退耕还林对减少坡面径流和土壤侵蚀研究

李志斌

（山西省长治市水土保持试验站，山西 长治 046000）

退耕还林是国家实施的重要战略政策，其以保护和改善生态环境为目的，通过实行资金和粮食补贴制度，保护农民权益。政策实施过程中，政府和群众更多关注的是钱粮补贴等问题，对地表径流、土壤侵蚀等定量实验分析较少。本实验选取北方土石山区，建立坡面径流小区，对蓄持坡面径流和减少土壤侵蚀进行了针对性研究。

1 长治市概况及退耕还林情况

长治市位于华北中南部，面积13 864km2，境内山地丘陵起伏交错，海拔800m～1 500m，属中温带半湿润大陆性季风气候，年均气温4.9℃～10.4℃，年降水量537.6mm～656.7mm，森林覆盖率23%，土石山区占总面积的60.76%。2002年实施退耕还林以来，全市已完成退耕地造林2.48×103hm2、完成荒山造林3.39×103hm2。

2 监测样地选择与实验小区建设

2.1 样地选择

退耕还林监测实验小区选择在平顺县青羊镇白马村，地理坐标为东经 1 13°20′30″，北纬 3 6°07′19″，属于海河流域浊漳河上游。流域水文、气候、地形、地貌、土壤、土地利用等特征，在土石山区具有典型代表性，能够反映北方土石山区退耕还林后水土资源动态变化规律。

所选流域面积4.47km2，海拔1 303m~1 523m，坡度20.56°，沟谷纵降8.70%。土壤类型石灰性褐土。

2.2 监测小区建设

依据流域的地形地貌，监测实验小区布设于自然坡面中部坡位以上半阳坡，小区坡度统一为18°20″，坡面平整，坡度均一，修建2种类型监测小区10个。即生物措施：①标准小区（坡面种植玉米）、自然荒坡（自然植被）、人工种草（紫花苜蓿）、灌木（黄刺玫）、乔木（山桃）；②工程措施：鱼鳞坑（桧柏）、水平沟（桧柏）、水平阶（桧柏）、隔坡梯田（桧柏）、石坎梯田（桧柏）。

小区按5.0m×20m（垂直投影）规格布设，边界由混凝土预制板围成，小区间留1.20m隔离带。下部设集流槽和输水管，输水管下接分流、集流三级量水桶，按20年一遇洪水标准设计输水、量水设施断面。桶体用0.70mm厚铁皮制作，直径0.40m，高0.60m，分流桶前方开9个Φ20mm分流孔，孔高40cm，集流槽及桶体顶部加盖处理，并依次编号。

3 监测内容及方法

3.1 监测内容

降水量、降水历时、平均降水强度、最大130min、160min水强、侵蚀性降水量、小区径流量、含沙量、侵蚀量、比重、容重、孔隙度、PH值、有机质含量等理化性质，并观测植物生长状况。

3.2 监测方法

1）降水量按汛期（5月-10月）观测降水量、历时、水强、最大10min、30min和60min水强特征值。

2）通过记录各实验小区次降水分、集流桶水位，计算次降水浑水径流体积，并经泥沙处理分析，求得泥沙体积，计算得次降水总径流量。

3）土壤侵蚀泥沙量，次降水产流结束，量测水位高度后，将分、集流桶泥沙水样充分搅匀，采集水样2个~3个，进行编号、量积、静置、过滤、烘干和称重，由样品含沙量计算出各实验小区次降水流失泥沙量。

4）集流槽泥沙在每年10月底（或11月初）收集后称重、取样、烘干、称重，计算出各集流槽泥沙总量，计入该小区年泥沙流失总量。

4 监测结果

监测实验时间自2006年5月至2011年11月。实验观测影响退耕还林效果的主要因素分别为降水因子、各小区年径流总量和土壤侵蚀总量，结果换算为单位面积产流量和泥沙量（单位：万m3/km2、t/km2）。2006 年-2011 年降水量（mm）为：622.4、554.7、471.8、407.7、491.2。小区径流/泥沙量（万 m3/km2、t/km2）测定结果如下。

