三峽庫區不同退耕還林模式水土保持效益定位監測

王曉榮 萬伏紅 崔鴻俠 龐宏東 潘磊 唐華

摘要：選擇三峽庫區內4種典型退耕還林模式，基于2004，2007，2010年3年的定位觀測，對三峽庫區退耕還林模式水土保持效益進行動態研究。結果表明：①與坡耕地相比，退耕還林促使土壤容重降低、孔隙度增加，但各模式變化存在差異。②地表徑流量、徑流系數、土壤侵蝕模數均呈現明顯的降低趨勢，其中地表徑流平均減少量8043%～8682%，變化趨勢為坡耕地>茶園>刺槐林>板栗林>柑橘+紫穗槐林；徑流系數變化減少范圍在0017～0025之間，柑橘+紫穗槐林8679%、板栗林8539%、茶園8333%、刺槐林8095%；土壤侵蝕模數減少1 40939～1 45815 t·（km2a）-1，為坡耕地>刺槐林>板栗林>茶園>柑橘+紫穗槐林。③隨著退耕年限的增加，除了板栗林表現為逐漸升高外，其他退耕還林模式土壤有機質含量均表現為先降低后升高。全氮含量在刺槐林和柑橘+紫穗槐林表現為先降低后升高，而板栗林和茶園則表現為逐漸增加的趨勢。全磷含量在各退耕模式中不斷增加。除柑橘+紫穗槐林的全鉀含量增加35%外，其他模式都逐漸降低，分別為刺槐林3724%、板栗林1233%、茶園823%。

關鍵詞：三峽庫區；退耕還林模式；水土保持；定位監測

中圖分類號：S7533文獻標識碼：A文章編號：1004-3020（2014）04-0001-05

長期以來，三峽庫區是我國水土流失最為嚴重的地區之一，根據2007年遙感調查結果，三峽庫區水土流失面積為28 04210 km2＼[1＼]，而坡耕地分布廣且墾殖指數高是造成其水土流失嚴重的主要原因＼[2＼]。庫區嚴重的水土流失使得大量泥沙直接進入水庫，對水庫的庫容和水質產生嚴重影響＼[3＼]，因此如何快速有效減少該區域水土流失對三峽庫區的可持續發展具有重要的意義。

退耕還林工程是我國實施的一項重點林業生態工程，現已成為我國生態經濟建設和林業發展的重點之一＼[4＼]。從2000年開始，三峽庫區開始實施大面積的退耕還林，退耕還林與植被恢復的程度究竟如何，其對水土流失的影響多大等等，目前沒有一個系統和科學的評估，以至影響到了該項工程的持續性＼[5-6＼]。為了及時、全面地反映退耕還林不同時段和不同模式的效益變化趨勢和工程建設中存在的問題，必須開展不同退耕還林模式及工程效益動態分析工作，在此基礎上評價其綜合效益動態＼[7-8＼]。

為此，本文選擇了三峽庫區4種典型退耕還林模式，在連續多年定位觀測基礎上，開展了退耕還林水土保持方面的研究，以期為該區域生態環境建設以及退耕還林效益評價提供相關的參考。

1材料與方法

1.1研究區概況

試驗區位于湖北省秭歸縣境內的蘭陵溪小流域，距長江三峽大壩上游5 km處，地理坐標為東經110°54′30″～110°56′20″，北緯30°50′04″～30°52′09″，基巖為花崗巖。氣候類型屬北亞熱帶濕潤季風氣候，冬夏氣候交替明顯，年平均氣溫180 ℃，≥10 ℃積溫為5 300 ℃，無霜期250 d，多年平均降雨量為1 150 mm，年內分配不均，4～10月降水量約占全年的85%，年蒸發量為1 4215 mm。流域內土壤以黃壤為主＼[4，8＼]。

1.2研究方法

1.2.1樣地設置

選擇該區域退耕還林較為普遍的4種退耕還林模式（刺槐Robinia pseudoacacia林、柑橘 Citrus reticulata +紫穗槐Amorpha fruticosa林、板栗Castanea mollissima林、茶園）進行監測樣地的布設，各種退耕模式每年進行1次穴式施肥。樣地設置采用典型取樣法，面積為20 m×20 m，每個模式5次重復。樣地基本情況具體見表1。

1.2.2監測及調查方法

土壤理化性質觀測。分別于2004，2007和2010年6月中旬在每個樣地對角線上選2個部位，各挖1個土壤剖面，土樣僅取0～30 cm的混合樣，帶回測定土壤養分指標。同時，利用環刀于剖面中部采集土樣1份，帶回室內測定土壤容重、孔隙度等指標。

