黄土高塬沟壑区植被恢复对沟头土壤团聚体特征及土壤可蚀性的影响

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本站小编 Free考研考试/2021-12-26

王文鑫¹, 王文龙^,¹^,², 郭明明¹, 王天超¹, 康宏亮¹, 杨波¹, 赵满¹, 陈卓鑫¹

1 西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌 712100

2 中国科学院水利部水土保持研究所,陕西杨凌 712100

Effects of Natural Vegetation Restoration on Characteristics of Soil Aggregate and Soil Erodibility of Gully Heads in Gully Region of the Loess Plateau

WANG WenXin¹, WANG WenLong^,¹^,², GUO MingMing¹, WANG TianChao¹, KANG HongLiang¹, YANG Bo¹, ZHAO Man¹, CHEN ZhuoXin¹

1 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi;

2 Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences & Ministry of Water Resources, Yangling 712100, Shaanxi;

通讯作者: 王文龙,Tel：13669222856;E-mail：wlwang@nwsuaf.edu.cn

收稿日期:2019-05-9接受日期:2019-06-11网络出版日期:2019-08-16

基金资助:

国家自然科学基金.41571275

Received:2019-05-9Accepted:2019-06-11Online:2019-08-16
作者简介 About authors
王文鑫,Tel：18829353176;E-mail：wangwxtc@nwafu.edu.cn。

摘要
【目的】沟头是黄土高塬沟壑区发育最活跃的地貌部位,关系着整个塬坡沟系统的水土流失。探明黄土高塬沟壑区植被恢复对沟头土壤团聚体特征及土壤可蚀性的影响,为区域生态环境修复和水土保持效益评价提供科学依据。【方法】以仍进行耕作利用的农地沟头为对照,研究撂荒后自然恢复植被沟头不同土层（0—10、10—25、25—40 cm）土壤团聚体特征及土壤可蚀性随植被恢复年限（3—30 a）的变化。通过干筛法和湿筛法测定土壤团聚体组成,计算>0.25 mm水稳性团聚体含量（WR_0.25）、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、团聚体破坏率（PAD）、团聚体分形维数（D）等团聚体特征值,测定土壤机械组成及有机质含量,计算土壤可蚀性因子（K）。【结果】（1）与农地沟头相比,恢复3—30 a植被沟头土壤WR_0.25、MWD、GMD分别增加11.49%—84.43%、0.18—2.05倍、7.53%—108.62%,三者随植被恢复年限的增加呈线性递增关系（P<0.01）,且均随土层深度增加而减小;（2）植被沟头土壤PAD、D随植被恢复年限增加以线性方式递减（P<0.01）,较农地沟头分别减小3.81%—32.14%、0.55%—6.63%,二者随土层深度增加而增大;（3）随着植被恢复年限增加沟头土壤可蚀性因子K以线性关系递减（P<0.01）,较农地沟头减小5.43%—14.44%,K随着土层深度增加而增大。【结论】植被恢复条件下有机质含量的提升对团聚体形成和稳定性起着重要的作用。沟头土壤可蚀性的减小与水稳性团聚体含量的增加、团聚体稳定性的提高密切相关,自然恢复条件下植被恢复22—30 a沟头土壤团聚体稳定性和抗蚀性能得到明显提升。
关键词： 团聚体;土壤可蚀性;植被恢复;沟头;黄土高塬沟壑区

Abstract

【Objective】 Gully head was the most active geomorphic part in gully region of the Loess Plateau, which was related to the soil erosion of the entire slope gully system. This research aimed at evaluating the effects of vegetation restoration on soil aggregate characteristics and soil erodibility of gully heads in gully region of the Loess Plateau. The research results could provide a scientific basis for regional ecological environment restoration and soil and water conservation benefit evaluation. 【Method】 With the farmland as control check, an investigation about soil aggregate characteristics and soil erodibility of different soil layers (0-10, 10-25, 25-40 cm) with different natural vegetation restoration ages (0-30 a) of gully heads was carried out. The aggregates amount, water-stable aggregate content (WR_0.25), mean weight diameter (MWD), geometric mean diameter (GMD), destruction rate (PAD) and fractal dimension (D) were examined by dry and wet sieving methods. Soil mechanical composition and organic matter content were determined which were used for calculating soil erodibility factor K. 【Result】 (1) WR_0.25, MWD and GMD of vegetation gully heads increased by 11.49%- 84.43%, 0.18-2.05 times, and 7.53%-108.62%, respectively, compared with the CK (farmland of gully heads). These three indicators linear increased with vegetation restoration years increasing (P<0.01), and decreased with the increase of soil depth; (2) PAD and D of soil aggregate of vegetation gully heads decreased with linear increase of vegetation restoration time (P<0.01), which was 3.81%-32.14% and 0.55%-6.63% lower than that of CK, respectively. Both of them increased with the increase of soil layer; (3) K decreased linearly with the increase of vegetation restoration period (P<0.01), which was 5.43%-14.44% lower than that of CK, and K increased with the increase of soil depth.【Conclusion】The increase of organic matter content under vegetation restoration conditions played an important role in the formation and stability of aggregate. The decrease of soil erodibility of gully heads was closely related to the increase of water-stable aggregate content and stability of aggregate. Under natural recovery conditions, soil aggregate stability and soil anti-erodibility of gully heads were significantly improved during the restoration period of 22-30 a.

Keywords：soil aggregate;soil erodibility;vegetation restoration;gully head;gully region of the Loess Plateau

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本文引用格式
王文鑫, 王文龙, 郭明明, 王天超, 康宏亮, 杨波, 赵满, 陈卓鑫. 黄土高塬沟壑区植被恢复对沟头土壤团聚体特征及土壤可蚀性的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(16): 2845-2857 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.010
WANG WenXin, WANG WenLong, GUO MingMing, WANG TianChao, KANG HongLiang, YANG Bo, ZHAO Man, CHEN ZhuoXin. Effects of Natural Vegetation Restoration on Characteristics of Soil Aggregate and Soil Erodibility of Gully Heads in Gully Region of the Loess Plateau[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2019, 52(16): 2845-2857 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.010

0 引言

【研究意义】黄土高塬沟壑区是黄土高原水土流失最严重的地区之一,沟头溯源侵蚀剧烈,塬面水流入沟携带大量泥沙,淤积下游河道,威胁人类安全^[1,2,3,4]。为控制水土流失,自20世纪70年代起该区开始实施一系列水土保持治理措施,尤其是1999年开始实施“退耕还林还草工程”后,沟头溯源侵蚀的发生受到明显抑制,该区土壤侵蚀得到较好的控制^[1,3-4]。由此可见植被恢复可以有效地防治沟头水土流失、改善当地生态环境。因此,开展黄土高塬沟壑区植被恢复对沟头土体稳定性及土壤可蚀性影响的研究,对该区“固沟保塬”植被恢复模式的选择科学意义重大。【前人研究进展】土壤团聚体作为土壤结构的基本单元,影响着土壤的孔隙状况、肥力、通气性、保水性以及抗侵蚀性等特征,在促进植物生长、防止土壤退化方面具有深远的影响^[5,6,7,8,9]。研究发现植被恢复会对土壤团聚体的组成、分布以及稳定性等特征产生较大影响：同一成土母质基础上发育的土壤,因植被类型不同,团聚体的组成和数量会有较大差异^[9,10,11,12],如在黄土丘陵区森林植被带水稳性团聚体含量、团聚体平均重量直径要高于森林草原带^[9],自然恢复草地团聚体团聚度要优于人工灌木和人工草地等^[12];植被不同演替年限对土壤团聚体影响显著^{[13,14,15,16,17]},如水稳性团聚体含量、平均重量直径会随着植被恢复年限的延长不断增大^[13,15-16],团聚体分形维数会随植被恢复年限的增加而减小^[14,17]等;同时,植被恢复还会影响团聚体的空间分布,有研究发现植被恢复会使>0.25 mm的水稳性团聚体更多的集中在土壤表层,使表层土壤团聚体更稳定^[8,17]。许多****把土壤团聚体的水稳性作为评价土壤可蚀性的重要指标,认为通过提高土壤水稳性团聚体的数量和稳定性可以提高土壤的抗侵蚀能力,降低土壤可蚀性^[9,11,14]。因此在黄土高原地区推行退耕还林还草、促进植被恢复是增加团聚体稳定性和土壤抗蚀性、减少土壤侵蚀的有效方法。【本研究切入点】目前报道的关于黄土高原植被恢复对土壤团聚体特征及土壤可蚀性影响的研究多集中于丘陵沟壑区坡面^{[9,13-14,19-20]},关于高塬沟壑区的研究相对较少,涉及沟头的研究更为鲜见。而沟头作为黄土高塬沟壑区发育最活跃的地貌部位,关系着整个塬坡沟系统的水土流失,加强对沟头的防护,既可以抑制其向塬心溯源前进,保护塬面,又可以控制沟床下切、沟岸扩张,减缓沟谷发育。因此探究植被恢复对沟头土壤团聚体稳定性及土壤可蚀性的影响,对科学评价黄土高塬沟壑区沟头植被恢复的水土保持效益和指导植被建设与优化意义重大。【拟解决的关键问题】鉴于此,本研究以黄土高塬沟壑区沟头自然恢复草地为研究对象,通过研究不同恢复年限草地的土壤团聚体特征和土壤可蚀性的变化,探讨植被恢复对沟头土壤团聚体稳定性及土壤可蚀性的影响,为区域植被建设和水土保持效益评价提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于黄土高塬沟壑区南小河沟流域（35°41′ —35°45′N,107°30′—107°37′E）。该流域是泾河支流蒲河的一级支沟,流域面积36.3 km²,地貌以塬面、梁峁坡和沟谷为主,具有典型的黄土高塬沟壑区地貌特征。该区气候属于温带大陆季风性气候,多年平均降雨量为556.5 mm,降雨集中在7—9月,且多为暴雨,侵蚀作用较强。土壤类型以黄绵土和黑垆土为主,表层土壤基本为黄土所覆盖,土质疏松,抗蚀能力弱,塬面汇集的大量径流集中对沟头进行冲刷,沟头溯源侵蚀严重,塬面不断被蚕食破坏。为了控制沟头、坡面和沟道的水土流失,该流域自20世纪70年代起开展了大规模的水土流失综合治理,有效地控制了水土流失蔓延,使其成为改善生态环境的示范性区域^[21]。目前该流域植被主要包括刺槐（Robinia pseudoacacia）、侧柏（Platycladus orientalis）、沙棘（Hippophae rhamnoides）等人工林灌以及白羊草（Bothriochloa ischaemum）、冰草（Agropyron cristatum）、铁杆蒿（Artemisia sacrorum）等自然恢复草被。

