坡度对黑土区坡耕地理化性质的影响文献综述

 2022-08-10 14:30:27

坡度对黑土区坡耕地理化性质的影响

摘要:东北黑土区是我国重要的粮食主产区和商品粮供应基地。但东北黑土区在多年的不合理开垦、耕作的过程中,水土流失问题严重。坡度影响坡面土壤侵蚀程度,进而影响土壤理化性质,最终影响土壤肥力。研究坡度对黑土区坡耕地土壤理化性质的影响,有利于进一步深入理解黑土区坡耕地土壤侵蚀机理和养分流失机制,以便为东北黑土区实施水土保持措施提供理论依据,为保障土地生产力提供有效途径。

关键词:黑土坡耕地 坡度 土壤侵蚀 土壤理化性质

黑土是温带半湿润地区草原化草甸植被下,具有深厚的腐殖质层,通体无石灰反应,呈中性的黑色土壤。黑土在我国主要分布在吉林省和黑龙江省中东部的广大平原上,其土壤养分含量十分丰富,全氮、全磷、全钾含量均较高(白玉珠,2015),是一种品质高、肥力强,极为适合农作物生长的土壤。根据全国农业土壤普查结果,我国东北平原黑土区总面积为 101.85 万 km2(含大小兴安岭、长白山),其中典型黑土区面积为 11.78 万 km2。东北黑土区是世界上仅有的“四大黑土区”之一,粮食产量占全国1/4,商品量占全国1/4,调出量占全国1/3,作为我国最重要的粮食主产区和商品粮供应基地,是维持东北地区农业稳定、绿色生态发展的基础,对于保障中国粮食安全具有举足轻重的作用(吴昱,2019)。

然而近年来东北黑土区土壤自然肥力有逐年下降趋势,主要表现在耕作土壤有机质含量逐年降低,耕层变浅、变硬,土壤水、肥、气、热协调能力下降;连作土壤出现酸化趋势;坡耕地水土流失严重,导致黑土严重退化(魏丹等,2016)。据田立生等 (2011) 调查,20 世纪 50 年代我国黑土厚度平均为 60 ~ 70 cm,而目前下降至平均 20 ~ 30 cm,有些区域已露出成土母质,无法进行农业生产,且仍以每年 0.3 ~ 1.0 cm 的速度流失。还有调查指出,每年地表径流导致的水土流失,其中土壤中的氮、磷、钾元素的流失量相当于 400~500 万标吨化肥(张玉斌等,2009)。黑土地自然肥力下降的原因主要分为自然和人为两个方面:自然原因主要是由于黑土区地形地貌大多以山前波状起伏及漫岗地,具有坡缓、坡长的特点,一般坡度在 3°~8°,坡长约为500~2000 m,且以坡耕地为主,具有侵蚀类型复杂、侵蚀面积大、土壤抗蚀性差、降雨集中等特征(刘宝元等,2008);人为原因主要是由于人类过度开垦,使黑土退化,致使水土流失问题日益严重,土壤养分大量流失,土壤肥力严重下降,影响植物生长。目前坡耕地不合理的耕种,已成为黑土区水土流失的主要来源。

虽然对东北黑土区坡耕地土壤侵蚀的研究已经开展多年,但近些来年来对该区土壤侵蚀研究主要集中在讨论侵蚀性严重程度以及沟蚀对该区生态环境以及粮食安全的影响,如姜佰文等(2015)通过研究分析发现试验区黑土坡耕地地表径流和土壤侵蚀量随坡度的增加而增加。目前对于黑土区坡度因子对土壤理化性质影响的研究仍然较少。

现有的坡度对土壤理化性质影响的研究大部分集中在黄土丘陵区,如王晓燕等(2004)通过137Cs示踪法对陕西延安燕沟流域自然坡面上坡度与侵蚀强度之间的关系进行研究,得到结果表明,侵蚀强度与坡面平均坡度之间呈正相关关系, 其相关系数为 0. 4447;贾松伟(2009)通过在黄土丘陵区设置野外径流小区观测与采样分析, 研究了自然降雨条件下坡度对土壤有机碳流失的影响,结果表明在黄土丘陵区, 土壤有机碳流失的变化趋势与侵蚀强度一致;张小芳(2020)在黄土高原植树造林区研究发现土壤有机碳含量均随坡度的增加呈逐渐增加的趋势;贾松伟(2009)通过实验和理论分析得出,黄土丘陵区的坡面土壤侵蚀存在临界坡度,随着坡度增加, 侵蚀量逐渐增加,达到临界坡度后侵蚀量逐渐减少,黄土丘陵区的临界坡度在 20°和 25°之间。

剩余研究分布在我国各地,如张家喜等(2020)通过对四川二郎山西坡土壤修复状况,进行了相关研究分析,发现除土壤全钾、有效磷含量外,二郎山西坡工程创面各土壤养分指标表现出随坡度增加而减少的趋势;唐建等(2011)在山东临池镇通过野外调查和采样测定土壤表层有机质含量发现, 土壤有机质的含量并非随着坡度增加而不断减少, 而是呈 “U ”型分布,当坡度增大到一定程度后, 有机质含量不减反增;也有部分研究发现当农田位于平坦的沟壑内时坡度与土壤质量没有显著关系(Xiaoyan Li等,2019);陈冲等(2011)研究了红壤丘陵区不同坡度和坡向下耕地土壤养分空间的变化规律,发现坡度和坡向对土壤pH值的影响不明显,红壤丘陵区耕地土壤有机质和全氮含量有随坡度增大而升高的趋势,土壤全磷和有效磷含量有随坡度增大而下降的趋势,土壤全钾含量不随坡度和坡向而变化,但速效钾含量有显著差异;黄诚诚(2017)通过研究分析得出黑土坡耕地在模拟降雨条件下土壤有机碳与可溶性有机碳的流失速率与降雨强度之间存在线性的正相关关系,但是在不同的坡度条件下这种线性关系斜率的变化不一样的结论。

从现有的研究可以总结出坡度与土壤理化性质存在的部分关系:

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