典型水土保持措施对红壤坡地柑橘园水土保持效益的影响

张 杰，陈晓安，汤崇军，王凌云，李龙飞



典型水土保持措施对红壤坡地柑橘园水土保持效益的影响

张 杰1,3，陈晓安1,2※，汤崇军1，王凌云1，李龙飞4

（1. 江西省水土保持科学研究院，江西省土壤侵蚀与防治重点实验室，南昌 330029；2.河海大学水利水电学院，南京 210098；3. 水利部鄱阳湖水资源水生态环境研究中心，南昌 330029；4. 河南迅达爆破有限公司，焦作市 454000）

为研究红壤坡地果园不同水土保持措施的水土保持综合效益，该研究采用野外标准径流小区试验方法，通过对江西水土保持生态科技园柑橘园小区长期定位观测，分析了植物措施、耕作措施、工程+植物措施和工程措施等4种不同水土保持措施的径流、泥沙、养分流失情况以及对土壤理化性质的影响。结果表明：1）各项水土保持措施的年均减流效益依次为，工程措施<耕作措施<工程+植物措施<植物措施；减沙效益依次为，工程措施<耕作措施<植物措施<工程+植物措施。植物措施减流效益最佳，为71.43%；工程+植物措施减沙效益表现最优，为95.88%。减氮效益为工程措施<工程+植物措施<耕作措施<植物措施。减磷效益趋势与减沙效益一致。植物措施减氮效益最佳，为19.84%；工程+植物措施减磷效益最佳为68.94%。2）各项水土保持措施土壤理化指标，田间持水量依次为：工程措施<工程+植物措施<植物措施<耕作措施。其中耕作措施田间持水量提高幅度最大，为14.60%；植物措施其次，提高7.19%。土壤含水率依次为，耕作措施<工程+植物措施<工程措施<植物措施。其中植物措施土壤含水率提高幅度最大，为18.94%。土壤≥0.5mm水稳性团聚体（WSA, water-stable aggregates）质量分数值依次为，工程措施<工程+植物措施<耕作措施<植物措施。其中植物措施WSA值提高幅度最大，为4.42%。土壤养分综合趋势与WSA值一致。土壤养分以植物措施中的百喜草全园覆盖提高最大，有机质、全氮和全磷分别增加34.53%，78.26%，12.24%。由此可知，植物措施稳定后，在减流减沙、减少养分流失及土壤改良等水土保持综合效益方面表现最优。该研究可为南方红壤丘陵区果园开发选择适合的水土保持治理措施，以及提高果园土壤质量、解决水土流失与环境问题提供参考。

土壤；侵蚀；径流；柑橘园；养分流失；土壤结构与改良；水土保持

0 引 言

中国是柑橘的原产地和生产大国，种植面积居世界首位[1]。柑橘树也是中国南方分布较广的果树品种之一。近年来，大规模的山地开发成果园为充分利用山地资源以及进行农业结构调整做出很大贡献。然而在坡地开发利用过程中，由于坡地资源的不合理开发利用，造成严重的水土流失并伴随着N、P等养分的流失，导致坡地土壤生产力下降，区域水体富营养化等环境问题，严重地影响当地的农业生产[2]。在南方的果园开发中，又以果园清耕（即只种柑橘树，无其他水土保持措施）或普通梯田的方式为主，水土流失问题较为严重，而水土保持措施具有良好的保持水土、涵养水源、改良土壤的作用，因此研究坡地柑橘园不同水土保持措施的水土保持效益则尤为必要。

目前国内外学者从降雨、土地利用方式、植被覆盖等对坡地水土流失、养分流失、土壤结构等方面进行了大量的研究，在土壤侵蚀规律、养分流失及其防治技术研究取得了丰富的研究成果[3-13]。红壤坡地果园单纯的耕作措施仍不能杜绝水土流失[13]。在控制绝对径流量和泥沙绝对流失量方面，横坡垄作效果远好于顺坡垄作[14]，但采取了保护性耕作，尤其是与秸秆覆盖相结合则可以起到明显的保持水土的作用[15-16]。果园中搭配植物措施或者工程措施中的梯田工程搭配梯壁植草[17]、反坡梯田均能取得较好的减流减沙效果[18-19]。不同措施对坡地养分流失的影响：南方红壤坡地农田生态系统耕地（花生地）N、P流失量明显大于橘园地[20]。在坡耕地中，横坡间种减少氮磷流失效果最好[21]，并且在不同降雨类型下采取生态措施能对整个径流过程中的总氮和总磷浓度起到明显的控制作用[22]。另外植物篱、草灌过滤带、残茬覆盖等措施可以有效缓冲水流、拦截泥沙[10]，进而有效减少养分流失[23]。不同措施对土壤理化性质的影响：对红壤严重侵蚀地采取合适的生物措施并辅以必要的工程措施可以有效改善退化红壤肥力[24]。但在人地矛盾突出的地方，单纯的生态措施不能满足人类生产生活的需要，因此研究不同土地利用方式对土壤的生态过程、养分的动态变化则十分必要[25]。研究表明不同土地利用方式对土壤养分及肥力具有显著影响，其中林地土壤肥力要大于耕地[11]。横坡垄作养分流失最小，对保护土壤养分效果明显[26]。稻草覆盖和草篱等措施也可以有效改善土壤质量并促进作物增产增收[27]。综上可知，对坡地径流泥沙、养分或者土壤理化性质的单项研究比较常见，但是从水、沙、土、养之间的相互关系进行综合研究的较少；对单一类别水土保持措施研究的比较多，对植物措施、耕作措施、工程措施3种措施间研究的相对较少；同时由于试验条件的限制，如汪邦稳等[28]选取野外不同土地利用方式用地进行人工模拟降雨研究产流产沙及养分迁移的研究，相同的土地利用方式并不能消除土壤的空间异质性，而本研究选取的野外径流小区属于建立在同一坡面上的长期定位观测小区，土壤理化性质的变化主要由水土保持措施的不同引起，较大地消除了土壤空间异质性的影响。

