諶 蕓 ，何丙輝，羅 雷

(1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400715;2.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌，712100;3.中煤國(guó)際工程集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院，重慶400016)

小流域是水土流失治理的基本單元。小流域綜合治理是指為了充分發(fā)揮水土等自然資源的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，以小流域?yàn)閱卧谌嬉?guī)劃的基礎(chǔ)上，合理安排農(nóng)、林、牧等各業(yè)用地，因地制宜地布設(shè)綜合治理措施，治理與開發(fā)相結(jié)合，對(duì)流域水土等自然資源進(jìn)行保護(hù)、改良與合理利用[1]。在我國(guó)，進(jìn)行綜合治理的小流域面積一般規(guī)定在30 km2以下，最大不超過 50 km2。

三峽庫區(qū)的小流域中，坡耕地往往占了相當(dāng)大的比例，是水土流失的主要策源地，坡耕地的整治也是三峽庫區(qū)小流域治理的重點(diǎn)。本研究主要報(bào)道了三峽庫區(qū)鐵爐溝小流域坡耕地不同治理措施實(shí)施后所取得的生態(tài)效益成果。

1 研究區(qū)概況

鐵爐溝小流域面積約35.64 km2，地處三峽庫區(qū)腹地，位于重慶市豐都縣三合鎮(zhèn)，流域地貌以丘陵為主，地形起伏劇烈，坡度陡，相對(duì)高差達(dá)200～350 m。流域土壤以侏羅系沙溪廟組砂巖、泥巖風(fēng)化發(fā)育而成的中性紫色土為主，土層較薄，土壤肥力較差。

鐵爐溝小流域內(nèi)坡耕地水土流失類型主要有面蝕、溝蝕和以滑坡為主的重力侵蝕。目前，對(duì)其主要采取了以下4種治理措施[2]:(1)推行坡改梯。將5°～15°有水源保障的坡耕地逐步改造成水平梯田，將15°～25°的坡耕地改造成梯土。在改造中為防止生土裸露，表土回填厚度在0.2 m以上。(2)營(yíng)造經(jīng)果林。對(duì)于5°～15°水土流失為輕度或中度的坡耕地，在充分考慮原有經(jīng)果林的基礎(chǔ)上，布置經(jīng)果林。該流域種植的主要有柑桔、桃(水蜜桃)、葡萄、桑等。(3)退耕還林還草。將＞25°的陡坡耕地逐步退耕還林還草。為了保證群眾在退耕中收入不減少，退耕土地逐步規(guī)劃為經(jīng)果林。(4)完善坡面水系。修建了蓄水?dāng)r沙工程(包括山坪塘、蓄水池和沉沙凼等)、溝渠工程[1](包括截水溝、排洪溝和沿山溝等)及田間道路。

在實(shí)際應(yīng)用中，4種措施相互聯(lián)系、相輔相成，構(gòu)成了經(jīng)果林〔柑橘(Citrusreticulata Banco)〕、經(jīng)果林〔桑樹(Morus alba L.)〕、水保林〔松樹(Pinus)〕、水保林〔白楊(Populus tomentosa Carr)〕、梯土〔桃樹(Prunus persica+黑麥草 Lolium perenne L.)〕、梯土〔玉米(Zea mays L.)〕等治理措施。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

鑒于研究區(qū)沒有標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)，本試驗(yàn)采用自設(shè)簡(jiǎn)易徑流小區(qū)。簡(jiǎn)易徑流小區(qū)規(guī)格為2 m×2 m，小區(qū)周圍用鐵皮做擋板，鐵皮插入土壤20 cm深，下方設(shè)置出水口，出水口連接集水池。集水池規(guī)格為1.0 m×1.0 m×1.0 m，底部和四壁用塑料薄膜鋪設(shè)。試驗(yàn)開始后，在集水池頂部蓋上塑料薄膜，以防止降雨直接進(jìn)入集水池。

2.2 觀測(cè)方法

徑流小區(qū)的土壤為砂壤土，平均土層厚度為40 cm。本試驗(yàn)中僅測(cè)定了地表徑流，未測(cè)定壤中流。各指標(biāo)的測(cè)定方法為:(1)徑流系數(shù)和泥沙量，每次降雨后，用量筒測(cè)量集水池中的集水量(連同泥沙)，待沉淀后將泥沙烘干[3]，測(cè)量泥沙量，最后計(jì)算出各徑流小區(qū)的徑流系數(shù)和泥沙量(g)。(2)土壤容重和土壤含水量。采用環(huán)刀取土，室內(nèi)烘干法測(cè)定[4]。(3)土壤孔隙度，環(huán)刀浸水法測(cè)定。(4)土壤入滲性能，雙環(huán)法測(cè)定。(5)土壤養(yǎng)分。雨后 1 d，對(duì) 19個(gè)徑流小區(qū)的土壤進(jìn)行采樣(0—20 cm)。樣品風(fēng)干后，研磨通過1 mm篩孔，并采用常規(guī)土壤農(nóng)化分析方法進(jìn)行測(cè)定。

