三峽庫區(qū)坡地果園生態(tài)治理措施研究進展

馬正銳, 孟祥江*, 何邦亮, 王蕾, 夏鷹

1. 重慶市林業(yè)科學研究院, 重慶 400036；

2. 重慶三峽濕地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站, 重慶 400036；

3. 重慶市武隆區(qū)林業(yè)局, 重慶 408500

三峽庫區(qū)是我國水土流失較嚴重的地區(qū)之一，平均土壤侵蝕模數(shù)為3 000 t·hm?2·a?1；而坡耕地是庫區(qū)泥沙的主要來源，其侵蝕模數(shù)達7 500 t·hm?2·a?1，年侵蝕量9 450萬t，占庫區(qū)年侵蝕總量的60%[1]。三峽大壩蓄水后，庫區(qū)的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步調(diào)整，開始大力營建果園，其中柑、橘、橙、柚等柑橘類是庫區(qū)支柱果業(yè)。坡地果園成為庫區(qū)坡耕地重要的土地利用方式，一般位于坡陡土薄、立地條件相對較差的低海拔坡地上，建設標準較低、管理粗放、物種配置單一，同時存在水土流失、經(jīng)濟效益低等問題。為有效緩解和治理三峽庫區(qū)坡地果園水土流失、養(yǎng)分流失、面源污染、土地退化等生態(tài)問題，近年來國內(nèi)學者進行了大量的研究[2-7]。本文綜述庫區(qū)坡地果園治理的研究現(xiàn)狀和進展，提出相關(guān)建議與意見。

1 主要治理措施

不同的地形地質(zhì)，不同的坡度、坡長及坡向都是造成水土流失的內(nèi)因，而地表裸露和暴雨是產(chǎn)生地表徑流的外部條件。根據(jù)果園土壤流失的特征和影響因素，控制土壤流失應：①增加地面覆蓋度，減少降雨對坡地土壤的濺蝕，降低濺蝕動能，從而降低土壤流失；②降低徑流系數(shù)，消耗徑流沖擊能量，控制土壤流失。提高降雨徑流利用率、減少水土流失、提高土地生產(chǎn)力是庫區(qū)坡地果園綜合治理的核心，其主要措施有坡改梯、植物綠籬、農(nóng)林間作和覆蓋措施等。

1.1 坡改梯工程

坡改梯是坡地治理的一項重要工程措施，坡改梯具有明顯的保水保土效果，與坡耕地相比，可減緩坡面坡度，減少地表徑流，改善土壤的物理性狀，增加土壤孔隙度，提高土壤含水量和土層貯水量。

坡改梯的地埂有土埂、石埂、土石混合埂、生物埂等多種類型[7-8]。其中土埂適用坡度相對較小的坡地，常采用泥土修筑較低矮的地埂，并對地埂內(nèi)側(cè)和外側(cè)邊坡及埂頂夯實。生物埂是將喬灌草植物種植在土埂上，起到固結(jié)土壤，增強埂坎穩(wěn)定性的作用。石埂適用坡度相對較大的坡地，其修筑成本高，分為漿砌石砌筑和干砌石砌筑，當梯地埂坎較高時，應采用前者，并用水泥砂漿勾縫；埂坎較矮時，可采用后者。土石混合埂底部基礎(chǔ)部分采用石料砌筑，頂部培土。

地埂根據(jù)果園實際進行修筑，其材料就地取材，選擇土料或石料，當原地面坡度小于15°時，地埂高度為0.5～1 m，可修建土埂或土石混合埂；當原地面坡度為15～25°時，地埂高度為0.8～1.5 m，在材料滿足的情況下，修建石埂[6]。為提高土埂或土石混合埂的穩(wěn)定性，減少水土流失，結(jié)合等高植物綠籬營建生物埂。

