三峡库区植物篱系统土壤有机质分布及其与土壤理化性质的关系 Soil Organic Matter Distribution and the Relationship between Physicochemical Properties of Hedgerow Systems in the Three Gorges Reservoir Area

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Open Journal of Soil and Water Conservation 水土保持 , 2013, 1, 19-23

http://dx.doi.org/ 10.12677/ojswc.2013.11005Published Online December 2013 (http://www.abtbus.com/journal/ojswc.html)

Open Access 19

Soil Organic Matter Distribution and the Relationship

between Physicochemical Properties of Hedgerow

Systems in the Three Gorges Reservoir Area *

Jianqiang Li 1 , Hongjiang Zhang2, Qibo Chen 1, Hongfen Zhou 3

1 School of Environmental Science and Engineering, Southwest Forestry University, Kunming

2 School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing

3 Department of Soil and Water Conservation Technology, Kunming Engineering & Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.,

Ltd., Kunming

Email: JQ-Lee83125@hotmail.com

Received: Nov. 7 th, 2013; revised: Nov. 19 th, 2013; accepted: Nov. 24 th, 2013

permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. In accordance of the

Abstract: To achieve the soil organic matter distribution characters and the relationship between physico-

chemical properties of hedgerow systems in the Three Gorges reservoir area, soil organic matter and phys-

icochemical properties of soil collected from different position in hedgerow systems with different species

were tested, and the coefficient between soil organic matter and physicochemical properties was analyzed.

The result revealed that 1) the mean value of soil organic matter of the steep land between hedgerows was

6.33 g·kg −1 , and the soil organic matter of soil before, within and behind the hedgerows were higher than that

of soil in steep land between hedgerows, by 27.9%, 67.3% and 31.6% respectively. 2) The organic matter of

soil in hedgerow systems was correlated positively and highly significantly (P < 0. 01) with the soil porosity,

water content, soil saturated water conductivity, anti-erodibility, anti-scouribility and soil water stable aggre-

gates content, and correlated negatively with soil bulk density. In addition, the organic matter of soil in

hedgerow systems was highly correlated with soil nutrie nts, containing total and exchangeable nitrogen, total

and exchangeable phosphorus, to tal and exchangeable potassium, and cation exchangeable capacity.

Keywords: Hedgerow; Soil Organic Matter; Soil Physicochemical Properties; Correlation

三峡库区植物篱系统土壤有机质分布及其与土壤

理化性质的关系 *

黎建强 1 ，张洪江2，陈奇伯1，周红芬3

1 西南林业大学环境科学与工程学院，昆明

2 北京林业大学水土保持学院，北京

3 昆明有色冶金设计研究院股份公司水土保持工程技术部，昆明

Email: JQ-Lee83125@hotmail.com

收稿日期： 2013 年11月7日；修回日期： 2013 年11月19日；录用日期： 2013 年11月24日

摘要：在调查分析长江上游现有坡耕地植物篱的配置方式、生长状况和室内分析植物篱系统内土壤

有机质和土壤理化性质分析的基础上，对 3 种植物篱系统中土壤有机质分布特征及其与土壤理化性质

的关系进行了研究，结果表明：坡耕地系统中不同位置土壤有机质含量存在显著差异， 3 种植物篱带

* 基金项目：国家科技支撑计划重点项目(2008BAD98B01-03)；西南林业大学生态学校级重点学科项目(XKX200902)。

三峡库区植物篱系统土壤有机质分布及其与土壤理化性质的关系

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间坡耕地土壤有机质平均含量为 6.33 g·kg−1，植物篱带上、带内和植物篱带下土壤有机质含量比植物

