三峽庫區(qū)不同退耕還林模式水土保持效益定位監(jiān)測(cè)

王曉榮 萬伏紅 崔鴻俠 龐宏東 潘磊 唐華

摘要：選擇三峽庫區(qū)內(nèi)4種典型退耕還林模式，基于2004，2007，2010年3年的定位觀測(cè)，對(duì)三峽庫區(qū)退耕還林模式水土保持效益進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究。結(jié)果表明：①與坡耕地相比，退耕還林促使土壤容重降低、孔隙度增加，但各模式變化存在差異。②地表徑流量、徑流系數(shù)、土壤侵蝕模數(shù)均呈現(xiàn)明顯的降低趨勢(shì)，其中地表徑流平均減少量8043%～8682%，變化趨勢(shì)為坡耕地>茶園>刺槐林>板栗林>柑橘+紫穗槐林；徑流系數(shù)變化減少范圍在0017～0025之間，柑橘+紫穗槐林8679%、板栗林8539%、茶園8333%、刺槐林8095%；土壤侵蝕模數(shù)減少1 40939～1 45815 t·（km2a）-1，為坡耕地>刺槐林>板栗林>茶園>柑橘+紫穗槐林。③隨著退耕年限的增加，除了板栗林表現(xiàn)為逐漸升高外，其他退耕還林模式土壤有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為先降低后升高。全氮含量在刺槐林和柑橘+紫穗槐林表現(xiàn)為先降低后升高，而板栗林和茶園則表現(xiàn)為逐漸增加的趨勢(shì)。全磷含量在各退耕模式中不斷增加。除柑橘+紫穗槐林的全鉀含量增加35%外，其他模式都逐漸降低，分別為刺槐林3724%、板栗林1233%、茶園823%。

關(guān)鍵詞：三峽庫區(qū)；退耕還林模式；水土保持；定位監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：S7533文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004-3020（2014）04-0001-05

長期以來，三峽庫區(qū)是我國水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，根據(jù)2007年遙感調(diào)查結(jié)果，三峽庫區(qū)水土流失面積為28 04210 km2＼[1＼]，而坡耕地分布廣且墾殖指數(shù)高是造成其水土流失嚴(yán)重的主要原因＼[2＼]。庫區(qū)嚴(yán)重的水土流失使得大量泥沙直接進(jìn)入水庫，對(duì)水庫的庫容和水質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響＼[3＼]，因此如何快速有效減少該區(qū)域水土流失對(duì)三峽庫區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

退耕還林工程是我國實(shí)施的一項(xiàng)重點(diǎn)林業(yè)生態(tài)工程，現(xiàn)已成為我國生態(tài)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和林業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)之一＼[4＼]。從2000年開始，三峽庫區(qū)開始實(shí)施大面積的退耕還林，退耕還林與植被恢復(fù)的程度究竟如何，其對(duì)水土流失的影響多大等等，目前沒有一個(gè)系統(tǒng)和科學(xué)的評(píng)估，以至影響到了該項(xiàng)工程的持續(xù)性＼[5-6＼]。為了及時(shí)、全面地反映退耕還林不同時(shí)段和不同模式的效益變化趨勢(shì)和工程建設(shè)中存在的問題，必須開展不同退耕還林模式及工程效益動(dòng)態(tài)分析工作，在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)其綜合效益動(dòng)態(tài)＼[7-8＼]。

為此，本文選擇了三峽庫區(qū)4種典型退耕還林模式，在連續(xù)多年定位觀測(cè)基礎(chǔ)上，開展了退耕還林水土保持方面的研究，以期為該區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)以及退耕還林效益評(píng)價(jià)提供相關(guān)的參考。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于湖北省秭歸縣境內(nèi)的蘭陵溪小流域，距長江三峽大壩上游5 km處，地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°54′30″～110°56′20″，北緯30°50′04″～30°52′09″，基巖為花崗巖。氣候類型屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，冬夏氣候交替明顯，年平均氣溫180 ℃，≥10 ℃積溫為5 300 ℃，無霜期250 d，多年平均降雨量為1 150 mm，年內(nèi)分配不均，4～10月降水量約占全年的85%，年蒸發(fā)量為1 4215 mm。流域內(nèi)土壤以黃壤為主＼[4，8＼]。