1.2 植物綠籬

植物綠籬是沿坡地果園等高線，布設密植灌木、灌化喬木及灌草結(jié)合的無間斷性或接近連續(xù)的密集植物籬帶，是具有擋土墻功能的一種活籬笆。

楊玉義等[9]認為植物籬的選擇不僅要考慮防治水土流失效果和增收效應，還應以本土物種為主，利于保持生物多樣性和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。楊遠祥等[10]認為植物籬樹種應易繁殖、耐刈割、耐干旱瘠薄、生長迅速，且以固氮灌草類為宜。筆者總結(jié)植物綠籬樹種選擇依據(jù)包括：①植物的環(huán)境適應性和生長速度；②植物構(gòu)造籬笆的屬性，即能否在較短的時間內(nèi)在近地面部位郁閉；③競爭性，是否與果樹具有較小競爭作用；④籬笆植物經(jīng)營的可行性，植物易栽培、投入成本低，能帶來一定的經(jīng)濟效益；⑤多方面的利用價值，具有較高的維持土壤養(yǎng)分循環(huán)、改善土壤肥力的能力。綜合來說，植物籬物種應選擇適宜當?shù)貧夂蚝屯寥罈l件、多年生、生長迅速；萌孽力強分枝密、擋土保水效果好；根系深、水平側(cè)根少；易營造、易繁殖、投入低、能固氮且具有一定經(jīng)濟效益的灌木和草本。

中科院地理所在湖北秭歸開展了植物籬研究工作，李秀彬等[11]、許峰[12]篩選出適宜的樹種有新銀合歡、黃荊、馬桑、木槿、香根草等，其中前三種是較好的綠肥植物。中國林科院亞林所開展了生態(tài)經(jīng)濟型植物籬的篩選與評價研究[13]，篩選出茶葉、地石榴、紫穗槐、金蕎麥、黃花菜等經(jīng)濟生態(tài)兼顧的植物籬品種適用于三峽庫區(qū)。此外，呂文星[7]等選用的黃荊和紫背天葵等植物籬，改良了土壤的物理性質(zhì)，減少了土壤侵蝕和養(yǎng)分流失。

等高植物籬以多行密植灌木或矮化喬木等高種植為特征，寬度30～60 cm為宜，當植物籬高度超過1 m時，應當進行修剪，使其低于50 cm，以減少植物籬對帶間果樹的影響，并且為植物籬帶間坡地提供足夠的綠肥。植物籬的帶間距對于其生態(tài)功能的大小具有重要意義，首先應滿足果園管理需要；最小帶間距應大于根系脅迫水平寬度，減少植物籬與帶間果樹的競爭；還應大于植物籬投影寬度，減小對果樹光合作用的影響[2]。帶間距還決定了土壤侵蝕的大小，應根據(jù)坡耕地的坡度、土壤可蝕性和地表徑流等因素確定，在庫區(qū)縱向帶間距以不超過15 m為宜[11]。許峰等[12]在庫區(qū)的研究表明，植物籬帶間距應滿足養(yǎng)分流失控制的條件，最大水平帶間距應小于臨界淤積層寬度與坡長之和。

1.3 農(nóng)林間作

農(nóng)林間作集農(nóng)、林兩產(chǎn)業(yè)于一體，具有生產(chǎn)與保護兩種作用，既能有效攔截徑流泥沙，減少水土流失，改善果園的生態(tài)條件，又能提高產(chǎn)量與產(chǎn)值，實現(xiàn)坡地果園的可持續(xù)利用。

果園農(nóng)林間作的生物結(jié)構(gòu)特征優(yōu)于單一的果林種植模式，生物量和生產(chǎn)力得到大大提高，在空間分布與時間利用過程中形成了互利共生的關(guān)系。農(nóng)林間作模式將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與土壤保持相結(jié)合的能力，對發(fā)展生產(chǎn)的基本資源的保護作用，是其在持續(xù)利用土地上所做出的主要貢獻。

溫熙勝[1]系統(tǒng)地評價了三峽庫區(qū)坡地果園的農(nóng)林復合模式，該模式是一條經(jīng)濟效益高、水土保持功能強且廣泛適用的管理技術(shù)與模式，其關(guān)鍵技術(shù)和環(huán)節(jié)是科學選擇物種，并結(jié)合當?shù)刂鲗Мa(chǎn)業(yè)，充分利用物種之間相生性，同時避免相克性。唐強等[14]研究表明適合庫區(qū)果園間作的有小麥、玉米、豆類、花生、馬鈴薯等，并強調(diào)對不同生長特性的物種在時間和空間上進行合理搭配，構(gòu)建了柑橘—蠶豆—小麥—芝麻、柑橘—小麥—玉米—大豆、柑橘—紅薯等配置模式。農(nóng)林間作模式，充分利用土地和光熱資源；從經(jīng)濟上，多品種可以保障穩(wěn)定的收入，在庫區(qū)整個生產(chǎn)力水平不高的情況下，可以通過錯季管理，來提高勞動生產(chǎn)率[15]。與田間工程措施相比，農(nóng)林間作能更好地控制面源污染、增加產(chǎn)出，而且投入資金遠遠低于前者，是庫區(qū)值得推薦的農(nóng)林管理模式。

