“一坡三帶”退耕還林模式水土保持特征研究

楊先義+李永荷+羅永猛+余剛國+左艷+裴雙俊

摘 要：以畢節(jié)市三種典型的退耕還林模式即“一坡三帶”模式（YP）、純生態(tài)林（柳杉）模式（CS）、純經(jīng)濟(jì)林（核桃）模式（CJ）為研究對象，在不考慮林冠層作用的條件下，通過人工模擬降雨法，分析研究不同退耕模式下對地表產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響。結(jié)果表明：YP能有效緩解徑流，減少徑流強(qiáng)度，與CS和CJ這兩種模式相比，其徑流量分別減少了60.1%和80.1% ；徑流初始發(fā)生時(shí)間分別延遲1.57 min和2.08 min；土壤侵蝕量分別降低49.6%和65.5%?？梢姟耙黄氯龓А蓖烁€林模式對水土保持效果最為明顯，是退耕還林模式中比較適合的植被恢復(fù)模式。

關(guān)鍵詞：退耕還林；地表徑流；土壤侵蝕量；模擬降雨；一坡三帶

中圖分類號：S157.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.09.017

Abstract： Three vegetation zones arranged on one slope（YP）， pure ecological forest （Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr，CS），pure economic forest（Juglans regia，CJ） were three typical kinds of returning farmland to forest in Bijie ，which were selected in this paper as the research objects， regardless of the role of the Canopy layer. Analysis the influence to the content of sediment and runoff which in the different modes of returning farmland to forest by simulated rainfall. The results indicated that the runoff process was alleviated and amount of run off was reduced using YP， compared to CS，CJ， the amounts of runoff under YP were reduced by 60.1% and 80.1%；runoff starting time were slowed down 1.57 and 2.08 min； the amounts of soil； erosion were reduced by 49.6% and 65.5%. Therefore， the effect of water and soil conservation under YP were most obvious which is the comparatively suitable mode of vegetation restoration.

Key words： grain for green； runoff； quantity of soil erosion； simulated rainfall； one slope-three zones

畢節(jié)市地處長江支流烏江上游，由于是山丘區(qū)，坡度大、土層薄、雨量集中、土層抗侵蝕力低，因此是貴州省水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一，其治理直接影響長江中下游的長治久安[1-2]。2000年，國家林業(yè)局提出了治理該區(qū)時(shí)應(yīng)采用“一坡三帶”治理模式，即在山頂建設(shè)水源涵養(yǎng)林，山腰建設(shè)水土保持林，山腳建設(shè)水土保持經(jīng)濟(jì)林[3]。

“一坡三帶”退耕還林治理模式自從被提出以來，目前在國內(nèi)的研究已經(jīng)取得了顯著的成果，覃志剛等[4]曾以四川廣元碗廠溝流域?yàn)檠芯繂卧?，采用野外徑流小區(qū)法，得出對嚴(yán)重侵蝕坡面的治理，采取“一坡三帶”的治理模式，能夠起到較好的水土保持效果這樣的結(jié)論。同時(shí)提出了“一坡三帶”配置模式，不但能有效地控制水土流失，而且充分利用土地資源，解決林牧爭地矛盾，在短期內(nèi)就有較高經(jīng)濟(jì)效益，對山區(qū)農(nóng)民脫貧致富具有現(xiàn)實(shí)意義[5]。在對地表徑流和土壤侵蝕的研究方面，由于地表徑流和土壤侵蝕是水土保持的重要研究內(nèi)容之一，因此無論國內(nèi)還是國外都是成績斐然。在研究方法方面，綜合來看，國內(nèi)外反映客觀實(shí)際的土壤侵蝕研究方法也是多種多樣[6]。而在研究成果方面，則從不同學(xué)科角度，針對不同的地理環(huán)境進(jìn)行了研究。