a、标准小区：2.99/6479.5、2.17/5244.2、1.58/3730.9、0.06/2566.2、0.54/3891.3、3.16/5798.1；

b、荒 坡 ：3.44/5762.2、2.48/337.8、1.02/103.3、0.01/4.7、0.31/6.5、0.09/1.3；

c、种 草 ：2.63/10956.3、1.92/295.7、1.59/78.8、0.05/3.8、0.23/5.6、0.21/12.7；

d、 灌 木 林 ：2.76/4166.10、1.32/172.7、0.37/23.40、0.02/3.6、0.05/3.8、0.09/5.1；

e、乔 木 林 ：1.94/1174.30、0.38/151.40、0.12/8.3、0.03/2.9、0.06/3.9、0.26/2.4；

f、鱼鳞坑：1.83/1259.10、1.34/151.90、0.62/29.70、0.07/6.30、0.13/4.80、0.38/3.10；

g、水 平 沟 ：0.65/452.50、0.48/64.1、0.35/17.60、0.06/3.90、0.05/3.30、0.12/2.3；

h、水 平 阶 ：0.85/88.80、0.89/83.30、0.26/22.90、0.04/5.10、0.12/2.90、0.22/1.90；

r、 隔 坡 梯 田 ：0.08/32.90、0.08/14.50、0.03/5.30、0.01/1.50、0.02/1.90、0.08/1.40；

i、石 坎 梯 田 ：0.58/92.40、0.04/23.70、0.02/7.70、0.01/2.30、0.01/2.40、0.02/7.40。

监测检验周期为6年，基本可以反应退耕还林后产流及泥沙动态变化规律，通过标准小区（原耕作地貌）和实验小区（工程植物措施）比对，定性分析和定量计算退耕还林措施的减流保土效能。

4.1 年（次）降水量对径流和泥沙影响最大，在实验时段中，年（次）降水量均属正常区间，没有出现峰谷极限降水，避免了偶然性和突发性。

4.2 监测实验小区实施第一年，原地表植被、土壤物理性状被改变和破坏，降低了地表对径流和土壤的调节和保护作用。因此径流泥沙变化无规律性，相比此后5年监测数据偏大，10个小区平均径流量和泥沙量分别为 1.77 万 m3/km2、3 646.41t/km2。

4.3 同一小区、不同年度监测结果

4.3.1 标准小区

径流量与泥沙量6年间变化趋势与降水量相似，径流量和泥沙量是其他小区的数十倍甚至数百倍。尽管玉米对降水有消能阻滞作用，但因耕作行为使土体松散，且土壤贫瘠，作物长势颓废，特别是在5月-7月间，降水可以直接击溅地面，生长期叶片对地表保护极为有限。

4.3.2 实验小区

选取水平沟小区为代表，6年间无极端降水，小区产流与泥沙量受降水影响不明显；随着时间推移，径流量逐渐减小，即使降水量跃升，标准小区监测结果也不突增。泥沙量从第二年急速回落，自此趋于低位平稳状态；9个实验小区2011年平均产流量、泥沙量分别为0.27万m3/km2、4.18t/km2，而标准小区分别为 3.16万 m3/km2、5798.10t/km2，超过其他小区均值数十倍甚至上千倍。

4.4 同一年度、不同小区监测结果

选取工程实施第一年与第五年作为比照。在工程实施第一年，除坡耕地小区外，实施植物措施的实验小区（2-5）监测值紊乱无序，产流和泥沙峰值分别达到3.40万m3/km2、10 956.3t/km2；工程措施小区（6-10）在工程实施伊始，拦蓄效果立竿见影，泥沙量均值仅为385.10 t/km2。

工程实施第五年（2010年），径流量全面回落，泥沙量除标准小区仍高居3 891.30t/km2外，其他小区均低于7.0t/km2。2011年降水量增至600.20mm，标准小区径流量和泥沙流失量又突升为3.16万m3/和5 798.13t/km2，但其他小区仍情绪稳定。实验说明，坡面耕作使地表土壤始终处于活动易侵蚀状态，受降水因素影响极大；实施退耕还林5年后，固土蓄水能力逐渐增强，以工程措施实验小区尤为突出。

4.5 工程措施监测结果分析

工程措施小区统一栽植桧柏，不同整地方式进行比对。坡式梯田和石坎梯田蓄水保土效果优于前三种，但经过数年后，拦蓄能力差距逐渐缩小，直至接近。通过观测桧柏生长状况，前三者略逊于后二者。

5 结论

1）坡地耕作受降水影响极大，土壤侵蚀量始终处于高位状态，不因耕作年限而改变，相反，地面表土熟化程度不升反降。用钱粮补贴保护农民利益，以退耕还林代替广种薄收，可兼顾生态效益和社会效益。

2）退耕还林实施初期，降水因素对坡面径流和土壤侵蚀影响仍较大，随着时间推移工程生物措施逐渐发挥作用，使实施区域水土资源得到有效防护。

3）对于非封禁区域，单纯使用生物措施，效果弱于工程措施、生物措施相结合防护方式，对陡坡还林尤为如此。工程措施采用何种整地方式，应因地制宜。鱼鳞坑、水平沟和水平阶施工简单，成本低廉，但树木长势一般；修筑梯田，防护效果好，树木长势良好。

[1]李洪勋,吴伯志.用径流小区法研究不同耕作措施对土壤侵蚀的影响.土壤,2006,38(1):81-85.

[3]林军,成文贵,张子雪.北方土石山区不同草本植物的径流小区水土流失规律研究.山东林业科技.2009.2:38-40.