本文利用长期定位观测的野外径流小区试验，研究天然降雨下柑橘园不同水土保持措施小区养分随径流泥沙的迁移以及不同水土保持措施通过减流减沙、截持养分等作用对土壤的改良提升效应，以期为南方红壤丘陵区果园开发选择适合的水土保持治理措施，为提高土壤质量、解决水土流失与环境问题提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验区概况

试验场地设置在江西水土保持生态科技园内。科技园地处鄱阳湖水系博阳河西岸，位于东经115°42′38″～115°43′06″，北纬29°16′37″～29°17′40″之间，平均海拔30～90 m，属亚热带季风区，多年平均降雨量1 350 mm，多年平均气温16.7 ℃，年日照时数1 650～2 100 h，多年平均无霜期为249 d。土壤为第四纪红黏土，土层平均深60～100 mm，植被属于亚热带常绿阔叶林，地带性植被类型主要有针叶林、山地针叶林、常绿阔叶林等。江西省处于中国红壤的中心区域，地形条件在南方红壤丘陵区具有典型代表性。

1.2 试验设计

选择试验场同一坡面的6个5 m×20 m标准径流小区作为试验观测小区，小区水平投影面积100 m2，坡度均为12°。小区在原始地貌上人为分隔成不同措施小区，土层厚在2 m以上。纯柑橘园小区作为对照CK，分析了植物措施、耕作措施、工程+植物措施、工程措施4种不同水土保持措施。植物措施设置了百喜草全园覆盖小区PM1和狗牙根全园覆盖小区PM2，耕作措施设置了横坡间种小区TM，工程+植物措施设置了前埂后沟+梯壁植草梯田小区EM1，工程措施设置了普通梯田小区EM2，每个小区没有设重复。为阻止地表径流进出小区，周边设置围埂，其埂高出地表30 cm，埋深45 cm，用混凝土砖块砌成。小区下面筑有矩形集水槽，承接小区径流及泥沙，并引入径流池。径流池根据当地可能发生的最大暴雨和径流量设计成A、B、C 3池，每池均按1.0 m× 1.0 m×1.2 m方柱形构筑。A、B两池在墙壁两侧0.74 m处装有五分法60°“V”型三角分流堰，其中A池4份排出，内侧1份流入B池，B池与A池一样，其中一份进入C池。每个池都进行率定，池壁均安装有搪瓷水尺，能直接读数计算地表径流量。每个小区栽植柑橘12株，密度为12株/100 m2，平均树高2.5 m，树龄20 a，平均冠幅2 m。小区管理方法均按《水土保持试验规范SD239－1987》标准进行。各小区施肥量相同，参照当地常规施肥量施肥。该小区从2000年建设观测至今，所有措施均未进行变动。试验小区不同措施见表1。

注：CK，.纯柑橘小区；PM1，百喜草全园覆盖；PM2，狗牙根全园覆盖；TM，横坡间种；EM1，前埂后沟+梯壁植草梯田；EM2，普通梯田。

1.3 样品采集及测定

1.3.1 样品采集方法

本研究对2015年全年降雨按照气象部门国家标准《GB/T 28592-2012降水量等级》进行划分及筛选。（中雨：24 h降雨量10～24.9 mm；大雨：24 h降雨量25～49.9 mm；暴雨：24 h降雨量50～99.9 mm。）从中筛选出对照小区均有产流的有效降雨共26场，其中中雨9场，大雨11场，暴雨6场。在3种不同雨型的降雨中各选出1场典型降雨，对其养分进行分析。3场降雨的基本情况如表2所示。

本研究在2015年4月16日，所选取的3场典型降雨前，对不同措施小区土壤进行一次取样。土壤样品采集方法：采用土钻取样，每个随机选取3个点，每个点取土层0～30 cm混合样。如果小区为条带状措施，则在条带上随机选取3个点取样，在非条带部分再随机选取3个点取样，分别测定后，根据条带与非条带的面积进行折算后的结果作为该小区土壤样品值，土壤样品在室内自然风干、研磨、过筛后供其土壤理化性质测定。容重则采用环刀法，先去除表层枯枝落叶或植物，而后取表层0～5 cm土壤测定容重。

表1 试验小区的设计与处理

表2 降雨基本情况

水样取样方法：各小区出现产流后，将径流池内径流搅匀，用矿泉水瓶取500 mL左右浑水样，用于总氮、总磷等养分指标的测定。

1.3.2 样品测定方法

参照《土壤农业化学分析方法》[29]测定土壤物理指标及化学指标。

土壤物理指标：土壤容重及田间持水量测定方法为环刀法；水稳性团聚体质量百分数（WSA），为湿筛分析中>0.25 mm团粒结构所占的百分比，测定方法为机械筛分法；含水率为烘干法。

