伊犁河谷不同植被類型的水土保持效果

鄭貴元 張文太　李建貴　王飛　張佩佩　張少博　仲亞婷

摘要 [目的]分析伊寧市鐵廠溝地區(qū)多種植被的水土保持效果，為保護伊犁河谷的生態(tài)環(huán)境及減少水土流失導(dǎo)致的經(jīng)濟損失提供參考植被。[方法]通過實地統(tǒng)計法和烘干法，分析以蘋果、杏樹、榆樹、怪柳、合歡樹、黑枸杞、榛子、苜蓿、狗牙根、角果黎組合共16個小區(qū)的產(chǎn)流量與產(chǎn)沙量及平均侵蝕模數(shù)值。[結(jié)果]同等覆蓋度下不同林木種類中以蘋果小區(qū)的侵蝕模數(shù)最?。徊蓊愔脖恢幸?5%角果黎的侵蝕模數(shù)最??；85%角果黎的水體保持效果優(yōu)于30%角果黎的水土保持效果。[結(jié)論]在同等覆蓋度下最適宜伊寧市水土保持效果的植被是蘋果。鑒于高密度角果黎的水土保持效果也較好，可采用蘋果樹與角果黎搭配栽種的方式來保持當(dāng)?shù)氐乃痢?/p>

關(guān)鍵詞 伊犁河谷；植被；水土保持；土壤侵蝕

中圖分類號 S157 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）01-0064-03

Effect of Several Types of Vegetation on Soil and Water Conservation in Ili River Valley

ZHENG Guiyuan1， ZHANG Wentai2*， LI Jiangui1 et al

（1. Research Institute of Forestry， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830000；2. College of Grassland and Environmental Sciences， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830032）

Abstract [Objective] To protect ecoenvironment in Ili River Valley and reduce economic losses caused by soil erosion， soil and water conservation effects of several types of vegetation in Tiechanggou area， Yining City were analyzed. [Method] By field statistical method and drying method， surface flow， sediment yield and average erosion modulus of 16 plots were analyzed by cultivating apple， apricot tree， elm， Tamarix chinensis， silk tree， black wolfberry， hazelnut， alfalfa， bermuda grass， Ceratocarpus arenarius. [Result] Under the same coverage， the modulus of soil erosion in apple plot was the least；the modulus of erosion by coverage of 85% Ceratocarpus arenarius was the least；soil and water conservation effect of 85% Ceratocarpus arenarius was better than 30% Ceratocarpus arenarius. [Conclusion] Under the same coverage， the most suitable vegetation in Yining is the apple. In view of good conservation effect of high density Ceratocarpus arenariu， collocation planting way of apple tree and Ceratocarpus arenariu is the optimal mode for soil and water conservation in Yining City.

Key words Ili River Valley；Vegetation；Water and soil conservation；Soil erosion

我國是世界上水土流失最嚴(yán)重的國家[1]，僅在2000年因水土流失直接導(dǎo)致的經(jīng)濟損失達642.6億元[2]。據(jù)相關(guān)資料記錄，2010年4月26日伊犁河谷遭遇第一次沙塵暴[3]。新疆是山地與丘陵、高山雪地等多種地貌形態(tài)匯集地。沙塵暴和各種原因?qū)е碌耐寥狼治g加劇了新疆生態(tài)環(huán)境惡化。據(jù)劉寶元等[4]統(tǒng)計的新疆水力土壤侵蝕面積為87 621 km2，水力侵蝕強度屬于中等偏強。目前，關(guān)于伊犁的植被水土保持效果研究鮮見報道。植被防護可以顯著減少土壤侵蝕，防止水土流失[5]。國內(nèi)學(xué)者對不同植被的水土保持效果具有一定的共識和研究成果[6-8]，因為不同學(xué)者的研究對象、區(qū)域不同以及選用植被類型不同，所以對不同植被在不同區(qū)域的水土保持效果尚未形成統(tǒng)一的水土流失保持效果結(jié)論[9]。近年來，我國認(rèn)識到伊犁河谷水土保持的重要性，開始不斷增設(shè)水土流失專項治理與調(diào)查研究項目，如伊寧縣在2012和2013年先后得到專項資金治理水土流失[10]。筆者研究了不同植被在伊犁河谷的水土保持效果，旨在為當(dāng)?shù)厮帘３种卫碇羞x用適宜的植被提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)伊寧市巴彥岱鎮(zhèn)北支干水管站臨近的鐵廠溝觀測站。觀測站臨近北支干渠，位于北支干水管站臨近山坡上，地理坐標(biāo)是81°10′44″ E，43°58′53″ N。伊寧市年降雨量257.5 mm，年平均氣溫8.4 ℃，平均風(fēng)速2.1～2.5 m/s。觀測站地附近多丘陵山坡，山坡多數(shù)無植被僅有少數(shù)野草生長，且地處少數(shù)民族聚集地區(qū)多牧民放牧羊群，水土流失量多，土地退化嚴(yán)重[11-12]。