1.4 覆蓋措施

覆蓋措施以果樹行間增加地面覆蓋物以緩沖雨水對地表的直接沖擊力，增加雨水滲入，減少地表徑流，從而控制水土流失。果園覆蓋措施主要包括秸稈覆蓋、生草覆蓋等。秸稈覆蓋以農(nóng)作物秸稈作為覆蓋物，根據(jù)處理方式的不同，分為整稈壓倒覆蓋、粉碎覆蓋以及留茬等[16]。秸稈覆蓋可保水保土、改變土壤結(jié)構(gòu)，增強土壤肥力、調(diào)節(jié)土壤溫度和水分，抑制雜草生長、提高果實品質(zhì)等。

生草覆蓋以果樹行間種植多年生草本植物作為覆蓋物，是一種以收獲飼草為目的的特殊農(nóng)林間作模式，在減少水土流失、提高土壤肥力、增強土壤蓄水保墑能力和抑制雜草生長等方面[16]都具有良好的生態(tài)及經(jīng)濟效益。生草果園不必每年進行土壤耕翻和除草，僅需刈割幾次，節(jié)約了果園勞動成本。生草包括多年生飼草和季節(jié)性飼草，而采用多年生飼草覆蓋，較季節(jié)性飼草可明顯降低坡面泥沙流失量。在雨季需減少季節(jié)性飼草刈割次數(shù)，或套種生長期不一致的其他飼草（綠肥）品種，使果園地表覆蓋率提高，延長覆蓋時間，可大幅減少水土流失。生草覆蓋具有明顯的水土保持功效，且比秸稈覆蓋有著更高的經(jīng)濟價值，既可為牲畜提供飼草，也可提高土壤肥力，對于促進果園可持續(xù)經(jīng)營具有重要意義，在三峽庫區(qū)坡地果園應推廣生草覆蓋技術(shù)。

果園生草一般要求是易于種植、適應性強、矮稈根系較淺、產(chǎn)草量大[17]，易形成草皮覆蓋地面的草種。三峽庫區(qū)適宜的多年生飼草有紫花苜蓿、白三葉、黑麥草、紫云英等，季節(jié)性飼草有百喜草、光葉苕子、籽粒莧等[18]。生草宜在果樹行間種植，草帶應距樹盤外緣50 cm以上；當生草長到40～50 cm高左右時，進行刈割，并將割下的生草覆蓋在果樹樹盤上，以利保墑。

2 生態(tài)及經(jīng)濟效益評價

各治理措施生態(tài)經(jīng)濟效益主要體現(xiàn)在控制水土流失、減少土壤養(yǎng)分流失、提高土壤肥力、增加經(jīng)濟效益等方面。

2.1 減緩地表徑流流速，減少水土流失

（1）坡改梯工程

坡改梯工程是典型的水土保持工程措施，其減少水土流失的功能顯著。袁東海等[19]研究表明，等高土埂處理能減少徑流流失70%，減少泥沙流失量95%。蔡強國等[20]對暴雨情況下25度陡坡地上的土壤侵蝕監(jiān)測結(jié)果顯示，石坎梯田比坡地的徑流量減少62%～67%，侵蝕產(chǎn)沙量減少97%～99%。韋杰等[21]構(gòu)建的植物地埂，其減蝕效益達94%。

（2）植物綠籬

等高植物綠籬能有效減少坡地果園的水土流失，其對地表徑流的機械阻擋是土壤侵蝕量大幅下降的主要原因。植物綠籬根部能阻擋水流，減緩地表徑流流速[22]，減小水流的泥沙攜帶能力，能有效阻止侵蝕泥沙向下方運輸，在籬前形成堆積；對不同粒徑土壤顆粒的流失均有控制效果，其中對粒徑較大的土壤顆?？刂菩Ч黠@。

唐亞等[23]在坡地上建立的高密度植物籬可降低地表徑流50%～70%；李秀彬等[11]采用人工模擬降雨試驗，表明栽植植物綠籬的陡坡試驗小區(qū)累計徑流量比對照區(qū)削減30%～50%。廖曉勇[24]等設置的皇竹草等高植物綠籬與傳統(tǒng)果園經(jīng)營模式相比，徑流量減少了59% ～66%，侵蝕量減少了71%～78%。夏立忠等[25]采用香椿、紫花苜蓿植物籬分別使徑流量、泥沙量降低77%和74%。孫輝等[26]構(gòu)建的新銀合歡、山毛豆等多種等高植物籬，結(jié)果表明植物籬處理的土壤侵蝕量僅為對照的15%～24%，植物籬在種植4～7年后，可形成穩(wěn)定的綜合效益較好生物埂。

