為該地區(qū)的最優(yōu)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1．2國(guó)外抗蝕性指標(biāo)體系

在19世紀(jì)末國(guó)外就有了關(guān)于土壤侵蝕方面的研究報(bào)道，但是大多數(shù)都是定性的描述。直到20世紀(jì)中葉，國(guó)外才從可蝕性的角度來(lái)研究土壤的抗蝕性，這種研究因開(kāi)始得較早，所以方法眾多。Mid-dleton［17］以分散率為指標(biāo)，根據(jù)野外觀測(cè)和土壤實(shí)驗(yàn)分析，提出了侵蝕率的概念，并根據(jù)侵蝕率確定土壤侵蝕的難易程度。隨后，Chepil［18］又提出了“土壤風(fēng)蝕度”這一概念來(lái)評(píng)價(jià)土壤抵抗風(fēng)蝕能力的大小。Woodburn［19］1956年在評(píng)價(jià)密西西比河溝谷土壤的抗蝕性時(shí)用到了團(tuán)聚體穩(wěn)定性以及分散率作為可蝕性指標(biāo)。Bouyoucos［20］提出用粘粒率作為土壤可蝕性的直接性指標(biāo)。自19世紀(jì)中葉以后，專家學(xué)者們測(cè)定土壤的可蝕性方法發(fā)展為使用人工降雨的方法。Olson［21］測(cè)定了28個(gè)小區(qū)的土壤可蝕性，采用的就是人工降雨的方法，提出了一個(gè)定量指標(biāo)來(lái)闡述可蝕性與土壤侵蝕，那就是在單位面積里的單位降雨量能夠產(chǎn)生的土壤流失量。Wischmeier［22］用此方法對(duì)多種土壤的抗蝕性進(jìn)行了研究，再對(duì)多個(gè)抗蝕性指標(biāo)進(jìn)行篩選和分析，提出了關(guān)于土壤可蝕性因子的計(jì)算方程。也有些專家學(xué)者研究了標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)抗蝕性，通過(guò)測(cè)定水穩(wěn)性團(tuán)聚體的風(fēng)干率來(lái)評(píng)價(jià)抗蝕性［23］。

2土壤抗蝕性評(píng)價(jià)方法

2．1主成分分析法

主成分分析法可以起到降低維度的作用，把多個(gè)指標(biāo)合并成幾個(gè)相互不關(guān)聯(lián)的綜合性指標(biāo)。姜愛(ài)國(guó)［24］等運(yùn)用主成分分析法研究南京紫金山靈谷寺不同林分林下土壤的抗蝕性，結(jié)果表明土壤抗蝕指數(shù)表現(xiàn)為桂花＞楓香＞麻櫟＞白櫟。對(duì)16個(gè)指標(biāo)的主成分分析結(jié)果表明，總孔隙度、水穩(wěn)性指數(shù)、團(tuán)聚度、＞0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、有機(jī)質(zhì)、全氮對(duì)土壤抗蝕性影響較強(qiáng)。白秀梅［25］等用主成分分析法對(duì)關(guān)帝山4種植被恢復(fù)類型0～20cm土層土壤抗蝕性進(jìn)行研究，確定土壤抗蝕性評(píng)價(jià)指標(biāo)的3個(gè)主成分，并確定土壤抗蝕性的綜合評(píng)價(jià)模型，即Y=0.718Y1+0.167Y2+0.115Y3，依據(jù)土壤抗蝕性綜合主成分值，得出土壤抗蝕性強(qiáng)弱，針闊混交林最強(qiáng)，撂荒地最弱。

2．2熵權(quán)法

土壤抗蝕性由多個(gè)指標(biāo)影響，每個(gè)指標(biāo)信息熵越小，該指標(biāo)提供的信息量越大，對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響也就越大，權(quán)重就越高。邱陸旸［26］等以浙江省甌江流域源頭區(qū)為研究區(qū)域，建立了包含11項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，并運(yùn)用熵權(quán)法計(jì)算了各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，評(píng)價(jià)了不同林地下土壤抗侵蝕能力的差異，結(jié)果表明灌木林地最好，茶園最差。

2．3灰色關(guān)聯(lián)分析法

對(duì)于兩個(gè)系統(tǒng)之間的因素，其隨時(shí)間或不同對(duì)象而變化的關(guān)聯(lián)性大小的量度，稱為關(guān)聯(lián)度。謝賢?。?7］等為揭示耕地退耕成巨桉林后對(duì)土壤抗蝕性的影響，運(yùn)用主成分分析法結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)度構(gòu)建了土壤理化性質(zhì)和抗蝕性指數(shù)之間的耦合模型。結(jié)果表明:決定土壤抗蝕性最關(guān)鍵的因素是＞0.25mm團(tuán)聚體的含量。

3土壤抗蝕性評(píng)價(jià)的探討

土壤抗蝕性評(píng)價(jià)指標(biāo)選取在不同地域、不同土地利用類型上各有不同，但大多是反映土壤物理化學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)，土壤抵抗水力侵蝕的能力不僅受土壤理化性質(zhì)的影響，土壤顆粒之間的力學(xué)性質(zhì)、顆粒與顆粒之間的膠結(jié)作用、土壤根系的固結(jié)網(wǎng)絡(luò)作用等其他影響土壤抵抗外營(yíng)力能力指標(biāo)，也應(yīng)該出現(xiàn)在土壤抗蝕性指標(biāo)體系中，尤其是一些土壤結(jié)構(gòu)較差的土壤，例如風(fēng)沙土的土壤團(tuán)聚狀況與土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量極少，無(wú)法作為抗蝕性指標(biāo)，這類土壤抵抗土壤侵蝕主要依靠顆粒之間的內(nèi)摩擦阻力作用，因此這類土壤的抗蝕性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中應(yīng)多采用反映土壤顆粒內(nèi)摩擦阻力的指標(biāo)。土壤抗蝕性評(píng)價(jià)方法多采用將多因子綜合降維的方式，且更多是現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，而土壤抗蝕性指標(biāo)中很多隨著時(shí)間推移會(huì)發(fā)生變化，因此建立以時(shí)間為系數(shù)的抗蝕性評(píng)價(jià)模型與預(yù)測(cè)模型為主。

作者：王鋒佰 單位：遼寧省沙地治理與利用研究所