地表徑流量及產沙量觀測。通過在各類退耕林地內設立坡面徑流場，徑流場水平投影面積為20 m×10 m，下端設承水槽，并連接1 m3沉沙池，設水尺觀測徑流體積，底部設排水管。在觀測徑流的同時，將量水池中的水攪拌均勻后取樣，經過濾、烘干、稱重求算徑流含沙量和侵蝕量。降雨量采取CR2型翻斗式電腦數字雨量計（成都產）觀測。于2004，2007，2010年6～8月間對各模式降雨數據和產流情況進行調查。

土壤養分含量測定。土壤有機質采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測定，全氮采用凱氏定氮法測定，全磷采用氫氧化鈉熔融—鉬銻抗比色法測定，全鉀采用堿熔—火焰光度法測定。

2結果與分析

2.1不同退耕還林模式土壤物理性質動態

一般而言，地上植被的生長會對土壤質地和物理性質具有較大的改良作用，包括改變土壤結構、土壤質地以及空隙狀況，在一定程度上可以反映各種退耕模式對土壤改良效益。

從表2可知：土壤容重在不同模式間的變化趨勢為坡耕地>茶園>板栗林>刺槐林>柑橘+紫穗槐林，其中茶園減少1236%、板栗林1215%、刺槐林1128%、柑橘+紫穗槐林1085%。隨著退耕還林年限的增加，刺槐林和柑橘+紫穗槐林土壤容重具有減小的趨勢，而板栗和茶園則具有增加的趨勢，這可能與后兩種退耕模式受人為活動影響更大造成。

孔隙度反映土壤孔隙所占容積的比例，亦可反映土壤的基本物理性質屬性。從表2可知：土壤孔隙度在所有退耕模式中均存在不同程度的增加，其變化趨勢為板栗林>刺槐林>柑橘+紫穗槐林>茶園>坡耕地，分別較坡耕地增加了872%，609%，430%，223%；土壤非孔隙度變化趨勢為板栗林>柑橘+紫穗槐林>茶園>刺槐林>坡耕地，分別較坡耕地增加了15250%，14248%，13246%，7690%；土壤總孔隙度變化趨勢為板栗林>柑橘+紫穗槐林>刺槐林>茶園>坡耕地，分別較坡耕地增加了1180%，869%，699%，141%。同時，隨著退耕年限的增加，不同退耕還林模式對土壤孔隙的改良效果具有一定的差異，其中生態林則各指標均向良好的方向發展，而經濟林則變化較大，這與人為生產活動干擾嚴重密切相關。

2.2不同退耕還林模式徑流及土壤侵蝕動態

地表徑流是降雨經過林冠截留、地被物的攔蓄以及填洼、入滲和蒸發等過程后，到達地表形成的徑流，它是土壤侵蝕和水土流失的主要驅動力。在相同立地條件下，同一場降雨下，地表產流主要受地表地被物的特性影響，不同植被類型其產流量大小差異較大＼[8＼]。

由表3可知：與坡耕地相比，退耕還林后，地表徑流量呈現明顯的減少趨勢，平均減少量為8043%～8682%，變化趨勢為坡耕地>茶園>刺槐林>板栗林>柑橘+紫穗槐林。在所有退耕還林模式中，茶園模式的地表徑流量最大，其平均值為32030 m3·hm-2，這主要是由于茶園地在采收、管理等人為干擾下，破壞了林地土壤的結構和物理性質，致使其地表徑流在所有退耕模式中最大＼[9＼]。各退耕還林地的徑流系數變化范圍在0017～0025之間，與坡耕地相比，各退耕模式明顯降低，其中柑橘+紫穗槐林8679%、板栗林8539%、茶園8333%、刺槐林8095%，由此可見，研究區坡耕地退耕還林后有效減弱了地表徑流的發生。土壤侵蝕模數也都表現出明顯的降低趨勢，與地表徑流變化趨勢一致，為坡耕地>刺槐林>板栗林>茶園>柑橘+紫穗槐林，減少的范圍為1 40939～1 45815 t·（km2·a）-1。隨著退耕年限的增加，坡耕地經退耕還林后能有效減弱地表徑流和土壤侵蝕的發生，對水土流失起到了有效的抑制作用。

2.3不同退耕還林模式土壤養分動態

不同退耕還林模式，植被對土壤養分的吸收與歸還過程各有差異，從而就體現出不同植被模式對土壤改良效益的差異性＼[9＼]。如表4所示，隨著退耕年限的增加，除了板栗林表現為逐漸增加外，其他退耕還林模式土壤有機質含量均表現為先降低后升高。就單一退耕還林模式而言，從2004～2010年，刺槐林增加了6129%、板栗林5195%、茶園2222%，而柑橘+紫穗槐林則降低了4088%，這主要是新造林地土壤通透性變好，由于土壤通氣條件的改善，土壤有機質分解也較快。另外，新造林地處于林分形成階段，消耗了大量的土壤養分和有機質，土壤碳輸出往往大于輸入，導致土壤有機質暫時出現下降，但隨著退耕還林年限的增加，地上植被生長狀況逐漸變好，返還于土壤的枯落物的含量也逐漸增加，導致土壤有機質含量上升。