1.2 样地选取与样品采集

1.2.1 样地选取调查采样时间在2018年7—8月。首先对南小河沟流域支沟沟头展开调查,结果表明南小河沟流域支沟沟头大都是自然恢复的、人为扰动较小的退耕地,退耕年限在3—30 a,有极少数沟头仍在进行耕作,沟头的土壤多为黄绵土,沟头坡度在2°—7°,多集中在4°。该流域沟头退耕地上的恢复植被大都停留在草本群落阶段,沟头植被演替均经历了大体相近的一年生草本群落阶段到多年生蒿类、禾本类草本群落阶段,主要植物种为猪毛蒿（Artemisia scoparia）、冰草、铁杆蒿、白羊草等,构成了依次为优势种且以其他物种为主要伴生种的群落^{[15, 22-23]}。在进行样地选择时,利用生态学领域常用的“空间代替时间”的方法,在流域内选择坡度、坡向、海拔、土壤类型等相似,植被长势均匀稳定的群落作为研究样地,此法虽然无法保证所有条件完全一致,但尽可能缩小坡度、坡向、海拔、土壤类型等立地条件因素的差异,从而认为这些因素对结果的影响可忽略^[24]。按照植被演替规律和恢复年限选择15个具有典型性和代表性的草本群落样地,分别为3个恢复3 a猪毛蒿群落、3个恢复8 a冰草+铁杆蒿群落、3个恢复15 a铁杆蒿群落、3个恢复22 a铁杆蒿+白羊草群落、3个恢复30 a白羊草群落,选择的样地坡度在2°—6°,坡向为阳坡或半阳坡,样地间高程差不超过100 m,土壤类型为黄绵土,恢复年限通过走访农户、咨询专家并结合植被演替规律确定。每个样地按从上到下斜对角线方式布设3个2 m×2 m样方进行植被调查,通过计算样方内各植物种重要值确定样地优势种群落,通过对样方垂直拍照,将照片导入Image计算得到植被覆盖度。对照组选择了3个未退耕的、种植玉米（Zea mays）的农地沟头。采样地点见图1,样地基本信息如表1所示。

图1

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图1研究区及采样点

Fig. 1Research area and sampling points

Table 1
表1
表1样地基本情况
Table 1Basic information of each experimental site

样地编号 Site code	恢复年限 Restoration age (a)	优势种群落 Dominant species	坡度 Slope (°)	坡向 Aspect	海拔 Altitude (m)	植被覆盖度 Vegetation coverage (%)
CK	0	玉米 Zea mays	2	N66°E	1301	-
			2	S	1275	-
			3	N52°E	1358	-
NR3	3	猪毛蒿 Artemisia scoparia	2	S30°W	1360	45
			3	S30°E	1323	46
			4	S36°W	1351	44
NR8	8	冰草+铁杆蒿 Agropyron cristatum+Artemisia sacrorum	4	S41°W	1269	55
			5	S48°E	1303	55
			5	E	1271	58
NR15	15	铁杆蒿 Artemisia sacrorum	3	N62°E	1267	63
			4	N49°E	1272	64
			5	S	1289	61
NR22	22	铁杆蒿+白羊草 Artemisia sacrorum+Bothriochloa ischaemum	6	S43°E	1343	72
			6	S25°W	1278	76
			7	S	1302	78
NR30	30	白羊草 Bothriochloa ischaemum	3	E	1262	83
			4	S	1272	75
			5	S51°E	1265	76

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1.2.2 样品采集在所选取的15个植被沟头样地和3个农地沟头样地上采样,在距离沟头0.5—1.0 m的位置设置3个1 m×1 m的取样点,分别挖取0—40 cm深的土壤剖面,按土壤表层（0—10 cm）、中层（10—25 cm）、下层（25—40 cm）逐层采集原状土样各1 kg,共采集原状土样162个（1个/层×3层/样点×3样点/样地×18样地）。将采集的原状土样装入硬纸盒中,防止在运输过程中受到挤压破坏。将所采集土样运回室内,在阴凉处自然风干,在风干过程中沿团聚体间自然裂隙轻轻掰分成直径1 cm左右的小土块,剔除其中植物残体和小石块,用于土壤团聚体的测定。

1.3 样品分析

土壤机械稳定性团聚体分级采用干筛法。将孔径分别为 5、2、1、0.5、0.25 mm 的土筛按孔径由大到小叠放成一组套筛,称取500 g原状风干土样并放置于土筛上,筛分成不同粒级团聚体,称质量并计算其质量比例。

土壤水稳性团聚体组成的测定采用湿筛法。用TTF-100型土壤团聚体分析仪,将50 g样品放置于孔径自上而下为5、2、1、0.5和0.25 mm的各级套筛之上,先用水缓慢湿润10 min后,以每40 r/min的频率,振荡20 min。将各筛上的团聚体分别冲洗至铝盒当中在60℃下烘干,称取质量。分别得到>5、5—2、2—1、1—0.5、0.5—0.25、<0.25 mm等6级土壤团聚体。

土壤颗粒组成采用MS2000型激光粒度仪测定,土壤颗粒分级采用美国制。土壤有机质含量（SOM）的测定采用重铬酸钾外加热法。每个土壤样品测定3次颗粒组成和有机质含量,取平均值记录结果。

1.4 指标计算

（1）>0.25 mm团聚体含量采用计算公式^[25]：

（1）R_0.25=M_r_>0.25/M_T×100%

式中,R_0.25为>0.25 mm团聚体含量,M_r_>0.25为>0.25 mm团聚体质量（g）;M_T为团聚体总质量（g）。

（2）平均重量直径和几何平均直径是反映团聚体大小分布、评价团聚体稳定性的重要指标,计算公式如下^[26,27]：

（2）MWD=ΣX_iW_i/ΣW_i

（3）GMD=exp(ΣW_ilnX_i/ΣW_i)

式中,MWD为团聚体平均重量直径（mm）;GMD

为团聚体几何平均直径（mm）;X_i为团聚体各粒径的平均直径（mm）;W_i为团聚体各粒径的百分含量。

（3）团聚体破坏率是表征土壤团聚体水稳性的主要指标,计算式为^[28]：

（4）PAD=(DR_0.25-WR_0.25)/DR_0.25×100%

式中,PAD为>0.25 mm团聚体破坏率,DR_0.25是>0.25 mm机械稳定性团聚体的含量,WR_0.25是>0.25 mm水稳性团聚体的含量。

（4）土壤团聚体质量分形维数是评价土壤团聚体特征更敏感、更准确的参数。本文采用杨培岭等^[29]的土壤颗粒分形模型计算：

（5）D_i=3-lg(M_i/M_T)/lg(X_i/X_max)

式中,D_i为团聚体质量分形维数,M_i为团聚体粒径<X_i的累计质量（g）;X_max为团聚体最大粒级的平均直径。

（5）Williams等在1990年建立了EPIC（erosion- productivity impact calculator）模型,该模型在土壤侵蚀预测模块中采用土壤有机碳和粒径组成资料来估算土壤可蚀性K值,公式为^[30]：

（6）K={0.2+0.3exp[-0.0256SAN(1.0-SIL/100)]}×[SIL/(CLA+SIL)]^0.3×{1.0-0.25C/[C+exp(3.72-2.95C)]}×{1.0- 0.7SN₁/[SN₁+exp(-5.51+22.9SN₁)]}

式中,SAN为砂粒（0. 05—2. 0 mm）含量（%）,SIL为粉粒（0.002—0.05 mm）含量（%）,CLA为黏粒（<0.002 mm）含量（%）;C为有机碳含量（%）,C=0.583×SOM,SOM为土壤有机质含量（%）^[23];SN₁=1-SAN/100;K为土壤可蚀性因子,K值单位是美国制,计算后将K值乘以0.1317转化为国际制单位,t·hm²·h·MJ^-1·mm^-1·hm^-2。

1.5 数据处理

采用SPSS 16.0对试验数据进行统计分析,其中采用Duncan法对不同恢复年限不同土层WR_0.25、MWD、GMD、PAD、D、K等指标进行差异性检验（P<0.05）,采用线性回归分析对WR_0.25、MWD、GMD、PAD、D、K等指标与植被恢复年限进行回归分析,采用Pearson相关分析法对WR_0.25、MWD、GMD、PAD、D、K等指标进行相关性分析;采用Origin 2016软件绘制图形。