作為長江珠江之屏障，2002年，退耕還林工程在畢節(jié)市正式啟動(dòng)實(shí)施，同年畢節(jié)市林業(yè)技術(shù)推廣站根據(jù)畢節(jié)市的實(shí)際情況，將“一坡三帶”模式在畢節(jié)市進(jìn)行推廣應(yīng)用，取得了明顯的效果，全市各縣區(qū)按照此模式實(shí)施了退耕還林工程0.53萬hm2以上，有效地控制了退耕地的水土流失程度。但是“一坡三帶”優(yōu)化治理模式與常規(guī)退耕還林模式相比較，在對土壤徑流及土壤侵蝕的影響方面研究較少。為了探討“一坡三帶”模式對水土保持的優(yōu)越性和為畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和啟動(dòng)新一輪退耕還林提供一定的依據(jù)，通過模擬人工降雨法對畢節(jié)市“一坡三帶”退耕林、柳杉純林、核桃純林以裸地對照進(jìn)行了地表徑流和土壤侵蝕方面的研究。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2012—2015年在畢節(jié)市長春堡鎮(zhèn)進(jìn)行。畢節(jié)市地處云貴高原向東部低山傾斜的斜坡地帶，為長江珠江之屏障，位于東經(jīng)105°36′～106°43′，北緯26°21′～27°46′之間。畢節(jié)市是典型的巖溶山區(qū)，處在滇東高原向黔中山原丘陵過渡的傾斜地帶，境內(nèi)巖性復(fù)雜，山巒重疊，河谷深切，地勢陡峭，喀斯特地貌發(fā)育完整，形成集山地、丘陵、谷地、洼地為一體的典型高原山區(qū)地貌。區(qū)內(nèi)大部分地方屬亞熱帶濕潤氣候，年均日照1 231 h，氣溫13.09 ℃，降雨量1 129.04 mm，無霜期266 d。畢節(jié)市森林覆蓋率38.75%，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，四季分明，氣候宜人，適合于多種農(nóng)作物和動(dòng)物的生長、繁衍。主要災(zāi)害性天氣有倒春寒、春旱、伏旱、秋季低溫冷雨和冰雹、暴雨等。區(qū)內(nèi)出露巖石以石灰?guī)r為主，其次為砂頁巖、紫色砂頁巖等。自然土壤以酸性黃壤，中性紫砂土為主。endprint

1.2 降雨裝置

降雨裝置在參考中國科學(xué)院水土保持研究所研制的SR型野外人工模擬降雨裝置的基礎(chǔ)上自行設(shè)計(jì)，降雨高度定為2.0 m，降雨均勻系數(shù)達(dá)到80%以上[7]。降雨器下方設(shè)置試驗(yàn)小區(qū)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用原狀土模擬方法。分別于“一坡三帶”治理模式退耕林（YP）、柳杉純林（CS）、核桃純林（CJ）及傳統(tǒng)農(nóng)耕地（NG）構(gòu)建徑流實(shí)驗(yàn)區(qū)，徑流實(shí)驗(yàn)區(qū)應(yīng)保持原來的結(jié)構(gòu)，面積為1 m2，在土體的三邊用40 cm高的PVC板圍成，插入土中30 cm，外露10 cm，防止降雨泥沙濺出和試驗(yàn)土體外圍水分進(jìn)入，在土體第四邊距土體表層土壤5 cm處設(shè)置導(dǎo)流槽和集水槽用于收集地表徑流，不同退耕還林植被配置情況如表1。

1.4 數(shù)據(jù)調(diào)查

根據(jù)畢節(jié)市1981—2010年30年的降雨資料，選擇降雨保證率70%～80%的降雨強(qiáng)度作為此次的降雨強(qiáng)度，即6.1，6.2，6.3，6.4，6.5，6.6 mm·d-1，降雨時(shí)間80 min。降雨完后，將集水槽內(nèi)的地表徑流量全部收回，先在室內(nèi)進(jìn)行沉淀，后將泥沙放入烘箱內(nèi)在80 ℃恒溫下烘干、稱重，測定產(chǎn)沙量。降雨開始后，分別記錄以下數(shù)據(jù)：不同降雨強(qiáng)度下的徑流量和產(chǎn)沙量；80%保證率的降水強(qiáng)度（6.6 mm·d-1）下的初始產(chǎn)流時(shí)間，然后收集并測定產(chǎn)流量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)調(diào)查完成后，采用Excel和SPSS13.0軟件進(jìn)行處理和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同降雨強(qiáng)度對地表徑流的影響