土壤化学指标：土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法；土壤全氮采用硫酸-高氯酸消化-水杨酸钠比色法；土壤全磷采用硫酸-高氯酸消化－钼锑抗比色法；水样中总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；总磷采用硫酸钾消解-钼蓝比色法测定。

2 结果与分析

2.1 产流产沙特征

由表3可知不同措施年均径流深值依次为：植物措施<工程措施+植物措施<耕作措施<工程措施<无措施对照。与无措施对照相比，植物措施、工程措施+植物措施、耕作措施、工程措施的减流效益分别为：71.43%、67.86%、46.43%、21.43%。其中，百喜草全园覆盖小区减流效益最佳，为75%。各措施不同雨型下的径流深变化趋势较为明显，均随降雨量的增大而增大。

不同措施年均流失泥沙量值依次为：工程+植物措施<植物措施<耕作措施<无措施对照<工程措施。与无措施对照相比，工程+植物措施、植物措施、耕作措施、工程措施的减沙效益分别为：95.88%、95.11%、77.86%、−14.22%。各措施不同雨型下的流失泥沙量变化趋势与径流深变化略有不同，狗牙根全园覆盖小区与前埂后沟+梯壁植草梯田小区在大雨雨型下流失量泥沙最大，其他小区则随着降雨量的增大而增大。

表3 不同措施小区不同雨型下产流产沙量

综合分析不同单项措施间的径流深与流失泥沙量可以看出，在不同雨型下，普通梯田小区与纯柑橘园小区径流深基本一致，而暴雨雨型下的径流深则要小于纯柑橘园小区。普通梯田小区在中雨条件下的流失泥沙量为纯柑橘园小区的2.4倍，而随着降雨量的增大，2个小区泥沙量逐渐接近，但仍以普通梯田小区略大。在中雨条件下横坡间种小区、纯柑橘园小区径流深与流失泥沙量较为接近，但随着降雨量的增大，横坡间种小区径流深与流失泥沙量比纯柑橘园小区削减明显。植物措施与工程+植物措施径流深也较为接近，在中雨条件下2个措施均不产沙，但随着降雨量增大，工程+植物措施对流失泥沙量削减比植物措施明显。

与纯柑橘园小区相比，各措施小区不同雨型下的减流效益依次为，百喜草全园覆盖>狗牙根全园覆盖>前埂后沟+梯壁植草>横坡间种>普通梯田。不同单项措施间减流效益差异明显，百喜草全园覆盖比狗牙根全园覆盖减少径流22.22%；前埂后沟+梯壁植草梯田比普通梯田减少径流59.09%。百喜草全园覆盖、狗牙根全园覆盖及前埂后沟+梯壁植草减流效益较好的3个小区均以中雨时减流效益最大，随着降雨量的增大减流效益略有降低，但均保持在60%以上。减流效益较差的横坡间种及普通梯田的减流效益则随降雨量的增大有所增大，但即使减流效益最好的横坡间作，其减流效益也不足60%。

图2 不同水土保持措施减流减沙效益

如图2b所示，与纯柑橘园小区相比，各措施小区不同雨型下的减沙效益依次为：百喜草全园覆盖>狗牙根全园覆盖>前埂后沟+梯壁植草>横坡间种>普通梯田。不同单项措施间减沙效益亦有明显差异。百喜草全园覆盖比狗牙根全园覆盖减少泥沙19.81%；前埂后沟+梯壁植草梯田比普通梯田减少泥沙96.41%。百喜草全园覆盖、狗牙根全园覆盖及前埂后沟+梯壁植草减沙效益较好的3个小区均以中雨时减沙效益最大，可达100%；暴雨时减沙效益其次，均在95%以上；大雨时减沙最小，但仍在85%以上。横坡间种及普通梯田2个小区的减沙效益较差，大雨时2个小区的减沙效益最大，其中横坡间种减沙效益最大，为85%；而普通梯田小区减沙效益则非常低，甚至其减沙效益低于纯柑橘园小区，即减沙效益为负值。

2.2 养分流失特征

如图3a所示，3场降雨不同措施总氮流失量均值依次为：植物措施<耕作措施<工程+植物措施<无措施对照<工程措施。与无措施对照相比，植物措施、耕作措施、工程+植物措施、工程措施对总氮削减效益分别为19.84%、18.75%、13.26%、-1.64%。

如图3b所示，3场降雨不同水土保持措施的减氮效益依次为：中雨<大雨<暴雨。与无措施对照相比，降雨量越大不同水土保持措施的减氮效益越明显。可以看出中雨条件下仅有百喜草全园覆盖及普通梯田有减氮效益，其余小区总氮流失量反而超出无措施对照200%以上。普通小区有减氮效益，主要由于其总氮流失浓度低。与中雨相比大雨条件下具有减氮效益的小区，增加了前埂后沟+梯壁植草，但其减氮效益仅有0.71%，基本与无措施对照持平，其余小区总氮流失量也有所降低，超出无措施对照不足50%。暴雨条件下百喜草全园覆盖、狗牙根全园覆盖、横坡间种、前埂后沟+梯壁植草均具有一定程度的减氮效益，只有普通梯田总氮流失量超过无措施对照。