1.2研究方法

1.2.1樣地設(shè)置

選擇該區(qū)域退耕還林較為普遍的4種退耕還林模式（刺槐Robinia pseudoacacia林、柑橘 Citrus reticulata +紫穗槐Amorpha fruticosa林、板栗Castanea mollissima林、茶園）進(jìn)行監(jiān)測(cè)樣地的布設(shè)，各種退耕模式每年進(jìn)行1次穴式施肥。樣地設(shè)置采用典型取樣法，面積為20 m×20 m，每個(gè)模式5次重復(fù)。樣地基本情況具體見表1。

1.2.2監(jiān)測(cè)及調(diào)查方法

土壤理化性質(zhì)觀測(cè)。分別于2004，2007和2010年6月中旬在每個(gè)樣地對(duì)角線上選2個(gè)部位，各挖1個(gè)土壤剖面，土樣僅取0～30 cm的混合樣，帶回測(cè)定土壤養(yǎng)分指標(biāo)。同時(shí)，利用環(huán)刀于剖面中部采集土樣1份，帶回室內(nèi)測(cè)定土壤容重、孔隙度等指標(biāo)。

地表徑流量及產(chǎn)沙量觀測(cè)。通過在各類退耕林地內(nèi)設(shè)立坡面徑流場，徑流場水平投影面積為20 m×10 m，下端設(shè)承水槽，并連接1 m3沉沙池，設(shè)水尺觀測(cè)徑流體積，底部設(shè)排水管。在觀測(cè)徑流的同時(shí)，將量水池中的水?dāng)嚢杈鶆蚝笕樱?jīng)過濾、烘干、稱重求算徑流含沙量和侵蝕量。降雨量采取CR2型翻斗式電腦數(shù)字雨量計(jì)（成都產(chǎn)）觀測(cè)。于2004，2007，2010年6～8月間對(duì)各模式降雨數(shù)據(jù)和產(chǎn)流情況進(jìn)行調(diào)查。

土壤養(yǎng)分含量測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測(cè)定，全氮采用凱氏定氮法測(cè)定，全磷采用氫氧化鈉熔融—鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀采用堿熔—火焰光度法測(cè)定。

2結(jié)果與分析

2.1不同退耕還林模式土壤物理性質(zhì)動(dòng)態(tài)

一般而言，地上植被的生長會(huì)對(duì)土壤質(zhì)地和物理性質(zhì)具有較大的改良作用，包括改變土壤結(jié)構(gòu)、土壤質(zhì)地以及空隙狀況，在一定程度上可以反映各種退耕模式對(duì)土壤改良效益。

從表2可知：土壤容重在不同模式間的變化趨勢(shì)為坡耕地>茶園>板栗林>刺槐林>柑橘+紫穗槐林，其中茶園減少1236%、板栗林1215%、刺槐林1128%、柑橘+紫穗槐林1085%。隨著退耕還林年限的增加，刺槐林和柑橘+紫穗槐林土壤容重具有減小的趨勢(shì)，而板栗和茶園則具有增加的趨勢(shì)，這可能與后兩種退耕模式受人為活動(dòng)影響更大造成。

孔隙度反映土壤孔隙所占容積的比例，亦可反映土壤的基本物理性質(zhì)屬性。從表2可知：土壤孔隙度在所有退耕模式中均存在不同程度的增加，其變化趨勢(shì)為板栗林>刺槐林>柑橘+紫穗槐林>茶園>坡耕地，分別較坡耕地增加了872%，609%，430%，223%；土壤非孔隙度變化趨勢(shì)為板栗林>柑橘+紫穗槐林>茶園>刺槐林>坡耕地，分別較坡耕地增加了15250%，14248%，13246%，7690%；土壤總孔隙度變化趨勢(shì)為板栗林>柑橘+紫穗槐林>刺槐林>茶園>坡耕地，分別較坡耕地增加了1180%，869%，699%，141%。同時(shí)，隨著退耕年限的增加，不同退耕還林模式對(duì)土壤孔隙的改良效果具有一定的差異，其中生態(tài)林則各指標(biāo)均向良好的方向發(fā)展，而經(jīng)濟(jì)林則變化較大，這與人為生產(chǎn)活動(dòng)干擾嚴(yán)重密切相關(guān)。