篱带间坡耕地土壤有机质平均含量分别增加 27.9% ，67.3%和31.6%；植物篱系统内土壤有机质与土壤

孔隙度、土壤含水量、饱和导水率、土壤抗冲指数、土壤抗蚀指数、水稳性团聚体极显著正相关，而

与土壤容重呈显著负相关关系。土壤有机质与土壤全氮、水解氮、土壤全钾、有效钾、全磷、有效磷

和阳离子交换量具有极显著正相关关系。

关键词：植物篱；土壤有机质；土壤理化性质；相关关系

1. 引言

植物篱是实现山区农业可持续发展的一项适宜

模式和种植技术，是一种坡地改良和可持续利用的生

物工程措施 [1] ，植物篱在改善土壤物理性质，减少土

壤养分流失，增加土壤肥力、控制非点源污染等方面

具有良好的效果 [2-4]。植物篱刈割的枝叶，可为坡耕地

提供绿肥，提高土壤有机质含量，土壤养分的逐渐释

放，可以增加土壤养分 [5,6] 。植物篱通过增加土壤有机

质含量，亦能显著改善耕层土壤的物理性状，增强土

壤入渗能力和提高土壤抗冲性从而增强了土壤的抗

冲、抗蚀性能 [5,7] 。植物篱的等高带状分布形式对于植

物篱–坡耕地系统内，对不同位置有机质含量具有显

著性影响，其次植物篱系统内不同位置有机质含量与

土壤理化性质也具有一定的相关关系。但对于植物篱

系统的有机质分布及其与土壤理化性质相关关系的

研究较少，为此本文以长江三峡库区不同类型植物篱

为研究对象，对植物篱系统的有机质分布及其与土壤

理化性质相关关系进行了研究，以期为长江三峡库区

坡耕地植物篱模式的确定、植物篱物种的筛选和植物

篱建设提供依据。

2. 研究区与研究对象概况

2.1. 研究区概况

本研究主要试验点布设在重庆市江津区。江津区

位于长江中上游，三峡库区尾端，属北半球亚热带季

风气候区，年平均气温 18.4℃。年日照时数 1273.6 h，

年降雨量 1030.7 mm，无霜期 341 d ，年湿度81%。土

壤主要为沙溪庙组沙页岩发育形成的紫色土。

2.2. 植物篱概况

根据植物篱的外貌特征和物种组成，将不同的植

物篱划分为乔木类、灌木类和草本类植物篱。乔木类

植物篱物种主要为桑树 (Morus alba)、柑橘 (Citrus

reticulate )、花椒(Zanthoxylum bungeanum)、梨树(Pyrus

sorotina )和李子(Prunus cerasifera)。灌木类植物篱物

种包括：黄荆 (Vitex negundo)、臭椿(Ailanthus altis-

sima )、八角枫(Alangium chinense)。草本类植物篱以

紫背天葵 (Gynura bicolo)、旱菜 (HerbaRorippae)、空心

莲子草 ( Alternanthera philoxeroides)、毛豆(Giycine max)

