贛南臍橙園不同水保措施應(yīng)用效果研究

孫永明，葉　川，黃欠如，王亮亮，熊　文，黃　齊，成艷紅，鐘義軍

(1.江西省紅壤研究所，江西 南昌 331717； 2.水利部 南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇 南京 210012；3.江西省山江湖開(kāi)發(fā)治理委員會(huì) 辦公室，江西 南昌 330046)

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贛南臍橙園不同水保措施應(yīng)用效果研究

孫永明1，葉川1，黃欠如1，王亮亮2，熊文1，黃齊3，成艷紅1，鐘義軍1

(1.江西省紅壤研究所，江西 南昌 331717； 2.水利部 南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇 南京 210012；3.江西省山江湖開(kāi)發(fā)治理委員會(huì) 辦公室，江西 南昌 330046)

臍橙園；水土流失；水保措施；徑流；土壤物理性狀；綜合評(píng)價(jià)；贛南

贛南臍橙園水土流失嚴(yán)重，為有效防治水土流失、改善果園生態(tài)環(huán)境，通過(guò)合理配置工程、生物、化學(xué)措施，研究了7種種植模式的水土保持效果并進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：與裸露果園(對(duì)照)相比，其余各處理徑流量減少596.70～1 332.31 m3/hm2、減幅38.7%～86.4%，泥沙量減少3.92～12.31 t/hm2、減幅29.2%～91.8%，土壤容重降低0.7%～15.2%，土壤毛管孔隙度增加4.0%～22.4%，土壤入滲率、土壤水分涵養(yǎng)效果顯著提升；綜合評(píng)價(jià)得出的最佳水土保持型果園種植模式為處理7(草溝+梯壁種植百喜草+梯面施土壤改良劑)。

臍橙產(chǎn)業(yè)是贛南的特色產(chǎn)業(yè)和農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，是繼“世界鎢都”“稀土王國(guó)”之后贛南的另一張“名片”。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，贛南臍橙已成為贛南蘇區(qū)名副其實(shí)的農(nóng)業(yè)“當(dāng)家樹(shù)”、農(nóng)村“致富樹(shù)”和農(nóng)民的“搖錢樹(shù)”[1-2]。然而，隨著果業(yè)的發(fā)展，制約發(fā)展的生態(tài)問(wèn)題日漸凸顯，如在果園開(kāi)發(fā)時(shí)片面追求面積的擴(kuò)大而忽視對(duì)原有生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)，傳統(tǒng)清耕和粗放的果園土壤管理模式使果園水土流失嚴(yán)重。據(jù)資料顯示，贛南臍橙園水土流失面積高達(dá)10.975萬(wàn)hm2，占贛州市耕地面積(32.727萬(wàn)hm2)的33.54%，其中：輕度流失面積占臍橙園水土流失面積的53.92%、中度占33.62%、強(qiáng)烈占12.46%[3]。嚴(yán)重的水土流失使土層變薄、養(yǎng)分流失，每年要流失肥土 1 cm 以上，相當(dāng)于1 hm2土地每年要流失肥土60 t左右，折合1 hm2土地?fù)p失全氮81.0 kg、全磷93.0 kg、全鉀85.8 kg[4]；使贛江、撫河、饒河、信河、修河五大河流輸沙量每年平均增加2.3%，淤積在鄱陽(yáng)湖的泥沙每年平均增加2.5%[4]。此外，水土流失還是誘發(fā)干旱、崩崗等自然災(zāi)害的主要因素。據(jù)趙其國(guó)報(bào)道，贛南一帶有6萬(wàn)多處侵蝕崩崗[5]，危害極其嚴(yán)重[6]。因此，改善果園生態(tài)環(huán)境，防治果園水土流失是當(dāng)前的迫切任務(wù)。鑒于此，我們開(kāi)展了臍橙園不同水保措施應(yīng)用效果研究，旨在探索果農(nóng)容易掌握、費(fèi)用低廉、生態(tài)高效的水土保持型果園種植模式，為實(shí)現(xiàn)臍橙園生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益同步增長(zhǎng)提供技術(shù)支撐。