2.2不同退耕還林模式徑流及土壤侵蝕動(dòng)態(tài)

地表徑流是降雨經(jīng)過林冠截留、地被物的攔蓄以及填洼、入滲和蒸發(fā)等過程后，到達(dá)地表形成的徑流，它是土壤侵蝕和水土流失的主要驅(qū)動(dòng)力。在相同立地條件下，同一場降雨下，地表產(chǎn)流主要受地表地被物的特性影響，不同植被類型其產(chǎn)流量大小差異較大＼[8＼]。

由表3可知：與坡耕地相比，退耕還林后，地表徑流量呈現(xiàn)明顯的減少趨勢(shì)，平均減少量為8043%～8682%，變化趨勢(shì)為坡耕地>茶園>刺槐林>板栗林>柑橘+紫穗槐林。在所有退耕還林模式中，茶園模式的地表徑流量最大，其平均值為32030 m3·hm-2，這主要是由于茶園地在采收、管理等人為干擾下，破壞了林地土壤的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，致使其地表徑流在所有退耕模式中最大＼[9＼]。各退耕還林地的徑流系數(shù)變化范圍在0017～0025之間，與坡耕地相比，各退耕模式明顯降低，其中柑橘+紫穗槐林8679%、板栗林8539%、茶園8333%、刺槐林8095%，由此可見，研究區(qū)坡耕地退耕還林后有效減弱了地表徑流的發(fā)生。土壤侵蝕模數(shù)也都表現(xiàn)出明顯的降低趨勢(shì)，與地表徑流變化趨勢(shì)一致，為坡耕地>刺槐林>板栗林>茶園>柑橘+紫穗槐林，減少的范圍為1 40939～1 45815 t·（km2·a）-1。隨著退耕年限的增加，坡耕地經(jīng)退耕還林后能有效減弱地表徑流和土壤侵蝕的發(fā)生，對(duì)水土流失起到了有效的抑制作用。

2.3不同退耕還林模式土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)

不同退耕還林模式，植被對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收與歸還過程各有差異，從而就體現(xiàn)出不同植被模式對(duì)土壤改良效益的差異性＼[9＼]。如表4所示，隨著退耕年限的增加，除了板栗林表現(xiàn)為逐漸增加外，其他退耕還林模式土壤有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為先降低后升高。就單一退耕還林模式而言，從2004～2010年，刺槐林增加了6129%、板栗林5195%、茶園2222%，而柑橘+紫穗槐林則降低了4088%，這主要是新造林地土壤通透性變好，由于土壤通氣條件的改善，土壤有機(jī)質(zhì)分解也較快。另外，新造林地處于林分形成階段，消耗了大量的土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)，土壤碳輸出往往大于輸入，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)暫時(shí)出現(xiàn)下降，但隨著退耕還林年限的增加，地上植被生長狀況逐漸變好，返還于土壤的枯落物的含量也逐漸增加，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量上升。

就土壤養(yǎng)分全含量而言，不同退耕還林模式的土壤全氮含量平均值變化為柑橘+紫穗槐林>板栗林>刺槐林>茶園，分別為0077%，0069%，0051%，0035%。隨著退耕還林年限的增加，刺槐林和柑橘+紫穗槐林表現(xiàn)為先降低后增加，而板栗林和茶園則表現(xiàn)為逐漸增加的趨勢(shì)。同時(shí)，經(jīng)濟(jì)林較非經(jīng)濟(jì)林土壤有機(jī)氮增加的比例要高，這主要是由于經(jīng)濟(jì)林人為每年施用氮肥造成其土壤含量增加較多。不同退耕還林模式的土壤全磷含量平均值變化為刺槐林>柑橘+紫穗槐林>茶園>板栗林，分別為0180%，0120%，0085%，0082%，且隨著退耕還林年限的增加，各種退耕還林模式都表現(xiàn)為逐漸增加，分別為刺槐24428%、柑橘+紫穗槐林30975%、板栗林20487%、茶園10163%，可見退耕后土壤全磷增加比例相當(dāng)大，這更多的是因?yàn)槿藶槭┓蕦?dǎo)致土壤中磷元素含量極大的增加。不同退耕還林模式的土壤全鉀含量平均值變化為茶園>板栗林>刺槐林>柑橘+紫穗槐林，分別為184%，073%，068%，065%。隨著退耕還林年限的增加，除柑橘+紫穗槐林增加35%外，其他模式都表現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，分別為刺槐林3724%、板栗林1233%、茶園823%。