为主。调查区内植物篱种植年限为 5~7年，植物篱带

宽 0.5~2 m，乔木类植物为单行种植，株距为2 m，灌

木类植物篱株行距为 0.2 m，植物篱盖度均> 90%，

带间耕地平均宽度在 4~6 m ，种植的农作物以玉米

( Zea mays)和红薯(Ipomo ea batatas)为主。

3. 研究方法

3.1. 采样点布设

在调查区域随机布设调查样地 42 个，在每个调

查样地植物篱带上 (冠层投影带上 ±20 cm范围内)、植

物篱带内 (冠层投影中点处 )、植物篱带下(冠层投影带

下 ±20 cm范围内 ) 和植物篱带间坡耕地(两植物篱带间

距的中点处 )土壤耕层 (0~20 cm)采集土样，每个采样

点重复 3 次取样，对土壤有机质含量和土壤理化性质

进行测定。

3.2. 测定项目及方法

通过测定土壤团聚体在静水中的分散程度来比

较土壤的抗蚀性能，用水稳性指数 (K) 表示[8]；采用原

状土冲刷水槽法测定土壤抗冲性 [8] ；土壤容重和孔隙

度采用采用环刀法测定 [9] ；土壤饱和导水率采用定水

头法测定 [10] ；土壤水稳性团聚体含量采用Yoder法测

定 [9] ；土壤颗粒组成采用激光颗粒分析仪(Fritsch Par-

ticle Sizer “analysette 22”) 进行测定 [11]。土壤养分含量

采用常规方法进行测定 [9,12]，土壤有机质含量测定采

三峡库区植物篱系统土壤有机质分布及其与土壤理化性质的关系

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用重铬酸钾容量法；土壤全氮采用半微量凯氏定氮法

分析；水解氮采用碱解扩散法；土壤全磷采用酸溶–

钼锑抗比色法；有效磷采用碳酸氢钠浸取–钼锑抗比

色法分析；土壤全钾采用酸溶–火焰光度计法；速效

钾采用醋酸铵浸提–火焰光度计法分析；阳离子交换

量采用醋酸铵交换法测定。

3.3. 数据处理

采用 Microsoft Excel 2007和SPSS 11.5软件进行

数据处理。采用单因素方差分析 (one-way ANOVA)进

行差异显著性检验，利用 Pearson 相关系数评价土壤

有机质及土壤理化性质各指标之间的相关性。

4. 结果与分析

4.1. 植物篱系统内土壤有机质的分布

植物篱系统内不同位置土壤有机质含量分布见

表 1。

在植物篱带内，土壤有机质含量显著增加，不同

植物篱带间坡耕地土壤有机质平均含量分别为 6.46

g·kg − 1 、5.58 g·kg−1和6.94 g·kg−1，与植物篱带前、带

内和植物篱带下土壤有机质均有显著性差异， 3种植

物篱带间坡耕地土壤有机质平均含量为 6.33 g·kg−1，

植物篱带上、带内和植物篱带下土壤有机质含量比植

物篱带间坡耕地土壤有机质平均含量分别增加

27.9% ，67.3%和31.6%，说明植物篱带内土壤有机质

含量比植物篱带间坡耕地显著增加。

4.2. 植物篱系统内土壤有机质含量与土壤

理化性质之间的关系

土壤有机质含量与土壤理化性质各指标相关关

Table 1. Organic matter concentration in hedgerow systems with

different species

表 1. 不同植物篱系统内土壤有机质含量

有机质含量 /g·kg− 1

不同位置

乔木类草本类灌木类

带间坡耕地 6.46 ± 1.36c 5.58 ± 1.35c 6.94 ± 1.70c

植物篱带上 8.28 ± 2.20b 7.40 ± 0.49b 8.58 ± 0.89b

植物篱带内 10.14 ± 2.46a 9.79 ± 2.49a 11.82 ± 1.85a

植物篱带下 8.09 ± 2.08b 7.32 ± 0.80b 9.56 ± 0.64b

相同植物篱类型中同列不同字母表示差异显著 (P < 0.05) Different letters

within the same column in the same hedgerow intercropping indicated significant

difference at 0.05 level.

系见表 2 和表3。

土壤有机质与土壤孔隙度、土壤含水量、饱和导

水率、土壤抗冲指数、土壤抗蚀指数、水稳性团聚体

均达到了极显著正相关，其间相关系数分别为 0.449、

0.575 、 0.635、0.549、0.288、0.420和0.376，而与土

壤容重呈显著负相关关系，相关系数为 0.450。土壤

有机质含量与土壤沙粒和粘粒含量在显著性水平为 P

< 0.05 时，无相关关系。

土壤有机质与土壤全氮和水解氮含量的相关系

数最大，分别为 0.678 、0.672，均达到了极显著(P < 0.01)

