江西红壤地区不同水土保持措施生态效益对比研究

张秀梅

(江西省水投工程咨询集团有限公司,江西 南昌 330000)

1 研究区概况

研究区位于江西省九江市鄱阳湖湖滨区，总面积约为33.8km2，海拔20～150m，其中海拔20～25m占比为15%，海拔25～50m占比为20%，海拔50～150m占比为65%，地面坡度5°～35°。研究区属亚热带湿润季风气候，年平均降雨量1437mm(春夏两季降雨占比75%～85%左右)，年平均气温17.3℃，年平均日照数1914h，年平均无霜期为259d。

研究区土壤属于红壤土，土壤偏酸性，结构松散，在降雨侵蚀下易发生水土流失，目前水土流失面积约为9.55km2，占研究区总面积的29.1%，其中轻度水土流失、中度水土流失、重度水土流失、极强水土流失、剧烈水土流失面积分别为5.12、2.93、0.45、0.34、0.09km2，分别占水土流失面积的53.6%、37.2%、4.7%、3.6%、0.9%。针对研究区水土流失情况比较严重，决定对该地区进行水土流失治理，主要治理措施包括种植油茶、红豆杉、湿地松等以及其他辅助配套措施。

2 研究方法

2.1 样地布设

在研究区野外选择坡向、坡度和海拔相似的样地进行小区径流观测和土样调查试验，坡向均为西北向，海拔为50～65m，坡度8°～12°。选取油茶、红豆杉、湿地松(封禁林)、湿地松(水保林)和对照试验组五种措施下的样地进行对比研究(林地种植时间均为2019年)，每种措施样地的规格为长20m×宽20m，采样时的平均气温为15℃，均按“S型”对土样进行取样，每个措施均采样3次，采样土壤剖面尺寸为0.4m×0.4m[1- 3]。各试验样地基本情况见表1。

表1 试验小区基本情况

小区径流观测为2020和2021连续两个年份，对各小区的降雨量、径流量和泥沙量进行分析；土样调查试验主要对各小区的理化性质、养分性质和土壤可蚀性K值进行试验和计算。

2.2 生态效益评价方法

结合变异系数法和Topsis法对不同水土保持措施下的生态经济情况进行评价[4- 5]。具体评价步骤为：①构建不同水土保持治理措施生态环境评价指标体系，如图1所示；②利用变异系数法求解各评价指标的权重值；③利用Topsis法求解CI值；④根据CI值大小，对不同水土保持治理措施生态效益进行排序。

图1 水土保持治理措施生态环境评价指标体系

3 效果分析

3.1 减流效应

通过小区径流观测得到不同水土保持措施下的径流量结果如图2所示。从图中可知：相同年份下，径流量均表现为对照组>油茶>水保林>红豆杉>封禁林，在2020年，油茶、水保林、红豆杉、封禁林措施下相比对照试验组的减流率分别为27.6%、64.9%、44.3%和89.8%，在2021年，油茶、水保林、红豆杉、封禁林措施下相比对照试验组的减流率分别为51.9%、74.2%、73.6%和88.1%，从减流效果来讲，封禁林的减流效果最好，其次为红豆杉在，最差的为油茶；2021年的径流量明显低于2020年的径流量，2021年油茶、水保林、红豆杉、封禁林措施下和对照试验组相比2020年的减流率分别为60.8%、72.6%、55.6%、30.4%和40.9%，说明在2020—2021年，植被的长势良好，自然恢复能力充分发挥，从而在很大程度上可减小径流的产生[6]。

图2 不同治理措施径流量

图3 不同治理措施产沙量和土壤侵蚀模数

3.2 减沙效应

通过小区径流观测得到不同水土保持措施下的产沙量和土壤侵蚀模数结果如图3所示。从图中可知：相同年份下，产沙量和土壤侵蚀模数均表现为对照组>油茶>水保林>红豆杉>封禁林，这说明封禁林为最好的水土保持措施，其次为红豆杉；2020年，封禁林、红豆杉、水保林和油茶相比对照试验组的减沙率(减蚀率)分别为90.8%、65.7%、43.4%和31.5%，2021年，封禁林、红豆杉、水保林和油茶相比对照试验组的减沙率(减蚀率)分别为94%、85%、83.7%和61.9%；2021年的产沙量和土壤侵蚀模数相比2020年有较大幅度降低，封禁林、红豆杉、水保林、油茶和对照试验组分别降低79.9%、86.4%、91%、82.7%和68.9%，由此可见随着植被根系发展，可以产生更强的固沙作用；从2020年到2021年，封禁林一直保持为微度侵蚀，油茶、红豆杉、水保林则由轻度侵蚀转变为微度侵蚀，对照试验组由中度侵蚀降为轻度侵蚀。

