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  中国水土保持科学   2025, Vol. 23 Issue (1): 102-108.  DOI: 10.16843/j.sswc.2024064
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引用本文 

潘峰, 邱欣珍. 不同植被覆盖措施对果园梯壁土壤理化性质的影响[J]. 中国水土保持科学, 2025, 23(1): 102-108. DOI: 10.16843/j.sswc.2024064.
PAN Feng, QIU Xinzhen. Effects of different vegetation cover measures on soil physicochemical properties of orchard terrace wall[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2025, 23(1): 102-108. DOI: 10.16843/j.sswc.2024064.

项目名称

江西省水利厅科技项目“土壤侵蚀及养分流失对花岗岩土体构型的响应”（202425YBKT01）；国家重点研发计划项目“鄱阳湖洪泛湿地韧性提升技术集成及应用示范”（2023YFC3209005）

第一作者简介

潘峰（1987—），男，博士，工程师。主要研究方向：土壤侵蚀与水土保持。E-mail：359195616@qq.com

文章历史

收稿日期：2024-05-08
修回日期：2024-07-05
Contents              Abstract              Full text              Figures/Tables              PDF
不同植被覆盖措施对果园梯壁土壤理化性质的影响
潘峰 1,2, 邱欣珍 3     
1. 江西省水利科学院，330029，南昌;
2. 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心，330029，南昌;
3. 赣州市赣县区水利局，341100，江西赣州
收稿日期：2024-05-08; 修回日期：2024-07-05
项目名称：江西省水利厅科技项目“土壤侵蚀及养分流失对花岗岩土体构型的响应”（202425YBKT01）；国家重点研发计划项目“鄱阳湖洪泛湿地韧性提升技术集成及应用示范”（2023YFC3209005）
第一作者简介：潘峰（1987—），男，博士，工程师。主要研究方向：土壤侵蚀与水土保持。E-mail：359195616@qq.com
摘要：将崩岗侵蚀劣地开发利用种植果树，是南方红壤区山地开发主要模式之一，但也成为主要的水土流失策源地。为探究植被覆盖措施对果园梯壁土壤的改良作用，在赣州市赣县区选择试验区对比分析不同植被覆盖措施下的土壤理化性质，以期为崩岗的合理开发利用提供理论和实践依据。以赣县区脐橙园梯壁土壤为研究对象，分别设置自然恢复芒萁覆盖、人工恢复梯壁植草覆盖、人工恢复椰纤植生毯覆盖和裸露对照4种处理，通过室内测定土壤理化性质，对比分析不同植被覆盖措施下土壤机械组成、阳离子交换量、养分含量和团聚体分布特征。结果表明：1）不同植被覆盖措施均能提升土壤黏粒含量和阳离子交换量，自然恢复芒萁覆盖效果最好，相比裸露对照，人工恢复椰纤植生毯覆盖土壤黏粒质量分数和阳离子交换量分别增加92.28%和25.17%；2）不同植被覆盖措施均能提升土壤养分含量，但都处于较低水平，人工恢复椰纤植生毯覆盖效果最好；3）自然恢复芒萁覆盖、人工恢复椰纤植生毯覆盖均能提升土壤水稳性大团聚体含量和团聚体平均质量直径，降低土壤团聚体破坏率，人工恢复梯壁植草覆盖则反之。综上所述，不同植被覆盖措施以自然恢复芒萁覆盖对土壤理化性质的改善效果最优。人工恢复模式下，椰纤植生毯覆盖效果显著高于梯壁植草覆盖。椰纤植生毯覆盖能够快速提升梯壁土壤养分含量，改善土壤结构，是一种有效的水土保持措施，在南方红壤丘陵区果园水土流失防治和植被恢复中应该被重视。
关键词：覆盖    椰纤植生毯    土壤理化性质    果园    崩岗    
Effects of different vegetation cover measures on soil physicochemical properties of orchard terrace wall
PAN Feng 1,2, QIU Xinzhen 3     
1. Jiangxi Academy of Water Science and Engineering, 330029, Nanchang, China;
2. Jiangxi Provincial Technology Innovation Center for Ecological Water Engineering in Poyang Lake Basin, 330029, Nanchang, China;
3. Ganxian District Water Conservancy Bureau of Ganzhou City, 341100, Ganzhou, Jiangxi, China
Abstract: [Background] Developing and utilizing the eroded poor land of Benggang to plant fruit trees is one of the main modes of mountain development in the southern red soil area, but it has also become a major source of soil erosion. In order to investigate the improvement effect of vegetation cover measures on the soil of orchard terrace wall, we selected a test area in Ganxian district of Ganzhou city to compare and analyze the physicochemical properties of the soil under different vegetation cover measures, with a view to providing theoretical and practical bases for the rational development and utilization of Benggang. [Methods] The soil samples of ladder wall of navel orange orchard were taken in Ganxian district, Jiangxi province, four treatments such as natural restored Paspalum wettsteinii coverage, artificial restored grass coverage, artificial restored coconut fiber blanket coverage and control check were set up, and soil physicochemical properties were measured indoors, and the soil mechanical composition, cation exchange, nutrient contents and aggregate distribution characteristics were comparatively analyzed under the different vegetation cover measures. The differences in soil physicochemical properties under different vegetation cover measures was explored. [Results] 1) Different vegetation cover measures enhanced soil clay content and cation exchange, and the natural restored P. wettsteinii coverage was the most effective, with the artificial restored coconut fiber blanket coverage increasing soil clay mass fraction and cation exchange by 92.28% and 25.17%, respectively, compared with the control check. 2) Different vegetation cover measures could improve soil nutrient contents, but they were all at a low level, and the artificial restored coconut fiber blanket coverage are the highest. 3) The natural restored P. wettsteinii coverage and the artificial restored coconut fiber blanket coverage both increased soil water-stable aggregate content, average mass diameter of aggregates, and reduced the rate of soil aggregate destruction, while the artificial restored grass coverage was the opposite. In summary, among different vegetation coverage measures, the natural restored P. wettsteinii coverage has the best effect on improving the physical and chemical properties of the soil. Under the artificial restoration mode, the artificial restored coconut fiber blanket coverage was significantly higher than that of grass coverage. [Conclusions] Coconut fiber blanket coverage can quickly enhance the soil nutrient contents of the terrace wall and improve the soil structure, which is an effective soil and water conservation measure and should be emphasized in the erosion control and vegetation restoration of the orchard in the southern red loam hilly area.
Keywords: coverage    coconut fiber blanket    soil physicochemical properties    orchard    Benggang    

