退耕還林對減少坡面徑流和土壤侵蝕研究

李志斌

（山西省長治市水土保持試驗站，山西 長治 046000）

退耕還林是國家實施的重要戰(zhàn)略政策，其以保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境為目的，通過實行資金和糧食補(bǔ)貼制度，保護(hù)農(nóng)民權(quán)益。政策實施過程中，政府和群眾更多關(guān)注的是錢糧補(bǔ)貼等問題，對地表徑流、土壤侵蝕等定量實驗分析較少。本實驗選取北方土石山區(qū)，建立坡面徑流小區(qū)，對蓄持坡面徑流和減少土壤侵蝕進(jìn)行了針對性研究。

1 長治市概況及退耕還林情況

長治市位于華北中南部，面積13 864km2，境內(nèi)山地丘陵起伏交錯，海拔800m～1 500m，屬中溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫4.9℃～10.4℃，年降水量537.6mm～656.7mm，森林覆蓋率23%，土石山區(qū)占總面積的60.76%。2002年實施退耕還林以來，全市已完成退耕地造林2.48×103hm2、完成荒山造林3.39×103hm2。

2 監(jiān)測樣地選擇與實驗小區(qū)建設(shè)

2.1 樣地選擇

退耕還林監(jiān)測實驗小區(qū)選擇在平順縣青羊鎮(zhèn)白馬村，地理坐標(biāo)為東經(jīng) 1 13°20′30″，北緯 3 6°07′19″，屬于海河流域濁漳河上游。流域水文、氣候、地形、地貌、土壤、土地利用等特征，在土石山區(qū)具有典型代表性，能夠反映北方土石山區(qū)退耕還林后水土資源動態(tài)變化規(guī)律。

所選流域面積4.47km2，海拔1 303m~1 523m，坡度20.56°，溝谷縱降8.70%。土壤類型石灰性褐土。

2.2 監(jiān)測小區(qū)建設(shè)

依據(jù)流域的地形地貌，監(jiān)測實驗小區(qū)布設(shè)于自然坡面中部坡位以上半陽坡，小區(qū)坡度統(tǒng)一為18°20″，坡面平整，坡度均一，修建2種類型監(jiān)測小區(qū)10個。即生物措施：①標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)（坡面種植玉米）、自然荒坡（自然植被）、人工種草（紫花苜蓿）、灌木（黃刺玫）、喬木（山桃）；②工程措施：魚鱗坑（檜柏）、水平溝（檜柏）、水平階（檜柏）、隔坡梯田（檜柏）、石坎梯田（檜柏）。

小區(qū)按5.0m×20m（垂直投影）規(guī)格布設(shè)，邊界由混凝土預(yù)制板圍成，小區(qū)間留1.20m隔離帶。下部設(shè)集流槽和輸水管，輸水管下接分流、集流三級量水桶，按20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計輸水、量水設(shè)施斷面。桶體用0.70mm厚鐵皮制作，直徑0.40m，高0.60m，分流桶前方開9個Φ20mm分流孔，孔高40cm，集流槽及桶體頂部加蓋處理，并依次編號。

3 監(jiān)測內(nèi)容及方法

3.1 監(jiān)測內(nèi)容

降水量、降水歷時、平均降水強(qiáng)度、最大130min、160min水強(qiáng)、侵蝕性降水量、小區(qū)徑流量、含沙量、侵蝕量、比重、容重、孔隙度、PH值、有機(jī)質(zhì)含量等理化性質(zhì)，并觀測植物生長狀況。

3.2 監(jiān)測方法

1）降水量按汛期（5月-10月）觀測降水量、歷時、水強(qiáng)、最大10min、30min和60min水強(qiáng)特征值。

2）通過記錄各實驗小區(qū)次降水分、集流桶水位，計算次降水渾水徑流體積，并經(jīng)泥沙處理分析，求得泥沙體積，計算得次降水總徑流量。

3）土壤侵蝕泥沙量，次降水產(chǎn)流結(jié)束，量測水位高度后，將分、集流桶泥沙水樣充分?jǐn)噭?，采集水?個~3個，進(jìn)行編號、量積、靜置、過濾、烘干和稱重，由樣品含沙量計算出各實驗小區(qū)次降水流失泥沙量。

4）集流槽泥沙在每年10月底（或11月初）收集后稱重、取樣、烘干、稱重，計算出各集流槽泥沙總量，計入該小區(qū)年泥沙流失總量。

4 監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測實驗時間自2006年5月至2011年11月。實驗觀測影響退耕還林效果的主要因素分別為降水因子、各小區(qū)年徑流總量和土壤侵蝕總量，結(jié)果換算為單位面積產(chǎn)流量和泥沙量（單位：萬m3/km2、t/km2）。2006 年-2011 年降水量（mm）為：622.4、554.7、471.8、407.7、491.2。小區(qū)徑流/泥沙量（萬 m3/km2、t/km2）測定結(jié)果如下。

a、標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)：2.99/6479.5、2.17/5244.2、1.58/3730.9、0.06/2566.2、0.54/3891.3、3.16/5798.1；