3結(jié)論

（1）退耕還林后，各退耕模式土壤的通氣狀況大為改觀，土壤孔隙數(shù)量增加，總孔隙度增大，毛管孔隙度與非毛管孔隙度也相應(yīng)增加，通氣透水性增強(qiáng)，表明隨著還林年限的增加，土壤的通氣、保水能力在緩慢增強(qiáng)。

（2）與坡耕地相比，退耕還林各模式地表徑流量呈現(xiàn)明顯的減少趨勢(shì)，平均減少量為8043%～8682%，變化趨勢(shì)為坡耕地>茶園>刺槐林>板栗林>柑橘+紫穗槐林。徑流系數(shù)變化范圍在0017～0025之間，與坡耕地相比，各退耕模式明顯降低，其中柑橘+紫穗槐林8679%、板栗林8539%、茶園8333%、刺槐林8095%。土壤侵蝕模數(shù)也都表現(xiàn)出明顯的降低趨勢(shì)，為坡耕地>刺槐林>板栗林>茶園>柑橘+紫穗槐林，減少的范圍為1 40939 ～1 45815 T·（km2·a）-1?？梢姡煌耐烁€林模式比坡耕地都具有更好的固持土壤和減少土壤侵蝕的作用，且隨著退耕年限的增加，植被生長狀況更加良好，植被土壤的固持作用和減少侵蝕的作用會(huì)越來越明顯

（3）隨著退耕年限的增加，除了板栗林表現(xiàn)為逐漸增加外，其他退耕還林模式土壤有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為先降低后升高。土壤全氮含量在刺槐林和柑橘+紫穗槐林表現(xiàn)為先降低后增加，而板栗林和茶園則表現(xiàn)為逐漸增加。全磷含量則在各種退耕還林模式都表現(xiàn)為逐漸增加，分別為刺槐24428%、柑橘+紫穗槐林30975%、

板栗林20487%、茶園10163%。全鉀含量除柑橘+紫穗槐林增加3500%外，其他模式都表現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，分別為刺槐林3724%、板栗林1233%、茶園823%，這與鉀元素容易溶水有關(guān)，隨著降雨的沖刷往往使得土壤鉀元素含量呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，而柑橘+紫穗槐林的增加的原因還有待于進(jìn)一步的觀察和探討。從中可以看出，由于植被特性和人為干擾程度的不同，不同類型的退耕還林土壤質(zhì)量恢復(fù)具有明顯的差異，但整體而言，說明退耕還林有利于土壤養(yǎng)分提高，土壤保存養(yǎng)分能力也隨之增強(qiáng)＼[10＼]。

（4）通過對(duì)三峽庫區(qū)不同退耕模式的水土保持監(jiān)測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，坡耕地經(jīng)過植被的建設(shè)和恢復(fù)，其水土流失在短期內(nèi)即可得到一定程度控制，而且隨著退耕還林年限的延長，水土保持效益均會(huì)朝著良好的方向發(fā)展，但以短期內(nèi)觀測(cè)到數(shù)據(jù)還不能夠衡量各退耕模式的優(yōu)劣，因?yàn)槿藶榛顒?dòng)的干擾在一定程度上會(huì)影響水土規(guī)律的變化，這還需要長期進(jìn)一步的觀測(cè)和研究。

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（責(zé)任編輯：鄭京津）