江西紅壤地區(qū)不同水土保持措施生態(tài)效益對比研究

張秀梅

(江西省水投工程咨詢集團有限公司,江西 南昌 330000)

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江西省九江市鄱陽湖湖濱區(qū)，總面積約為33.8km2，海拔20～150m，其中海拔20～25m占比為15%，海拔25～50m占比為20%，海拔50～150m占比為65%，地面坡度5°～35°。研究區(qū)屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均降雨量1437mm(春夏兩季降雨占比75%～85%左右)，年平均氣溫17.3℃，年平均日照數1914h，年平均無霜期為259d。

研究區(qū)土壤屬于紅壤土，土壤偏酸性，結構松散，在降雨侵蝕下易發(fā)生水土流失，目前水土流失面積約為9.55km2，占研究區(qū)總面積的29.1%，其中輕度水土流失、中度水土流失、重度水土流失、極強水土流失、劇烈水土流失面積分別為5.12、2.93、0.45、0.34、0.09km2，分別占水土流失面積的53.6%、37.2%、4.7%、3.6%、0.9%。針對研究區(qū)水土流失情況比較嚴重，決定對該地區(qū)進行水土流失治理，主要治理措施包括種植油茶、紅豆杉、濕地松等以及其他輔助配套措施。

2 研究方法

2.1 樣地布設

在研究區(qū)野外選擇坡向、坡度和海拔相似的樣地進行小區(qū)徑流觀測和土樣調查試驗，坡向均為西北向，海拔為50～65m，坡度8°～12°。選取油茶、紅豆杉、濕地松(封禁林)、濕地松(水保林)和對照試驗組五種措施下的樣地進行對比研究(林地種植時間均為2019年)，每種措施樣地的規(guī)格為長20m×寬20m，采樣時的平均氣溫為15℃，均按“S型”對土樣進行取樣，每個措施均采樣3次，采樣土壤剖面尺寸為0.4m×0.4m[1- 3]。各試驗樣地基本情況見表1。

表1 試驗小區(qū)基本情況

小區(qū)徑流觀測為2020和2021連續(xù)兩個年份，對各小區(qū)的降雨量、徑流量和泥沙量進行分析；土樣調查試驗主要對各小區(qū)的理化性質、養(yǎng)分性質和土壤可蝕性K值進行試驗和計算。

2.2 生態(tài)效益評價方法

結合變異系數法和Topsis法對不同水土保持措施下的生態(tài)經濟情況進行評價[4- 5]。具體評價步驟為：①構建不同水土保持治理措施生態(tài)環(huán)境評價指標體系，如圖1所示；②利用變異系數法求解各評價指標的權重值；③利用Topsis法求解CI值；④根據CI值大小，對不同水土保持治理措施生態(tài)效益進行排序。

圖1 水土保持治理措施生態(tài)環(huán)境評價指標體系

3 效果分析

3.1 減流效應

通過小區(qū)徑流觀測得到不同水土保持措施下的徑流量結果如圖2所示。從圖中可知：相同年份下，徑流量均表現為對照組>油茶>水保林>紅豆杉>封禁林，在2020年，油茶、水保林、紅豆杉、封禁林措施下相比對照試驗組的減流率分別為27.6%、64.9%、44.3%和89.8%，在2021年，油茶、水保林、紅豆杉、封禁林措施下相比對照試驗組的減流率分別為51.9%、74.2%、73.6%和88.1%，從減流效果來講，封禁林的減流效果最好，其次為紅豆杉在，最差的為油茶；2021年的徑流量明顯低于2020年的徑流量，2021年油茶、水保林、紅豆杉、封禁林措施下和對照試驗組相比2020年的減流率分別為60.8%、72.6%、55.6%、30.4%和40.9%，說明在2020—2021年，植被的長勢良好，自然恢復能力充分發(fā)揮，從而在很大程度上可減小徑流的產生[6]。

圖2 不同治理措施徑流量

圖3 不同治理措施產沙量和土壤侵蝕模數

3.2 減沙效應

通過小區(qū)徑流觀測得到不同水土保持措施下的產沙量和土壤侵蝕模數結果如圖3所示。從圖中可知：相同年份下，產沙量和土壤侵蝕模數均表現為對照組>油茶>水保林>紅豆杉>封禁林，這說明封禁林為最好的水土保持措施，其次為紅豆杉；2020年，封禁林、紅豆杉、水保林和油茶相比對照試驗組的減沙率(減蝕率)分別為90.8%、65.7%、43.4%和31.5%，2021年，封禁林、紅豆杉、水保林和油茶相比對照試驗組的減沙率(減蝕率)分別為94%、85%、83.7%和61.9%；2021年的產沙量和土壤侵蝕模數相比2020年有較大幅度降低，封禁林、紅豆杉、水保林、油茶和對照試驗組分別降低79.9%、86.4%、91%、82.7%和68.9%，由此可見隨著植被根系發(fā)展，可以產生更強的固沙作用；從2020年到2021年，封禁林一直保持為微度侵蝕，油茶、紅豆杉、水保林則由輕度侵蝕轉變?yōu)槲⒍惹治g，對照試驗組由中度侵蝕降為輕度侵蝕。