崩岗是指岩石体风化壳、山坡土体在重力、水力作用下发生分解、崩塌、堆积的侵蚀现象[1]。崩岗侵蚀使生态环境极度恶化，土地生产力遭到破坏，变成“江南沙漠”和“白沙岗”[2]，被形象地称为生态环境的“溃疡”[3]。崩岗主要分布于长江以南的广东、江西、福建、湖北、安徽、湖南、广西等省（自治区），具有发展较快、泥沙量大、危害巨大和治理难度大等特征，造成的水土流失危害极为严重，是我国南方红壤丘陵区生态环境、公共安全和经济发展的主要威胁[4]。

随着经济发展与人口增长，我国南方红壤丘陵区地少人多的矛盾日益突出，将崩岗侵蚀劣地开发利用种植果树，已成为许多地方山地开发主要模式之一[5−6]。将崩岗整治为梯田后，梯壁抗蚀性极差，尤其是在果园开发建设初期，剧烈的人为扰动导致梯壁植被、土壤结构破坏严重，加上区域内降雨集中、强度大，并且由于缺少人为管护，梯壁植被恢复较慢，松散的土体极易被冲刷，产生严重的水土流失而发生崩塌[7]，成为南方红壤区重要的水土流失策源地[8−9]。

植物护坡是果园梯壁防护的重要组成内容，其植物配置形式决定植物固土保水效果的好坏[10]。椰纤植生毯建植护坡通过把椰纤植生毯固定在坡面上，并在坡面上种植水土保持灌草保护土壤、改善坡面土壤性质[11−12]。该技术使用材料生态环保，施工简单快捷，经济合理，后期维护管理成本低，绿化效果显著。在赣州市山水林田湖草生态保护修复工程中，椰纤植生毯+宽叶雀稗（Paspalum wettsteinii）的植被恢复措施得到广泛的应用，并取得显著的综合效益，在江西省崩岗侵蚀防治中得到推广应用。但是，目前对于椰纤植生毯建植护坡技术改善果园梯壁土壤理化性质的研究较少，在一定程度上制约该项技术的推广应用。为揭示椰纤植生毯覆盖对果园梯壁土壤的影响，笔者通过野外试验，分析不同植被覆盖措施下果园梯壁土壤理化性质的影响，以期为崩岗的合理开发利用提供理论和实践依据。