（3）農(nóng)林間作模式

果園通過合理間作有效保護了土壤，減少了地表徑流量和土壤流失量，提高了土壤的有效水貯量，減少水土流失。陳霞等[27]在重慶江津構(gòu)建了柑橘—大豆、柑橘—馬鈴薯、柑橘—白菜3種單季間作模式和1種周年間作模式，結(jié)果顯示單季間作模式可減少柑橘園水土流失量6.7%～13%；而周年間作的柑橘園行間覆蓋率最高，可減少水土流失量約

20%。

（4）覆蓋措施

秸稈覆蓋可以減緩地表徑流，充分接收雨水，增加土壤含水量。秸稈有很強吸持水分的能力，其覆蓋在地表，可有效地減弱雨滴對土壤的擊濺侵燭和對土壤結(jié)構(gòu)的破壞，增加雨水入滲速率；覆蓋度越高，土壤侵蝕越小。秸稈覆蓋的地表徑流量相比裸地減少26%～31%，泥沙量減少70%～82%[28]。江才倫等[5]對庫區(qū)坡地柑橘園的清耕、秸稈覆蓋和生草覆蓋等耕作方式的水土流失情況進行了研究，結(jié)果顯示秸稈覆蓋的年徑流量和泥沙量分別比清耕減少10%和41%。

生草覆蓋能顯著降低地表徑流量和土壤流失量，因生草覆蓋條件下，大量的降雨以入滲的形式流入土壤中。生草覆蓋削弱了雨滴對土壤的打擊作用，使土壤表面免受雨滴直接打擊，從而減弱了對土壤結(jié)構(gòu)的破壞，減緩坡面徑流的流速，從而提高土壤的含水量及降低產(chǎn)流強度。生草可增加地表的糙率，阻延流速，降低了水流的能量，減少了徑流沖刷，所以能顯著地減少土壤侵蝕。

江才倫等[5]研究表明生草覆蓋的年徑流量和泥沙量分別比清耕減少8%和46%。夏立忠等[24]研究表明多年生生草覆蓋相比對照組可減少泥沙流失量73%。 不同的降雨季節(jié)，覆蓋的效果有較大差異；4—9月份是水土流失的高峰季節(jié)，在雨季種植覆蓋率大的生草，其控制水土和養(yǎng)分流失的效果比較明顯。多年生生草可以有效避免季節(jié)性耕作帶來的水土和養(yǎng)分流失，有利于穩(wěn)定植被覆蓋，減少對土壤結(jié)構(gòu)的破壞；而季節(jié)性飼草亦可降低地表徑流，并且這一作用隨地表覆蓋率的增加而增大。

2.2 減少土壤養(yǎng)分流失、提高土壤肥力

植物綠籬主要是通過減少土壤侵蝕量而影響泥沙態(tài)氮磷養(yǎng)分的流失。夏立忠等[25]構(gòu)建的香椿、紫花苜蓿植物籬，分別使泥沙磷素流失量降低了54%和50%；同時氮素的流失量也明顯低于對照組。肖波等[29]研究表明，植物籬年均可減少69%總氮和54%全磷的損失，具有顯著的面源污染防治效果。孫輝等[26]構(gòu)建的固氮植物籬，在種植年后土壤有機質(zhì)增加20%～30%，全氮增加70%～120%。

覆蓋措施可增加改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力。吳電明[30]研究表明臍橙園秸稈覆蓋和白三葉生草覆蓋均可改善土壤孔隙度、溫濕度，顯著提高土壤有機質(zhì)、全N和堿解N含量。徐泰平等[28]研究表明秸稈還田可顯著減少N、P的流失，減幅為60%～76%。齊鑫山等[31]研究表明生草覆蓋后土壤的保水保墑能力和有機質(zhì)含量明顯增加，豆科生草可提高土壤N含量，大大減少果園氮肥的施用，而禾本科生草可提高土壤P的含量。

農(nóng)林間作農(nóng)作物可吸收果園土壤中的N、P，有效減少土壤中的N、P的累積。陳霞等[27]研究表明，果園不同類型間作均能減少土壤N、P的累積，其中周年間作效果更明顯，每年從土壤中吸收1.13 kg·hm?2的N和0.59 kg·hm?2的P，對面源污染的攔截能力較好。合理的間作還會增加果園土壤微生物數(shù)量，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。