如图3c所示，通过对不同措施小区总氮流失浓度分析发现，其规律性较为明显。除普通梯田小区外，采取了水土保持措施小区流失的总氮浓度均高于对照小区，并且浓度随着降雨量的增大而降低，而无措施对照小区则呈相反趋势。所有小区中横坡间种小区随径流流失的总氮浓度最高，在中雨条件下可达1.09 mg/L，与吴电明等[30]研究结论一致。反而无措施对照小区以及普通梯田小区其随径流流失的总氮浓度较低，无措施对照小区浓度最高的情况下也不超过0.50 mg/L。

图3 不同水土保持措施总氮流失特征

如图4a所示，3场降雨不同措施总磷流失量均值依次为：工程+植物措施<植物措施<耕作措施<无措施对照<工程措施。与无措施对照相比，工程+植物措施、植物措施、耕作措施、工程措施对总磷削减效益分别为68.94%、60.51%、42.81%、-86.26%。磷素主要随泥沙迁移[31]，对照表3可知，由于普通梯田流失泥沙量大的原因，导致工程措施减磷效益反而低于无措施对照。

如图4b所示，3场降雨不同水土保持措施的减磷效益从小到大的顺序与雨强顺序一致，大雨<暴雨<中雨。主要因为，磷素主要随泥沙迁移，雨强越大，流失泥沙量越大，从而导致总磷流失量也越大。并且可以看出，3场降雨均只有普通梯田减沙效益为负值，尤其是2015年05月12日这场大雨，雨强最大，导致普通梯田的总磷流失量甚至超出无措施对照150%以上。

如图4c所示不同措施小区流失的总磷浓度规律性不明显，但可以看出植物措施组总磷流失浓度较低，尤其是百喜草全园覆盖小区，3场降雨均低于0.05 mg/L。另外可以看出前埂后沟+梯壁植草小区总磷流失浓度为所有小区中最低，仅有0.02 mg/L，并且只有大雨雨型下监测出有磷素流失，中雨和暴雨下均未监测出磷素。总磷流失比较明显的小区主要是无措施对照小区及普通梯田，中雨雨型下总磷流失浓度最大。

图4 不同水土保持措施总磷流失特征

2.3 土壤理化性质特征

2.3.1土壤物理特征

试验小区在2000年建设初期，土壤背景值基本一致，但经过15 a不同措施的影响，导致每个小区土壤养分有了较大的差异。如图5所示，不同措施小区田间持水量趋势为工程措施<无措施对照<工程+植物措施<植物措施<耕作措施。与无措施对照相比，工程+植物措施田间持水量提高1.54%，植物措施提高7.19%，耕作措施提高14.60%，而工程措施降低0.64%。

Note: WSA, ≥0.5mm water-stable aggregates.

土壤含水率趋势为耕作措施<工程+植物措施<无措施对照<工程措施<植物措施。与无措施对照相比，植物措施土壤含水率提高18.94%，工程措施提高1.74%，而耕作措施与工程+植物措施分别降低5.09%、4.39%。土壤WSA值趋势为工程措施<工程+植物措施<耕作措施<无措施对照<植物措施。与无措施对照相比，植物措施WSA值提高4.42%，耕作措施、工程+植物措施及工程措施分别降低0.72%、1.13%及20.25%。

如表4所示，不同单项措施间各项土壤物理指标也存在差距。百喜草全园覆盖与狗牙根全园覆盖相比，土壤含水率提高16.61%；前埂后沟+梯壁植草梯田与普通梯田相比，田间持水量提高4.51%，土壤含水率降低6.03%，WSA值提高23.97%。横坡间种田间持水量田垄位置要比空地位置高24.21%，土壤含水率田垄位置要比空地位置高17.83%。

表4 不同措施小区土壤物理指标

2.3.2 土壤养分特征

为便于衡量不同养分指标的增减幅度，将不同数量级的指标进行比较，本研究以无措施对照小区为参照，将其他小区的养分指标均与无措施对照的养分指标的比值进行作图分析，大于1则说明该小区土壤养分含量有增加；反之，则说明养分含量降低。

如图6所示，所有小区土壤养分含量均以植物措施最高，尤其是百喜草全园覆盖，为所有小区中养分含量最高；其次为耕作措施；工程措施养分含量最低，普通梯田有机质及全磷含量均低于无措施对照。

对比不同小区的养分可以发现，植物措施及耕作措施有机质均有增加，以百喜草全园覆盖增加幅度最大，增加34.53%；工程措施及工程+植物措施则均有不同程度的下降，前埂后沟+梯壁植草下降19.90%，普通梯田下降40.54%。除普通梯田外，其他小区总氮含量均有增加，以百喜草全园覆盖增加幅度最大，增加78.26%。而全磷仅有百喜草全园覆盖增加较大，增加12.24%；狗牙根全园覆盖仅增加1.10%，其余小区总磷均有不同程度下降。