1　試驗(yàn)設(shè)置與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于贛州市信豐縣莊高村，地理坐標(biāo)為北緯25°23′、東經(jīng)114°55′，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，日照充足，降雨較多，年均氣溫19.2 ℃，年均降水量1 500 mm，多集中在5—10月。試驗(yàn)區(qū)土壤以紫砂巖發(fā)育的紅壤為主，地貌為丘陵崗地，海拔142～280 m，坡度25°。果園開(kāi)墾方式為梯地，條帶寬度3 m，建園時(shí)間為2011年。

1.2試驗(yàn)設(shè)置

在已建的徑流場(chǎng)內(nèi)設(shè)置7個(gè)試驗(yàn)處理，分別是：處理1，自然裸露果園(對(duì)照)；處理2，草溝(在梯坎下開(kāi)挖的水平竹節(jié)溝內(nèi)種植百喜草)；處理3，草溝+梯壁種植百喜草；處理4，草溝+梯壁種植百喜草+梯面生草(種植白三葉和圓葉決明)；處理5，草溝+梯壁種植百喜草+梯面施生物黑炭(施用量6 t/hm2)；處理6，草溝+梯壁種植百喜草+梯面秸稈覆蓋；處理7，草溝+梯壁種植百喜草+梯面施土壤改良劑(土壤改良劑為聚丙烯酰胺，施用量0.3 t/hm2)。每個(gè)小區(qū)投影面積為154 m2。

1.3觀測(cè)指標(biāo)及方法

(1)“控源”指標(biāo)：測(cè)定降雨量、地表徑流量、土壤侵蝕量。降雨量采用小型氣象站(NL-5)觀測(cè)，地表徑流量、土壤侵蝕量采用徑流自動(dòng)觀測(cè)儀(WLL-12-PVB2.0)監(jiān)測(cè)。

(2)“增滲”指標(biāo)：測(cè)定土壤入滲率、土壤容重、孔隙度。土壤入滲率采用雙環(huán)入滲儀測(cè)定，土壤容重、孔隙度采用環(huán)刀法測(cè)定。

(3)“擴(kuò)容”指標(biāo)：測(cè)定連續(xù)干旱脅迫下各處理土壤含水量(0～20、20～40、40～60 cm)，采用烘干法測(cè)定，于7～9月份在一次充分降雨后的第1、4、9、13、17天連續(xù)5次采樣測(cè)定(采樣期間必須保證無(wú)降雨，如有降雨將重新測(cè)定)。

2　結(jié)果與分析

2.1不同水保措施對(duì)地表徑流及土壤侵蝕的影響

根據(jù)徑流自動(dòng)觀測(cè)儀記載(表1)，2014年各處理徑流量大小依次為：處理1(對(duì)照)>處理2>處理3>處理7>處理4>處理5>處理6。相比對(duì)照，其他處理徑流量減少596.70～1 332.31 m3/hm2，減幅38.7%～86.4%，其中處理6截流效果最佳，其主要原因是百喜草有強(qiáng)大的辮子狀匍匐莖和厚厚的葉層，既可減少雨滴對(duì)地面的直接濺擊，又可以增強(qiáng)土壤的滲透能力[7]，同時(shí)秸稈自身的吸水性良好，飽和吸水率高達(dá)427.9%[8]。由表1知，各處理泥沙量大小依次為：處理1(對(duì)照)>處理2>處理3>處理5>處理7>處理4>處理6。相比對(duì)照，其他各處理泥沙量減少3.92～12.31 t/hm2，減幅29.2%～91.8%，其中除處理5外，其余處理的泥沙量與徑流量呈正相關(guān)關(guān)系，處理5泥沙量偏高的原因主要是生物黑炭被徑流帶出。為了比較各個(gè)處理之間的差異性，我們利用2014年1—12月份各個(gè)處理徑流量與降雨量的比值得出產(chǎn)流系數(shù)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析(圖1)，結(jié)果表明：與對(duì)照相比，除處理2外，其余處理的產(chǎn)流系數(shù)均顯著降低(P<0.05)。

表1　2014年各處理徑流量及泥沙量統(tǒng)計(jì)

