自然降雨下脐橙果园地表产流和产沙特征研究*

王学雄，蔡梦亭，朱钦娟

(1.赣南师范大学 生命与环境科学学院；2.国家脐橙工程技术研究中心；3.江西省赣州市水土保持局，江西 赣州 341000)



·园艺科学与生物技术·

自然降雨下脐橙果园地表产流和产沙特征研究*

王学雄1,2，蔡梦亭1，朱钦娟3

(1.赣南师范大学 生命与环境科学学院；2.国家脐橙工程技术研究中心；3.江西省赣州市水土保持局，江西 赣州 341000)

在自然降雨条件下，于2013-2015年，选择赣南信丰县梯田建园式脐橙果园，通过布设3种不同处理小区(分别为梯壁种植百喜草、梯壁保留自然生杂草和清耕裸露)，开展不同措施下全年及典型场次降雨及产流产沙观测，结果表明：(1)降雨是影响地表产流产沙主要因素，产流量和产沙量与降雨量呈正相关；(2)一年中，梯壁有植被覆盖的处理小区较清耕裸露小区的产流产沙量小；(3)相同降雨强度下，各处理小区产流产沙量分别为种植百喜草<保留自然生杂草<清耕裸露，在脐橙果园采取梯壁种草具有明显的减流减沙效应.研究结果为推广脐橙果园植草覆盖、防治果园水土流失提供了科学依据.

脐橙果园；自然降雨；地表产流产沙；生草覆盖

赣南是典型的南方红壤丘陵区，现已成为我国乃至全世界著名的脐橙产地.研究坡面降雨及产流产沙特征对于水土流失防治及水土资源管理利用具有重要意义[1].降雨特征及植被覆盖是影响坡面产流产沙的关键因素[2].目前，许多学者已经在植被覆盖、土壤类型、前期土壤含水量等方面进行了大量研究[3].杨洁等[4]通过对红壤坡地柑橘果园生态系统水文过程的定位观测，分析了不同植被覆盖对柑橘林生态系统水文过程和水土保持效益的影响及其调控机制，结果表明，植被冠层和枯落物截留蓄持降雨，有效减少了地表径流和对地表的直接冲击.聂小东等[5]通过模拟降雨试验，发现侵蚀作用下土壤流失量随着降雨强度的增大而增加，径流是影响泥沙流失的重要因素，其相关程度随着雨强的增大而降低.张向炎等[6]利用田间人工模拟降雨试验, 选择两种红壤坡面，研究前期土壤含水量对其产流和产沙特征的影响，发现前期土壤含水量越高，土壤平均径流系数越大.尽管对降雨及产流产沙特征的相关研究成果丰硕，但有关红壤丘陵区脐橙果园以及梯田建园方式下的地表径流和泥沙流失特征的研究报道尚不多见.本文基于连续三年的野外定位观测，研究自然降雨条件下脐橙果园的产流产沙特征，以期为南方红壤区特别是赣南脐橙果园的水土流失防治提供参考.

1 研究区概况

信丰县为江西省赣州市辖县，气候温和，四季分明，属中亚热带季风湿润气候，非常适合脐橙的生长.据统计，截至2015年，信丰县脐橙种植面积达1.9万ha，总产量 18.3万吨，产值达4.73亿元，占全县农业总产值的 23.5%，信丰县已成为著名的“中国脐橙之乡”.然而，由于存在不合理的果园开发和管理，脐橙果园的水土流失问题仍未得到有效解决[7].

试验地设在信丰县嘉定镇庄高村一坡地果园(115°00'E，25°23'N，海拔175 m).果园面积40 ha，脐橙品种为纽荷尔，2008年定植.试验区年平均降水量1 500 mm，年平均气温为19.6 ℃.试验区土壤以红壤为主，土层平均深30-50 cm.试验前经取样测定，果园土壤pH4.8、有机质0.98%、全氮0.05%、全磷0.07%和全钾2.13%.

2 材料与方法

2.1 径流小区设置

试验阶段为2013-2015年.试验前，在建成的果园中选择坡度(12°)、坡位及坡向都一致的坡地，并设置3个径流小区开展试验.小区建设按照《水土保持试验规范(SD232-87)》执行.根据果树行株距(4 m ×3 m)及梯田地势，将每个小区统一设置为20 m×5 m的规格.每个小区布设4个果园条带(梯田)，其中每条带包括2株果树.3个径流小区处理方式分别为:梯壁自然生杂草保留；梯壁条播种植百喜草(Paspalum notatum) 和清耕裸露(对照).为了保证试验结果的一致性，对每个小区的田间管理(水、肥、药等)统一按照果园常规方法进行.

