三峡库区不同退耕还林模式水土保持效益定位监测

王晓荣 万伏红 崔鸿侠 庞宏东 潘磊 唐华

摘要：选择三峡库区内4种典型退耕还林模式，基于2004，2007，2010年3年的定位观测，对三峡库区退耕还林模式水土保持效益进行动态研究。结果表明：①与坡耕地相比，退耕还林促使土壤容重降低、孔隙度增加，但各模式变化存在差异。②地表径流量、径流系数、土壤侵蚀模数均呈现明显的降低趋势，其中地表径流平均减少量8043%～8682%，变化趋势为坡耕地>茶园>刺槐林>板栗林>柑橘+紫穗槐林；径流系数变化减少范围在0017～0025之间，柑橘+紫穗槐林8679%、板栗林8539%、茶园8333%、刺槐林8095%；土壤侵蚀模数减少1 40939～1 45815 t·（km2a）-1，为坡耕地>刺槐林>板栗林>茶园>柑橘+紫穗槐林。③随着退耕年限的增加，除了板栗林表现为逐渐升高外，其他退耕还林模式土壤有机质含量均表现为先降低后升高。全氮含量在刺槐林和柑橘+紫穗槐林表现为先降低后升高，而板栗林和茶园则表现为逐渐增加的趋势。全磷含量在各退耕模式中不断增加。除柑橘+紫穗槐林的全钾含量增加35%外，其他模式都逐渐降低，分别为刺槐林3724%、板栗林1233%、茶园823%。

关键词：三峡库区；退耕还林模式；水土保持；定位监测

中图分类号：S7533文献标识码：A文章编号：1004-3020（2014）04-0001-05

长期以来，三峡库区是我国水土流失最为严重的地区之一，根据2007年遥感调查结果，三峡库区水土流失面积为28 04210 km2＼[1＼]，而坡耕地分布广且垦殖指数高是造成其水土流失严重的主要原因＼[2＼]。库区严重的水土流失使得大量泥沙直接进入水库，对水库的库容和水质产生严重影响＼[3＼]，因此如何快速有效减少该区域水土流失对三峡库区的可持续发展具有重要的意义。

退耕还林工程是我国实施的一项重点林业生态工程，现已成为我国生态经济建设和林业发展的重点之一＼[4＼]。从2000年开始，三峡库区开始实施大面积的退耕还林，退耕还林与植被恢复的程度究竟如何，其对水土流失的影响多大等等，目前没有一个系统和科学的评估，以至影响到了该项工程的持续性＼[5-6＼]。为了及时、全面地反映退耕还林不同时段和不同模式的效益变化趋势和工程建设中存在的问题，必须开展不同退耕还林模式及工程效益动态分析工作，在此基础上评价其综合效益动态＼[7-8＼]。

为此，本文选择了三峡库区4种典型退耕还林模式，在连续多年定位观测基础上，开展了退耕还林水土保持方面的研究，以期为该区域生态环境建设以及退耕还林效益评价提供相关的参考。

1材料与方法

1.1研究区概况

试验区位于湖北省秭归县境内的兰陵溪小流域，距长江三峡大坝上游5 km处，地理坐标为东经110°54′30″～110°56′20″，北纬30°50′04″～30°52′09″，基岩为花岗岩。气候类型属北亚热带湿润季风气候，冬夏气候交替明显，年平均气温180 ℃，≥10 ℃积温为5 300 ℃，无霜期250 d，多年平均降雨量为1 150 mm，年内分配不均，4～10月降水量约占全年的85%，年蒸发量为1 4215 mm。流域内土壤以黄壤为主＼[4，8＼]。

1.2研究方法

1.2.1样地设置

选择该区域退耕还林较为普遍的4种退耕还林模式（刺槐Robinia pseudoacacia林、柑橘 Citrus reticulata +紫穗槐Amorpha fruticosa林、板栗Castanea mollissima林、茶园）进行监测样地的布设，各种退耕模式每年进行1次穴式施肥。样地设置采用典型取样法，面积为20 m×20 m，每个模式5次重复。样地基本情况具体见表1。

1.2.2监测及调查方法

土壤理化性质观测。分别于2004，2007和2010年6月中旬在每个样地对角线上选2个部位，各挖1个土壤剖面，土样仅取0～30 cm的混合样，带回测定土壤养分指标。同时，利用环刀于剖面中部采集土样1份，带回室内测定土壤容重、孔隙度等指标。

