in-siu原狀取水管法和經典環刀土壤物理性質對比研究

近年來，國內外對土壤侵蝕進行了大量研究。在山區條件下的研究主要集中在土壤化學退化上。而目前用于測定土壤物理性質重要指標的標準環刀法在野外應用中,環刀難于打入堅硬的土層或打入土層時環刀快口內卷和迸裂,或環刀筒內原狀土柱不易切平,影響測定結果,導致土壤物理性質的研究受限。Raison等提出了研究田間條件下氮庫變化的IN-SITU技術,并在國外廣泛應用。田昆等人利用該技術對森林破壞后的土壤氮營養動態變化進行了研究,并對方法原理及應用進行了描述。但國內外尚沒有利用IN-SITU原狀取土管進行土壤物理性質研究的報道,我們結合IN-SITU在退化土壤化學性質研究中的應用,嘗試利用IN-SITU原狀取土管測定山地土壤物理性質,為困難地段退化土壤物理性質的研究提供研究方法和手段。1學習方法1.1研究區域位于瀾滄江支流,云南西部大理洱源縣黑惠江流域的典型山地地帶,海拔1650～3000m,地理坐標為東經99°48′～99°52′,北緯25°55′～26°0′。該研究區域人為干擾較為嚴重,在過去幾十年的時間中,由于砍伐森林種植農作物和經濟植物,使土壤利用格局發生改變,天然林被毀后失去了植被的覆蓋,土壤遭到淋洗,土層變薄,腐殖質層流失,出現結構不良,質地粘重等物理特性退化以及養分貧瘠的化學特性退化,為森林破壞后人為干擾下生態環境退化較具代表性的山地環境。1.2土壤物理性質的測定選取自然植被破壞后,較具代表性的山區土壤典型利用類型:桉樹林(蘭桉Eucalyptusglobulus)、果園(梅子Prunusmume、核桃Juglanssigillata)和坡耕地(玉米、小麥和豆類),結合土壤養分的IN-SITU野外定位研究,采用IN-SITU原狀取土管同環刀進行比較,測定土壤孔性狀況等物理性質,采樣地點坡度15～20°。所用環刀為內徑5cm,長5cm的100#環刀,在50cm厚度土壤剖面上按0～20cm表層和20～40cm下層分別取樣;IN-SITU原狀取土管為內徑5cm,長度50cm的普通鍍鋅管,入土一端切削成快口,從地表垂直打入土壤中采集原狀土,帶回實驗室將含原狀土的IN-SITU取土管分為0～20cm表層和20～40cm下層,分段切割成與環刀(100#)相同的5cm小段環筒,選取每層較為完整的2～3段作為重復,按中國科學院南京土壤研究所土壤理化分析方法和中華人民共和國國家標準分析方法測定土壤容重、毛管孔隙度、土壤水分常數等7項物理性質指標,并以SPSS對實驗數據進行統計分析。2結果分析2.1in-situ原狀取樣管模型的顯著性分析對3種山地典型利用類型的表層(0～20cm)和下層(20～40cm)土壤容重,進行IN-SITU原狀取土管*通訊作者與環刀法測定值的方差分析(表1),三種利用類型表層和下層土壤容重測定值的相伴概率Sig.=0.22～0.99,大于顯著性水平α=0.10,可見,土壤容重的IN-SITU取土管測定值與環刀測定值差異極小。2.2飽和水和田間持水測定值的對比對環刀與IN-SITU原狀取土管測定的土壤毛管水、飽和水、田間持水量進行兩法均值比較的T-檢驗,結果表明:IN-SITU原狀取土管和環刀法土壤毛管水測定值間,LeveneF方差相等檢驗的坡耕地、果園、桉樹林土壤表層和下層的F相伴概率均大于顯著性水平α=0.05(表2、表3、表4),均不能拒絕方差相等的假設,表明兩法土壤毛管水、土壤飽和水和田間持水量測定值的方差無顯著差異。方差相等時T檢驗的結果表明:IN-SITU原狀取土管與環刀法土壤毛管水測定值間的坡耕地、果園、桉樹林表層統計量(表2)相伴概率分別為Sig.=0.42,Sig.=0.58,Sig.=0.63;土壤飽和水測定值間的坡耕地、果園、桉樹林表層統計量(表3)相伴概率分別為Sig.=0.89>α=0.10,Sig.=0.62>α=0.10,Sig.=0.38>α=0.10;土壤田間持水量測定值間的坡耕地、果園、桉樹林表層統計量(表4)相伴概率分別為Sig.