黑土区水土保持工程措施对坡耕地土壤生产力的空间分异效应及驱动机制

摘要

为探究不同水土保持工程措施对黑土区坡耕地土壤生产力的影响，以东北黑土区吉林省辽源市东辽县杏木小流域的2种水土保持措施（梯田、地埂）为研究对象，并以无措施坡耕地为对照（CK1和CK2），对比分析不同水土保持措施在不同坡位、土层土壤生产力的差异及影响土壤生产力的主导因子。结果表明，1）梯田和地埂显著改善土壤质量，梯田和地埂与无措施CK1和CK2坡耕地相比，土壤全氮、全钾、有效磷、有机质和黏粒质量分数分别提高40.25%和16.16%、9.14%和5.57%、33.27%和24.50%、30.25%和7.94%、8.47%和5.03%，砂粒质量分数降低7.08%和12.35%。2）中坡位对水土保持措施响应最为敏感，与CK1和CK2相比，梯田和地埂中坡位土壤全氮、全钾、有效磷、有机质和黏粒质量分数分别提高84.58%和30.15%、16%和8.04%、48.49%和38.92%、38.02%和11.24%、18.92%和9.21%，且差异显著（P<0.05）。3）土壤生产力指数变化范围介于0.29～0.49，在不同措施类型下土壤生产力指数存在差异，与CK1相比，梯田土壤生产力指数上坡位、中坡位和下坡位分别提高24.05%、65.85%(P<0.05)和11.81%，与CK2相比，地埂土壤生产力指数上坡位、中坡位和下坡位分别提高10.00%、49.95%(P<0.05)、35.20%。4）不同措施类型下土壤含水量及全氮、全钾、有效磷、有机质质量分数均随土层深度的增加差异逐渐减小，且表层0～10 cm土层深度显著大于其他土层，而土壤容重变化趋势相反。5）多因素方差和冗余分析表明，措施类型、坡位、土层、类型×坡位、类型×土层对土壤生产力存在显著影响，土壤全氮质量分数对土壤生产力指数影响最大，其次为土壤容重。黑土区坡耕地实施水土保持措施提高了土壤含水量及土壤养分、黏粒质量分数，降低容重和砂粒质量分数，表明水土保持措施能够有效提高土壤生产力，且梯田措施优于地埂；不同措施中中坡位改变量最为显著，其主要通过改变中坡位土壤全氮质量分数和容重进而影响到土壤生产力的大小；建议优先在中坡位实施梯田工程，同时将全氮和容重作为关键监测指标，以最大化水土保持措施的土壤改良与生产力提升效益。

关键词

黑土区 / 水土保持工程措施 / 土壤生产力 / 梯田 / 地埂 / 坡位 / 土层 / 土壤养分