紅壤緩坡地不同經(jīng)營(yíng)模式水土保持效益研究

武 琳，黃欠如，，葉 川，，鐘義軍，章新亮，成艷紅，孫永明

（1.江西省紅壤研究所，南昌 331717；2.江西省紅壤改良工程中心，南昌 331717）

紅壤緩坡地不同經(jīng)營(yíng)模式水土保持效益研究

武 琳1，黃欠如1，2，葉 川1，2，鐘義軍1，章新亮1，成艷紅2，孫永明2

（1.江西省紅壤研究所，南昌 331717；2.江西省紅壤改良工程中心，南昌 331717）

在江西進(jìn)賢采用徑流小區(qū)實(shí)驗(yàn)，以自然裸露為對(duì)照，研究分析果園、農(nóng)地、草地、農(nóng)果復(fù)合、草果復(fù)合等不同利用方式對(duì)水土流失的影響，篩選紅壤侵蝕區(qū)緩坡地水保效益最佳的經(jīng)營(yíng)模式。結(jié)果表明：（1）與自然裸露相比，單獨(dú)的果園、農(nóng)地、草地模式地表徑流降低幅度為24.22%～46.83%，農(nóng)果和草果模式地表徑流量分別減少43.7%和53.22%，差異顯著（p＜0.05）；（2）與自然裸露相比，果園、農(nóng)地、草地等經(jīng)營(yíng)模式土壤侵蝕量降低幅度為23.63%～78.30%，而農(nóng)果和草果復(fù)合模式則降低了66.66%和76.06%（p＜0.05）；（3）地表徑流和土壤侵蝕量與降雨量具有相關(guān)性，且同一雨強(qiáng)降雨量條件下，不同經(jīng)營(yíng)模式地表徑流和土壤侵蝕量都不同；（4）農(nóng)果、草果復(fù)合模式能有效減輕紅壤坡耕地水土流失，是紅壤侵蝕區(qū)合適的土地經(jīng)營(yíng)模式，建議積極推廣。

紅壤坡耕地；不同經(jīng)營(yíng)模式；地表徑流；土壤侵蝕；水土保持

我國(guó)現(xiàn)有紅壤緩坡（6°～15°）地2.1×107hm2，是我國(guó)發(fā)展糧食和亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物及果、林、草的重要基地［1］。降雨是紅壤坡地生態(tài)系統(tǒng)基本水資源，水土流失是紅壤坡地可持續(xù)利用的問(wèn)題之一，坡地集雨是我國(guó)南方紅壤丘陵地區(qū)農(nóng)田灌溉的依托［2］。研究坡地雨水產(chǎn)流及防治水土流失，是持續(xù)利用這一部分國(guó)土資源的基本依據(jù)。農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)是指在同一土地管理單元上，人為的把多年生木本植物與其他栽培植物和（或）動(dòng)物在空間上或按一定的時(shí)序安排在一起而進(jìn)行管理的土地利用模式。對(duì)于農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展，不斷克服環(huán)境瓶頸效應(yīng)，提高環(huán)境容量，對(duì)最終實(shí)現(xiàn)人類生活水平的不斷提高和自然資源的可持續(xù)利用有著重要意義［3］。農(nóng)果復(fù)合模式是丘陵紅壤開(kāi)發(fā)的重要方式之一，其生態(tài)結(jié)構(gòu)、小氣候特征以及經(jīng)濟(jì)效益已有較多報(bào)道［4］。本試驗(yàn)通過(guò)建立坡面人工徑流小區(qū)定位觀測(cè)，對(duì)天然降水條件下不同坡地利用模式的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征進(jìn)行研究，為丘陵紅壤大面積推廣農(nóng)果、農(nóng)草復(fù)合模式提供重要的參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本研究在江西省紅壤研究所的水土流失定位試驗(yàn)內(nèi)進(jìn)行。該試驗(yàn)點(diǎn)的地理位置為116°20′24″N，28°15′30″E，氣候溫和、雨量豐富、日照充足、無(wú)霜期長(zhǎng)，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降雨量1 537mm，年蒸發(fā)量1 100～1 200mm；干濕季節(jié)明顯，3－6月為雨季，降雨量占全年雨量61%～69%；7－9月為旱季，蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的40%～59%；年均氣溫17.7～18.5℃，最冷月氣溫（1月）為4.6℃；最熱月（7月）平均氣溫一般在28.0～29.8℃。地形為典型低丘（海拔高度25～30m，坡度5°）。供試土壤為第四紀(jì)紅黏土母質(zhì)發(fā)育的紅壤，質(zhì)地黏重，肥力中等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)樣地坡度為10°。試驗(yàn)采用徑流小區(qū)法，建立18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積64m2（8m×8m），設(shè)6個(gè)處理。A自然裸露，B果樹(shù)，C農(nóng)地，D草地，E農(nóng)地＋果樹(shù)，F(xiàn)草地＋果樹(shù)。實(shí)驗(yàn)各處理設(shè)置3次重復(fù)。