2.2 数据采集与整理

3 结果与分析

3.1 降雨特征及降雨与产流产沙关系

图1为2013-2015年实地观测的降雨情况.全年降雨量分别为1 525.8 mm、1 352.3 mm和1 422.5 mm，全年降雨日数则分别为136 d、128 d和145 d.试验观测的降雨量与当地气象部门观测的多年平均降雨量1 500 mm基本一致.总的趋势是全年降雨日数多、则全年的降雨量大，由于受降雨强度等因素的影响，这种关系未必完全一致(如2013年总降雨量比2015年大，但2013年总降雨日数则比2015年的少).从降雨的分布来看，3-8月降雨较多，2013-2015年3-8月雨量分别占全年总降雨量的80.7%、76.6%和65.1%.实地观测的3年中，均是5月降雨量最大，分别为499.5 mm、318.5 mm和474.5 mm，占全年总降雨量的32.7%、24.0%和33.4%，而5月降雨历时也显示最长，分别为18 d、22 d和21 d.

图1 2013-2015年降雨分布

图2 3-9月降雨与产流关系(自然生草保留区，2013-2015年)

观测数据显示，降雨量与地表产流、产沙呈正相关关系，这符合一般坡面产流规律.如图2a，以自然生草保留小区产流为例(选取主要降雨和产流月份)，所得直线回归方程，能很好地说明上述关系，即随着降雨量增大，产流量也相应地呈现线性递增.同样，仍以自然生草保留小区为例，图2b也呈现出产沙与降雨之间的线性递增关系.

3.2 全年产流特征

如上所述，产流受降雨影响较大，同样，不同的下垫面也影响产流过程及数量.表1为不同年份全年中不同小区产流总量，图3则是不同年份(分别选取主要降雨和产流的4-9月份)、不同处理小区的产流情况.由表1、图3可以看出，1)各年度中，种植百喜草小区产流量均最小，而清耕裸露区(对照)的产流量最大.2013-2015年，种植百喜草小区的产流量分别是对照区的68.63%、17.62%和23.73%.2)不同小区之间产流量存在差异，说明缺乏植被覆盖的下垫面容易产生地表径流，进而导致水土流失；3)各小区产流均在5月份最大，说明降雨仍然是主要的产流驱动因子.通过SPSS 软件作方差分析，2013-2015年间，不同小区在同一年份的每月产流虽然存在差异，但均未呈现统计学上的差异显著性(P>0.05).

表1 不同年份不同小区产流总量(L)

表2 不同年份不同小区产沙总量(kg)

3.3 全年产沙特征

图3 不同年份4-9月不同处理小区产流

图4 不同年份4-9月不同处理小区产沙

受降雨及产流影响，不同年份、不同小区产沙量存在一定程度上的差异.表2、图4分别为不同年份全年中不同小区产沙情况和不同年份里4-9月份不同小区产沙观测数据.以此分析2013-2015年不同小区产沙情况.从表2、图4可以看出：随着不同年份降雨及产流变化，不同小区产沙量存在差异，总体上，清耕裸露小区较其它两个小区产沙量大.种植百喜草区产沙量最小、对照区产沙量最大.2013-2015年，种植百喜草区产沙量分别是对照区的16.03%、16.41%和21.96%；与产流一样，各小区也是在每年的5月份产沙量最大，占了全年产沙量的50-80%；方差分析结果则显示，不同小区在同一年份的每月产沙量之间在α=0.05水平上不存在显著差异.

3.4 典型场降雨下产流产沙分析

全年小区产流产沙分析表明，每年雨季是产流产沙的主要时段，在2013-2015三年中，5月份既是各小区产流高峰也是产沙高峰.本文选取2014年5月9次典型场降雨及各小区产流产沙观测数据(表3)，以期进一步分析典型降雨场次条件下不同小区产流产沙情况.

从表3可以看出，各小区产流量随降雨强度的增大而增大，由此进一步说明降雨是产流的主要驱动因素.同样的降雨条件下，产流量的大小因地表植被覆盖不同而不同，总体上，清耕裸露区的产流量较有植被覆盖的自然生草保留区和种植百喜草区的更大.方差分析结果则表明，各小区之间未表现出显著性差异(P>0.05).

由表3分析产沙变化，可以看出，相同降雨下各小区产沙量存在差异.有植被覆盖的小区产沙量明显小于对照区.在中雨、大雨和暴雨下，自然生草保留区产沙量分别是对照区产沙量的26.27%、55.60%和23.54%；而种植百喜草区产沙量则分别是对照区产沙量的8.03%、25.44%和30.12%.总体上，反映出种植百喜草区的产沙量最小.方差分析结果表明，种植百喜草区和自然生草保留区与对照区差异显著(P<0.05).分析原因，主要是因为植被具有多种减沙作用，所以产沙量明显小于裸露小区.由于百喜草叶片粗糙、根系发达、覆盖率高，因而减沙效果在总体上比自然生草保留的更好.