注：养分含量比值指不同措施的土壤养分与无措施对照小区的比值。

3 讨 论

综合分析含水率与径流之间的关系可以发现，耕作措施与工程措施的土壤含水率均低于植物措施，反而径流量高于植物措施，说明较低的土壤含水率并没有增加前2种措施的水分入渗。主要原因为，横坡间种空地部分裸露，垄上耕作期翻耕，导致随径流流失的泥沙量也大，与左长青[13]、谢颂华等[32]研究结论相近。工程措施的梯田台面只种柑橘树，其余地方全部裸露，裸露的表层土壤比搭配水土保持措施小区的表层土壤更紧实，因此水平的梯田台面虽然可以拦蓄降雨，但水分并不能及时入渗。尤其是普通梯田的梯壁及梯田台面全部裸露，其裸露面积大于纯柑橘园小区，导致其泥沙流失量也更大。反观前埂后沟+梯壁植草具有较好的减沙效益，说明单纯的工程措施并不能起到保持水土的作用，不当的果园配套措施反而会加速水土流失。然而即使工程+植物措施中的前埂后沟+梯壁植草梯田减流减沙效益与植物措施的2个小区最接近，但其造价要高于植物措施。植物措施通过茎叶拦截降雨，增加地表粗糙度，减缓径流的速度[21]，地下的根系可以增加土壤孔隙度，增加降雨的入渗[33]。植物措施坡面径流流速减缓导致表层土壤氮素与地表径流作用加强，使径流中氮素浓度增大，但由于径流量远小于其他水土保持措施，所以总氮流失量仍最低，该结论与张亚丽等研究一致[34]。虽然植物措施泥沙流失量及总磷流失量略大于工程+植物措施，但由于植物措施年均流失泥沙量仍然非常小，所以导致总磷流失浓度及流失量均比较低，该结论与袁东海等研究一致[31]。结合不同措施径流、泥沙来分析其土壤理化性质可以发现，耕作过程中对土壤进行疏松，耕作措施田间持水量折合计算后高于其他水土保持措施，但改善了土壤结构的同时也使得土壤水分更易蒸发，导致耕作措施土壤含水率最低。工程措施可增加坡面降雨入渗，但由于梯田台面裸露，缺少植物措施，土壤紧实，结构较差，导致田间持水量及WSA值最小，养分基本处于下降趋势，所以单纯的坡改梯并不能有效改良土壤。但如果在裸露的梯田台面辅以植物措施则可以取得较少径流流失及改良土壤的双重效果。植物措施2个小区根系发达且新陈代谢快，虽然叶茎的生长和蒸腾作用消耗了土壤中的水分，同时腐烂的根系能增加土壤有机质含量，改善土壤的团聚体结构，从而增加了径流的渗透量[35]。由此可以看出植物措施由于低径流量、低流失泥沙量、低养分流失量以及植物措施对土壤的改良作用，使其土壤理化性质为所有水土保持措施中最高。

4 结 论

1）各项水土保持措施的年均减流效益依次为：工程措施<耕作措施<工程措施+植物措施<植物措施；减沙效益依次为，工程措施<耕作措施<植物措施<工程+植物措施。植物措施减流效益最佳，为71.43%。前埂后沟+梯壁植草减沙效益最好，减沙效益为95.88%。

2）各项水土保持措施减氮效益随降雨量的增大而增大，减磷效益随雨强的增大而减小。各项水土保持措施的减氮效益依次为，工程措施<工程+植物措施<耕作措施<植物措施。减磷效益依次为，工程措施<耕作措施<植物措施<工程+植物措施。植物措施减氮效益最佳，为19.84%；工程+植物措施减磷效益最佳为68.94%，植物措施紧随其后，减磷效益为60.51%。

3）各项水土保持措施田间持水量依次为，工程措施<工程+植物措施<植物措施<耕作措施。其中耕作措施田间持水量提高幅度最大，为14.60%；植物措施其次，提高7.19%。土壤含水率依次为，耕作措施<工程+植物措施<工程措施<植物措施。其中植物措施土壤含水率提高幅度最大，为18.94%。土壤水稳定性团聚体WSA值依次为，工程措施<工程+植物措施<耕作措施<植物措施。其中植物措施WSA值提高幅度最大，为4.42%。土壤养分综合趋势与WSA值一致。土壤养分以植物措施中的百喜草全园覆盖提高最大，有机质、全氮和全磷分别增加34.53%，78.26%，12.24%。

综上，除工程+植物措施的减沙效益、减磷效益及耕作措施的田间持水量略高于植物措施外，各水土保持措施小区减流、减氮效益、土壤含水率、土壤养分含量等趋势均以植物措施综合水土保持效益最优。

[1] 刘颖，祁春节. 中国柑橘出口现状及其面临的国际环境分析[J]. 林业经济，2008，(10)：72－75.

Liu Ying, Qi Chunjie. An analysis on international export and environment for China’s citrus[J]. Forestry Economics, 2008, (10): 72－75. ( in Chinese with English abstract)

[2] 张展羽，吴云聪，杨洁，等. 红壤坡耕地不同耕作方式径流及养分流失研究[J]. 河海大学学报：自然科学版，2013，41(3)：241－246.

Zhang Zhanyu, Wu Yuncong, Yang Jie, et al. Runoff generation and nutrient loss under different modes of cultivation in red-soil sloping land[J]. Journal of Hohai University: (Natural Sciences), 2013, 41(3): 241－246. (in Chinese with English abstract)

[3] Fraser A I, Harrod T R, Haygarth P M. The effect of rain fall intensity on soil erosion and particulate phosphorus transfer from arable soils[J]. Water Science And Technology, 1999, 39(12): 41－45.