其中農(nóng)地種植作物為花生，密度33cm×20cm，覆蓋度100%；草地種植百喜草（Paspalum natatu），密度30cm×25cm，高度30～50cm，覆蓋度100%；果樹(shù)為5年生柑橘樹(shù)，品種為溫州蜜橘，覆蓋度30%，冠徑1.0～1.5m。試驗(yàn)始于2010年5月，2010年8月底結(jié)束。每次降雨后測(cè)定地表徑流量和泥沙量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 降雨量測(cè)定 采用北京澳作HOBO U30監(jiān)測(cè)儀測(cè)定［5］。

1.3.2 徑流量觀測(cè) 從分流池水位和徑流池面積推求徑流總量［5］。

1.3.3 侵蝕量觀測(cè) 用攪拌法測(cè)量［5］。

1.3.4 統(tǒng)計(jì)分析 用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及作圖，SPSS 16.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行方差分析及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 觀察期內(nèi)降雨次數(shù)分布

試驗(yàn)觀察期內(nèi)共降雨32次，其降雨分布見(jiàn)圖1。其中，日降雨量在60mm以上的達(dá)到10次，以2010年6月19日最大，達(dá)到168mm，日降雨量在30～60 mm以內(nèi)的4次，＜30mm的18次。日降雨量在60 mm以上的集中于5－7月，占試驗(yàn)觀察期內(nèi)總降雨量的51.25%。

圖1 2010年試驗(yàn)觀察期內(nèi)日降雨量分布

2.2 不同處理對(duì)地表徑流量的影響

在32次降雨事件中共發(fā)生21次產(chǎn)流事件，其地表徑流量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。各處理的地表徑流量在各時(shí)間段均表現(xiàn)出自然裸露＞作物＞植樹(shù)＞作物＋樹(shù)＞植草＞植草＋樹(shù)的趨勢(shì)。處理E試驗(yàn)期間地表徑流累計(jì)量為319.03m3/hm2，分別較自然裸露、果樹(shù)、農(nóng)地減少43.70%、15.28%、25.71%，均達(dá)到顯著差異（P＜0.05）；草地＋果樹(shù)試驗(yàn)期間地表徑流累計(jì)量為265.06m3/hm2，比自然裸露、果樹(shù)、農(nóng)地、分別減少53.22%、29.61%、38.28%，達(dá) 到 顯 著 差 異 （P＜0.05），但僅較草地減少12.02%，無(wú)明顯差異（P＞0.05），同時(shí)草地＋果樹(shù)較農(nóng)地＋果樹(shù)減少地表徑流量16.92%，由此可知植草能大幅度降低地表徑流量，而無(wú)草區(qū)隨著時(shí)間的推移地表結(jié)皮嚴(yán)重，故地表徑流量較大［6］。表明紅壤緩坡旱地實(shí)施農(nóng)果、農(nóng)草復(fù)合模式可明顯減少地表徑流量。

2.3 不同處理土壤侵蝕量的變化

21次降雨產(chǎn)流事件引起的土壤侵蝕量見(jiàn)表2。由表2可知，土壤侵蝕量在試驗(yàn)各時(shí)間段由大到小順序均為自然裸露＞自然裸露＋樹(shù)＞作物＋樹(shù)＞作物＞植草＋樹(shù)＞植草。農(nóng)地＋果樹(shù)試驗(yàn)期間土壤侵蝕累計(jì)量為2 042.33kg/hm2，較自然裸露、果樹(shù)分別減少66.66%、56.43%，均達(dá)到顯著差異（P＜0.05）；草地＋果樹(shù)試驗(yàn)期間土壤侵蝕累計(jì)量為1 466.46 kg/hm2，較自然裸露、果樹(shù)、農(nóng)地＋果樹(shù)分別減少76.06%、68.71%、28.20%，達(dá)到顯著差異 （P＜0.05）；農(nóng)地、草地的土壤侵蝕累計(jì)量為1 647.39kg/hm2、1 329.34kg/hm2，與草地＋果樹(shù)相比無(wú)明顯差異（P＞0.05）。表明若地表無(wú)其它作物覆蓋時(shí)，土壤侵蝕嚴(yán)重；農(nóng)作與植草措施的結(jié)合或單純植草均可以顯著減少降水產(chǎn)生的土壤侵蝕。