研究得出（表2），無論是何種退耕模式，不同降水強(qiáng)度下的產(chǎn)流量、產(chǎn)流系數(shù)和產(chǎn)沙量均呈顯著差異，對于不同的降雨強(qiáng)度，6.7 mm·d-1降雨強(qiáng)度下的徑流量是降雨強(qiáng)度6.1 mm·d-1下的1.64倍，6.7 mm·d-1降雨強(qiáng)度下的產(chǎn)流系數(shù)是降雨強(qiáng)度6.1 mm·d-1下的1.79倍，6.7 mm·d-1降雨強(qiáng)度下的土壤侵蝕量是降雨強(qiáng)度6.1 mm·d-1下的1.76倍。降水作為坡面徑流的原動(dòng)力，降雨強(qiáng)度的增大，對地表的沖刷和擊濺作用越強(qiáng)，產(chǎn)流產(chǎn)沙越大[8]。

2.2 不同退耕模式地表徑流特征

不同退耕還林模式地表徑流特征見表3，觀測數(shù)據(jù)顯示，相同降雨強(qiáng)度、相同坡度以及相同區(qū)域，不同退耕模式的地表徑流呈極顯著差異，4種模式中，NG的地表徑流量最大，其次是CJ，再次是CS，最小的是YP，NG的地表徑流量是YP的10.2倍，CS的地表徑流量是YP的2.6倍，CJ的地表徑流量是YP的5.0倍。通過對不同模式下地表徑流系數(shù)的計(jì)算得出，徑流系數(shù)最小的也是YP，其次是CS，然后是CJ，最大的仍然是NG，NG的地表徑流系數(shù)是YP的15.6倍，CS的地表徑流系數(shù)是YP的3.4倍，CJ的地表徑流系數(shù)是YP的8.5倍。其規(guī)律和地表徑流一致。

4種模式下，徑流開始時(shí)間為YP>CS>CJ>NG。在退耕還林模式中，CJ徑流開始時(shí)間早，而YP徑流開始時(shí)間明顯晚于其他模式，CS、CJ的開始時(shí)間分別比YP早了1.57 min和2.08 min，而NG的徑流開始時(shí)間比YP早了4.5 min。因?yàn)槲锓N多樣性與土壤保持功能間存在著很好的一致性，物種多樣性的提高能促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能的穩(wěn)定性[9]。CS和CJ兩種模式相比，CJ的時(shí)間早于CS，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)林的精心管理和集約化經(jīng)營，林分密度高，水平郁閉度大，但由于空間結(jié)構(gòu)相對簡單，所以地表徑流和徑流系數(shù)較其他模式大[10]。

2.3 不同退耕還林模式土壤侵蝕特征

植被是控制水土流失的關(guān)鍵因素之一，植樹造林是最有效和最常采用的水土保持措施，利用森林植被的冠層、地被物的覆蓋和植物的根系有效減小雨水對表土的直接濺蝕，攔截地表徑流，提高土壤的持水量，有效涵養(yǎng)水源，從而達(dá)到保水保土的效益[11]。由表4看出，NG的土壤侵蝕量是YP的17.1倍，對于不同的退耕模式，CJ的土壤侵蝕量是YP的2.9倍，CS的土壤侵蝕量是YP的2.0倍，而且在整個(gè)過程中，不管是CJ還是CS，其土壤侵蝕量也一直高于YP。

3 結(jié)論和討論

（1）水土保持。農(nóng)村發(fā)展和農(nóng)民脫貧呈現(xiàn)互動(dòng)共生的關(guān)系，嚴(yán)重的水土流失和不斷惡化的生態(tài)環(huán)境問題已成為長江上游欠發(fā)達(dá)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)的障礙[12-14]，因此，將長江上游地區(qū)25度以上陡坡耕地納入退耕還林工程，對于長江上游水土流失治理具有重要意義。同時(shí)通過“一坡三帶”模式的推廣應(yīng)用，不僅考慮到了退耕還林的生態(tài)效益，更考慮到生態(tài)與經(jīng)濟(jì)共同發(fā)展的要求，在設(shè)計(jì)過程中采用林果結(jié)合，不僅達(dá)到了水土保持的效果，對解決農(nóng)民口糧問題也起到了關(guān)鍵性作用。