[4] Xin H L, Zhang Z Y, Jie Y, et al. Effects of Bahia grass cover and mulch on runoff and sediment yield of sloping red soil in southern China[J]. Pedosphere, 2011, 21(2): 238－243.

[5] Tian G, Wang F, Chen Y. Effect of different vegetation systems on soil erosion and soil nutrients in red soil region of Southeastern China[J]. Pedosphere, 2003, 13(2): 121－128.

[6] Li Z, Liu C, Dong Y, et al. Response of soil organic carbon and nitrogen stocks to soil erosion and land use types in the Loess hilly-gully region of China[J]. Soil and Tillage Research, 2017, 166: 1－9.

[7] Zheng H, Fang S, Yang J, et al. Reduction effects of three garden types on runoff, sediment and nutrient loss in the red soil hilly region of China[J]. J. Food Agric. Environ, 2012, 10: 1301－1307.

[8] 张兴昌，邵明安，黄占斌，等. 不同植被对土壤侵蚀和氮素流失的影响[J]. 生态学报，2000，20(6)：1038－1044.

Zhang Xingchang, Shao Ming’an, Huang Zhanbin, et al. An experimental research on soil erosion and nitrogen loss under different vegetation cover[J]. Acta Ecologica Sinica, 2000, 20(6): 1038－1044. (in Chinese with English abstract)

[9] 吴希媛，张丽萍，张妙仙，等. 不同雨强下坡地氮流失特征[J]. 生态学报，2007，27(11)：4576－4582.

Wu Xiyuan, Zhang Liping, Zhang Miaoxian, et al. Research on characteristics of nitrogen loss in sloping land under different rainfall intensities[J]. Acta Ecologica Sinica, 2007, 27(11): 4576－4582. (in Chinese with English abstract)

[10] 肖波，萨仁娜，陶梅，等. 草本植被过滤带对径流中泥沙和除草剂的去除效果[J]. 农业工程学报，2013，29(12)：136－144.

Xiao Bo, Sa Renna, Tao Mei, et al. Removing effects of grass filter strips on sediment and herbicide from runoff in simulated experiment[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(12): 136－144. (in Chinese with English abstract)

[11] 刘占仁，王立志. 不同土地利用方式对土壤养分及肥力的影响[J]. 水土保持研究，2012，19(6)：72－76.

Liu Zhanren, Wang Lizhi. Effect of different land use on soil nutrient and soil fertility[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2012, 19(6): 72－76. (in Chinese with English abstract)

[12] 林超文，罗春燕，庞良玉，等. 不同耕作和覆盖方式对紫色丘陵区坡耕地水土及养分流失的影响[J]. 生态学报，2010，30(22)：6091－6101.

Lin Chaowen, Luo Chunyan, Pang Liangyu, et al. Effects of different cultivation and mulching methods on soil erosion and nutrient losses from a purple soil of sloping lands[J]. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(22): 6091－6101. (in Chinese with English abstract)

[13] 左长清，马良. 红壤坡地果园不同耕作措施的水土保持效应研究[J]. 水土保持学报，2004，18(3)：12－15.

Zuo Changqing, Ma Liang. Study on soil and water conservation effect under different tillages for orchards on red soil slopeland[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2004, 18(3): 12－15. (in Chinese with English abstract)

[14] 付斌，胡万里，屈明，等. 不同农作措施对云南红壤坡耕地径流调控研究[J]. 水土保持学报，2009，23(1)：17－20.

Fu Bin, Hu Wanli, Qu Ming, et al. Research on runoff regulation under different farming measures from red soil slope field in Yunnan[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2009, 23(1): 17－20. (in Chinese with English abstract)

[15] 王晓燕，陈洪松，王克林，等. 不同利用方式下红壤坡地土壤水分时空动态变化规律研究[J]. 水土保持学报，2006，20(2)：110－113.

Wang Xiaoyan, Chen Hongsong, Wang Kelin, et al. Spatio-Temporal dynamic change of soil water in sloping land with different use modes in red soil region[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2006, 20(2): 110－113. (in Chinese with English abstract)

[16] 王晓燕，高焕文，李洪文，等. 保护性耕作对农田地表径流与土壤水蚀影响的试验研究[J]. 农业工程学报，2000，16(3)：66－69.

Wang Xiaoyan, Gao Huanwen, Li Hongwen, et al. Experimental study on runoff and erosion under conservative tillage[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2000, 16(3): 66－69. (in Chinese with English abstract)

[17] 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.

Yang Jie, Guo Xiaomin, Song Yuejun, et al. Eco-hydrological characteristics and soil and water conservation effect of citrus plantation on slope red soil of Jiangxi Province, China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(2): 468－474. (in Chinese with English abstract)

[18] 王进鑫，黄宝龙，罗伟祥. 反坡梯田造林整地工程对坡面产流的作用机制[J]. 农业工程学报，2004，20(5)：292－296.

Wang Jinxin, Huang Baolong, Luo Weixiang. Influence mechanism of reverse- slope terrace site preparation for afforestation on runoff formation of slope[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2004, 20(5): 292－296. (in Chinese with English abstract)

[19] 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.