表1 觀察期內(nèi)不同處理降雨產(chǎn)流事件地表徑流量統(tǒng)計(jì) m3/hm2

表2 觀察期內(nèi)不同處理降雨產(chǎn)流事件土壤侵蝕量統(tǒng)計(jì) kg/hm2

2.4 日降雨量對(duì)不同處理地表徑流量、土壤侵蝕量的影響

在紅壤水土流失區(qū)，影響土壤流失量的因素很多，如雨強(qiáng)、地質(zhì)、土壤、坡度、坡長(zhǎng)、植被覆蓋度和經(jīng)營(yíng)措施等［7］。在地質(zhì)、土壤、坡度、坡長(zhǎng)基本相同的條件下，選取日降雨量分別為21.73，68.53，94.00，168 mm為代表，分析不同降雨量條件下各處理地表徑流量與土壤侵蝕量之間的變化，結(jié)果見(jiàn)表3。

2.4.1 日降雨量對(duì)地表徑流量的影響

（1）隨著降雨量增大，各個(gè)處理的徑流量總體上呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，降雨量多，則地表徑流量多。降雨初期，降雨強(qiáng)度小，土壤干燥，雨水大部分被土壤吸收下滲，地表產(chǎn)生徑流??；當(dāng)雨強(qiáng)進(jìn)一步增大時(shí)，表層結(jié)構(gòu)破壞，透水能力下降，土壤含水量也達(dá)到了飽和狀態(tài)，因此大部分降雨變成地表徑流，且隨著雨強(qiáng)增大而增大［8］。（2）同一降雨量條件下，不同處理的徑流量也不同。

2.4.2 日降雨量對(duì)土壤侵蝕量的影響

（1）降雨量和土壤侵蝕量之間的相關(guān)性與降雨量和產(chǎn)流量之間的相關(guān)性表現(xiàn)一致。隨降雨量的增大，各處理的土壤侵蝕量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。（2）在同一雨強(qiáng)下，不同處理侵蝕量不同。說(shuō)明不同利用模式對(duì)紅壤緩坡地的徑流與土壤侵蝕量有很大的影響。

E（作物＋樹(shù)）處理在4種降雨量條件下分別減少?gòu)搅髁?8.91%，33.02%，33.70%，10.91%，減少土壤侵蝕量57.98%，32.51%，32.87%，49.09%；F（植草＋樹(shù)）處理在4種降雨量條件下分別減少?gòu)搅髁?3.84%，47.64%，45.46%，34.81%，減少土壤侵蝕量64.10%，48.16%，58.23%，51.86%，表明隨降雨量的增大各處理的水土保持效果呈下降趨勢(shì)。

表3 不同處理在同一降雨量條件下地表徑流量和土壤侵蝕量統(tǒng)計(jì)

3 討論

降雨是產(chǎn)生徑流和土壤侵蝕的先決條件，徑流量和侵蝕量的大小與降雨強(qiáng)度及降雨量非常密切，并且與土地利用也有一定的關(guān)系［9］。不同利用模式對(duì)紅壤緩坡地的徑流與土壤侵蝕量有很大的影響。自然裸露的地區(qū)，持水能力最小，徑流量最大，同時(shí)抗蝕力最小，侵蝕量最大。地表覆蓋物具有減小雨滴擊濺，阻緩地表徑流的產(chǎn)生和延長(zhǎng)匯流時(shí)間等作用，使得土壤持水能力和抗蝕能力最強(qiáng)，徑流量和侵蝕量最小，因此地面覆蓋物能十分有效地減少侵蝕，覆蓋層沒(méi)有必要完整無(wú)缺，裸露土壤表面有60%的覆蓋物，就能把侵蝕程度減少到原來(lái)的幾分之一［10］。相反，樹(shù)冠不能作為直接有效的地面覆蓋物，除非它很低、很密。樹(shù)冠本身只能減小大約10%的降雨侵蝕能力，因此單純的種植果樹(shù)并不能在很大程度上減少水土流失。由于雨水產(chǎn)生地表徑流受多因素影響，要準(zhǔn)確地量化描述出雨水產(chǎn)生地表徑流過(guò)程，還需要大量的多類型區(qū)的長(zhǎng)期定位實(shí)驗(yàn)研究的成果集成［11］。

在低丘紅壤的開(kāi)發(fā)利用中，通過(guò)復(fù)合農(nóng)林業(yè)技術(shù)達(dá)到植樹(shù)種草、增加地面覆蓋率、發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)植物促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展，探索低丘紅壤開(kāi)發(fā)利用的新模式，科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)紅壤資源，實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)中保護(hù)。

長(zhǎng)期徑流觀測(cè)結(jié)果表明，由于每年4－8月土壤含水量高且降雨集中，為徑流產(chǎn)生的高峰期，該時(shí)段植被覆蓋良好，所以需要通過(guò)改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤貯水能力，構(gòu)建合理的農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)才能進(jìn)一步防治南方地區(qū)的水土流失［12］。

［1］何電源.南方土壤類型及分布［M］∥中國(guó)南方土壤肥力及栽培作物施肥.北京：科技出版社，1994：3－18，19－27.