2.3 增加經(jīng)濟效益

坡改梯和植物綠籬處理后果園產(chǎn)量和產(chǎn)值均有一定程度的提高。申元村[31]對三峽庫區(qū)臍橙園在植物籬、石坎梯田和坡地果園三種模式下臍橙產(chǎn)量進行了研究，結(jié)果表明植物籬果園的產(chǎn)量比石坎梯田果園增加約20%，比坡地果園增加25%。楊清平研究表明[33]植物籬可明顯減少陡坡地土壤流失，而其投資僅是石坎水平梯田的10%～20%。農(nóng)林間作能起到雙贏的作用，使果園獲得更好的經(jīng)濟效益，陳霞等[27]研究表明周年間作后單位面積產(chǎn)量和產(chǎn)值都顯著上升，扣除投資成本后，產(chǎn)量提高87%，盈利增加76%。

不同治理措施相關(guān)生態(tài)、經(jīng)濟效益及主要樹種選擇詳見表1。

從表1可以看出，坡改梯工程水土保持功能最顯著，其次是等高植物綠籬、秸稈覆蓋和生草覆蓋，農(nóng)林間作模式最差。坡改梯工程是典型的水土保持工程措施，其造價一般比較高；而植物綠蘺、生草覆蓋等成本低，可增加土壤養(yǎng)分含量，且具有一定的經(jīng)濟效益。

3 結(jié)論與討論

坡度是坡地果園水土流失治理的限制因素之一，坡度在0～5°時，其地表徑流差異不大；大于5°后地表徑流大幅增加，徑流中泥沙含量也隨之增加。農(nóng)林間作措施在0～5°的坡地上有較高的水土保持效益，坡改梯工程對15～25°的坡地效果明顯，植物籬和覆蓋措施對<25°的坡地均有效果。坡地果園治理要堅持提高地表植被覆蓋度、減緩坡度的原則，25°以上的陡坡地應全面退耕還草，0～5°的坡地果園可實施農(nóng)林間作。

而15～25°的坡地果園應進行坡改梯工程建設，并修建截水溝、排水溝等坡面水系工程。在坡改梯初期其性能往往不穩(wěn)定，且對土壤肥力的改善和提高作用不明顯，可在地埂上種植灌草植物形成生物埂，起到固結(jié)土壤、維持埂坎穩(wěn)定性，提高保水保土效果的作用。植物綠籬形成以后能夠緩解坡度，提高土壤的保水能力，且具有顯著地提高土壤抗沖性的功能，鑒于植物籬具有與梯田相似的保持水土保持功效，故應有效地將植物綠籬與坡改梯工程結(jié)合起來。同時通過生草覆蓋和秸稈覆蓋，增加地表覆蓋率、截留降雨，以減少水土流失。雨季的土壤養(yǎng)分流失量占全年的一半以上，應提高地面覆蓋率，以減少土壤流失；同時充分利用飼草、作物生長的時間和空間差，開展生草覆蓋、農(nóng)林間作，增加地表植被覆蓋，以減少果園土地裸露程度。

表1 不同治理措施的生態(tài)、經(jīng)濟效益Tab.1Eco-economic benefits of different treatment measures

植物綠籬和農(nóng)林間作可能會與果樹爭奪生長空間、土壤養(yǎng)分和水分等問題，導致果樹產(chǎn)量的下降等；而全園生草覆蓋也容易導致樹勢削弱。合理選擇植物籬和農(nóng)林間作品種，提高各項管理措施，可最大限度減少植物籬、農(nóng)作物與果樹的競爭。對于生草覆蓋果園，要適時刈割或配備簡易灌溉設施，來緩解、消除其爭水矛盾；同時建議加強管理、合理施肥和更換草種等。

坡改梯是單純的水土保持工程措施，其水土保持功能顯著，而結(jié)合植物綠蘺、覆蓋技術(shù)、農(nóng)林間作等措施進行治理，具有更高的實用價值和經(jīng)濟效益。庫區(qū)坡地果園的治理和植被恢復，應考慮地形、坡度、氣候以及當?shù)氐纳鐣?jīng)濟發(fā)展水平與勞動力狀況等因素，將坡改梯工程和植物措施有效結(jié)合，充分發(fā)揮植物籬、飼草和農(nóng)作物等灌草植物的生態(tài)經(jīng)濟效益。