=0.59>α=0.10,Sig.=0.70>α=0.10,Sig.=0.76>α=0.10。上述方差相等時T檢驗的結果均大于顯著性水平α=0.10,不能拒絕T檢驗的零假設,表明兩法土壤毛管水、土壤飽和水和土壤田間持水量的平均測定值不存在一般差異。另外,分析兩法均值差的95%置信區間,可知坡耕地,果園和桉樹林土壤毛管水、土壤飽和水和土壤田間持水量的95%置信區間均跨0,這也說明兩種方法測定的土壤水分常數均值間無顯著差異,這一分析結果表明IN-SITU原狀取土管可用于土壤毛管水、飽和水和田間持水量的研究。2.3桉樹純林土壤初滲系數f運用兩獨立樣本T檢驗,對3種利用類型土壤表層和下層的初滲系數IN-SITU原狀取土管與環刀法測定值進行均值比較和T-檢驗(表5)。結果表明:坡耕地表層土壤初滲系數F的相伴概率Sig.=0.20>α=0.05,下層Sig.=0.07>α=0.05;果園表層土壤初滲系數F的相伴概率Sig.=0.33>α=0.05,下層Sig.=0.24>α=0.05;桉樹純林表層土壤初滲系數F的相伴概率Sig.=0.58>α=0.05,下層Sig.=0.84>α=0.05,其土壤初滲系數IN-SITU原狀取土管與環刀法測定值間F的相伴概率Sig.均大于顯著性水平α=0.05,不能拒絕方差相等的假設,兩法土壤初滲系數測定值的方差無顯著差異。方差相等時T檢驗的結果,其相伴概率均大于顯著性水平α=0.10,不能拒絕T檢驗的零假設,即兩法土壤初滲系數的平均測定值不存在一般差異。另外,從兩法均值差的95%置信區間看,區間均跨0,這也說明兩種方法測定出的土壤初滲系數均值間無顯著差異和一般差異。對土壤穩滲系數的IN-SITU原狀取土管同環刀法測定值進行均值比較和T-檢驗(表6)也得到相同結果,表明土壤穩滲系數的IN-SITU原狀取土管和環刀法測定值間無顯著差異和一般差異。上述差異性分析結果均表明IN-SITU原狀取土管完全可以用于土壤滲透系數的研究。2.4土壤毛管孔隙度運用兩獨立樣本T檢驗,對3種不同利用類型表層和下層土壤毛管孔隙度的IN-SITU原狀取土管與環刀法測定值進行均值比較和T-檢驗(表7)。結果表明:坡耕地表層土壤毛管孔隙度F的相伴概率Sig.=0.04<α=0.05,下層Sig.=0.02<α=0.05,可知土壤毛管孔隙度IN-SITU和環刀法測定值間F的相伴概率Sig.均大于顯著性水平α=0.05,不能拒絕方差相等的假設,兩法土壤毛管孔隙度測定值的方差無顯著差異。方差相等時T檢驗結果的相伴概率均大于顯著性水平α=0.10,不能拒絕T檢驗的零假設,即兩法土壤毛管孔隙度的平均測定值不存在一般差異。兩法均值差的95%置信區間均跨0,也說明兩種方法測定土壤毛管孔隙度均值間無顯著差異。從上述分析可看出,對IN-SITU取土管與環刀在7項重要土壤物理指標測定中獲取的所有結果進行比較分析,通過SPASS程序包運算,進行差異性分析檢驗,結果均表明,IN-SITU原狀取土管在土壤物理性質測定中與環刀無顯著差異。3分類方法的比較3.1在野外應用中,環刀難于打入堅硬的土層或打入土層時環刀快口內卷和迸裂,或環刀筒內原狀土柱不易切平,導致土壤物理性質的研究無法進行或研究受限,而IN-SITU取土管不僅對土壤破壞較小,而且可以獲得較為完整的原狀土,避免測定結果的誤差。3.2IN-SITU原狀取土管法和經典環刀法在7項重要土壤物理指標的對比研究中,沒有顯著差異,而且兩種方法的大部分測定值間無一般差異,測定值間的差異性分析表明:土壤容重、毛管孔隙度、飽和水、毛管水、田間持水量、初滲系數、穩滲系數7項土壤物理指標測定值間F方差相等檢驗的相伴概率Sig.均大于顯著性水平α=0.05,不能拒絕方差相等的假設,兩法測定值的方差無顯著差異。7項土壤物理指標測定值間方差相等時T檢驗結果的相伴概率均大于顯著性水平α=0.10,不能拒絕T檢驗的零假設,即兩法平均測定值不存在一般差異,同時,兩法均值差的95%置信區間均跨0,說明兩種方法測定均值間無顯著差異,表明IN-SITU原狀取土