2 结果

2.1 植被恢复对沟头土壤水稳性团聚体WR_0.25、MWD、GMD的影响

通过湿筛法所得到的沟头土壤水稳性团聚体WR_0.25、MWD、GMD见表2。随着植被群落的恢复演替,WR_0.25逐渐增大,其在恢复0—3 a增长较小,0—40 cm土层较农地平均增加11.49%,恢复8—30 a较农地显著增大（P<0.05）,较农地增加34.45%—84.43%,其中恢复22—30 a WR_0.25显著大于其他恢复年限。在猪毛蒿群落向白羊草群落的演替过程中,同一样地WR_0.25随着土层深度的增加逐渐减小,且土壤表层（0—10 cm）WR_0.25显著大于下层（25—40 cm）（P<0.05）。回归分析表明,沟头表层、中层（10—25 cm）、下层土壤水稳性团聚体含量WR_0.25随植被恢复年限的增加均呈极显著递增的线性关系（R²=0.969,0.976,0.910;P<0.01）。

Table 2
表2
表2沟头不同恢复年限样地WR_0.25、MWD、GMD
Table 2WR_0.25, MWD and GMD of different restoration age sites of gully heads

样地编号 Site code	土层Soil layer (cm)	WR_0.25 (%)	MWD (mm)	GMD (mm)
CK	0—10	28.194±2.239Da	0.442±0.037Da	0.210±0.010Ea
	10—25	26.410±1.248Dab	0.374±0.014Cb	0.196±0.002Da
	25—40	22.910±0.304Db	0.311±0.005Dc	0.181±0.001Db
	0—40	25.838±2.653D	0.376±0.058E	0.196±0.013E
NR3	0—10	32.519±2.440Da	0.520±0.043Da	0.230±0.013DEa
	10—25	29.335±0.735Da	0.460±0.018Ca	0.213±0.004Da
	25—40	24.757±0.421Db	0.352±0.017Db	0.189±0.002Db
	0—40	28.870±3.518D	0.444±0.075E	0.211±0.019E
NR8	0—10	38.078±2.010Ca	0.674±0.060Ca	0.271±0.016Da
	10—25	35.183±1.727Ca	0.625±0.050Bab	0.255±0.013Cab
	25—40	30.944±0.983Cb	0.539±0.003Cb	0.230±0.003Cb
	0—40	34.735±3.353C	0.613±0.072D	0.252±0.021D
NR15	0—10	44.081±1.227Ca	0.784±0.012Ca	0.315±0.005Ca
	10—25	40.119±1.705Bb	0.694±0.037Bb	0.285±0.012Cb
	25—40	37.946±1.326Bb	0.651±0.028Bb	0.269±0.008Bb
	0—40	40.715±2.917B	0.710±0.062C	0.290±0.021C
NR22	0—10	48.641±2.158ABa	1.139±0.072Ba	0.412±0.024Ba
	10—25	46.441±2.370Aa	1.061±0.079Aab	0.382±0.023Ba
	25—40	39.771±1.237ABb	0.877±0.082Ab	0.316±0.021Ab
	0—40	44.951±4.261A	1.026±0.135B	0.370±0.046B
NR30	0—10	52.439±2.424Aa	1.312±0.064Aa	0.477±0.035Aa
	10—25	49.297±1.889Aa	1.168±0.081Aa	0.419±0.028Aa
	25—40	41.383±1.247Ab	0.952±0.053Ab	0.336±0.016Ab
	0—40	47.706±5.030A	1.144±0.162A	0.411±0.064A

Different capital letters and lowercase letters indicate significant difference at 5% level between different sites in the same soil layer and between different soil layers in the same site, respectively. The same as below
不同大写字母表示相同土层不同样地之间差异显著,不同小写字母表示相同样地不同土层之间差异显著（P<0.05）。下同

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由表2可知,土壤团聚体平均重量直径MWD随着恢复年限的增加逐渐增大,恢复3 a猪毛蒿群落0—40 cm土层MWD较农地平均增加0.18倍,与之差异不显著（P>0.05）,恢复8、15、22、30 a团聚体MWD较农地分别显著增加0.64、0.91、1.74、2.05倍（P<0.05）。恢复0—30 a每一样地MWD随着土层深度的增加逐渐减小,恢复3、8、22、30 a土壤表层与中层MWD没有显著差异（P>0.05）,而恢复0—30 a表层MWD均显著大于下层（P<0.05）。回归分析表明,沟头表层、中层、下层土壤MWD随植被恢复年限的增加均呈极显著递增的线性关系（R²=0.981,0.967,0.976;P<0.01）。

在猪毛蒿群落向白羊草群落的演替过程中土壤团聚体几何平均直径GMD逐渐增大,在恢复初期（0—3 a）GMD增长较缓,较农地平均增加7.53%,恢复8—30 a较农地增加显著（P<0.05）,分别增加28.67%、48.08%、88.31%、108.62%。每一样地GMD随着土层深度的增加均逐渐减小,且表层土壤GMD始终显著大于下层,除恢复8、15 a外其他恢复年限中层GMD同样显著大于下层（P<0.05）。回归分析表明,沟头表层、中层、下层土壤GMD随植被恢复年限的增加均呈极显著递增的线性关系（R²=0.987,0.977,0.980;P<0.01）。此外,当恢复年限达到22 a、30 a时,MWD、GMD要显著大于其他恢复年限,同时,恢复8 a铁杆蒿群落的出现和恢复22 a白羊草群落的出现使MWD、GMD均较其前一恢复年限（5 a、15 a）显著增大（P<0.05）,分别增加了0.39倍、19.69%,0.44倍、27.21%。

2.2 植被恢复对沟头土壤团聚体破坏率（PAD）及分形维数（D）的影响

沟头不同恢复年限样地土壤团聚体破坏率（PAD）、团聚体分形维数（D）如图2所示,PAD、D均随恢复年限的增加逐渐减小。由图2可见,在恢复3 a团聚体破坏率PAD较农地减小3.81%,与之差异不显著（P>0.05）,后随着恢复年限增加PAD较农地显著减小（P<0.05）,恢复8—30 a较农地减小9.57%—32.14%。在猪毛蒿群落向白羊草群落的演替过程中,同一样地PAD随着土层深度的增加逐渐增大,且3个土层PAD差异显著（P<0.05）。回归分析表明,沟头表层（0—10 cm）、中层（10—25 cm）、下层（25—40 cm）土壤团聚体破坏率均与植被恢复年限呈极显著递减的线性关系（R²=0.982,0.988,0.926;P<0.01）。

图2

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图2沟头不同恢复年限样地土壤团聚体破坏率（PAD）、分形维数（D）的变化

不同大写字母表示相同土层不同样地之间差异显著,不同小写字母表示相同样地不同土层之间差异显著（P<0.05）。下同
Fig. 2Variation of destruction rate of soil aggregate and fractal dimension of different restoration age sites of gully heads

Different capital letters and lowercase letters indicate significant difference at 5% level between different sites in the same soil layer and between different soil layers in the same site, respectively. The same as below

由图2知,在恢复3 a团聚体分形维数（D）与农地差异不显著（P>0.05）,相比减小0.55%,在恢复3—30 a内D较农地减小1.95%—6.63%,且恢复22—30 a分形维数D显著大于其他恢复年限。每一样地D随着土层深度的增加均逐渐增大,且土壤表层（0—10 cm）D始终显著大于下层（25—40 cm）,除恢复8、15 a外其他恢复年限土壤中层（10—25 cm）D同样显著大于下层（P<0.05）。回归分析表明,沟头表层、中层、下层土壤团聚体分形维数D均与植被恢复年限呈极显著递减的线性关系（R²=0.984,0.971,0.978;P<0.01）。

2.3 植被恢复对沟头土壤可蚀性因子（K）的影响

表3反映的是恢复0—30 a沟头土壤机械组成与有机质含量的变化。由表3知,恢复3—30 a沟头土壤黏粒含量CLA、粉粒含量SIL均较农地有所增加,二者较农地分别增加5.11%—29.43%、0.09%—2.74%,砂粒含量SAN较农地减小11.99%—27.40%,且随着土层深度增加,土壤黏粒含量CLA、粉粒含量SIL呈逐渐增大的趋势,砂粒含量SAN呈减小趋势。此外,沟头土壤有机质含量SOM随恢复年限的增加逐渐增大,恢复3—30 a较农地增加0.31—2.02倍,且均较农地显著增大（P<0.05）。除恢复3 a外,其他恢复年限样地土壤有机质含量SOM随着土层深度增加均逐渐减小,表层（0—10 cm）土壤有机质含量始终显著大于10—40 cm土层（P<0.05）。

Table 3
表3
表3沟头不同恢复年限样地土壤颗粒组成及有机质含量
Table 3Soil mechanical composition and organic matter content of different restoration year sites of gully heads