圖1　產(chǎn)流系數(shù)方差分析

2.2不同水保措施對(duì)土壤物理性狀的影響

2.2.1土壤容重

測(cè)定結(jié)果顯示，處理1至處理7的土壤容重分別為1.45、1.46、1.44、1.37、1.29、1.34、1.23 g/cm3。與對(duì)照相比，除處理2略微升高外，其余處理土壤容重降低幅度為0.7%～15.2%，其中處理5和處理7的降幅較大，主要原因是生物黑炭和土壤改良劑中含有豐富的碳水化合物、長(zhǎng)鏈烯烴等有機(jī)大分子，有利于提高土壤孔隙度和表面積，降低土壤的拉伸強(qiáng)度進(jìn)而提高根系穿透能力，降低土壤密度[9-10]。方差分析表明(圖2)，各處理土壤容重與對(duì)照相比，除處理5和處理7差異達(dá)顯著水平(P<0.05)外，其余處理與對(duì)照無(wú)顯著差異。

圖2　不同水保措施對(duì)土壤容重的影響

2.2.2毛管孔隙度

測(cè)定結(jié)果顯示，處理1至處理7的毛管孔隙度分別為28.44%、26.67%、29.59%、30.86%、33.26%、30.71%、34.81%。與對(duì)照相比，除處理2略微降低外，其余處理土壤毛管孔隙度增幅為4.0%～22.4%，其中處理7的增幅最大。方差分析表明(圖3)，各處理土壤毛管孔隙度與對(duì)照相比，除處理5、處理7差異達(dá)顯著水平(P<0.05)外，其余處理與對(duì)照無(wú)顯著差異。

圖3　不同水保措施對(duì)土壤毛管孔隙度的影響

2.2.3土壤入滲率

測(cè)定結(jié)果顯示，所有處理的入滲率均呈現(xiàn)由最開(kāi)始的速度較快然后逐步遞減最終趨于平衡的變化趨勢(shì)(圖4)。從初始入滲率(第1分鐘)測(cè)定結(jié)果來(lái)看，處理1至處理7的入滲率分別為3.77、5.19、4.72、5.66、9.91、4.72、7.55 mm/min，其中處理5入滲速度最快，與對(duì)照相比，初始入滲率高出162.86%，處理2、3、4、6、7的初始入滲率分別比對(duì)照升高37.67%、25.20%、50.13%、25.20%、100.27%。穩(wěn)滲速率表現(xiàn)為處理5>處理7>處理4>處理6>處理3>處理2=處理1，與處理1和處理2相比，處理3至處理7穩(wěn)滲速率分別增加15.78%、198.24%、414.03%、82.45%、363.15%。同時(shí)，不同處理到達(dá)穩(wěn)滲的時(shí)間也不相同，處理1和處理2達(dá)穩(wěn)滲的時(shí)間為15 min，處理3和處理6達(dá)穩(wěn)滲的時(shí)間為20 min，處理4、5、7達(dá)穩(wěn)滲的時(shí)間為25 min。

圖4　各處理土壤入滲率變化趨勢(shì)

2.3不同水保措施對(duì)土壤水分的影響

測(cè)定結(jié)果表明(表2)，連續(xù)干旱脅迫下各個(gè)處理0～20 cm土層土壤含水量隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，這主要是表層水分蒸發(fā)所致。但從表層儲(chǔ)水效果來(lái)看，處理6效果最佳，延續(xù)至雨后第13天與對(duì)照相比仍然達(dá)到顯著差異(P<0.05)，土壤含水量高出對(duì)照42%，這是因?yàn)榻斩捀采w抑制了表層土壤蒸發(fā)；雨后第17天各個(gè)處理表層土壤含水量無(wú)顯著差異。20～40 cm土層含水量受不同處理影響隨時(shí)間變化無(wú)明顯趨勢(shì)，雨后第1天各處理土壤含水量無(wú)顯著差異，雨后第4天至13天不同處理對(duì)土壤含水量影響較大，以處理4和處理5效果最好，土壤含水量顯著高于對(duì)照(P<0.05)，雨后17天各處理土壤水分無(wú)顯著差異。40～60 cm土層含水量受不同處理影響隨時(shí)間變化大多表現(xiàn)為在雨后第4天或第9天達(dá)到峰值，這主要受土壤中水分二次分配的影響；雨后第1天、第17天各處理土壤含水量無(wú)顯著差異；雨后第4天至13天不同處理對(duì)土壤含水量影響較大，以處理6保水效果最好。

表2　雨后連續(xù)干旱脅迫下各處理土壤含水量

2.4不同水保措施應(yīng)用效果綜合評(píng)價(jià)