表3 典型降雨场次下的产流产沙(2014年5月)

备注：我国气象部门一般采用的降雨强度标准为，24 h内，降雨量<10 mm为小雨，降雨量介于10-24.9 mm为中雨、降雨量介于25-49.9 mm为大雨，降雨量介于50-100 mm为暴雨.

4 结论

本试验基于径流小区及三种处理，对脐橙果园(梯田式建园)开展连续三年的降雨、产流和产沙观测，结果表明：产流量及产沙量与降雨量呈正相关，而每年5月份是产流产沙高峰期；从全年总体趋势看，梯壁有植被覆盖的小区产流产沙要比清耕裸露小区的小；对5月份典型场次降雨下产流产沙分析则表明，在相同等级降雨强度下，不同处理小区产流量差异不显著，但产沙量存在显著差异，种植百喜草和自然生草保留产沙量均比清耕裸露的小.梯壁种植百喜草和保留自然生草措施均具有一定的减流和减沙效应，尤其是在每年的雨季能起到较明显的减流减沙作用.因此，在脐橙果园通过不同方式的植草覆盖，可减少脐橙果园坡面土壤侵蚀，进而能更好地达到防治果园水土流失效果.

[1] 余新晓,秦永胜.森林植被对坡地不同空间尺度侵蚀产沙影响分析[J].水土保持研究，2001,8(4)：66-70.

[2] 黄俊,亢庆,金平伟,等.南方红壤区坡面次降雨产流产沙特征[J].中国水土保持科学，2016，14(2)：23-30.

[3] Víctor Hugo Duran, Carmen Rocio. Soil-erosion and runoff prevention by plant covers (A review)[J].Argon. Sustain. Dev.2008,(28):65-86.

[4] 杨洁,郭晓敏,宋月君,等.江西红壤坡地柑橘园生态水文特征及水土保持效益[J].应用生态学报，2012，23(2)：468-474.

[5] 聂小东,李忠武,王晓燕,等.雨强对红壤耕地泥沙流失及有机碳富集的影响规律研究[J].土壤学报，2013，50(5)：900-908.

[6] 张向炎,史学正,于东升,等.前期土壤含水量对红壤坡面产流产沙特性的研究[J]. 水科学进展，2010，21(1)：23-29.

[7] 孙永明,叶川,王学雄,等.赣南脐橙果园水土流失现状调查分析[J].水土保持研究，2014，21(2)：67-71.

[8] 王学雄,夏雨,王亮亮.翻斗仪在脐橙园水土流失监测中的试验应用[J].赣南师范学院学报，2015，(3)：63-65.

Characteristics of Runoff and Sediment Production in Navel Orange Orchard under Natural Rainfall

WANG Xuexiong1,2, CAI Mengting1, ZHU Qinjuan3

(1.SchoolofLifeandEnvironmentalScience,GannanNormalUniversity; 2.NationalTechnicalEngineeringResearchCentreforNavelOrange; 3.TheSoil&WaterConservationBureauofGanzhouCity,Ganzhou341000,China)

The experiment was conducted in an orange orchard on terraced slope in Xinfeng county of Jiangxi province in southern China. Under natural rainfall condition, three treatments were arranged, by planting grassPaspalumnotatum, retaining natural grasses, and without grass cover (CK) on the terrace wall, respectively. The runoff and sediment production of the three treatment plots were monitored during the experiment period of 2013-2015. Results showed that: (1) The rainfall is the main factor affecting the surface runoff and sediment output, and they are positively correlated; (2) the two treatments with terrace wall by grass-covered had less runoff and sediment production than the CK in a year basis; (3) in a serial typical rainfalls, the production of runoff and sediment yield are: plantingPaspalumnotatum< retaining natural grasses < CK, demonstrating that planting grasses on the terrace wall has effective role in reducing orchard soil and water loss.

navel orange orchard; natural rainfall; surface runoff and sediment production; grass cover

2016-10-18

10.13698/j.cnki.cn36-1346/c.2016.06.021

国家科技支撑计划项目(2012BAC11B05)；江西省水利厅科研项目(KT201329)

王学雄(1963-)，男，赣南师范大学生命与环境科学学院副教授，博士，研究方向：水土保持和流域管理.

http://www.cnki.net/kcms/detail/36.1037.C.20161209.1515.040.html

S666.4；S157.1

A

1004-8332(2016)06-0084-04