相关，与土壤全钾、有效钾、全磷、有效磷和阳离子

交换量的相关系数分别为 0.291、0.521、0.373、0.355、

0.345 ，均大于r 0.01 (128) = 0.230，即土壤有机质与土

壤全钾、有效钾、全磷、有效磷和阳离子交换量具有

极显著相关关系。

5. 讨论

3 种植物篱系统内不同位置土壤有机质含量存在

显著差异，植物篱带土壤有机质的含量均高于植物篱

带间坡耕地，这是因为物篱对植物篱系统中不同位置

输入的刈割枝叶和凋落物的量存在差异。其次，植物

篱的拦截作用影响着径流泥沙在坡面的搬运、沉积过

程 [13] ，植物篱带间坡耕地土壤侵蚀作用使植物篱系统

内富含土壤有机质的土壤向坡面下部移动，在植物篱

带前和带内沉积，引起土壤有机质在植物篱系统内不

同位置存在差异。 3种植物篱系统内土壤有机质的含

量也存在一定的差异，乔木类和灌木类植物篱系统内

土壤有机质含量显著高于草本类植物篱，这是因为乔

木类植物篱主要以经济树种为主，其主要生物量以果

实的形式输出，修剪的枝叶作为薪柴也被输出植物篱

系统；而草本类植物篱生物量较小，输入植物篱带内

的植物残体量较少，导致土壤有机质含量较小；灌木

类植物篱带内密度较大，输入物篱带的植物残体量相

对较高，因此其土壤有机质含量也较高。

植物篱系统内土壤物理性质和水分参数的改善，

主要是由于植物篱引入坡耕地生态系统后，对植物篱

带和植物篱带间坡耕地输入大量植物篱的刈割枝叶

和凋落物，显著增加土壤有机质。土壤有机质对于土

壤物理性质的改善具有重要的作用，因此土壤有机质

与土壤物理性质各指标显著相关。有机质的增加有利

于改善土壤团粒结构，从而改善土壤物理性质 [14] ，使

三峡库区植物篱系统土壤有机质分布及其与土壤理化性质的关系

Open Access

Table 2. Correlation coefficients between soil organic matter and soil physical properties in hedgerow systems (n = 128)

表 2. 植物篱系统内土壤有机质含量与土壤物理性质各指标之间的相关系数 (n = 128)

变量 OM BDSPWCSCAS AE WSA SAND SILT CLAY

土壤有机质 (OM)1

土壤容重 (BD) −0.450 ** 1

土壤孔隙度 (SP)0.449**−0.998**1

土壤含水量 (WC)0.575**−0.671**0.671**1

导水率 (SWC)0.635**−0.460**0.460**0.504**1

土壤抗冲指数 (AS)0.549**−0.394**0.393**0.537**0.703**1

土壤抗蚀指数 (AE)0.288**−0.307**0.307**−0.026 0.502**0.308*1

水稳性团聚体 (WSA)0.420**−0.233*0.233*0.598**0.681**0.561**-0.037 1

沙粒 (SAND) −0.086 0.323**−0.323**−0.01−0.218−0.299−0.451**0.301**1

粉粒 (SILT)−0.025−0.221*0.221*−0.139−0.0370.094 0.401**−0.522**−0.960**1

粘粒 (CLAY)0.376**−0.288**0.287**0.528**0.709**0.559**0.069 0.858**0.096−0.370**1

** P < 0.01;*P < 0.05.下同the same below.

Table 3. Correlation coefficients between soil organic matter and soil nutrients in hedgerow systems (n = 128)

表 3. 植物篱系统内土壤有机质含量与土壤养分特征各指标之间的相关系数 (n = 128)

变量 SOMTN AN TK AK TP AP CEC

土壤有机质 (OM)1     

土壤全氮 (TN)0.678**1   

土壤有效氮 (AN)0.627**0.555**1 

土壤全钾 (TK)0.291**0.428**0.152 1 

土壤有效钾 (AK)0.521**0.457**0.399**0.04 1 

土壤全磷 (TP)0.373 ** 0.250**0.055 0.088 0.359**1 

土壤有效磷 (AP)0.355**0.124 0.247**0.057 0.382**0.451**1

阳离子交换量 (CEC)0.354**0.426**0.240**0.394**0.334**0.491**−0.042 1

土壤容重减小，孔隙度增加、土壤含水量增加，饱和

导水率增大、水稳性团聚体含量增加。土壤有机质与

土壤养分元素的含量具有显著的相关性，由于植物篱

引入坡耕地种植系统后，对植物篱带输入大量植物篱

的刈割枝叶和凋落物，显著增加土壤有机质 [15,16] ，而

植物生长所必需的养分，如 N、P、K等，通过于机

质的矿化和分解 [17,18] ，而归还给土壤，因此在坡耕地

–植物篱系统中，植物篱输入了大量的植物残体，表

现为对土壤有机质和土壤养分的归还，而提高植物篱

系统的土壤养分含量。

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