土壤抗蝕性指標體系與評價方法分析
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摘要:該文綜述了國內(nèi)外抗蝕性研究的評價指標體系和評價方法，分析了抗蝕性指標(土壤團聚體特征、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)了常用的評價方法，并對今后抗蝕性指標的采用和評價方法進行了探討。
水土流失已成為當(dāng)今世界普遍關(guān)注的問題，水土流失不僅造成土壤肥力下降，影響土地生產(chǎn)力，也會造成泥石流等自然災(zāi)害，同時流失的土壤也會造成河流淤積，使水體富營養(yǎng)化，污染水體。我國已經(jīng)成為世界上水土流失最嚴重的國家之一，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，土壤會被懸浮而后分散，抵抗這種懸浮分散的能力就是土壤的抗蝕性，其可以很好地評價土壤抵抗侵蝕的性能。目前國內(nèi)外研究抗蝕性采用的指標體系和評價方法不盡相同，因此本文綜述國內(nèi)外抗蝕性指標體系與評價方法，以供參考。
1土壤抗蝕性評價指標
1．1國內(nèi)抗蝕性指標體系
現(xiàn)如今國內(nèi)研究土壤抗蝕性的評價指標較多，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個剖面的1～10mm團聚體量、團聚狀況、總團聚體量、團聚度等發(fā)現(xiàn)，這些指標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，且在同一土壤剖面上，土壤的團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是＞0.5mm水穩(wěn)性團粒數(shù)量。彭華［5］在三峽庫區(qū)護岸林的抗蝕性研究中提出，該地區(qū)最佳的抗蝕性評價指標是水穩(wěn)性團聚體含量。張金池［6］等運用主分量分析的方法對浙江安吉主要植被類型的土壤抗蝕性分析，得出最優(yōu)評價指標為＞0.5mm水穩(wěn)性團聚體、土壤水穩(wěn)性指數(shù)、＞0.25mm水穩(wěn)性團聚體3個最佳指標。史曉梅［7］等對紫色土區(qū)域的研究顯示，＞0.25mm水穩(wěn)性團粒含量、＞0.5mm水穩(wěn)性團粒含量、結(jié)構(gòu)破壞率是紫土區(qū)域土壤抗蝕性的最佳評價指標。王文艷［8］等對黃土高原8個比較典型的小流域進行研究，發(fā)現(xiàn)＞0.25mm的水穩(wěn)性團聚體含量從坡底到坡頂越來越低，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提出，＞0.5mm水穩(wěn)性團聚體含量和團聚體破壞率作為該地區(qū)抗蝕性指標。吳麗麗［10］等也在紫色土丘陵區(qū)進行實驗研究，通過主成分分析法將無機粘粒、水穩(wěn)性團粒、微團聚體、有機膠粒四大類13個指標優(yōu)化為＞0.5mm水穩(wěn)性團粒含量、團聚體分散率、水穩(wěn)性指數(shù)和＜0.001mm粘粒含量4個指標。談?wù)危?1］等對5種人工林進行研究，將10種抗蝕性指標降為團聚體穩(wěn)定性指數(shù)、＞0.5mm水穩(wěn)性團聚體的含量、＞0.25mm水穩(wěn)性團聚體的含量、有機質(zhì)含量。也有學(xué)者對土地利用方式與土壤抗蝕性關(guān)系進行了研究，郭培才［12］等大量測定了黃土區(qū)農(nóng)地、林地、草地的抗蝕性指標，得出反映土壤抗蝕性的最佳指標是有機質(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，運用土壤崩解量的大小來表征抗蝕性的強弱，并對土壤的理化性質(zhì)與土壤抗蝕性進行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示林地的土壤抵抗侵蝕的性能遠遠強于荒草地和農(nóng)耕地。張啟昌［14］等在黃土低山丘陵區(qū)運用線性模型理論對土壤抗蝕性進行研究，結(jié)果表明土地利用方式、有機碳是影響土壤抗蝕性的關(guān)鍵因素。此外，趙興實［15］等使用結(jié)構(gòu)系數(shù)和分散系數(shù)來表現(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)指標應(yīng)用到了土壤抗蝕能力的評價當(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團聚體破壞率、＞0.5mm團聚體破壞率、＞0.25mm水穩(wěn)性團聚體含量、有機質(zhì)平均重量直徑含量這6個指標可作為該地區(qū)的最優(yōu)評價指標。