1.2 小區(qū)布設(shè)

試驗地與鐵廠溝觀測站處于同一山坡上，在山坡上設(shè)20.0 m×5.1 m長方形的柵格欄地為單個徑流小區(qū)。共有16個小區(qū)。植被情況見表1。第13小區(qū)黑枸杞種植了30棵樹苗外，其余小區(qū)林木數(shù)都為20棵。林木株行距為219 cm×200 cm。試驗小區(qū)在斜坡上，斜坡坡度為12 °。16個試驗小區(qū)的基本特征見表1。

1.3 試驗方法

1.3.1 徑流小區(qū)的產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量測定。在所有試驗小區(qū)坡下都安裝了管道，管道下置有大型鐵罐，鐵罐內(nèi)放有水桶，用于采集所有小區(qū)每次降雨的產(chǎn)流量。在測定單個小區(qū)每次降雨的產(chǎn)沙量時，先把水桶內(nèi)水樣攪勻，然后采集1 L水樣烘干。產(chǎn)流值是單個小區(qū)單次產(chǎn)流總量除以小區(qū)面積計算所得，產(chǎn)沙量是以烘干后的1 L水含沙量乘以單個小區(qū)單次降雨時水泥混合物質(zhì)量計算出單個小區(qū)的單次降雨產(chǎn)沙量。

1.3.2 水桶深度與體積的換算。

水桶的深度用量筒測定。使用SPSS和Excel軟件計算回歸方程：y=0.730x-0.739。式中，y為水桶內(nèi)水的體積（產(chǎn)流量），單位L；x為水桶內(nèi)水的深度，單位cm。

1.3.3 降雨量及降雨時間的確定。

降雨量數(shù)據(jù)來源于伊寧州水利局匹里青河氣象站，以實測記錄的降雨時間校正。匹里青河氣象站距離試驗地近，兩地相距約1.5 km。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨特征

2015年4月27日至6月22日的降雨量呈一個拋物線型。從圖1可見，6月10日為拋物線的時間頂點。6月27日至8月26日的降雨趨勢為“W”形，這段時間為降雨高峰。9月3日至9月21日的降雨量呈增大趨勢。由此可知，降雨時間主要集中在6月27日至8月24日。在6月27日以前降雨量大致相當(dāng)，而在8月24日以后降雨呈增強趨勢。

2.2 不同植被類型小區(qū)的產(chǎn)流量

從圖2可見，4月30%黑枸杞區(qū)的產(chǎn)流量為0.5 mm，5月40%黑枸杞區(qū)的產(chǎn)流量為0.01 mm，6月蘋果區(qū)的產(chǎn)流量0.37 mm，7月蘋果區(qū)的產(chǎn)流量0.21 mm，8月蘋果區(qū)的產(chǎn)流量0.27 mm，9月是蘋果區(qū)的產(chǎn)流量0.17 mm?？傮w來看，蘋果區(qū)的產(chǎn)流量最小。

從圖3可見，4—9月產(chǎn)流量最小的小區(qū)依次為4月空白對照區(qū)（0.45 mm），5月80%苜蓿區(qū)（0.12 mm），6月85%角果黎區(qū)（1.45 mm），7月55%角果黎區(qū)（0.17 mm），8月30%角果黎區(qū)（0.28 mm），9月空白對照區(qū)（0.65 mm）。 從4—9月的總數(shù)值看，6—8月角果黎區(qū)的產(chǎn)流量均為最低，但是85%角果黎區(qū)產(chǎn)流量在這3月內(nèi)，并非每月都是最低值。這可能是由于當(dāng)?shù)爻掷m(xù)干旱導(dǎo)致土壤在降雨時吸收雨水量的飽和度不同而出現(xiàn)產(chǎn)流差異。9月后草類開始凋落，因此空白對照區(qū)的產(chǎn)流量最低。