1 研究区概况

研究区位于江西省赣县区白鹭乡上塘村境内（E 115°11′35″，N 26°12′07″）。该区域属亚热带季风气候区，年平均气温19.3℃，年平均降水量1461.2 mm，年降水时间165 d，无霜期285 d。成土母质以花岗岩类风化物为主，土壤类型为棕红壤，结构松散。现状植被以马尾松（Pinus massoniana）和芒萁（Dicranopteris dichotoma）为主。白鹭乡崩岗数量为1664个，分布密度为21.74个/km2，为江西省崩岗分布密度的77倍，是南方红壤丘陵区地带典型且水土流失最严重的区域之一。2017年，赣县区在白鹭乡实施山水林田湖生态修复项目金钩形崩岗治理工程，项目区的崩岗被连片整治为水平梯田，并种植脐橙（Citrus sinensis）。

2 材料与方法 2.1 试验设计

2022年8月，在赣县区金钩形崩岗治理工程项目区内选择同一等高线的水平梯田梯壁做为研究样地，梯壁高度为3 m、坡度70°、坡向为阳坡，现状以裸露为主，部分区域长有芒萁。在研究样地设置4个处理，每个处理为2 m（等高线平行方向）×3 m（顺坡方向）。自然恢复芒萁覆盖（GX1）：水平梯田整地，梯壁未扰动，保留原有植被，芒萁覆盖；人工恢复梯壁植草（GX2）：水平梯田整地，梯壁条播种植宽叶雀稗；人工恢复椰纤植生毯覆盖（GX3）：水平梯田整地，梯壁采用椰纤植生毯覆盖，并条播种植宽叶雀稗；对照（CK）：水平梯田整地，梯壁裸露。试验布设后，于2023年8月对不同处理进行取样。采用土钻取样，每个处理按照“S形采样法”分别选取5个点，每个点取0 ~ 30 cm土壤混合样。

2.2 土壤理化性质测定

土壤样品在室内自然风干、研磨、过筛，土壤理化性质按照常规分析法测定[13]。土壤机械组成测定采用比重计法，根据美国农部制土粒分级标准，将土壤颗粒划为黏粒（< 0.002 mm）、粉粒（0.002 ~ 0.05 mm）和砂粒（0.05 ~ 2 mm）3个粒级[14]；土壤水稳性团聚体测定采用湿筛法；阳离子交换量测定采用乙酸铵交换法。

2.3 数据处理与计算

利用Microsoft Excel 2017软件进行数据整理及制作图表。

采用土壤团聚体平均质量直径MWD（mean weight diameter，MWD）和破坏率PAD（percentage of aggregate destruction，PAD）来评价土壤团聚体稳定性。

$ {M}_{\mathrm{W}\mathrm{D}} = \sum _{i = 1}^{n}{W}_{i}{X}_{i} ；$ (1)
$ P_{\mathrm{A}\mathrm{D}}=（D_{0.25}-W_{0.25}）/D_{0.25}\times100 \text{%} 。$ (2)

式中：Wi为第i级团聚体占总团聚体的质量比例，%；Xi为第i级团聚体的平均直径，mm；D0.25为粒径 > 0.25 mm的机械稳定性团聚体质量分数，%；W0.25为粒径 > 0.25 mm的水稳性团聚体质量分数，%。

3 结果与分析 3.1 不同处理对土壤机械组成的影响

不同措施配置下土壤机械组成见图1，不同处理土壤颗粒都以砂粒为主。这一土壤颗粒的组成特点是因为由于长期的侵蚀作用和人为活动的剧烈扰动，导致表土层和红土层被全部冲刷，顶部为砂土层，砂土土壤中含有大量的石英、长石或其他矿物颗粒。采用水平梯田整地后，人工恢复梯壁植草（黏壤土）、人工恢复椰纤植生毯覆盖（壤黏土）、梯壁裸露（壤土）土壤黏粒含量变化呈现相似的规律，土壤中黏粒质量分数相比自然恢复芒萁覆盖（壤黏土）都有所下降，分别减少54.62%、24.40%和60.68%。经过1年的恢复后，人工恢复椰纤植生毯覆盖、人工恢复梯壁植草土壤黏粒质量分数比梯壁裸露分别增加92.28%、15.37%。

GX1：自然恢复芒萁覆盖；GX2：人工恢复梯壁植草；GX3：人工恢复椰纤植生毯覆盖；CK：对照。下同。 GX1：Natural restored Dicranopteris pedata coverage. GX2：Artificial restored grass coverage. GX3：Artificial restored coconut fiber blanket coverage. CK：Control check. The same below. 图 1 不同处理下土壤机械组成 Fig. 1 Soil mechanical composition under different treatments
3.2 不同处理对土壤阳离子交换量的影响