3.3 土壤理化性质

不同水土保持措施下的土壤主要理化性质见表2。从表2中可知：土壤含水率排序为：红豆杉>封禁林>水保林>油茶>对照组，最大持水量排序为：水保林>封禁林>红豆杉>对照组>油茶，毛管持水量排序为：封禁林>水保林>红豆杉>对照组>油茶，容重排序为：对照组>封禁林>油茶>水保林>红豆杉，总孔隙度排序为：水保林>封禁林>油茶>对照组>红豆杉，毛管孔隙度为：封禁林>油茶>对照组>红豆杉>水保林，pH排序为：红豆杉>对照组>封禁林>水保林>油茶。从土壤容重上来讲，油茶、封禁林和对照组为紧实，红豆杉和水保林为偏紧。从土壤pH来讲，均为酸性土壤，其中油茶和水保林属于强酸性，红豆杉、封禁林和对照组属于酸性。

3.4 土壤养分性质

不同水土保持措施下的土壤养分性质见表3。从表3中可知：速效氮含量排序为：红豆杉>封禁林>油茶>水保林>对照组，速效磷含量排序为：水保林>油茶>红豆杉>封禁林>对照组，速效钾含量为：红豆杉>封禁林>水保林>油茶>对照组；采取水土保持治理措施后，土壤的各项养分均较对照组由一定程度提升。其中红豆杉措施在速效氮和速效钾含量上的提升效果最好，水保林措施在速效磷含量上的提升效果最好。

3.5 可蚀性K值

通过观测和试验数据计算得到土壤可蚀性K值结果如图4所示。从图中可知：在不采取水土保持措施下(对照组)的土壤可蚀性K值最大，达到0.0459t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，其次为红豆杉措施，土壤可蚀性K值为0.043t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)，油茶、封禁林和水保林三种水土保持下的土壤可蚀性K值相差不大，分别为0.0399、0.0389和0.0408t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)。

图4 不同水土保持措施下土壤可蚀性K值

4 综合评价

根据变异系数法求解得到各评价指标的权重值，如图5所示。从图中可知：在13个评价指标中，土壤含水率的权重值最大，为0.098，其次为速效磷含量，为0.094，排名第三的为毛管孔隙度，为0.087，权重值相对最小的为减流率和减沙率，这说明土壤养分和理化性质对于水土保持生态效益的影响较高。从整体上来讲，各指标权重值虽然有所差异，但相差不大，表明所选指标均可以较好地反应在不同水土保持措施下的生态环境效益变化情况。

图5 不同指标权重值

表2 不同水土保持措施下土壤理化性质

表3 不同水土保持措施下土壤养分性质

根据不同指标权重值情况，采用熵权Topsis法计算得到不同水土保持措施下的CI指标值，结果如图6所示。从图中可知：油茶、红豆杉、封禁林、水保林和对照组的CI值分别为0.4466、0.6306、0.6602、0.6323和0.1192，CI值从大到小依次排序为：封禁林>水保林>红豆杉>油茶>对照组，封禁林的水土保持生态效益最好，其次为水保林，经济林种的红豆杉在生态效益方面也有不俗表现[7- 8]。

图6 不同水土保持措施下生态效益评价CI值

5 结论

以江西九江红壤地区为例，对不同水土保持下的生态效益进行了评价研究，得出如下结论。

(1)从减流减沙效果来讲：对照组<油茶<水保林<红豆杉<封禁林，封禁林的减流、减沙率相比对照试验组基本可达到90%；采取水土保持措施后，土壤的侵蚀度均有所好转。

(2)采取不同水土保持措施后，土壤的理化性质得到有效改善，养分含量有不同程度提升，可蚀性K值较对照试验组降低6.3%～15.3%。

(3)土壤养分和理化性质对于水土保持生态效益的影响较大，根据生态效益评价结果排序为：封禁林>水保林>红豆杉>油茶>对照组。

(4)本文仅针对江西红瓤去的水土保持措施生态效益进行分析，可为其他地区提供一种评价方法，但仍需具体问题具体分析。