從圖2、3可見，4—9月林木和林草混合區(qū)的產(chǎn)流量超過2 mm的次數(shù)為12，草類區(qū)的產(chǎn)流量超過2 mm的次數(shù)為5。這表明伊犁河谷林木和林草混合區(qū)的產(chǎn)流強度高于草類區(qū)。

2.3 不同植被類型小區(qū)的產(chǎn)沙量

從圖4可見，4—9月產(chǎn)沙量最小的小區(qū)依次為4月30%黑枸杞區(qū)（0.05 t/km2），5月40%黑枸杞區(qū)（0.04 t/km2），6月蘋果區(qū)（0.03 t/km2），7月蘋果區(qū)（0.02 t/km2），8月蘋果區(qū)（0.02 t/km2），9月蘋果區(qū)（0.01 t/km2）。從4—9月不同林木和林草混合區(qū)的總數(shù)值看，蘋果區(qū)的產(chǎn)流量在3個月份中為最小，故蘋果區(qū)的持沙量最好。

從圖5可見，4—9月產(chǎn)沙量最小的小區(qū)依次為4月空白對照區(qū)（0.04 t/km2），5月苜蓿區(qū)（0.01 t/km2），6月85%角果黎區(qū)（0.14 t/km2），7月55%角果黎區(qū)（0.01 t/km2），8月30%角果黎區(qū)（0.02 t/km2），9月空白對照區(qū)（0.06 t/km2）。從總數(shù)值次數(shù)看，不同覆蓋率的角果黎區(qū)比空白對照區(qū)最小數(shù)值次數(shù)多，說明角果黎區(qū)的防侵蝕效果最好。

2.4 不同植被類型小區(qū)的平均侵蝕模數(shù)

從圖6可見，杏樹區(qū)的平均侵蝕模數(shù)最大，達1.11 t/km2。怪柳區(qū)和合歡樹區(qū)的侵蝕模數(shù)值相近。榛子區(qū)和榆樹區(qū)侵蝕模數(shù)值相近。蘋果區(qū)的平均侵蝕模數(shù)最小，0.27 t/km2。

綜合分析，狗牙根區(qū)和杏樹區(qū)的年平均侵蝕模數(shù)最大且數(shù)值接近。85%角果黎區(qū)和蘋果區(qū)的平均侵蝕模數(shù)均為最小，對比后發(fā)現(xiàn)85%角果黎區(qū)的平均侵蝕模數(shù)（0.43 t/km2）大于蘋果區(qū)（0.21 t/km2）。這與趙護兵等[13]和彭紹云等[14]的結(jié)論不同。高密度草、灌、喬類等植被的水體保持效果并不優(yōu)于林木的水土保持效果。但與李麗輝等[9]的研究結(jié)果一致，即伊犁特殊的生態(tài)環(huán)境導(dǎo)致了這一情況。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年

3 結(jié)論與討論

（1）該研究表明，多數(shù)小區(qū)的侵蝕模數(shù)較低，只有杏樹區(qū)和狗牙根區(qū)最大，說明這2種林草的水土保持效果相對較差。

（2）草類植被區(qū)中無論產(chǎn)沙量還是產(chǎn)流量均以角果黎區(qū)為低。通過對比角果黎區(qū)不同覆蓋率的產(chǎn)沙量，得出角果黎植被區(qū)覆蓋率越高越能減少水土流失量。

（3）同一小區(qū)在不同月份的產(chǎn)流量不僅受到植物生長狀況的影響，還受生長時期和降雨量的影響，甚至包括降雨時間的影響。在降雨量較大的6和7月，林地類型植被的產(chǎn)流量最大值明顯高于草地的最大值，變化幅度也較大，且林地植被在9月也存在產(chǎn)流量變化幅度大的情況。

（4）該試驗結(jié)果表明，在不同生長期不同植被的水土保持效果并不完全一致，鑒于生長期植被尚未生長發(fā)育完全，因此主要參考數(shù)值應(yīng)以6月以后的數(shù)值為主。綜合對比產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量以及年平均侵蝕模數(shù)等數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)蘋果區(qū)的水土保持效果最優(yōu)。

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