2.3 數(shù)據(jù)處理

為方便比較各綜合措施的減流減沙效益，擬將觀測(cè)值轉(zhuǎn)換為到同一坡度(15°)，校正公式如下[5]:

有關(guān)坡度因子的計(jì)算，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，緩坡上選用McCool[6]等研究的坡度公式(3—4);陡坡上采用劉寶元[7]的坡度公式(5)。各小區(qū)坡度因子(表1)。

式中:S — —坡度因子;θ— —坡度(°)。

考慮到坡度和措施類型，流域內(nèi)共設(shè)置了19個(gè)徑流小區(qū)(表1)。

3 結(jié)果與分析

鐵爐溝小流域坡耕地治理的效益包括生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。其中，生態(tài)效益又主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面:減流減沙和土壤改良。

3.1 減沙減流效益分析

鐵爐溝小流域雨季為5—9月，本次試驗(yàn)觀測(cè)期為2006年5—9月，觀測(cè)了5次暴雨，總降雨量為255 mm?？偣灿^測(cè)到18組數(shù)據(jù)，校正到15°坡度上，計(jì)算各徑流小區(qū)徑流系數(shù)及泥沙量(表2)。

表1 徑流小區(qū)基本情況

表2 各措施下徑流系數(shù)和泥沙量觀測(cè)分析

由表2可知:(1)梯土(桃樹+黑麥草)的減流效益最好，其徑流系數(shù)為0.12，比順坡耕作(玉米)(對(duì)照措施)減少了74.45%，柑橘和桑樹的減流效果相對(duì)較差，比對(duì)照措施減少了 19.15%和 25.53%;(2)梯土(桃樹+黑麥草)減沙效益最好，比對(duì)照措施減少了90.39%的產(chǎn)沙量，松樹、白楊和梯土(玉米)的減沙效果也較好，分別比對(duì)照措施減少了89.45%，88.15%和74.75%，柑橘和桑樹減沙效益相對(duì)較差，比對(duì)照措施減少了17.34%和21.06%。

梯土(桃樹+黑麥草)的減流減沙效益最佳，究其原因，主要是其工程措施一方面改變了微地形，減小了坡度，阻緩了地表徑流，使得徑流系數(shù)較小，另一方面其中的截水溝和排水溝及時(shí)將地表徑流排走，有效防止了徑流沖刷土壤。此外，桃樹和黑麥草具有固土和過濾水流泥沙的能力，使其減流減沙效益進(jìn)一步增強(qiáng)。柑橘和桑樹的減流減沙效果相對(duì)較差，主要是因?yàn)榉N植時(shí)間短，且農(nóng)民在其間栽植瓜類作物對(duì)土壤造成了擾動(dòng)。

3.2 土壤改良效益分析

3.2.1 土壤容重及孔隙度[8]土壤容重及孔隙度是衡量土壤結(jié)構(gòu)變化的重要指標(biāo)。土壤容重下降，總孔隙度增加，將為土壤提供穩(wěn)定持續(xù)的好氣和嫌氣的條件，有利于微生物的活動(dòng)和繁殖。

由表3可以看出:(1)土壤容重各處理由小到大的順序?yàn)?梯土(桃樹+黑麥草)＜松樹＜白楊＜梯土(玉米)＜桑樹＜柑橘、順坡耕作;(2)總孔隙度各處理由大到小的順序?yàn)?梯土(桃樹+黑麥草)＞松樹＞白楊＞梯土(玉米)＞柑橘＞桑樹、順坡耕作(玉米);(3)非毛管孔隙度各處理由大到小的順序?yàn)?梯土(桃樹+黑麥草)＞松樹＞白楊＞梯土(玉米)＞柑橘＞桑樹＞順坡耕作(玉米);(4)毛管孔隙度各處理由大到小的順序?yàn)?松樹＞梯土(桃樹+黑麥草)＞白楊、梯土(玉米)＞柑橘、桑樹＞順坡耕作(玉米);(5)非毛管孔隙度/總孔隙度的大小順序?yàn)?梯土(桃樹+黑麥草)＞松樹＞白楊＞梯土(玉米)＞柑橘＞桑樹＞順坡耕作(玉米)。