就土壤養分全含量而言，不同退耕還林模式的土壤全氮含量平均值變化為柑橘+紫穗槐林>板栗林>刺槐林>茶園，分別為0077%，0069%，0051%，0035%。隨著退耕還林年限的增加，刺槐林和柑橘+紫穗槐林表現為先降低后增加，而板栗林和茶園則表現為逐漸增加的趨勢。同時，經濟林較非經濟林土壤有機氮增加的比例要高，這主要是由于經濟林人為每年施用氮肥造成其土壤含量增加較多。不同退耕還林模式的土壤全磷含量平均值變化為刺槐林>柑橘+紫穗槐林>茶園>板栗林，分別為0180%，0120%，0085%，0082%，且隨著退耕還林年限的增加，各種退耕還林模式都表現為逐漸增加，分別為刺槐24428%、柑橘+紫穗槐林30975%、板栗林20487%、茶園10163%，可見退耕后土壤全磷增加比例相當大，這更多的是因為人為施肥導致土壤中磷元素含量極大的增加。不同退耕還林模式的土壤全鉀含量平均值變化為茶園>板栗林>刺槐林>柑橘+紫穗槐林，分別為184%，073%，068%，065%。隨著退耕還林年限的增加，除柑橘+紫穗槐林增加35%外，其他模式都表現逐漸降低的趨勢，分別為刺槐林3724%、板栗林1233%、茶園823%。

3結論

（1）退耕還林后，各退耕模式土壤的通氣狀況大為改觀，土壤孔隙數量增加，總孔隙度增大，毛管孔隙度與非毛管孔隙度也相應增加，通氣透水性增強，表明隨著還林年限的增加，土壤的通氣、保水能力在緩慢增強。

（2）與坡耕地相比，退耕還林各模式地表徑流量呈現明顯的減少趨勢，平均減少量為8043%～8682%，變化趨勢為坡耕地>茶園>刺槐林>板栗林>柑橘+紫穗槐林。徑流系數變化范圍在0017～0025之間，與坡耕地相比，各退耕模式明顯降低，其中柑橘+紫穗槐林8679%、板栗林8539%、茶園8333%、刺槐林8095%。土壤侵蝕模數也都表現出明顯的降低趨勢，為坡耕地>刺槐林>板栗林>茶園>柑橘+紫穗槐林，減少的范圍為1 40939 ～1 45815 T·（km2·a）-1。可見，不同的退耕還林模式比坡耕地都具有更好的固持土壤和減少土壤侵蝕的作用，且隨著退耕年限的增加，植被生長狀況更加良好，植被土壤的固持作用和減少侵蝕的作用會越來越明顯

（3）隨著退耕年限的增加，除了板栗林表現為逐漸增加外，其他退耕還林模式土壤有機質含量均表現為先降低后升高。土壤全氮含量在刺槐林和柑橘+紫穗槐林表現為先降低后增加，而板栗林和茶園則表現為逐漸增加。全磷含量則在各種退耕還林模式都表現為逐漸增加，分別為刺槐24428%、柑橘+紫穗槐林30975%、

板栗林20487%、茶園10163%。全鉀含量除柑橘+紫穗槐林增加3500%外，其他模式都表現逐漸降低的趨勢，分別為刺槐林3724%、板栗林1233%、茶園823%，這與鉀元素容易溶水有關，隨著降雨的沖刷往往使得土壤鉀元素含量呈現減少的趨勢，而柑橘+紫穗槐林的增加的原因還有待于進一步的觀察和探討。從中可以看出，由于植被特性和人為干擾程度的不同，不同類型的退耕還林土壤質量恢復具有明顯的差異，但整體而言，說明退耕還林有利于土壤養分提高，土壤保存養分能力也隨之增強＼[10＼]。

（4）通過對三峽庫區不同退耕模式的水土保持監測研究發現，坡耕地經過植被的建設和恢復，其水土流失在短期內即可得到一定程度控制，而且隨著退耕還林年限的延長，水土保持效益均會朝著良好的方向發展，但以短期內觀測到數據還不能夠衡量各退耕模式的優劣，因為人為活動的干擾在一定程度上會影響水土規律的變化，這還需要長期進一步的觀測和研究。

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（責任編輯：鄭京津）