样地编号 Site code	土层 Soil layer (cm)	黏粒含量CLA Clay content (%)	粉粒含量SIL Silt content (%)	砂粒含量SAN Sand content (%)	有机质含量SOM Soil organic matter content (%)
CK	0—10	17.95±0.38BCa	64.40±1.00ABb	17.66±0.75BCa	0.81±0.04Da
	10—25	16.44±0.45Cab	65.77±0.35Bab	17.78±0.70Aa	0.77±0.01Ea
	25—40	14.98±1.49Cb	66.76±1.06Ba	18.26±1.84Aa	0.56±0.05Ab
	0—40	16.46±1.52C	65.65±1.30C	17.90±1.24A	0.72±0.12F
NR3	0—10	20.11±1.73ABa	66.33±0.95ABab	13.56±0.94Ca	1.00±0.27Da
	10—25	19.70±0.99ABa	65.63±0.37Bb	14.67±0.62Ba	1.02±0.05Da
	25—40	18.05±0.50Ba	67.50±0.36Ba	14.46±0.80Ba	0.79±0.12Ba
	0—40	19.28±1.49B	66.49±0.99ABC	14.23±0.93CD	0.94±0.20E
NR8	0—10	17.93±0.45BCa	65.99±1.08ABa	16.08±0.91BCa	1.52±0.03Ca
	10—25	19.40±1.31Ba	66.83±0.51ABa	13.77±1.66BCa	1.21±0.03Cb
	25—40	18.62±0.21Ba	67.62±0.59Ba	13.76±0.54BCa	1.09±0.04Cc
	0—40	18.65±1.01B	66.81±1.02AB	14.54±1.58BC	1.27±0.19D
NR15	0—10	20.43±1.15Aa	63.91±0.49Bc	15.66±1.46BCa	1.76±0.10Ca
	10—25	21.96±0.38Aa	65.95±0.26Bb	12.09±0.32Cb	1.26±0.08Cb
	25—40	21.51±2.32Aa	67.26±0.63Ba	11.24±1.99CDb	1.15±0.04Cb
	0—40	21.30±1.64A	65.71±1.46BC	13.00±2.39D	1.39±0.28C
NR22	0—10	17.85±0.41Ca	66.52±0.98Ab	15.64±0.69BCa	2.20±0.11Ba
	10—25	19.59±1.99ABa	65.83±1.79Bb	14.58±1.12Ba	1.82±0.15Bb
	25—40	20.63±0.48ABa	69.97±0.56Aa	9.40±0.56Db	1.19±0.00Cc
	0—40	19.36±1.66B	67.44±2.19A	13.21±2.85CD	1.73±0.43B
NR30	0—10	14.05±0.81Dc	64.49±1.47ABb	21.46±2.23Aa	3.06±0.24Aa
	10—25	16.19±0.18Cb	67.90±0.59Aa	15.91±0.74ABb	2.09±0.11Ab
	25—40	21.65±1.06Aa	68.46±1.26ABa	9.89±0.22Dc	1.33±0.03Dc
	0—40	17.30±3.29C	66.96±2.11A	15.75±4.92B	2.16±0.72A

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如图3所示,随着恢复群落的演替,沟头土壤可蚀性因子K逐渐减小。沟头农地（CK）3个土层K平均为0.07 t·hm²·h·MJ^-1·mm^-1·hm^-2,随着恢复时间的不断增加,K均较农地显著减小（P<0.05）,恢复3、8、15、22、30 a较农地分别减小5.43%、6.73%、10.57%、13.19%、14.44%,当恢复年限达到22 a、30 a时,K较其他恢复年限显著增大。在猪毛蒿群落向白羊草群落的演替过程中,沟头每一样地K随着土层深度的增加均逐渐增加,恢复0—15 a K在3个土层中没有显著差异（P>0.05）,恢复22—30 a表层（0—10 cm）土壤K要显著小于10—40 cm土壤（P<0.05）。回归分析表明沟头表层（0—10 cm）、中层（10—25 cm）、下层（25—40 cm）土壤可蚀性因子K均随植被恢复年限的增加以线性关系递减变化（R²=0.950,0.869,0.849;P<0.01）。

图3

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图3沟头不同恢复年限样地土壤可蚀性因子（K）的变化

Fig. 3Variation of soil erodibility of different restoration age sites of gully heads

2.4 沟头土壤可蚀性与土壤团聚体特征的相关性

表4反映的是沟头土壤团聚体特征、机械组成、有机质含量与土壤可蚀性之间的相关性。由表4可知,土壤团聚体水稳性团聚体含量（WR_0.25）、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、团聚体破坏率（PAD）、团聚体分形维数（D）、土壤可蚀性因子（K）与有机质含量（SOM）关系密切,其中WR_0.25、MWD、GMD与SOM呈极显著正相关关系（P<0.01）,PAD、D、K与SOM呈极显著负相关关系（P<0.01）,而土壤团聚体以及土壤可蚀性与土壤的机械组成即砂粒、粉粒、粘粒的含量没有显著的相关性（P>0.05）。土壤可蚀性与土壤团聚体密切相关,土壤可蚀性因子（K）与WR_0.25、MWD、GMD呈极显著负相关关系（P<0.01）,与PAD、D呈极显著正相关关系（P<0.01）,其中K与WR_0.25相关性明显高于其他指标。

Table 4
表4
表4沟头土壤可蚀性与土壤团聚体特征、机械组成、有机质含量的相关性
Table 4Correlate relationships between characteristic of soil aggregate, mechanical composition, organic matter content and soil erodibility of gully heads

指标 Index	WR_0.25	MWD	GMD	PAD	D	CLA	SIL	SAN	SOM	K
WR_0.25	1
MWD	0.970^**	1
GMD	0.969^**	0.994^**	1
PAD	-0.907^**	-0.851^**	-0.873^**	1
D	-0.972^**	-0.999^**	-0.997^**	0.860^**	1
CLA	0.042	-0.078	-0.142	0.088	0.097	1
SIL	-0.050	0.055	-0.018	0.377	-0.030	0.252	1
SAN	-0.007	0.031	0.116	-0.254	-0.058	-0.876^**	-0.687^**	1
SOM	0.917^**	0.919^**	0.946^**	-0.903^**	-0.929^**	-0.278	-0.237	0.326	1
K	-0.961^**	-0.940^**	-0.933^**	0.838^**	0.940^**	-0.155	-0.041	0.137	-0.885^**	1

**.Correlation is significant at 0.01 levels
**表示显著P<0.01水平

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3 讨论

本研究中随着植被恢复年限的增加,沟头土壤水稳性团聚体含量WR_0.25、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）逐渐增加,团聚体破坏率（PAD）、团聚体分形维数（D）逐渐减小,这与WANG等^[31]、徐红伟等^[32]研究结果一致。作为反映土壤团聚体稳定性的重要指标,WR_0.25、MWD、GMD 值越大,PAD、D值越小,土壤团聚体越稳定,土壤抗侵蚀能力越强^{[25,28,33-34]}。本研究中恢复30 a白羊草群落土壤水稳性团聚体含量、平均重量直径和团聚体分形维数分别为47.71%、1.14 mm、2.71,而陈文媛等^[17]在黄土丘陵区的研究发现恢复10 a草地土壤水稳性团聚体含量、平均重量直径和团聚体分形维数分别为59.89%、1.82 mm、2.74,当恢复25 a时三者分别达到了72.69%、2.71 mm、2.61,明显大于本研究结果,这是因为高塬沟壑区与丘陵区相比在降雨、土壤、地貌形态及侵蚀状况等方面均存在较大差异,这种侵蚀环境的差异性对2个区域的植被恢复种类、植被演替规律、植被群落特征等产生较大影响,使2个区域植被改良土壤团聚体和提高土壤抗侵蚀能力的进程产生了较大差别^[35,36],从而导致2个区域研究结果差异明显。而郭明明等^[15]、丁康等^[37]研究得到的黄土高塬沟壑区坡面土壤水稳性团聚体含量、MWD值等较本研究结果也有较大增加,这是因为与坡面相比沟头土壤要多一个侵蚀面即沟头立壁,沟头土壤会受到更多的水力、风力、重力侵蚀,这对沟头植被的生长、有机质的积累等产生较大影响,从而使土壤水稳性团聚体数量和稳定性降低,使土壤抗侵蚀能力减弱。本研究中,相关分析表明,有机质含量与WR_0.25、MWD、GMD呈极显著正相关,与PAD、D呈极显著负相关,说明植被恢复条件下有机质含量的提升对水稳性团聚体形成和稳定性起着重要的作用,这也与王晓娟等^[39]得出的有机肥处理可显著提高土壤水稳性团聚体含量、平均质量直径和团聚体稳定性的结论相吻合。土壤中微团聚体通过有机质的黏合、胶结作用形成水稳性大团聚体,土壤有机质是影响团聚体形成和稳定的主要机制^[40,41]。因此,增加土壤有机质含量是提升团聚体稳定性,防止土壤侵蚀的有效途径。

土壤可蚀性是土壤内在性质对外营力综合作用的集中反映,表征的是土壤对外界侵蚀的敏感性,K值越小,土壤抗侵蚀能力越强^[38]。本研究发现,植被恢复年限对土壤可蚀性有显著影响,土壤可蚀性因子K会随着恢复年限增加呈极显著线性递减,这与GUO等^[23]研究结果相吻合。恢复3—30 a植被沟头土壤黏粒含量、粉粒含量、有机质含量较农地分别增加5.11%—29.43%、0.09%—2.74%、0.31—2.02倍,砂粒含量较农地减小11.99%—27.40%,这说明随着植被的恢复演替,沟头土壤有机质含量增加,土壤逐渐偏离沙化,土壤的黏结性更好,使土壤中细小颗粒不易流失,团粒间胶结作用增强,提高了水稳性团聚体的数量和稳定性,从而降低了沟头土壤的可蚀性,这也与严方晨等^[14]对黄土丘陵沟壑区撂荒地不同演替阶段土壤抗蚀性的研究结果相吻合。恢复年限达到22 a、30 a时,WR_0.25、MWD、GMD均较其他恢复年限显著增大,D、K均较其他恢复年限显著减小,说明黄土高塬沟壑区沟头在自然恢复22—30 a时土壤团聚体稳定性和抗蚀性能得到明显提升。此外,本研究中在植被恢复30 a时土壤可蚀性仍有减小的趋势,而WANG等^[31]研究发现土壤可蚀性随撂荒年限增加而减小并在恢复28 a后趋于稳定,说明了虽然植被恢复可以促进土壤团聚体改良,减小土壤对侵蚀的敏感性,但在沟头区域自然恢复条件下团聚体稳定性的提高、土壤可蚀性的减小是一个更加漫长的过程,因此对沟头的防护显得尤为重要。本研究中土壤可蚀性与土壤团聚体表现出显著相关性,K与WR_0.25、MWD、GMD呈极显著负相关,与PAD、D呈极显著正相关。大量研究已经证实随着植被恢复年限增加,植被覆盖度逐渐增大,地上生物量逐渐增加,归还到土壤中的枯落物也随之增加,枯落物的分解增加了土壤的有机质含量,有机质的胶结作用得以加强,从而使团聚体的团聚作用增强^[42,43,44];同时枯落物作为土壤微生物碳源,枯落物增加使土壤微生物量和多样性增加,进而产生更多促进土壤团聚体形成的黏合剂,使水稳性团聚体数量和稳定性增加^[41,45],此外植被恢复增加了根系生物量和根系分泌物,改善土壤结构^[23,32],促进了土壤团聚体的形成与结构稳定,从而提高土壤抗侵蚀能力,土壤可蚀性降低。