由图2可知，各处理土壤阳离子交换量（CEC）呈现自然恢复芒萁覆盖 > 人工恢复椰纤植生毯覆盖 > 人工恢复梯壁植草 > 梯壁裸露，与自然恢复芒萁覆盖相比，人工恢复梯壁植草、人工恢复椰纤植生毯覆盖、梯壁裸露土壤阳离子交换量分别降低29.59%、17.89%和34.40%。这可能是由于整地扰动，表层土壤被大量剥离，导致土壤阳离子交换量减少。与梯壁裸露处理相比，人工恢复椰纤植生毯覆盖和人工恢复梯壁植草土壤阳离子交换量分别增加25.17%和7.34%。

图 2 不同处理下土壤阳离子交换量 Fig. 2 Soil cation exchange under different treatments
3.3 不同处理对土壤养分的影响

由表1可知，不同处理土壤养分含量都处于较低水平。与梯壁裸露相比，自然恢复芒萁覆盖、人工恢复梯壁植草和人工恢复椰纤植生毯覆盖土壤有机质质量分数分别提高11.45%、33.59%、325.95%；全氮质量分数分别提高200.00%、33.33%、300.00%；全磷质量分数分别提高30.00%、40.00%、50.00%；全钾质量分数分别提高149.63%、119.22%、222.01%；碱解氮质量分数分别提高−6.30%、12.60%、87.58%；速效磷质量分数分别提高591.07%、225.00%、239.29%；速效钾质量分数分别提高−76.80%、105.47%、−35.62%。土壤有机质、全氮、全磷、全钾和碱解氮质量分数以人工恢复椰纤植生毯覆盖最高，速效磷以自然恢复芒萁覆盖最高，速效钾以人工恢复梯壁植草最高。这说明植被覆盖措施对于改善土壤养分有显著的促进作用，植被恢复初期，人工恢复椰纤植生毯覆盖对梯壁土壤养分含量的提升效果最优。

表 1 不同处理下土壤养分质量分数 Tab. 1 Soil nutrient contents under different treatments
3.4 不同处理对土壤团聚体的影响

由表2可知，各处理均以 > 0.25 mm水稳性团聚体为主，4种处理 > 0.25 mm水稳性团聚体质量分数介于59.71% ~ 82.57%，其中自然恢复芒萁覆盖和人工恢复椰纤植生毯覆盖处理 > 0.25 mm水稳性团聚体质量分数超过70%。与对照梯壁裸露相比，人工恢复梯壁植草 > 0.25 mm水稳性团聚体质量分数降低7.33%，人工恢复椰纤植生毯覆盖 > 0.25 mm水稳性团聚体质量分数增加18.47%。

表 2 不同处理下土壤团聚体稳定性及粒径分布 Tab. 2 Soil aggregate stability and particle size distribution under different treatments

由图3可知，湿筛法测得4种处理土壤团聚体在不同粒径均有分布，植被覆盖措施对梯壁土壤团聚体粒径分布具有一定的影响。人工恢复梯壁植草、梯壁裸露以 < 0.25 mm粒径团聚体比例最大，自然恢复芒萁覆盖、人工恢复椰纤植生毯覆盖以 > 2 mm粒径的团聚体为主，随着水稳性团聚体粒级的增大，水稳性团聚体的质量分数逐渐增加。

图 3 不同处理下土壤团聚体质量分数 Fig. 3 Mass proportions of soil aggregates under different treatments

土壤团聚体破坏率值由小到大分别为自然恢复芒萁覆盖（12.15%）、人工恢复梯壁植草（21.83%）、人工恢复椰纤植生毯覆盖（27.22%）、梯壁裸露（28.62%），自然恢复芒萁覆盖土壤团聚体破坏率最小。与梯壁裸露相比，人工恢复梯壁植草、人工恢复椰纤植生毯覆盖土壤团聚体破坏率分别降低4.89%、23.72%。

自然恢复芒萁覆盖、人工恢复椰纤植生毯覆盖和梯壁裸露对照土壤团聚体属于稳定团聚体，人工恢复梯壁植草土壤团聚体属于不稳定团聚体，土壤团聚体平均质量直径表现为自然恢复芒萁覆盖 > 人工恢复椰纤植生毯覆盖 > 梯壁裸露 > 人工恢复梯壁植草，说明与梯壁裸露相比，自然恢复芒萁覆盖和人工恢复椰纤植生毯覆盖能够提高土壤团聚体稳定性，而人工恢复梯壁植草在植被恢复初期降低土壤团聚体稳定性。