Sun Yongming, Ye Chuan, Wang Xuexiong, et al. Investigation and analysis on the present situation of soil erosion in Gannan navel orange orchard[J]. Research of Soil and Water conservation, 2014, 21(2): 67－71. (in Chinese with English abstract)

[20] 吕玉娟，彭新华，高磊，等. 红壤丘陵岗地区坡地地表径流氮磷流失特征研究[J]. 土壤，2015，47(2)：297－304.

Lü Yujuan, Peng Xinhua, Gao Lei, et al. Characteristics of nitrogen and phosphorus losses through surface runoff on sloping land, red soil hilly region[J]. Soils, 2015, 47(2): 297－304. (in Chinese with English abstract)

[21] 陈晓安，杨洁，郑太辉，等. 赣北第四纪红壤坡耕地水土及氮磷流失特征[J]. 农业工程学报，2015，31(17)：162－167.

Chen Xiaoan, Yang Jie, Zheng Taihui, et al. Sediment, runoff, nitrogen and phosphorus losses of sloping cropland of quaternary red soil in northern Jiangxi[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(17): 162－167. (in Chinese with English abstract)

[22] 张展羽，左长清，刘玉含，等. 水土保持综合措施对红壤坡地养分流失作用过程研究[J]. 农业工程学报，2008，24(11)：41－45.

Zhang Zhanyu, Zuo Changqing, Liu Yuhan, et al. Process of nutrient loss of red-soil slope land under comprehensive soil and water conservation measures[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(11): 41－45. (in Chinese with English abstract)

[23] 王全九，杨婷，刘艳丽，等. 土壤养分随地表径流流失机理与控制措施研究进展[J]. 农业机械学报，2016，47(6)：67－82.

Wang Quanjiu, Yang Ting, Liu Yanli, et al. Review of soil nutrient transport in runoff and its controlling measures[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(6): 67－82. (in Chinese with English abstract)

[24] 杨玉盛，何宗明，林光耀，等. 退化红壤不同治理模式对土壤肥力的影响[J]. 土壤学报，1998，35(2)：276－282.

Yang Yusheng, He Zongming, Lin Guangyao, et al. Effect of different improving patterns on fertility of severely degraded granitic red soil[J]. ACTA Pedologica Sinica, 1998, 35(2): 276－282. (in Chinese with English abstract)

[25] 于兴修，马骞，刘前进，等. 不同覆被土壤结构稳定性对侵蚀泥沙氮磷流失的影响[J]. 水土保持学报，2011，25(4)：12－16.

Yu Xingxiu, Ma Qian, Liu Qianjin, et al. Effects of soil structure stabil ity of dif ferent land cover types on nitrogen and phosphorus sediment loss[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2011, 25(4): 12－16. (in Chinese with English abstract)

[26] 赵海东，赵小敏，方少文，等. 鄱阳湖区坡耕地水土流失对土壤养分的影响[J]. 江西农业大学学报，2014，36(1)：225－229.

Zhao Haidong, Zhao Xiaomin, Fang Shaowen, et al. Effect of soil and water erosion on soil nutrients on the slope farmland in Poyang Lake Region[J].Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis, 2014, 36(1): 225－229. (in Chinese with English abstract)

[27] 郑海金，杨洁，黄鹏飞，等. 覆盖和草篱对红壤坡耕地花生生长和土壤特性的影响[J]. 农业机械学报，2016，47(4)：119－126.

Zheng Haijin, Yang Jie, Huang Pengfei, et al. Effects of straw mulching and vetiver grass hedgerows on peanut growth and soil property in red soil sloping field[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(4): 119－126. (in Chinese with English abstract)

[28] 汪邦稳，肖胜生，张光辉，等. 南方红壤区不同利用土地产流产沙特征试验研究[J]. 农业工程学报，2012，28(2)：239－243.

Wang Bangwen, Xiao Shengsheng, Zhang Guanghui, et al. Study on runoff and sediment yield characteristics under different land uses in red soil area of Southern China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(2): 239－243. (in Chinese with English abstract)

[29] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京：中国农业科技出版社，1999.

[30] 吴电明，夏立忠，俞元春，等. 坡耕地氮磷流失及其控制技术研究进展[J]. 土壤，2009，41(6)：857－861.

Wu Dianming, Xia Lizhong, Yu Yuanchun, et al. Reviews on mechanisms of nitrogen, phosphorus losses from sloping farmland and control techniques[J]. Soils, 2009, 41(6): 857－861. (in Chinese with English abstract)

[31] 袁东海，王兆骞，陈欣，等. 红壤小流域不同利用方式氮磷流失特征研究[J]. 生态学报，2003，23(1)：188－198.

Yuan Donghai, Wang Zhaoqian, Chen Xin, et al. Effects of different use pattern on nitrogen and phosphorus loss characteristic of red loam in small river basin[J]. Acta Ecologica Sinica, 2003, 23(1): 188－198. (in Chinese with English abstract)

[32] 谢颂华，曾建玲，杨洁，等. 南方红壤坡地不同耕作措施的水土保持效应[J]. 农业工程学报，2010，26(9)：81－86. Xie Songhua, Zeng Jianling, Yang Jie, et al. Effects of different tillage measures on soil and water conservation in slope farmland of red soil in Southern China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(9): 81－86. (in Chinese with English abstract)

[33] Ghestem M, Sidle R C, Stokes A. The influence of plant root systems on subsurface flow: Implications for slope stability[J]. BioScience, 2011, 61(11): 869－879.