4 结论

本试验研究了黄土高塬沟壑区不同植被恢复年限（3—30年）沟头土壤团聚体及土壤可蚀性的变化特征,主要结论如下：沟头土壤团聚体稳定性随植被恢复年限增加逐渐增强,随土层深度增加而减弱。植被恢复条件下有机质含量的提升对团聚体形成和稳定性起着重要的作用。沟头土壤可蚀性因子随植被恢复年限增加而减小,随土层深度增加而增大。沟头土壤可蚀性的减小与水稳性团聚体含量的增加、团聚体稳定性的提高密切相关。自然恢复条件下植被恢复22—30 年沟头土壤团聚体稳定性和抗蚀性能得到明显提升。

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本研究详细调查了董志塬地区的西峰区、宁县以及庆城县的沟头溯源侵蚀情况，并对近年来发生前进的沟头进行了详细的实地测量和地形地貌特点分析，对董志塬沟头溯源侵蚀整体情况作出概括。在此基础上将溯源侵蚀的发生类型划分：水力冲刷型、陷穴诱发型、裂缝诱发型和人为诱发型。针对每种类型进行了典型的实例分析。

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为分析比较不同土地利用方式以及种植年限土壤团聚体质量，获得较灵敏的团聚体状况指标与研究方法，揭示人为活动对土壤质量的作用与影响，以关中地区不同种植年限的菜园土壤和果园土壤为研究对象，经干筛法测定团聚体的组成状况后分别用平均质量直径（MWD）、几何均重直径（GMD）、分形维数D以及矩法参数为指标，分析菜园土壤和果园土壤在系列时间的振动筛分过程中团聚体组成变异特征，结果表明：用MWD和GMD作为团聚状况指标，只有在适宜的振动筛分时间范围内才能基本反映各种性状土壤的团聚水平差异；用分形维数作为指标，表征各类土壤的团聚水平的可信性值得商榷；用矩法的理论和其中的偏倚系数Cs能够较为灵敏地表征各类土壤的团聚水平。同时，研究发现菜园土壤和果园土壤的团聚化水平均有随着种植年限的增加有先提高后降低的趋势。研究得出了矩法的偏倚系数能够更清楚地区分各土壤之间的团聚水平，为评价土壤团聚水平提供更为灵敏的指标。

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目前关于植被恢复对排土场土壤团聚性的影响还不清楚，以植被恢复下黄土区露天煤矿排土场为研究对象，采用湿筛法测定了排土场土壤水稳性团聚体组成，研究了植被恢复类型（草地、灌木）和排土场地形（平台、边坡）对土壤团聚体特征的影响。结果表明：植被恢复促进了排土场水稳性团聚体的形成，平台0-20 cm土层水稳性大团聚体数量（R0.25）、平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）分别达到31.1%，0.70 mm和0.26 mm，边坡分别达到13.3%，0.37 mm和0.17 mm，均显著高于裸地，分形维数（D）在平台和边坡分别为2.91和2.96，均显著低于裸地；平台土壤团聚性要好于边坡，草地对于平台土壤团聚结构改良效果较好，而灌木对于边坡改良效果较好；排土场土壤有机碳和粘粒含量均与土壤团聚体指标有显著相关性。植被恢复提高了排土场土壤团聚性，植被恢复类型和地形对排土场土壤团聚体特征有显著影响。

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植被类型直接影响土壤特性,对土壤团聚体的形成和稳定性有重要影响,水稳性团聚体是反映黄土高原土壤抗蚀性的最佳指标。选择黄土丘陵区延河流域作为研究区域,应用Le Bissonnais(LB)法和Yoder法测定了森林、森林草原两种植被类型下土壤水稳性团聚体稳定性,对比分析了LB法3种处理的结果,并计算土壤团聚体平均重量直径(mean weight diameter, MWD)和可蚀性因子K值。结果表明:在LB法3种湿润处理下,预湿后扰动处理(wet stirring, WS)对土壤团聚体结构的破坏程度最大,处理后土壤水稳性团聚体以< 0.2 mm为主;快速湿润处理(fast wetting, FW)对团聚体的破坏程度次之;慢速湿润处理(slow wetting, SW)对团聚体的破坏程度最小,处理后土壤水稳性团聚体主要以> 2 mm团聚体为主;说明黄土丘陵区延河流域土壤团聚体破坏的主要机制是气爆作用(消散作用)和机械扰动。LB法的3种处理结果中预湿后扰动的测定结果与传统的湿筛法(Yoder法)更接近。LB法包含Yoder法的基本原理,能够全面、准确的测定土壤团聚体结构,适宜作为黄土丘陵区土壤团聚体测定方法。森林植被类型的土壤团聚体平均重量直径大于森林草原植被类型,且SW > FW > WS,但可蚀性因子K值却是森林植被类型小于森林草原植被类型。土壤水稳性团聚体由小颗粒向大颗粒转变,土壤结构趋于稳定。不同植被类型下土壤有机质含量不同,土壤团聚体形成过程及土壤团聚度也有差异,因而造成土壤可蚀性和土壤抗蚀性能不同。

LIU

, AN

S S

, HUANG

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. Application of Le Bissonnais method to study soil aggregate stability under different vegetaion on the Loess Plateau
Acta Ecologica Sinica, 2013,33(20):6670-6680. (in Chinese)

DOI:10.5846/stxb201301160103 Magsci [本文引用: 5]

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张超, 刘国彬, 薛萐, 宋籽霖, 张昌胜 . 黄土丘陵区不同植被类型根际土壤微团聚体及颗粒分形特征
中国农业科学, 2011,44(3):507-515.

Magsci [本文引用: 2]

【目的】研究黄土丘陵区坡耕地退耕后不同植被根际土壤微团聚体及颗粒的分形特征,为该地区植被恢复中土壤质量评价和生态恢复的持续健康发展提供科学依据。【方法】通过室内分析,运用分形理论,研究黄土丘陵区墩山小流域天然草地、人工草地和人工灌木等6种植被根际土壤微团聚体以及颗粒组成的分形特征。【结果】黄土丘陵区坡耕地退耕后,不同植被对土壤微团聚体以及颗粒组成影响不同。无论是根际还是非根际,天然草地0.25—0.05 mm、0.05—0.01 mm微团聚体含量以及土壤团聚状况、团聚度均高于人工灌木和人工草地,而0.25—0.05 mm、0.05—0.01 mm土壤颗粒含量以及分散系数、分散率低于人工灌木和人工草地,根际微团聚体分形维数和颗粒分形维数高于人工灌木和人工草地。除柳枝稷外,根际土壤团聚状况和团聚度高于非根际,分散系数和分散率低于非根际;不同植被根际微团聚体分形维数和颗粒分形维数均低于非根际土。相关性分析表明,与非根际相比,根际土壤微团聚体及颗粒分形维数与土壤基本理化性质相关性更显著。【结论】黄土丘陵区坡耕地退耕后,天然草地对于土壤微团聚体的改善作用优于人工灌木和人工草地。与非根际相比,根际土壤具有更好团聚结构,而且根际土壤分形特征能更好反映土壤性质的变化规律,因此可作为该地区植被恢复过程中土壤质量评价的指标。

ZHANG

, LIU

G B

, XUE

, SONG

Z L

, ZHANG

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. Fractal features of rhizosphere soil microaggregate and particle-size distribution under different vegetation types in the hilly-gully region of Loess Plateau
Scientia Agricultura Sinica, 2011,44(3):507-515. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 2]

马祥华, 焦菊英, 温仲明, 白文娟, 焦峰 . 黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复中土壤物理特性变化研究
水土保持研究, 2005,12(1):17-21.

Magsci [本文引用: 3]

以黄土高原典型丘陵沟壑区--延安燕沟流域为研究对象,分析了黄土丘陵区退耕地植被恢复过程中不同恢复年限、不同植被类型以及不同恢复方式下的土壤物理变化特征,结果表明:对于土壤含水量,草地>灌木地>乔木地,自然恢复>自然+人工恢复,随着退耕年限的不断增长,上层土壤含水量不断增加,下层不断降低,随土层不断加深,其含量逐步趋于稳定;对于0～60 cm土壤平均容重及孔隙度,以灌木地土壤容重相对较大,孔隙度相对较小,乔木地的容重及孔隙度的变化与灌木地相反,并且随着退耕年限的不断延长,土壤容重不断减小,孔隙度不断增加,但是不同恢复方式下土壤容重及其孔隙度变化不大;对于0～60 cm土层>0.25 mm土壤水稳性团聚体含量,自然恢复>自然+人工恢复,随着恢复年限的不断增长,其含量不断增加,而不同植被类型作用下的土壤水稳性团聚体含量变化不明显,但是其含量在不同土层变化差异较大.这就要求对退耕地进行植被恢复过程中,要深入了解当地的土壤环境特征,做到因地制宜,适地适树.

