“一坡三带”退耕还林模式水土保持特征研究

2016-11-17杨先义李永荷罗永猛余刚国左艳裴双俊

天津农业科学 2016年9期

杨先义+李永荷+罗永猛+余刚国+左艳+裴双俊

摘要：以毕节市三种典型的退耕还林模式即“一坡三带”模式（YP）、纯生态林（柳杉）模式（CS）、纯经济林（核桃）模式（CJ）为研究对象，在不考虑林冠层作用的条件下，通过人工模拟降雨法，分析研究不同退耕模式下对地表产流产沙的影响。结果表明：YP能有效缓解径流，减少径流强度，与CS和CJ这两种模式相比，其径流量分别减少了60.1%和80.1% ；径流初始发生时间分别延迟1.57 min和2.08 min；土壤侵蚀量分别降低49.6%和65.5%。可见“一坡三带”退耕还林模式对水土保持效果最为明显，是退耕还林模式中比较适合的植被恢复模式。

关键词：退耕还林；地表径流；土壤侵蚀量；模拟降雨；一坡三带

中图分类号：S157.2 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.09.017

Abstract： Three vegetation zones arranged on one slope（YP）， pure ecological forest （Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr，CS），pure economic forest（Juglans regia，CJ） were three typical kinds of returning farmland to forest in Bijie ，which were selected in this paper as the research objects， regardless of the role of the Canopy layer. Analysis the influence to the content of sediment and runoff which in the different modes of returning farmland to forest by simulated rainfall. The results indicated that the runoff process was alleviated and amount of run off was reduced using YP， compared to CS，CJ， the amounts of runoff under YP were reduced by 60.1% and 80.1%；runoff starting time were slowed down 1.57 and 2.08 min； the amounts of soil； erosion were reduced by 49.6% and 65.5%. Therefore， the effect of water and soil conservation under YP were most obvious which is the comparatively suitable mode of vegetation restoration.

Key words： grain for green； runoff； quantity of soil erosion； simulated rainfall； one slope-three zones

毕节市地处长江支流乌江上游，由于是山丘区，坡度大、土层薄、雨量集中、土层抗侵蚀力低，因此是贵州省水土流失最严重的地区之一，其治理直接影响长江中下游的长治久安[1-2]。2000年，国家林业局提出了治理该区时应采用“一坡三带”治理模式，即在山顶建设水源涵养林，山腰建设水土保持林，山脚建设水土保持经济林[3]。

“一坡三带”退耕还林治理模式自从被提出以来，目前在国内的研究已经取得了显著的成果，覃志刚等[4]曾以四川广元碗厂沟流域为研究单元，采用野外径流小区法，得出对严重侵蚀坡面的治理，采取“一坡三带”的治理模式，能够起到较好的水土保持效果这样的结论。同时提出了“一坡三带”配置模式，不但能有效地控制水土流失，而且充分利用土地资源，解决林牧争地矛盾，在短期内就有较高经济效益，对山区农民脱贫致富具有现实意义[5]。在对地表径流和土壤侵蚀的研究方面，由于地表径流和土壤侵蚀是水土保持的重要研究内容之一，因此无论国内还是国外都是成绩斐然。在研究方法方面，综合来看，国内外反映客观实际的土壤侵蚀研究方法也是多种多样[6]。而在研究成果方面，则从不同学科角度，针对不同的地理环境进行了研究。

作为长江珠江之屏障，2002年，退耕还林工程在毕节市正式启动实施，同年毕节市林业技术推广站根据毕节市的实际情况，将“一坡三带”模式在毕节市进行推广应用，取得了明显的效果，全市各县区按照此模式实施了退耕还林工程0.53万hm2以上，有效地控制了退耕地的水土流失程度。但是“一坡三带”优化治理模式与常规退耕还林模式相比较，在对土壤径流及土壤侵蚀的影响方面研究较少。为了探讨“一坡三带”模式对水土保持的优越性和为毕节试验区生态环境建设和启动新一轮退耕还林提供一定的依据，通过模拟人工降雨法对毕节市“一坡三带”退耕林、柳杉纯林、核桃纯林以裸地对照进行了地表径流和土壤侵蚀方面的研究。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

试验于2012—2015年在毕节市长春堡镇进行。毕节市地处云贵高原向东部低山倾斜的斜坡地带，为长江珠江之屏障，位于东经105°36′～106°43′，北纬26°21′～27°46′之间。毕节市是典型的岩溶山区，处在滇东高原向黔中山原丘陵过渡的倾斜地带，境内岩性复杂，山峦重叠，河谷深切，地势陡峭，喀斯特地貌发育完整，形成集山地、丘陵、谷地、洼地为一体的典型高原山区地貌。区内大部分地方属亚热带湿润气候，年均日照1 231 h，气温13.09 ℃，降雨量1 129.04 mm，无霜期266 d。毕节市森林覆盖率38.75%，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明，气候宜人，适合于多种农作物和动物的生长、繁衍。主要灾害性天气有倒春寒、春旱、伏旱、秋季低温冷雨和冰雹、暴雨等。区内出露岩石以石灰岩为主，其次为砂页岩、紫色砂页岩等。自然土壤以酸性黄壤，中性紫砂土为主。endprint