為了全面評(píng)價(jià)不同水保措施的應(yīng)用效果以及探尋果園最佳的水土保持型種植模式，我們對(duì)7個(gè)不同處理的6個(gè)因子(徑流量、泥沙量、土壤容重、毛管孔隙度、入滲率、干旱第17天土壤含水量)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果顯示(表3)：在所有的主成分構(gòu)成中，信息主要集中在前兩個(gè)主成分，第一主成分貢獻(xiàn)率最大，為75.64% ，其次為第二主成分，貢獻(xiàn)率為20.51%，前兩個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率達(dá)到96.15%，基本概括了所有信息。在第一主成分的特征向量中，載荷最大且符號(hào)為正的是徑流量、泥沙量，說(shuō)明第一主成分得分高的處理樣本(見(jiàn)表4)的徑流量、泥沙量大，而徑流量、泥沙量越大表明水保效果越差，排名就越靠后。在第二主成分中，載荷最大且符號(hào)為負(fù)的是土壤含水量，表明在第二主成分中土壤含水量成為主導(dǎo)因子。提取第一、第二主成分，運(yùn)用公式Z=FW(F是主成分得分矩陣，W是權(quán)重)，計(jì)算綜合得分，結(jié)果見(jiàn)圖5。根據(jù)綜合得分越高水保效果越差，各處理水保效果排序?yàn)椋禾幚?>處理5>處理6>處理4>處理3>處理2>對(duì)照。

表3　主成分分析各因子載荷量及貢獻(xiàn)率

表4　主成分分析得分

圖5　主成分分析綜合評(píng)價(jià)值

3　討　論

贛南臍橙園水土流失問(wèn)題早已引起眾多學(xué)者的關(guān)注，其水土流失治理措施已有相關(guān)報(bào)道[11]。在治理低丘新墾果園梯帶外坡水土流失的生物防護(hù)技術(shù)中，人工栽植百喜草被列為首選技術(shù)措施，具有治理工期短、見(jiàn)效快，且能最大程度地節(jié)省治理時(shí)間和后期管理用工成本的優(yōu)點(diǎn)。此外，贛南各地在不斷摸索實(shí)踐中總結(jié)了不少有效的水土流失治理工程措施，例如在果園臺(tái)地、梯田內(nèi)側(cè)開(kāi)挖坎下竹節(jié)溝，在果園的山腳下和集雨面較大的治理區(qū)依山就勢(shì)開(kāi)挖山塘、蓄水池、攔沙壩等，并取得了一定的成績(jī)[12]。但是，現(xiàn)階段大多果農(nóng)對(duì)水土保持的認(rèn)識(shí)還很不夠，水土保持措施單一、投入不足，水土流失狀況沒(méi)有得到根本好轉(zhuǎn)，生態(tài)環(huán)境還很脆弱。因此，必須通過(guò)工程、生物、化學(xué)、農(nóng)耕措施的合理配置，才能實(shí)現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的同步增長(zhǎng)。

4　結(jié)　論

綜上所述，從攔截地表徑流、減少土壤侵蝕量(控源)角度出發(fā)，處理6水土保持效果最佳，相比對(duì)照徑流量減少1 332.31 m3/hm2、減幅86.4%，泥沙量減少12.31 t/hm2、減幅91.8%；從改善土壤物理結(jié)構(gòu)、增加土壤入滲(增滲)角度出發(fā)，處理7和處理5優(yōu)于其他處理，與對(duì)照相比土壤容重顯著降低，降幅11.0%～15.2%，土壤毛管孔隙度提高16.9%～22.4%，土壤穩(wěn)滲率提高363.15%～414.03%；從涵養(yǎng)土壤水分(擴(kuò)容)角度出發(fā)，處理6儲(chǔ)水效果最佳，表層土壤含水量延續(xù)至雨后13天與對(duì)照相比仍然達(dá)到顯著差異(P<0.05)，高出對(duì)照42%；綜合評(píng)價(jià)得出的最佳水土保持型果園種植模式為處理7。

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(責(zé)任編輯徐素霞)

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAC11B05)

S157.2

A

1000-0941(2016)08-0009-05

孫永明(1981—)，男，江西新干縣人，助理研究員，碩士，主要從事土壤環(huán)境研究；通信作者葉川(1965—)，男，江西定南縣人，研究員，碩士，主要從事生態(tài)環(huán)境研究。

2015-06-21