X H

, JIAO

J Y

, WEN

Z M

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, JIAO

. The changes of soil physical properties in abandoned lands during vegetation restoration in hilly and gully regions on the Loess Plateau
Research of Soil and Water Conservation, 2005,12(1):17-21. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 3]

严方晨, 焦菊英, 曹斌挺, 于卫洁, 魏艳红, 寇萌, 胡澍 . 黄土丘陵沟壑区撂荒地不同演替阶段植物群落的土壤抗蚀性—以坊塌流域为例
应用生态学报, 2016,27(1):64-72.

Magsci [本文引用: 5]

采用野外调查取样与室内试验相结合的方法，在分析土壤颗粒组成、级配状况与群体特性、团粒结构的分形特征及其稳定性变化的基础上，研究了黄土丘陵沟壑区撂荒地不同演替阶段植物群落的土壤抗蚀性.结果表明：撂荒后植被从一年生草本群落阶段演替到多年生蒿禾类草本群落阶段的过程中，土壤的级配状况在不断改良，颗粒分形维数增大，团粒结构有所改善，土壤团粒结构的分形维数与结构体破坏率均不断减小，稳定性不断增强，从而提高了土壤的抗蚀性.实现植被的自然恢复对改善该区土壤结构、提高土壤抗蚀性、减少水土流失和促进区域生态环境可持续发展具有重要意义.

YAN

F C

, JIAO

J Y

, CAO

B T

, YU

W J

, WEI

Y H

, KOU

, HU

. Soil anti-erodibility of abandoned lands during different succession stages of plant community in hilly-gullied region of the Loess Plateau: Take Fangta small watershed as an example
Chinese Journal of Applied Ecology, 2016,27(1):64-72. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 5]

郭明明, 王文龙, 康宏亮, 杨波 . 黄土高塬沟壑区植被自然恢复年限对坡面土壤抗冲性的影响
农业工程学报, 2018,34(22):138-146.

Magsci [本文引用: 4]

为评价黄土高塬沟壑区坡面植被自然恢复对土壤抵抗径流侵蚀性能的影响，以农地为对照，通过野外原位冲刷试验研究了不同植被恢复年限（0~28 a）的坡面土壤抗冲性变化及其与土壤性质和根系密度的关系。结果表明，1）土壤各项性质均随恢复年限的增加不断改善，其中土壤容重和崩解速率随恢复年限呈递减的指数函数关系（P<0.01），而饱和导水率、有机质含量、水稳性团聚体、MWD及各直径根系密度则随年限以线性或指数方式递增（P<0.01）。2）植被恢复3 a的坡面土壤抗冲性较农地增加不显著（P>0.05），恢复3a后土壤抗冲性显著增加1.98～9.82倍（P<0.05），且土壤抗冲性与恢复年限呈极显著线性关系（R2=0.98，P<0.01）。3）土壤抗冲性与容重和崩解速率呈显著的负相关关系，与饱和导水率、有机质含量、水稳性团聚体及MWD则呈极显著正相关关系；抗冲性与根系密度的关系可采用Hill曲线模拟，<0.5 mm是提高抗冲性的最有效根系直径。4）土壤抗冲性的提高与土壤性质的改善和根系密度的增加密切相关，土壤容重、团聚体稳定性（MWD）及<0.5 mm根系密度是影响土壤抗冲性的关键因子。

GUO

M M

, WANG

W L

, KANG

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, YANG

. Effect of natural vegetation restoration age on slope soil anti-scourability in gully region of Loess Plateau
Transactions of the CSAE, 2018,34(22):138-146. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 4]

吴彦, 刘世全, 付秀琴, 王金锡 . 植物根系提高土壤水稳性团粒含量的研究
土壤侵蚀与水土保持学报, 1997,3(1):45-49.

[本文引用: 2]

, LIU

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, WANG

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. Study on improving soil’s water stable aggregates amounts by botanic roots
Journal of Soil Erosion and Soil and Water Conservation, 1997,3(1):45-49. (in Chinese)

[本文引用: 2]

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陈文媛, 徐学选, 华瑞, 丁康, Shahmir Ali Kalhoro 杜峰, . 黄土丘陵区林草退耕年限对土壤团聚体特征的影响
环境科学学报, 2017,37(4):1486-1492.

Magsci [本文引用: 4]

随着国家退耕还林还草战略的实施、植被覆盖的变化，林、草地植被恢复进程中土壤团聚体特征的变化受到广泛关注.本研究以黄土丘陵区西部的官山林场退耕后栽植的刺槐林地、撂荒草地为对象，选取退耕年限为10、25 a的林、草地，采用湿筛法测定各样地0~30 cm土壤的水稳性团聚体组成，比较退耕还林、还草和退耕年限（10、25 a）对土壤水稳性团聚体平均质量直径（MWD）和分形维数（D）的影响.结果表明：退耕10 a的林地0~30 cm土层水稳性大团聚体含量（R0.25）、MWD和D分别为57.60%、1.91 mm和2.73；退耕25 a的林地分别为 60.17%、1.88 mm和2.74；退耕10 a的草地分别为59.89%、1.82 mm和2.74；退耕25 a的草地分别为72.69%、2.71 mm和2.61.进一步分析证明，随着退耕年限的增加，土壤团聚性增强；但林草地的变化存在差异：恢复10 a阶段，土壤团聚性林地尚优于草地，25 a后草地优于林地.各样地土壤的SOC含量与R0.25呈显著正相关关系（p<0.01），与D呈显著负相关关系（p<0.05）.退耕类型和退耕年限对土壤团聚性有显著影响.

CHEN

W Y

, XU

X X

, HUA

, DING

, SHAHMIR

A K

, DU

. Effects of forestlands and grasslands on soil aggregates under different vegetation restoration ages in loess hilly region
Acta Scientiae Circumstantiae, 2017,37(4):1486-1492. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 4]

曾全超, 董扬红, 李鑫, 李娅芸, 刘雷, 安韶山 . 基于Le Bissonnais法对黄土高原森林植被带土壤团聚体及土壤可蚀性特征研究
中国生态农业学报, 2014,22(9):1093-1101.

Magsci

土壤团聚体的组成和稳定性是衡量土壤结构和质量的主要指标, 本研究应用Le Bissonnais (LB)法的3种筛分方法[快速湿润筛分法(FW)、慢速湿润筛分法(SW)、湿润振荡筛分法(WS)]模拟不同条件(暴雨、小雨、扰动)对土壤团聚体的破坏, 通过测定预处理后的团聚体特征来表征黄土高原植被恢复对土壤团聚体的影响, 以期为黄土高原植被恢复与生态建设提供科学依据。结果表明: 在LB法的3种处理方法下, FW处理(暴雨)对土壤团聚体结构的破坏程度最大, 处理后土壤团聚体主要以<0.2 mm为主; SW处理(小雨)对土壤团聚体的破坏最小, WS处理(扰动)居中。土壤团聚体的平均重量直径(DMW), 在0~10 cm和10~20 cm土层均表现为SW>WS>FW。土壤团聚体平均几何直径(DGM)0~10 cm和10~20 cm土层均表现为SW>FW>WS, 土壤团聚体分形维数(D)0~10 cm和10~20 cm土层均表现为WS>FW>SW。在SW处理下, 不同植被类型中铁杆蒿群落、黄刺玫群落(样点6、9)土壤团聚体DMW、DGM值较大, 可蚀性(K)较小, 表明这两个群落的土壤团聚体更为稳定, 在小雨环境下更有利于水土保持。对WS处理, 侧柏群落、三角槭群落(样点1、2、3)的土壤团聚体更为稳定, 可蚀性(K)值较小, 因此在外界扰动环境下, 侧柏群落、三角槭群落的土壤抗侵蚀能力更强。在FW处理下, 侧柏群落、三角槭群落(样点2、3)土壤团聚体DMW、DGM值较大, 可蚀性(K)值较小, 表明在外界大雨环境下, 侧柏群落、三角槭群落的土壤团聚体稳定性更强, 土壤抗侵蚀能力更强。总体来说, 对于不同环境, 不同植被类型下土壤的团聚体稳定性和抗侵蚀能力差异较大, 因此应针对不同的环境, 采取不同的植被恢复措施来提高土壤团聚体的稳定性。

ZENG

Q C

, DONG

Y H

, LI

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, LIU

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. Soil aggregate stability and erodibility under forest vegetation in the Loess Plateau using the Le Bissonnais method
Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2014,22(9):1093-1101. (in Chinese)

Magsci

安韶山, 张扬, 郑粉莉 . 黄土丘陵区土壤团聚体分形特征及其对植被恢复的响应
中国水土保持科学, 2008,6(2):66-70, 82.