4 讨论

土壤黏粒和粉粒等细颗粒反映土壤养分含量和保肥能力[15]。采用水平梯田整地后，土壤黏粒质量分数和阳离子交换量都呈现出自然恢复芒萁覆盖 > 人工恢复椰纤植生毯覆盖 > 人工恢复梯壁植草 > 梯壁裸露。经过1年的恢复后，人工恢复椰纤植生毯覆盖土壤黏粒质量分数比梯壁裸露增加92.28%。阳离子交换量直接反映土壤的保肥、供肥性能和缓冲能力[16]。在果园开发初期，梯壁采用椰纤植生毯覆盖能够快速增加植被覆盖，土壤黏粒质量分数显著上升，阳离子交换量增加，而植物残体经过微生物的降解作用，在梯壁表层形成腐殖质，它通过多价阳离子与矿物质土粒形成有机—矿质复合体，对阳离子交换量也有一定的贡献[17]。

根据全国第2次土壤普查养分分级标准[18]，不同处理土壤有机质、全磷、全氮、碱解氮等含量均小于最低的6级标准。在果园整地梯壁恢复初期，人工恢复椰纤植生毯覆盖土壤养分含量显著高于其他处理，人工恢复椰纤植生毯覆盖达到较好的保水保墒作用，有效改善土壤微生物的活动环境，加速凋落物的分解，同时梯壁的快速覆盖降低径流对梯壁的冲刷，从而减少养分的流失；人工恢复梯壁植草植被生长较慢，未能有效覆盖梯壁，土壤有机质含量处于较低水平。这与伊兴凯等[19]研究人工恢复种植毛苕子未提高果园有机质含量的结论相似。由此可见，在果园建园初期，采用人工恢复椰纤植生毯覆盖快速提高梯壁植被覆盖度，是提升土壤总体养分含量的有效措施。

土壤团聚体与降雨入渗、土壤侵蚀关系密切[20]，可以通过 > 0.25 mm水稳性团聚体质量分数、团聚体破坏率和团聚体平均质量直径等指标来判断团聚体水稳性[21]。自然恢复芒萁覆盖和人工恢复椰纤植生毯覆盖有利于土壤形成水稳性大团聚体，> 0.25 mm水稳性团聚体含量超过70%，说明土壤结构良好[22−23]。与梯壁裸露相比，人工恢复梯壁植草 > 0.25 mm水稳性团聚体质量分数降低7.33%。一般情况下，土壤团聚体平均质量直径越大或土壤团聚体破坏率越小，结构越好。自然恢复芒萁覆盖的土壤团聚体平均质量直径最大，人工恢复椰纤植生毯覆盖比梯壁裸露土壤团聚体平均质量直径提高62.16%。采用自然恢复芒萁覆盖、人工恢复椰纤植生毯覆盖能够显著降低土壤团聚体破坏率，与对照人工恢复梯壁裸露相比，土壤团聚体破坏率分别降低34.38%、23.72%。在果园整地初期，人工恢复椰纤植生毯覆盖避免人工管护导致的土壤扰动，同时增加土壤胶结物质的数量，显著提升土壤团聚体稳定性[24−26]。而人工恢复梯壁植草在建园初期，由于人为扰动较大，且草本植物生长较慢，降雨直接冲刷梯壁，破坏土体的稳定性。因此，采用梯壁植草覆盖应辅以其他措施。

5 结论

本研究发现，与裸露处理相比，自然恢复芒萁覆盖、人工恢复梯壁植草和人工恢复椰纤植生毯覆盖均能改善梯壁土壤理化性质，但改善效果不同。与其他覆盖处理相比，自然恢复芒萁覆盖对土壤黏粒质量分数、阳离子交换量和 > 0.25 mm水稳性团聚体质量分数的提升效果最优。果园整地初期，梯壁植草不能显著改善土壤理化性质，而椰纤植生毯覆盖能够在短期内快速提升梯壁土壤养分含量，改善土壤结构，是一种有效的水土保持措施，可以在南方红壤丘陵区果园水土流失防治和植被恢复中推广应用。本研究重点讨论植被覆盖措施对果园梯壁土壤理化性质的影响，研究结果可为南方红壤丘陵区果园梯壁植被恢复方式的选择提供科学依据。本研究由于观测周期较短，不能反映植被覆盖措施对果园梯壁土壤理化性质的长期影响。如果能够在本研究的基础上进一步结合土壤理化性质与果园产量相关的试验内容，并开展长期定位试验，相信能够有更深一步的发现。

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