地表径流量及产沙量观测。通过在各类退耕林地内设立坡面径流场，径流场水平投影面积为20 m×10 m，下端设承水槽，并连接1 m3沉沙池，设水尺观测径流体积，底部设排水管。在观测径流的同时，将量水池中的水搅拌均匀后取样，经过滤、烘干、称重求算径流含沙量和侵蚀量。降雨量采取CR2型翻斗式电脑数字雨量计（成都产）观测。于2004，2007，2010年6～8月间对各模式降雨数据和产流情况进行调查。

土壤养分含量测定。土壤有机质采用重铬酸钾氧化—外加热法测定，全氮采用凯氏定氮法测定，全磷采用氢氧化钠熔融—钼锑抗比色法测定，全钾采用碱熔—火焰光度法测定。

2结果与分析

2.1不同退耕还林模式土壤物理性质动态

一般而言，地上植被的生长会对土壤质地和物理性质具有较大的改良作用，包括改变土壤结构、土壤质地以及空隙状况，在一定程度上可以反映各种退耕模式对土壤改良效益。

从表2可知：土壤容重在不同模式间的变化趋势为坡耕地>茶园>板栗林>刺槐林>柑橘+紫穗槐林，其中茶园减少1236%、板栗林1215%、刺槐林1128%、柑橘+紫穗槐林1085%。随着退耕还林年限的增加，刺槐林和柑橘+紫穗槐林土壤容重具有减小的趋势，而板栗和茶园则具有增加的趋势，这可能与后两种退耕模式受人为活动影响更大造成。

孔隙度反映土壤孔隙所占容积的比例，亦可反映土壤的基本物理性质属性。从表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，其变化趋势为板栗林>刺槐林>柑橘+紫穗槐林>茶园>坡耕地，分别较坡耕地增加了872%，609%，430%，223%；土壤非孔隙度变化趋势为板栗林>柑橘+紫穗槐林>茶园>刺槐林>坡耕地，分别较坡耕地增加了15250%，14248%，13246%，7690%；土壤总孔隙度变化趋势为板栗林>柑橘+紫穗槐林>刺槐林>茶园>坡耕地，分别较坡耕地增加了1180%，869%，699%，141%。同时，随着退耕年限的增加，不同退耕还林模式对土壤孔隙的改良效果具有一定的差异，其中生态林则各指标均向良好的方向发展，而经济林则变化较大，这与人为生产活动干扰严重密切相关。

2.2不同退耕还林模式径流及土壤侵蚀动态

地表径流是降雨经过林冠截留、地被物的拦蓄以及填洼、入渗和蒸发等过程后，到达地表形成的径流，它是土壤侵蚀和水土流失的主要驱动力。在相同立地条件下，同一场降雨下，地表产流主要受地表地被物的特性影响，不同植被类型其产流量大小差异较大＼[8＼]。

由表3可知：与坡耕地相比，退耕还林后，地表径流量呈现明显的减少趋势，平均减少量为8043%～8682%，变化趋势为坡耕地>茶园>刺槐林>板栗林>柑橘+紫穗槐林。在所有退耕还林模式中，茶园模式的地表径流量最大，其平均值为32030 m3·hm-2，这主要是由于茶园地在采收、管理等人为干扰下，破坏了林地土壤的结构和物理性质，致使其地表径流在所有退耕模式中最大＼[9＼]。各退耕还林地的径流系数变化范围在0017～0025之间，与坡耕地相比，各退耕模式明显降低，其中柑橘+紫穗槐林8679%、板栗林8539%、茶园8333%、刺槐林8095%，由此可见，研究区坡耕地退耕还林后有效减弱了地表径流的发生。土壤侵蚀模数也都表现出明显的降低趋势，与地表径流变化趋势一致，为坡耕地>刺槐林>板栗林>茶园>柑橘+紫穗槐林，减少的范围为1 40939～1 45815 t·（km2·a）-1。随着退耕年限的增加，坡耕地经退耕还林后能有效减弱地表径流和土壤侵蚀的发生，对水土流失起到了有效的抑制作用。

2.3不同退耕还林模式土壤养分动态

不同退耕还林模式，植被对土壤养分的吸收与归还过程各有差异，从而就体现出不同植被模式对土壤改良效益的差异性＼[9＼]。如表4所示，随着退耕年限的增加，除了板栗林表现为逐渐增加外，其他退耕还林模式土壤有机质含量均表现为先降低后升高。就单一退耕还林模式而言，从2004～2010年，刺槐林增加了6129%、板栗林5195%、茶园2222%，而柑橘+紫穗槐林则降低了4088%，这主要是新造林地土壤通透性变好，由于土壤通气条件的改善，土壤有机质分解也较快。另外，新造林地处于林分形成阶段，消耗了大量的土壤养分和有机质，土壤碳输出往往大于输入，导致土壤有机质暂时出现下降，但随着退耕还林年限的增加，地上植被生长状况逐渐变好，返还于土壤的枯落物的含量也逐渐增加，导致土壤有机质含量上升。