Magsci [本文引用: 1]

采用计算分形维数的方法,对黄土丘陵区典型草原带土壤团聚体的分形特征及其对植被恢复的响应进行研究。结果表明:1)在植被恢复初期,土壤>10mm粒级的团聚体含量在0～20和20～40 cm层次均较高,含量为331.4～525.6 g/kg。随植被恢复年限增加,10～7、7～5、5～3、3～2、2～1mm粒级的团聚体绝对含量下降差异不明显。10.5、0.50.25和5 mm粒级的水稳性团聚体含量相对下降很快,恢复7a之后,大粒级土壤团聚体表现为上层含量比下层含量低的趋势。相对于干筛结果而言,土壤水稳性团聚体的粒径分布更为均匀、稳定,恢复7a之后的土壤>0.25mm团聚体含量占到40%～50%,而>5mm的土壤团聚体则占10%～23%。植被恢复过程中,土壤团聚体由大的团块向小颗粒的土壤团聚体转换,粒径分布更为均匀,土壤结构逐渐改善。3)不同恢复年限土壤团聚体分形维数变化范围为表层2.75～2.86,表下层2.77～2.89,变化范围小,20～40cm土层的分形维数大于0～20 cm,恢复植被可使土壤分形维数降低,土壤结构得到改善。

S S

, ZHANG

, ZHENG

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. Fractal dimension of the soil aggregate and its responds to plant rehabilitation in the hilly-gully region of Loess Plateau
Science of Soil and Water Conservation, 2008,6(2):66-70, 82. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 1]

郭曼, 郑粉莉, 安韶山, 刘雨, 王彬, Frederic Darboux . 应用 Le Bissonnais 法研究黄土丘陵区土壤团聚体稳定性
中国水土保持科学, 2010,8(2):68-73.

Magsci [本文引用: 1]

以黄土丘陵区森林草原过渡带燕沟流域植被自然恢复过程中6种植被类型为研究对象,应用LeBissonnais(LB)法测定了不同植被类型下土壤水稳性团聚体,对比分析了LB法3种处理的测定结果与传统湿筛法(Yoder)的差异性。结果表明:在LB法3种湿润处理下,快速湿润处理(FW)对土壤团聚体结构的破坏程度最大,处理后土壤水稳性团聚体以0.05～0.5mm为主;慢速湿润处理(SW)对团聚体的破坏程度最小,处理后土壤水稳性团聚体主要以>2mm团聚体为主;而预湿后扰动处理(WS)对团聚体的破坏程度介于FW和SW之间,处理后土壤团聚体粒径分布比较均匀。说明该区土壤团聚体破坏的主要机制是土壤孔隙中的气泡爆破产生的消散作用。退耕100a期间,植被群落由1年生草本(4a)—多年生灌草(16 a)—半灌木(29 a)—灌木(55 a)—乔木(100a)方向演替过程中,土壤水稳性团聚体由小粒径向大粒径方向转变,土壤结构趋于稳定。LB法3种处理中,FW处理与SW处理所测得>0.5mm团聚体含量和平均重量直径与土壤有机质和物理性黏粒之间存在显著的相关性,而WS处理未达到显著水平(P>0.05)。说明土壤有机质和物理性黏粒主要影响消散和黏粒膨胀引起的崩解作用,而对机械干扰引起的团聚体破坏无明显影响。LB法3种处理中,慢速湿润方法所获得土壤团聚体稳定性特征更接近湿筛法,适宜于黄土丘陵区植被恢复过程中土壤水稳性团聚体的测定。

GUO

, ZHENG

F L

, AN

S S

, LIU

, WANG

, FREDERIC

. Application of Le Bissonnais method to study soil aggregate stability in the hilly-gully region
Science of Soil and Water Conservation, 2010,8(2):68-73. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 1]

夏露, 宋孝玉, 符娜, 李怀有, 李垚林 . 陇东黄土塬区不同下垫面条件下侵蚀产沙的降雨阈值
水科学进展, 2018,29(6):828-838.

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. Threshold standard of erosive rainfall under different underlying surface conditions in the Loess Plateau Gully Region of East Gansu, China
Advances in Water Science, 2018,29(6):828-838.(in Chinese)

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梁明易, 刘谞承, 曾嘉强, 汪涛 . 陇东董志塬植被生态现状及评价
生态科学, 2010,29(4):351-357.

Magsci [本文引用: 1]

调查了甘肃省庆阳市董志塬的自然植被,结果表明:董志塬主要自然群落类型包括3个植被型,4个植被亚型,14个群。共记录植物33科65属165种,以菊科(Compositae)、禾本科(Gramineae)、豆科(Leguminosae)、蔷薇科(Rosaceae)居多。塬内各植物群落生物量处于"Va～Ⅱ"水平,其中森林群落"Ⅲ～Ⅱ"、灌丛、草原群落"Va～Ⅳ";生长量处于"Vb～Ⅱ",其中森林"Ⅲ～Ⅱ"、灌丛群落"Ⅳ～Ⅲ"、草原"Vb～Ⅲ";物种量处于"Va～Ⅲ"水平,其中森林和灌丛群落"Va～Ⅳ"、草原"Ⅳ～Ⅲ";群落郁闭度处于"Ⅳ～Ⅱ"水平,其中森林和灌丛为"Ⅳ～Ⅱ"、草原"Ⅳ～Ⅲ";群落结构度处于"Ⅳ～Ⅰ"水平,其中森林植被"Ⅱ～Ⅰ"、灌丛群落"Ⅳ～Ⅱ"、草丛群落"Ⅳ～Ⅲ"。综合各群落盖度、物种量、生物量、生长量、群落结构等5项指标进行评价,董志塬内各天然植被群落类型综合评价等级为"Ⅳ～Ⅱ"的水平,其中森林群落综合水平均为"Ⅲ～Ⅱ",灌丛群落和草原群落处于"Ⅳ～Ⅲ"水平。

LIANG

M Y

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, WANG

. The investigation and evaluation of the natural vegetation in Dongzhi Plateau, eastern Gansu Province
Ecological Science, 2010,29(4):351-357. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 1]

GUO

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. Changes in soil properties and erodibility of gully heads induced by vegetation restoration on the Loess Plateau, China
Journal of Arid Land 2018,10(5):712-725.

[本文引用: 4]

[24]

李强, 刘国彬, 许明祥, 张正, 孙会 . 黄土丘陵区撂荒地土壤抗冲性及相关理化性质
农业工程学报, 2013,29(10):153-159.

Magsci [本文引用: 1]

为了评价农地撂荒对土壤抗侵蚀性的影响，该文以黄土丘陵区自然撂荒地为研究对象，应用时空互代法，通过原状土冲刷试验对不同撂荒阶段（0～43?a）的坡地土壤抗冲性进行了研究。结果表明：与对照（阶段Ⅰ）相比，随着撂荒年限的增加，表层（0～15?cm）和中层（＞15～30?cm）土壤容重显著降低，而下层（＞30～50?cm）土壤容重变化较小（约下降0.5%）。土壤团聚体和抗剪强度（黏聚力C和内摩察角φ）在3个土层中均呈显著增加趋势，而土壤崩解速率在3个土层中均呈下降趋势，与表层相比，中层和下层土壤崩解速率减小幅度更大（约4.2和1.8倍）。土壤抗冲性随着撂荒年限的增大在表层呈先增加后稳定的趋势，在中层呈稳定增加而下层无显著变化，与对照相比，中层和下层土壤抗冲系数分别平均增大76.9%和30.7%。土壤团聚体和根系密度在3个土层中均是影响土壤抗冲性的关键因子。研究结果从土壤抗侵蚀性的角度为退耕还林工程的生态功能评价提供理论依据。

, LIU

G B

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, ZHANG

, SUN

. Soil anti-scouribility and its related physical properties on abandoned land in the Hilly Loess Plateau
Transactions of the CSAE, 2013,29(10):153-159. (in Chinese)

Magsci [本文引用: 1]

周虎, 吕贻忠, 杨志臣, 李保国 . 保护性耕作对华北平原土壤团聚体特征的影响
中国农业科学, 2007,40(9):1973-1979.

Magsci [本文引用: 2]

【目的】研究华北平原保护性耕作制度对土壤团聚数量、大小和稳定性的影响。【方法】本文采集了华北平原河北栾城试验站经过四年保护性耕作(旋耕和免耕)与传统耕作(翻耕)处理下原状土壤样品，测定了土壤容重、有机质和粘粒含量等物理性质，重点应用干筛和湿筛法分析了土壤团聚体数量、分布和分形维数。【结果】表层(0-5cm)土壤容重的大小顺序为免耕>旋耕>翻耕，免耕使表层土壤的容重显著增加；旋耕与翻耕的表层土壤容重差异不显著，但旋耕使10-20cm的土壤容重明显增加。干筛法分析表明，免耕处理下0-10cm内>0.25mm团聚体含量、平均重量直径(Mean Weight Diameter，MWD)和几何平均直径(Geometric Mean Diameter，GMD)均高于旋耕处理和翻耕处理，而旋耕与翻耕处理间没有显著的差异；湿筛法分析表明，土壤中的团聚体以非水稳性团聚体为主，水稳性团聚体的和GMD大小顺序为免耕>旋耕>翻耕；在0-5cm土层内免耕处理的水稳性团聚体分维数(D)最小，而旋耕下5-10cm层的分形维数D值显著高于翻耕、免耕处理，说明旋耕使得该层内土壤团聚体的稳定性降低。【结论】经过四年保护性耕作试验，免耕处理促进表层土壤团聚体的形成并提高起稳定性，旋耕和翻耕处理由于对土壤的强烈扰动，降低了耕作深度内土壤团聚体的团聚度和稳定性；在10-30cm三种耕作处理间没有显著差异。

ZHOU

, Lü

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. Effects of conservation tillage on soil aggregates in Huabei Plain, China
Scientia Agricultura Sinica, 2007,40(9):1973-1979. (in Chinese)

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袁晶晶, 同延安, 卢绍辉, 袁国军 . 生物炭与氮肥配施改善土壤团聚体结构提高红枣产量
农业工程学报, 2018,34(3):159-165.