（2）植被豐富度的不同，產(chǎn)流量和產(chǎn)流系數(shù)也有顯著差異，在不考慮林冠層的作用下，3種退耕還林模式下的產(chǎn)流量及產(chǎn)流系數(shù)均為CJ>CS>YP。因此，通過應(yīng)用“一坡三帶”退耕還林模式，建設(shè)一個(gè)物種多樣性高、自我維持能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能協(xié)調(diào)的穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，才能真正達(dá)到治理水土流失的目的。

（3）研究表明，坡耕地是大量江河泥沙的主要來源；同時(shí)坡耕地嚴(yán)重的水土流失使山區(qū)丘陵土層變薄，養(yǎng)分流失，保水能力變差，使大多數(shù)坡耕地生產(chǎn)力低下，嚴(yán)重阻礙山地丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，使廣大山區(qū)農(nóng)民無法脫貧致富，更造成惡性循環(huán)，加速坡耕地的水土流失[15]。因此，退耕還林工程的實(shí)施，能夠使得工程區(qū)生態(tài)狀況明顯改善，水土流失和土地沙化明顯緩解。

（4）降水強(qiáng)度對產(chǎn)流產(chǎn)沙影響較大，相同退耕還林模式下，隨著降水強(qiáng)度的增加，產(chǎn)流產(chǎn)沙量也明顯增加。

參考文獻(xiàn)：

[1]史洪龍.貴州省畢節(jié)地區(qū)的水土流失及治理對策[J].中國水土保持，1988（10）：10-13.

[2]國務(wù)院.關(guān)于將長江上游列為全國水土保持重點(diǎn)防治區(qū)的報(bào)告的批復(fù)[EB/OL].（1988-04-22）http：//www.110.com/fagui/law_1088.html.

[3]國家林業(yè)局造林司.長江上游地區(qū)林業(yè)生態(tài)建設(shè)與治理模式（續(xù)）[J].林業(yè)實(shí)用技術(shù)，2003（3）：32.

[4]覃志剛，陳林武，朱志芳，等.盆北山地退化生態(tài)系統(tǒng)“一坡三帶”治理模式的研究[J].四川林業(yè)科技，2004，25（3）：27-31.

[5]覃志剛，邱進(jìn)賢.四川盆地嚴(yán)重侵蝕坡面林業(yè)治理技術(shù)研究[J].林業(yè)科技開發(fā)，2000，14（2）：13-15.

[6]王曉康.天山中部林區(qū)不同林分條件下地表徑流和土壤侵蝕特征研究[D].烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[7]陳文亮，唐克麗.SR型野外人工模擬降雨裝置[J].水土保持研究，2000，7（4）：106-110.

[8]魏強(qiáng)，張秋良，代海燕，等.大青山不同植被下的地表徑流和土壤侵蝕[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（5）：112-117.

[9]王震洪，段昌群，侯永平，等.植物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能關(guān)系及其生態(tài)學(xué)意義[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，30（3）：392-403.

[10]孔維健，周本智，傅懋毅，等.不同土地利用類型水土保持特征研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，33（4）：57-61.

[11]魏強(qiáng)，張秋良.地表徑流與土壤侵蝕研究進(jìn)展[J].中國水土保持，2008（9）：30-33.

[12]楊仁德，向華，魏善元.欠發(fā)達(dá)地區(qū)生態(tài)建設(shè)與新農(nóng)村建設(shè)的探索：以貴州畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)為例[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（5）：176-179.

[13]楊彥明，王曉娟.西南地區(qū)水土保持和農(nóng)村發(fā)展的若干政策問題[J].水利發(fā)展研究，2008（7）：42-45.

[14]廖重剛，羅永平.畢節(jié)市水土流失狀況及生態(tài)環(huán)境建設(shè)途徑探討[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（5）：105-108.

[15]傅濤，倪九派，魏朝富，等.坡耕地土壤侵蝕研究進(jìn)展[J].水土保持學(xué)報(bào)，2001，15（3）：123-128.endprint