[34] 张亚丽，张兴昌，邵明安，等. 秸秆覆盖对黄土坡面矿质氮素径流流失的影响[J]. 水土保持学报，2004，18(1)：85－88.

Zhang Yali, Zhang Xingchang, Shao Ming’an, et al. Impact of straw cover on mineral nitrogen loss by runoff on loess slope[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2004, 18(1): 85－88. (in Chinese with English abstract)

[35] 汪邦稳，杨洁，汤崇军，等. 南方红壤区百喜草及其枯落物对降雨径流分配的影响[J]. 水土保持学报，2009，23(2)：7－10.

Wang Bangwen, Yang Jie, Tang Chongjun, et al. Influence of Palspalum notatum and Litter on Distribution ofRunoff in the Red Soil Area Southern China[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2009,23(2): 7－10. (in Chinese with English abstract)

Benefit evaluation on typical soil and water conservation measures in citrus orchard on red soil slope

Zhang Jie1,3, Chen Xiaoan1,2※, Tang Chongjun1, Wang Lingyun1, Li Longfei4

(1.,,330029,; 2.,,210098,; 3.,’,330029,; 4.,454000,)

In recent years, unreasonable development of sloping orchard land has resulted in many problems such as soil erosion, soil degradation, non-point source pollution, etc. Thus, it is necessary to study the comprehensive benefits of different soil and water conservation measures for orchards on red soil slopeland, which provides technical reference for orchard development and management. Studies about the relationships between runoff, sediment reduction, nutrient losses and soil physicochemical properties under soil and water conservation measures have been fully reported. However, most of the studies were conducted under a single soil and water conservation measure. It has been rarely reported about the comprehensive comparisons of plant measures, tillage measures, engineering + plant measures and engineering measures. Long term in situ observation in the standard citrus orchard plots was carried out to investigate the runoff, sediment and nutrient losses under different plant measures, cultivation measures and engineering measures and their effects on the soil physical and chemical properties. Six standard runoff plots with same slopes were selected as experimental plots. The sizes of the plots were 5 m (width) × 20 m (length). The horizontal projection areas and slopes of the plots were 100 m2and 12°, respectively. Three rectangular pools were built in each plot. Twelve citrus trees were planted in each plot. A plot was selected as the control plot with planted citrus trees only. Different plant measures, tillage measures, engineering+plant measures and engineering measures were adopted in the other five plots. The average annual runoff reduction benefits of different measures were ranked in the order: plant measures > engineering + plant measures > tillage measures> engineering measures. But the average annual sediment reduction benefit was slightly different, which were ranked in the order: engineering + plant measures > plant measures > tillage measures > engineering measures. The average annual runoff reduction (71.43%) of plant measures was the highest. But the sediment reduction benefit (95.88%) of engineering+plant measures was the highest. The average annual nitrogen reduction benefits were ranked in the order: plant measures > tillage measures> engineering+plant measures> engineering measures. The phosphorus reduction benefits were similar with the sediment reduction. Plant measures had the lowest nitrogen losses, the reduction rates were 19.84%. Engineering+plant measures had lowest phosphorus losses, the reduction rates were 68.94%. The soil field water-holding capacity decreased in the order: tillage measures > plant measures > engineering+plant measures> engineering measures. The soil field water-holding capacity of tillage measures and plant measures were 14.60% and 7.19 % higher than that of control plot, respectively. The variation trends of soil physical and chemical indicators under different soil and water conservation measures were slightly different. Soil moisture content and WSA were the highest in plant measures, which were 18.94% and 4.42% higher than the control plot. Soil nutrients were most improved by the plant measures. In all plant measures, the increase rates of soil nutrient for the citrus plot with whole coverage ofwere the highest, with the organic matter increasing by 34.53%, total nitrogen increasing by 78.26% and total phosphorus increasing by 12.24%, respectively. Thus, the plant measures performed the best in the soil and water conservation benefits, for example, reduction of sediment, nutrient loss and soil improvement. The results could offer theoretical reference for soil and water conservation control measures selection, soil quality improvement and solving of soil erosion and environmental problems suitable in the development of orchard in hilly red soil region of southern China.

soils; erosion; runoff; citrus orchard; nutrient loss; soil structure and improvement; soil and water conservation

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.022

S157.4

A

1002-6819(2017)-24-0165-09

2017-07-28

2017-12-11

国家自然科学基金项目（41401312）、江西省水利科技项目（KT201615）、水利部技术示范项目（SF-201727）、水利部鄱阳湖水资源水生态环境研究中心开放基金项目（zxkt201502）联合资助

张 杰，女，河北滦县人，工程师，主要从事水土保持及养分运移研究。Email：zhonglinlinzi@126.com

陈晓安，男，安徽南陵人，工程师，主要从事土壤侵蚀机理等研究。Email：onlycxa@163.com

张 杰，陈晓安，汤崇军，王凌云，李龙飞. 典型水土保持措施对红壤坡地柑橘园水土保持效益的影响[J]. 农业工程学报，2017，33(24)：165－173. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.022 http://www.tcsae.org

Zhang Jie, Chen Xiaoan, Tang Chongjun, Wang Lingyun, Li Longfei. Benefit evaluation on typical soil and water conservation measures in citrus orchard on red soil slope[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(24): 165－173. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.022 http://www.tcsae.org