1．2國外抗蝕性指標體系
在19世紀末國外就有了關(guān)于土壤侵蝕方面的研究報道，但是大多數(shù)都是定性的描述。直到20世紀中葉，國外才從可蝕性的角度來研究土壤的抗蝕性，這種研究因開始得較早，所以方法眾多。Mid-dleton［17］以分散率為指標，根據(jù)野外觀測和土壤實驗分析，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”這一概念來評價土壤抵抗風(fēng)蝕能力的大小。Woodburn［19］1956年在評價密西西比河溝谷土壤的抗蝕性時用到了團聚體穩(wěn)定性以及分散率作為可蝕性指標。Bouyoucos［20］提出用粘粒率作為土壤可蝕性的直接性指標。自19世紀中葉以后，專家學(xué)者們測定土壤的可蝕性方法發(fā)展為使用人工降雨的方法。Olson［21］測定了28個小區(qū)的土壤可蝕性，采用的就是人工降雨的方法，提出了一個定量指標來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］用此方法對多種土壤的抗蝕性進行了研究，再對多個抗蝕性指標進行篩選和分析，提出了關(guān)于土壤可蝕性因子的計算方程。也有些專家學(xué)者研究了標準徑流小區(qū)抗蝕性，通過測定水穩(wěn)性團聚體的風(fēng)干率來評價抗蝕性［23］。
2土壤抗蝕性評價方法
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，把多個指標合并成幾個相互不關(guān)聯(lián)的綜合性指標。姜愛國［24］等運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16個指標的主成分分析結(jié)果表明，總孔隙度、水穩(wěn)性指數(shù)、團聚度、＞0.25mm水穩(wěn)性團聚體含量、有機質(zhì)、全氮對土壤抗蝕性影響較強。白秀梅［25］等用主成分分析法對關(guān)帝山4種植被恢復(fù)類型0～20cm土層土壤抗蝕性進行研究，確定土壤抗蝕性評價指標的3個主成分，并確定土壤抗蝕性的綜合評價模型，即Y=0.718Y1+0.167Y2+0.115Y3，依據(jù)土壤抗蝕性綜合主成分值，得出土壤抗蝕性強弱，針闊混交林最強，撂荒地最弱。
2．2熵權(quán)法
土壤抗蝕性由多個指標影響，每個指標信息熵越小，該指標提供的信息量越大，對綜合評價的影響也就越大，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項指標的評價體系，并運用熵權(quán)法計算了各評價指標的權(quán)重，評價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
對于兩個系統(tǒng)之間的因素，其隨時間或不同對象而變化的關(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土壤抗蝕性的影響，運用主成分分析法結(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團聚體的含量。
3土壤抗蝕性評價的探討
土壤抗蝕性評價指標選取在不同地域、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，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力能力指標，也應(yīng)該出現(xiàn)在土壤抗蝕性指標體系中，尤其是一些土壤結(jié)構(gòu)較差的土壤，例如風(fēng)沙土的土壤團聚狀況與土壤水穩(wěn)性團聚體含量極少，無法作為抗蝕性指標，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價指標體系中應(yīng)多采用反映土壤顆粒內(nèi)摩擦阻力的指標。土壤抗蝕性評價方法多采用將多因子綜合降維的方式，且更多是現(xiàn)狀評價，而土壤抗蝕性指標中很多隨著時間推移會發(fā)生變化，因此建立以時間為系數(shù)的抗蝕性評價模型與預(yù)測模型為主。
作者：王鋒佰 單位：遼寧省沙地治理與利用研究所