就土壤养分全含量而言，不同退耕还林模式的土壤全氮含量平均值变化为柑橘+紫穗槐林>板栗林>刺槐林>茶园，分别为0077%，0069%，0051%，0035%。随着退耕还林年限的增加，刺槐林和柑橘+紫穗槐林表现为先降低后增加，而板栗林和茶园则表现为逐渐增加的趋势。同时，经济林较非经济林土壤有机氮增加的比例要高，这主要是由于经济林人为每年施用氮肥造成其土壤含量增加较多。不同退耕还林模式的土壤全磷含量平均值变化为刺槐林>柑橘+紫穗槐林>茶园>板栗林，分别为0180%，0120%，0085%，0082%，且随着退耕还林年限的增加，各种退耕还林模式都表现为逐渐增加，分别为刺槐24428%、柑橘+紫穗槐林30975%、板栗林20487%、茶园10163%，可见退耕后土壤全磷增加比例相当大，这更多的是因为人为施肥导致土壤中磷元素含量极大的增加。不同退耕还林模式的土壤全钾含量平均值变化为茶园>板栗林>刺槐林>柑橘+紫穗槐林，分别为184%，073%，068%，065%。随着退耕还林年限的增加，除柑橘+紫穗槐林增加35%外，其他模式都表现逐渐降低的趋势，分别为刺槐林3724%、板栗林1233%、茶园823%。

3结论

（1）退耕还林后，各退耕模式土壤的通气状况大为改观，土壤孔隙数量增加，总孔隙度增大，毛管孔隙度与非毛管孔隙度也相应增加，通气透水性增强，表明随着还林年限的增加，土壤的通气、保水能力在缓慢增强。

（2）与坡耕地相比，退耕还林各模式地表径流量呈现明显的减少趋势，平均减少量为8043%～8682%，变化趋势为坡耕地>茶园>刺槐林>板栗林>柑橘+紫穗槐林。径流系数变化范围在0017～0025之间，与坡耕地相比，各退耕模式明显降低，其中柑橘+紫穗槐林8679%、板栗林8539%、茶园8333%、刺槐林8095%。土壤侵蚀模数也都表现出明显的降低趋势，为坡耕地>刺槐林>板栗林>茶园>柑橘+紫穗槐林，减少的范围为1 40939 ～1 45815 T·（km2·a）-1。可见，不同的退耕还林模式比坡耕地都具有更好的固持土壤和减少土壤侵蚀的作用，且随着退耕年限的增加，植被生长状况更加良好，植被土壤的固持作用和减少侵蚀的作用会越来越明显

（3）随着退耕年限的增加，除了板栗林表现为逐渐增加外，其他退耕还林模式土壤有机质含量均表现为先降低后升高。土壤全氮含量在刺槐林和柑橘+紫穗槐林表现为先降低后增加，而板栗林和茶园则表现为逐渐增加。全磷含量则在各种退耕还林模式都表现为逐渐增加，分别为刺槐24428%、柑橘+紫穗槐林30975%、

板栗林20487%、茶园10163%。全钾含量除柑橘+紫穗槐林增加3500%外，其他模式都表现逐渐降低的趋势，分别为刺槐林3724%、板栗林1233%、茶园823%，这与钾元素容易溶水有关，随着降雨的冲刷往往使得土壤钾元素含量呈现减少的趋势，而柑橘+紫穗槐林的增加的原因还有待于进一步的观察和探讨。从中可以看出，由于植被特性和人为干扰程度的不同，不同类型的退耕还林土壤质量恢复具有明显的差异，但整体而言，说明退耕还林有利于土壤养分提高，土壤保存养分能力也随之增强＼[10＼]。

（4）通过对三峡库区不同退耕模式的水土保持监测研究发现，坡耕地经过植被的建设和恢复，其水土流失在短期内即可得到一定程度控制，而且随着退耕还林年限的延长，水土保持效益均会朝着良好的方向发展，但以短期内观测到数据还不能够衡量各退耕模式的优劣，因为人为活动的干扰在一定程度上会影响水土规律的变化，这还需要长期进一步的观测和研究。

参考文献

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（责任编辑：郑京津）