［2］謝小立，王凱榮.環(huán)洞庭湖丘崗地區(qū)水資源平衡及其管理［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2001，15（4）：92－95.

［3］李文華，賴世登.中國(guó)農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)［M］.北京：科學(xué)出版社，1994：66－88.

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［5］李偉，胡庭興，宮淵波，等.川西低山區(qū)幾種林（竹）－草復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式水土保持能力對(duì)比研究［J］.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，23（1）：61－65.

［6］馬祥慶，俞新妥，何智英，等.不同林地清理方式對(duì)杉木幼林生態(tài)系統(tǒng)水土流失的影響［J］.自然資源學(xué)報(bào)，1996，11（1）：33－40.

［7］張成梁，程冬兵，劉士余.紅壤坡地果園植草的水土保持效應(yīng)［J］.草地學(xué)報(bào)，2006，14（4）：365－369.

［8］李建生，何增化.不同雨強(qiáng)下紅壤坡地徑流及土壤侵蝕研究［J］.環(huán)境，2006（S1）：10－11.

［9］李廣，黃高寶.模擬降雨與水土流失試驗(yàn)研究［J］.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究，2008，24（4）：463－465.

［10］安東尼·楊格，謝明.農(nóng)林措施在控制水土流失中的作用［J］.中國(guó)水土保持，1990（9）：38－42.

［11］謝小立，王凱榮.湘北紅壤坡地雨水過(guò)程的水土流失及其影響研究［J］.山地學(xué)報(bào)，2003，21（4）：466－472.

［12］胡實(shí)，謝小立，王凱榮.紅壤坡地不同土地利用類型地表產(chǎn)流特征［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2007，23（4）：24－28.

Study on Soil and Water Conservation Benefit under Different Agro－forest Compound Management Patterns on Red Soil Sloping Land

WU Lin1，HUANG Qian－ru1，2，YE Chuang1，2，ZHONG Yi－jun1，ZHANG Xin－liang1，CHENG Yan－h(huán)ong2，SUN Yong－ming2
（1.Red Soil Institute of Jiangxi Province，Nanchang331717，China；2.Red Soil Engineering and Technologe，Nanchang331717，China）

Based on the observation in runoff plots experiment in Jinxian，Jiangxi Province，the effects of orchard，crop land，grass land，crop land and orchard compound model，grass land and orchard compound model compared with naked areas（CK）under different land use patterns on controlling water and soil erosion were analyzed and the best compound models of water and soil conservation profits on red soil sloping land areas were screened.Results showed that：（1）compared with bare areas，runoff decreased by 24.22%～46.83%in orchard，crop land，grass land model，43.7%and 53.22%in crop land and orchard and grass land and orchard models，respectively；（2）soil erosion was decreased by 23.63%～78.30%in orchard，crop land，grass land model，66.66%and 76.06%in crop land and orchard and grass land and orchard models，respectively，compared to naked areas；（3）the precipitation was positive correlated with surface runoff and water and soil loss，at the same rainfall，different models of surface runoff and soil erosion are different；（4）crop land and orchard models，grass land and orchard models are some good kinds of water and soil conservation tillage measures.Therefore，it is suggested that proper agro－fruit and agro－grass ecosystems should be established so as to further control soil erosion in red soil sloping land.

red soil sloping land；different compound management patterns；surface runoff；soil erosion；soil and water conservation

S157

A

1005－3409（2011）06－0132－04

2011－06－24

2011－07－10

國(guó)家“十一五”科技支撐項(xiàng)目“紅壤水土流失阻控關(guān)鍵技術(shù)研究”（2009BADC6B01）；水利部行業(yè)專項(xiàng)“紅壤侵蝕區(qū)坡面水土綜合整治技術(shù)集成與示范（200901049）”；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“紅壤地區(qū)農(nóng)田水土保持關(guān)鍵技術(shù)與示范”（2011BAD31B04）

武琳（1983－），女，碩士，助理研究員，主要研究方向：水土保持。E－mail：zyjwl2004＠163.com

黃欠如（1966－），男，博士，副研究員，主要研究方向：紅壤生態(tài)及水土保持科研工作。E－mail：qianruhuang＠163.com