總的來說，梯土(桃樹+黑麥草)較其它措施，顯著減小了土壤容重和增加了土壤總孔隙度，即土壤結(jié)構(gòu)得到明顯改善。

3.2.2 土壤入滲性能[9]土壤入滲性能是反映林地涵養(yǎng)水源能力的重要水文指標(biāo)。上述7種措施下，土壤入滲性能測(cè)定的試驗(yàn)結(jié)果詳見圖1。

圖1 各措施下的土壤入滲速率

從圖1可以看出:(1)前2 min，順坡耕作(玉米)和梯土(玉米)的入滲速率非常大，分別達(dá)到29和28 mm/min;(2)順坡耕作(玉米)和梯土(玉米)入滲速率下降很快，并在第40 min左右進(jìn)入穩(wěn)滲階段，穩(wěn)滲速率分別為1.5和2.0 mm/min;(3)梯土(桃樹+黑麥草)、水保林(松樹)、水保林(白楊)及經(jīng)果林(桑樹、柑橘)進(jìn)入穩(wěn)滲階段相對(duì)較慢，穩(wěn)滲速率以梯土(桃樹+黑麥草)最高，達(dá)到 5.6 mm/min;松樹、白楊、桑樹、柑橘次之，分別為4.3，3.9，3.5和3.1 mm/min。

總之，土壤入滲性能強(qiáng)弱為:梯土(桃樹+黑麥草)＞水保林(松樹、白楊)＞經(jīng)果林(柑橘、桑樹)＞梯土(玉米)＞順坡耕作(玉米)。

3.2.3 土壤養(yǎng)分[10]從表4可以看出:(1)有機(jī)質(zhì)含量由大到小的順序?yàn)?梯土(桃樹+黑麥草)＞松樹＞白楊＞桑樹＞順坡耕作(玉米)＞梯土(玉米)＞柑橘;(2)全N、全P、全K 和速效N、速效 P、速效K 的含量，梯土(桃樹+黑麥草)都是最高，而其它各項(xiàng)措施和順坡耕作(玉米)相比并沒有優(yōu)勢(shì)或者優(yōu)勢(shì)很小。故梯土(桃樹+黑麥草)較其它措施，土壤肥力最高。

其原因主要有:(1)梯土(玉米)的耕作土可能有修建梯土?xí)r的深翻土，其初始養(yǎng)分不及原耕作層;(2)經(jīng)果林(桑樹、柑橘)由于種植時(shí)間較短，株型較小，提供給土壤的養(yǎng)分比較少，故其土壤養(yǎng)分不及順坡耕作(玉米)的養(yǎng)分狀況。

表4 各措施下土壤養(yǎng)分對(duì)照 g/kg

4 結(jié)論

(1)梯土(桃樹+黑麥草)的減流減沙效益最佳，松樹、白楊和梯土(玉米)次之，柑橘、桑樹的減流減沙效益相對(duì)較差。

(2)梯土(桃樹+黑麥草)更有效地改善了土壤結(jié)構(gòu)。土壤容重由小到大的順序?yàn)?梯土(桃樹+黑麥草)＜松樹＜白楊＜梯土(玉米)＜桑樹＜柑橘、順坡耕作(玉米);土壤總孔隙度由大到小的順序:梯土(桃樹+黑麥草)＞松樹＞白楊＞梯土(玉米)＞柑橘＞桑樹、順坡耕作(玉米)。

(3)梯土(桃樹+黑麥草)的穩(wěn)滲速率最大，為5.6 mm/min。此外，穩(wěn)滲速率由小到大的順序:松樹＞白楊＞桑樹＞柑橘＞梯土(玉米)＞順坡耕作(玉米)。

(4)梯土(桃樹+黑麥草)的土壤有機(jī)質(zhì)含量為34.12 g/kg，顯著高于其它措施。其余措施土壤有機(jī)質(zhì)含量順序?yàn)?松樹＞白楊＞桑樹＞順坡耕作(玉米)＞梯土(玉米)＞柑橘。

(5)土壤全N、全P、全K和速效N、速效P、速效K的含量，梯土(桃樹+黑麥草)均是最高，而其它各項(xiàng)措施相差不大。

總的來說，鐵爐溝小流域坡耕地治理是成功的。各項(xiàng)綜合措施在減沙減流、土壤改良方面均達(dá)到了一定效果，產(chǎn)生了一定的生態(tài)效益。其中，梯土(桃樹+黑麥草)的生態(tài)效益最好。此外，其它調(diào)查研究表明梯土(桃樹+黑麥草)的經(jīng)濟(jì)效益較其他措施也是最好的，高達(dá)13 950元/hm2。所以，梯土(桃樹+黑麥草)具有最佳的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，是完全值得在三峽庫區(qū)推廣的小流域坡耕地治理措施。

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