黄土高原刺槐混交林土壤可蚀性及估算方法适用性研究

《CATENA》：A study on soil erodibility and the applicability of estimation methods in Robinia pseudoacacia L. mixed forests on the Loess Plateau, China

本文系统研究了黄土高原刺槐与五种树种混交对土壤可蚀性(K因子)的影响机制。研究发现混交模式通过改变林下植被根系形态和团聚体稳定性，显著影响土壤抗侵蚀能力，其中团聚体稳定性是主导因子(路径系数-0.865)。研究验证了基于团聚体参数的TORRI和EPIC模型在本区域的适用性(R2=0.26-0.52)，为人工林改造提供了科学依据。

　　

Highlight

五种典型刺槐混交林的根系性状存在显著差异（图2）。刺槐混交林的根系质量密度、根长密度、根系表面积密度和根系体积密度范围分别为1.19–1.84 kg/m³、12.49–14.09 km/m³、6.62–9.22 m²/m³和0.0009–0.0022 m³/m³。根系质量密度、根系表面积密度和根系体积密度的最小值均出现在刺槐×沙棘混交林中。

刺槐混交林根系形态性状对土壤可蚀性的影响

本研究表明，刺槐混交林改造驱动的根系形态性状对土壤可蚀性具有显著影响。根系质量密度、根长密度、根系表面积密度和根系体积密度通常用于量化根系系统对土壤可蚀性的影响。根系质量密度指示根系干物质含量，而根长密度评估根系在土壤中的生长和延伸能力。根系表面积密度反映根系与土壤的接触面积，根系体积密度则表征根系在土壤中的空间分布。研究发现，土壤可蚀性随根系质量密度、根长密度、根系表面积密度和根系体积密度的增加呈指数下降，这与De Baets等人（2006）的研究结论一致。根系主要通过增强团聚体稳定性来间接降低土壤可蚀性，其对团聚体稳定性的标准化路径系数为0.553 (p < 0.01)。这一发现凸显了根系在改善土壤结构方面的关键作用。

结论

在刺槐林混交改造的背景下，基于土壤团聚体估算土壤可蚀性（修正K值）在黄土高原是可行的，这支持了本研究的假设。刺槐与山杏、山桃和油松混交降低了土壤可蚀性，而与沙棘和紫穗槐混交则增加了土壤可蚀性。浅沟的根系性状和土壤性质与坡面不同，导致其土壤可蚀性平均增加了7.18%。根系性状和团聚体稳定性的变化共同解释了93.5%的土壤可蚀性变异，其中团聚体稳定性是主要影响因素。因此，在黄土高原刺槐林混交改造中，推荐选择山杏、山桃和油松作为混交树种，以优化人工林结构并增强水土保持功能。