3.3 土壤理化性質

不同水土保持措施下的土壤主要理化性質見表2。從表2中可知：土壤含水率排序為：紅豆杉>封禁林>水保林>油茶>對照組，最大持水量排序為：水保林>封禁林>紅豆杉>對照組>油茶，毛管持水量排序為：封禁林>水保林>紅豆杉>對照組>油茶，容重排序為：對照組>封禁林>油茶>水保林>紅豆杉，總孔隙度排序為：水保林>封禁林>油茶>對照組>紅豆杉，毛管孔隙度為：封禁林>油茶>對照組>紅豆杉>水保林，pH排序為：紅豆杉>對照組>封禁林>水保林>油茶。從土壤容重上來講，油茶、封禁林和對照組為緊實，紅豆杉和水保林為偏緊。從土壤pH來講，均為酸性土壤，其中油茶和水保林屬于強酸性，紅豆杉、封禁林和對照組屬于酸性。

3.4 土壤養(yǎng)分性質

不同水土保持措施下的土壤養(yǎng)分性質見表3。從表3中可知：速效氮含量排序為：紅豆杉>封禁林>油茶>水保林>對照組，速效磷含量排序為：水保林>油茶>紅豆杉>封禁林>對照組，速效鉀含量為：紅豆杉>封禁林>水保林>油茶>對照組；采取水土保持治理措施后，土壤的各項養(yǎng)分均較對照組由一定程度提升。其中紅豆杉措施在速效氮和速效鉀含量上的提升效果最好，水保林措施在速效磷含量上的提升效果最好。

3.5 可蝕性K值

通過觀測和試驗數據計算得到土壤可蝕性K值結果如圖4所示。從圖中可知：在不采取水土保持措施下(對照組)的土壤可蝕性K值最大，達到0.0459t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，其次為紅豆杉措施，土壤可蝕性K值為0.043t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，油茶、封禁林和水保林三種水土保持下的土壤可蝕性K值相差不大，分別為0.0399、0.0389和0.0408t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)。

圖4 不同水土保持措施下土壤可蝕性K值

4 綜合評價

根據變異系數法求解得到各評價指標的權重值，如圖5所示。從圖中可知：在13個評價指標中，土壤含水率的權重值最大，為0.098，其次為速效磷含量，為0.094，排名第三的為毛管孔隙度，為0.087，權重值相對最小的為減流率和減沙率，這說明土壤養(yǎng)分和理化性質對于水土保持生態(tài)效益的影響較高。從整體上來講，各指標權重值雖然有所差異，但相差不大，表明所選指標均可以較好地反應在不同水土保持措施下的生態(tài)環(huán)境效益變化情況。

圖5 不同指標權重值

表2 不同水土保持措施下土壤理化性質

表3 不同水土保持措施下土壤養(yǎng)分性質

根據不同指標權重值情況，采用熵權Topsis法計算得到不同水土保持措施下的CI指標值，結果如圖6所示。從圖中可知：油茶、紅豆杉、封禁林、水保林和對照組的CI值分別為0.4466、0.6306、0.6602、0.6323和0.1192，CI值從大到小依次排序為：封禁林>水保林>紅豆杉>油茶>對照組，封禁林的水土保持生態(tài)效益最好，其次為水保林，經濟林種的紅豆杉在生態(tài)效益方面也有不俗表現[7- 8]。

圖6 不同水土保持措施下生態(tài)效益評價CI值

5 結論

以江西九江紅壤地區(qū)為例，對不同水土保持下的生態(tài)效益進行了評價研究，得出如下結論。

(1)從減流減沙效果來講：對照組<油茶<水保林<紅豆杉<封禁林，封禁林的減流、減沙率相比對照試驗組基本可達到90%；采取水土保持措施后，土壤的侵蝕度均有所好轉。

(2)采取不同水土保持措施后，土壤的理化性質得到有效改善，養(yǎng)分含量有不同程度提升，可蝕性K值較對照試驗組降低6.3%～15.3%。

(3)土壤養(yǎng)分和理化性質對于水土保持生態(tài)效益的影響較大，根據生態(tài)效益評價結果排序為：封禁林>水保林>紅豆杉>油茶>對照組。

(4)本文僅針對江西紅瓤去的水土保持措施生態(tài)效益進行分析，可為其他地區(qū)提供一種評價方法，但仍需具體問題具體分析。