Magsci [本文引用: 2]

探讨花生壳生物炭配施氮肥对华北平原枣区土壤机械稳定性和水稳性团聚体的分布、稳定性及红枣产量的影响，阐明土壤和枣树对生物炭与氮肥培肥效果的响应，为枣区土壤结构改良和合理培肥制度建立科学依据。通过3 a（2013-2015）田间定位试验，设置生物炭用量4个水平（0，2.5，5和10 t/hm2）、氮肥用量3个水平（300，450和600 kg/hm2），利用干、湿筛法得到不同粒级的土壤团聚体含量。结果表明：与对照相比，生物炭与氮肥配施对机械稳定性团聚体的平均质量直径（MWD，mean weight diameter）、几何平均直径（geometric mean diameter, GMD）和>0.25 mm大团聚体质量分数无显著影响，但>0.25 mm水稳性大团聚体含量则显著提高20.7%，水稳性团聚体的MWD和GMD较对照分别显著增加29.2%和27.2%。同时，各配施处理降低了土壤团聚体破坏率，最大降幅为27.1%。与对照相比，中、高用量的生物炭与氮肥配施显著提高土壤有机碳含量，且有机碳含量与MWD和GMD均达到了显著水平（P<0.05）。生物炭施入土壤1 a后，随试验时间的推移，与氮肥的培肥效果越来越明显，红枣产量呈上升趋势。综合分析认为，生物炭与氮肥配施对枣区土壤水稳性大团聚体的形成、土壤结构及稳定性提升效果显著，有利于缓解枣区土壤质量退化问题和提高红枣产量。

YUAN

J J

, TONG

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. Biochar and nitrogen amendments improving soil aggregate structure and jujube yields
Transactions of the CSAE, 2018,34(3):159-165. (in Chinese)

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<正> 形状与大小各异的土壤颗粒组成的土壤结构,表观上反映出一个不规整的几何形体.已有的研究表明,土壤是具有分形特征的系统.Turcotte 提出了多孔介质材料的粒径分布公式为 N(δ>d_i)∝d_i~(-D),式中 N 是粒径大于 d_i 的总数;D 是粒径分布的分形维数.由于 N值不能直接通过实验得到,其值受到假设与实际符合程度的影响,也影响了 D 值的准确计算.在通常的土壤分析中,得到的均为土壤粒径的重量分布值,因此,本文用粒径的重量分布取代

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王晓娟, 贾志宽, 梁连友, 韩清芳, 丁瑞霞, 杨保平, 崔荣美 . 旱地施有机肥对土壤有机质和水稳性团聚体的影响
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通过渭北旱塬2007—2010年田间定位试验，研究了有机肥不同施用量(低量7500 kg·hm-2、中量15000 kg·hm-2、高量22500 kg·hm-2)对连作玉米地土壤有机质、团聚体各层粒径分布和稳定性的影响.结果表明：0～20 cm土层，高量有机肥处理土壤有机质含量较低量有机肥处理提高4.1%～4.6%，高、中量有机肥处理较对照提高4.6%～11.2%,低量有机肥处理在施肥第4年（2010年）较CK提高4.7%～6.3%.0～30 cm土层，所有有机肥处理>5 mm水稳性团聚体的增幅最大，其含量随有机肥用量的增加而显著升高；有机肥处理显著提高了土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体平均质量直径和团聚体稳定率，且随有机肥用量的增加而显著增加；中、高量有机肥处理比单施化肥处理增加效果显著.

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董莉丽 . 不同土地利用类型下土壤水稳性团聚体的特征
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DOI:10.11707/j.1001-7488.20110415 Magsci [本文引用: 2]

土壤团聚体稳定性是土壤结构的关键性指标,是土壤环境、管理实践和土地利用类型相互作用的结果。本文应用Le Bissonnais 法中的快速和慢速湿润测定陕北黄土丘陵区不同土地利用类型土壤水稳性团聚体含量,分析土地利用类型和湿润速度对土壤团聚体水稳性的影响。结果表明:小叶杨、侧柏、油松、杏4种林地土壤＞0.2 mm水稳性团聚体质量分数、平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)较农地和苹果园土壤大,而农地和苹果园土壤团聚体粒级分布的分形维数D值较大,说明林地土壤结构得到明显改善。土壤有机质与＞0.2 mm,MWD,GMD和D值呈极显著相关,说明土壤有机质是影响土壤团聚体形成和稳定的主要胶结物质。团聚体稳定性在2种处理下存在明显差异,快速湿润对团聚体破坏大于慢速湿润,说明消散作用在土壤团聚体崩解中起主要作用。

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. Characteristics of soil water stable aggregates under different land-use types
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DOI:10.11707/j.1001-7488.20110415 Magsci [本文引用: 2]

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【目的】土壤团聚体组成及其稳定性与土壤质量、土壤侵蚀和农业可持续性有着密切联系。【方法】在甘肃河西走廊中段近几十年来开垦的边缘绿洲区4种土类中（砂质新成土、正常干旱土、旱耕人为土和干润雏形土）采集49个农田表层土样（0～10 cm），用干筛和湿筛法分析土壤团聚体组成及其稳定性，并分析了与土壤团聚体形成有关的土壤物理、化学性状。【结果】除干润雏形土外，大部分土壤粒级组成以沙粒为主；土壤有机碳含量低，平均为（5.88±2.52）g•kg-1，4种土类中有机碳平均含量平均为4.75～10.51 g•kg-1，以砂质新成土最低，干润雏形土最高；碳酸钙含量普遍较高，平均含量为84.7～164.8 g•kg-1，随土壤粘粉粒和有机碳含量的增加而增加；不同土类＞0.25 mm的干团聚体平均变动在65.2%～94.6%，干团聚体组成以>5 mm的大块状团聚体（土块）为主，平均重量粒径（DMWD）变动在3.2～5.5 mm；>0.25 mm的水稳性团聚体变动在23.8%～45.4%，团聚体破坏率（PAD）为52.4%～66.8%，团聚体组成和特征有利于抵抗土壤风蚀，但稳定性差，灌溉后易于分散、沉实板结、通透性差。土壤粘粉粒、有机碳、碳酸钙及铁铝氧化物均对团聚体的形成有显著作用，以土壤粘粒和细粉粒作用最大，有机碳和碳酸钙作用次之；但有机碳和碳酸钙对团聚体的稳定性较粘粉粒的影响更为明显。退耕种植多年生苜蓿后，土壤有机碳、团聚体数量及其稳定性显著增加。【结论】对生态脆弱的边缘绿洲区新垦土地，退耕还草或推行草粮轮作，是改善土壤结构、提高土壤肥力、减轻土壤风蚀的可持续土地利用的有效途径。

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马建辉, 叶旭红, 韩冰, 李文, 虞娜, 范庆锋, 张玉玲, 邹洪涛, 张玉龙 . 膜下滴灌不同灌水控制下限对设施土壤团聚体分布特征的影响
中国农业科学, 2017,50(18):3561-3571.

DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.18.012 Magsci [本文引用: 1]

【目的】灌溉是设施土壤水分的主要来源,也是影响土壤结构稳定性的重要因子。探究不同灌水控制下限对设施土壤团聚体分布特征和稳定性的影响,为设施农业合理水分调控、促进设施土壤结构改善提供理论依据。【方法】选用6年膜下滴灌试验地为对象,供试作物为番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）,种植模式为沟垄覆膜。设置了3个灌水控制下限,其土壤水吸力值分别为20、30及40 kPa（分别记为D20、D30、D40）,灌水控制上限均为6 kPa。各小区以埋设深度30 cm的张力计指示土壤水分变化,确定灌水时间和灌水量。通过干筛法和湿筛法测定了土壤团聚体的组成,>0.25 mm团聚体含量（R0.25）、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、分形维数（D）、以及土壤结构破坏率（RDS）和不稳定团粒指数（ElT）。【结果】在0—30 cm土层,D40处理的土壤电导率（EC）、阳离子交换量（CEC）和容重都显著低于D20和D30处理（D40<D30<D20）；D20处理的pH显著低于D30和D40处理（D40>D30>D20）(P<0.05)。通过干筛法和湿筛法对团聚体数量和大小的测定发现,在0—30 cm土层,土壤机械稳定性团聚体主要集中在>2和1—0.25 mm粒级（23.01%—39.98%）,而水稳性团聚体主要集中在1—0.25 和0.25—0.053 mm粒级（31.08—47.27%）。在0—20 cm土层,D30处理的R0.25、平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）均高于D20和D40处理；但在20—30 cm土层,D20处理的水稳性团聚体的含量高于D30和D40处理。不同灌水控制下限下的土壤结构破坏率（RDS）和不稳定团粒指数（ElT）随土壤深度增加而增加,且RDS与ElT的变化规律相似。在0—20 cm土层,D30处理的土壤结构破坏率（RDS）和不稳定团粒指数（ElT）显著低于D20和D40处理（P<0.05）。但在20—30 cm 土层,D20处理的土壤结构破坏率（RDS）比D30和D40处理分别低了12.2%和16.8%。干筛下在10—20 cm 土层内,D20、D30、D40处理的分形维数最小,分别是2.13、2.08、2.19；湿筛下在10—20 cm 土层内,D40、D30、D40处理的分形维数最小,分别是2.31、1.99、2.12。结果表现出,与D20和D40处理相比,D30处理显著降低了团聚体中的分形维数（D）。【结论】在保证设施番茄产量和节约用水的条件下,将土壤水吸力30 kPa作为膜下滴灌灌水控制下限,有利于土壤结构的形成和稳定。

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