b、荒 坡 ：3.44/5762.2、2.48/337.8、1.02/103.3、0.01/4.7、0.31/6.5、0.09/1.3；

c、種 草 ：2.63/10956.3、1.92/295.7、1.59/78.8、0.05/3.8、0.23/5.6、0.21/12.7；

d、 灌 木 林 ：2.76/4166.10、1.32/172.7、0.37/23.40、0.02/3.6、0.05/3.8、0.09/5.1；

e、喬 木 林 ：1.94/1174.30、0.38/151.40、0.12/8.3、0.03/2.9、0.06/3.9、0.26/2.4；

f、魚鱗坑：1.83/1259.10、1.34/151.90、0.62/29.70、0.07/6.30、0.13/4.80、0.38/3.10；

g、水 平 溝 ：0.65/452.50、0.48/64.1、0.35/17.60、0.06/3.90、0.05/3.30、0.12/2.3；

h、水 平 階 ：0.85/88.80、0.89/83.30、0.26/22.90、0.04/5.10、0.12/2.90、0.22/1.90；

r、 隔 坡 梯 田 ：0.08/32.90、0.08/14.50、0.03/5.30、0.01/1.50、0.02/1.90、0.08/1.40；

i、石 坎 梯 田 ：0.58/92.40、0.04/23.70、0.02/7.70、0.01/2.30、0.01/2.40、0.02/7.40。

監(jiān)測檢驗周期為6年，基本可以反應(yīng)退耕還林后產(chǎn)流及泥沙動態(tài)變化規(guī)律，通過標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)（原耕作地貌）和實驗小區(qū)（工程植物措施）比對，定性分析和定量計算退耕還林措施的減流保土效能。

4.1 年（次）降水量對徑流和泥沙影響最大，在實驗時段中，年（次）降水量均屬正常區(qū)間，沒有出現(xiàn)峰谷極限降水，避免了偶然性和突發(fā)性。

4.2 監(jiān)測實驗小區(qū)實施第一年，原地表植被、土壤物理性狀被改變和破壞，降低了地表對徑流和土壤的調(diào)節(jié)和保護(hù)作用。因此徑流泥沙變化無規(guī)律性，相比此后5年監(jiān)測數(shù)據(jù)偏大，10個小區(qū)平均徑流量和泥沙量分別為 1.77 萬 m3/km2、3 646.41t/km2。

4.3 同一小區(qū)、不同年度監(jiān)測結(jié)果

4.3.1 標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)

徑流量與泥沙量6年間變化趨勢與降水量相似，徑流量和泥沙量是其他小區(qū)的數(shù)十倍甚至數(shù)百倍。盡管玉米對降水有消能阻滯作用，但因耕作行為使土體松散，且土壤貧瘠，作物長勢頹廢，特別是在5月-7月間，降水可以直接擊濺地面，生長期葉片對地表保護(hù)極為有限。

4.3.2 實驗小區(qū)

選取水平溝小區(qū)為代表，6年間無極端降水，小區(qū)產(chǎn)流與泥沙量受降水影響不明顯；隨著時間推移，徑流量逐漸減小，即使降水量躍升，標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)監(jiān)測結(jié)果也不突增。泥沙量從第二年急速回落，自此趨于低位平穩(wěn)狀態(tài)；9個實驗小區(qū)2011年平均產(chǎn)流量、泥沙量分別為0.27萬m3/km2、4.18t/km2，而標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)分別為 3.16萬 m3/km2、5798.10t/km2，超過其他小區(qū)均值數(shù)十倍甚至上千倍。

4.4 同一年度、不同小區(qū)監(jiān)測結(jié)果

選取工程實施第一年與第五年作為比照。在工程實施第一年，除坡耕地小區(qū)外，實施植物措施的實驗小區(qū)（2-5）監(jiān)測值紊亂無序，產(chǎn)流和泥沙峰值分別達(dá)到3.40萬m3/km2、10 956.3t/km2；工程措施小區(qū)（6-10）在工程實施伊始，攔蓄效果立竿見影，泥沙量均值僅為385.10 t/km2。

工程實施第五年（2010年），徑流量全面回落，泥沙量除標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)仍高居3 891.30t/km2外，其他小區(qū)均低于7.0t/km2。2011年降水量增至600.20mm，標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)徑流量和泥沙流失量又突升為3.16萬m3/和5 798.13t/km2，但其他小區(qū)仍情緒穩(wěn)定。實驗說明，坡面耕作使地表土壤始終處于活動易侵蝕狀態(tài)，受降水因素影響極大；實施退耕還林5年后，固土蓄水能力逐漸增強(qiáng)，以工程措施實驗小區(qū)尤為突出。

4.5 工程措施監(jiān)測結(jié)果分析

工程措施小區(qū)統(tǒng)一栽植檜柏，不同整地方式進(jìn)行比對。坡式梯田和石坎梯田蓄水保土效果優(yōu)于前三種，但經(jīng)過數(shù)年后，攔蓄能力差距逐漸縮小，直至接近。通過觀測檜柏生長狀況，前三者略遜于后二者。

5 結(jié)論

1）坡地耕作受降水影響極大，土壤侵蝕量始終處于高位狀態(tài)，不因耕作年限而改變，相反，地面表土熟化程度不升反降。用錢糧補(bǔ)貼保護(hù)農(nóng)民利益，以退耕還林代替廣種薄收，可兼顧生態(tài)效益和社會效益。

2）退耕還林實施初期，降水因素對坡面徑流和土壤侵蝕影響仍較大，隨著時間推移工程生物措施逐漸發(fā)揮作用，使實施區(qū)域水土資源得到有效防護(hù)。

3）對于非封禁區(qū)域，單純使用生物措施，效果弱于工程措施、生物措施相結(jié)合防護(hù)方式，對陡坡還林尤為如此。工程措施采用何種整地方式，應(yīng)因地制宜。魚鱗坑、水平溝和水平階施工簡單，成本低廉，但樹木長勢一般；修筑梯田，防護(hù)效果好，樹木長勢良好。

[1]李洪勛,吳伯志.用徑流小區(qū)法研究不同耕作措施對土壤侵蝕的影響.土壤,2006,38(1):81-85.

[3]林軍,成文貴,張子雪.北方土石山區(qū)不同草本植物的徑流小區(qū)水土流失規(guī)律研究.山東林業(yè)科技.2009.2:38-40.