1.2 降雨装置

降雨装置在参考中国科学院水土保持研究所研制的SR型野外人工模拟降雨装置的基础上自行设计，降雨高度定为2.0 m，降雨均匀系数达到80%以上[7]。降雨器下方设置试验小区。

1.3 试验设计

试验采用原状土模拟方法。分别于“一坡三带”治理模式退耕林（YP）、柳杉纯林（CS）、核桃纯林（CJ）及传统农耕地（NG）构建径流实验区，径流实验区应保持原来的结构，面积为1 m2，在土体的三边用40 cm高的PVC板围成，插入土中30 cm，外露10 cm，防止降雨泥沙溅出和试验土体外围水分进入，在土体第四边距土体表层土壤5 cm处设置导流槽和集水槽用于收集地表径流，不同退耕还林植被配置情况如表1。

1.4 数据调查

根据毕节市1981—2010年30年的降雨资料，选择降雨保证率70%～80%的降雨强度作为此次的降雨强度，即6.1，6.2，6.3，6.4，6.5，6.6 mm·d-1，降雨时间80 min。降雨完后，将集水槽内的地表径流量全部收回，先在室内进行沉淀，后将泥沙放入烘箱内在80 ℃恒温下烘干、称重，测定产沙量。降雨开始后，分别记录以下数据：不同降雨强度下的径流量和产沙量；80%保证率的降水强度（6.6 mm·d-1）下的初始产流时间，然后收集并测定产流量。

1.5 数据分析

数据调查完成后，采用Excel和SPSS13.0软件进行处理和方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同降雨强度对地表径流的影响

研究得出（表2），无论是何种退耕模式，不同降水强度下的产流量、产流系数和产沙量均呈显著差异，对于不同的降雨强度，6.7 mm·d-1降雨强度下的径流量是降雨强度6.1 mm·d-1下的1.64倍，6.7 mm·d-1降雨强度下的产流系数是降雨强度6.1 mm·d-1下的1.79倍，6.7 mm·d-1降雨强度下的土壤侵蚀量是降雨强度6.1 mm·d-1下的1.76倍。降水作为坡面径流的原动力，降雨强度的增大，对地表的冲刷和击溅作用越强，产流产沙越大[8]。

2.2 不同退耕模式地表径流特征

不同退耕还林模式地表径流特征见表3，观测数据显示，相同降雨强度、相同坡度以及相同区域，不同退耕模式的地表径流呈极显著差异，4种模式中，NG的地表径流量最大，其次是CJ，再次是CS，最小的是YP，NG的地表径流量是YP的10.2倍，CS的地表径流量是YP的2.6倍，CJ的地表径流量是YP的5.0倍。通过对不同模式下地表径流系数的计算得出，径流系数最小的也是YP，其次是CS，然后是CJ，最大的仍然是NG，NG的地表径流系数是YP的15.6倍，CS的地表径流系数是YP的3.4倍，CJ的地表径流系数是YP的8.5倍。其规律和地表径流一致。

4种模式下，径流开始时间为YP>CS>CJ>NG。在退耕还林模式中，CJ径流开始时间早，而YP径流开始时间明显晚于其他模式，CS、CJ的开始时间分别比YP早了1.57 min和2.08 min，而NG的径流开始时间比YP早了4.5 min。因为物种多样性与土壤保持功能间存在着很好的一致性，物种多样性的提高能促进生态系统土壤保持功能的稳定性[9]。CS和CJ两种模式相比，CJ的时间早于CS，因为经济林的精心管理和集约化经营，林分密度高，水平郁闭度大，但由于空间结构相对简单，所以地表径流和径流系数较其他模式大[10]。

2.3 不同退耕还林模式土壤侵蚀特征

植被是控制水土流失的关键因素之一，植树造林是最有效和最常采用的水土保持措施，利用森林植被的冠层、地被物的覆盖和植物的根系有效减小雨水对表土的直接溅蚀，拦截地表径流，提高土壤的持水量，有效涵养水源，从而达到保水保土的效益[11]。由表4看出，NG的土壤侵蚀量是YP的17.1倍，对于不同的退耕模式，CJ的土壤侵蚀量是YP的2.9倍，CS的土壤侵蚀量是YP的2.0倍，而且在整个过程中，不管是CJ还是CS，其土壤侵蚀量也一直高于YP。

3 结论和讨论

（1）水土保持。农村发展和农民脱贫呈现互动共生的关系，严重的水土流失和不断恶化的生态环境问题已成为长江上游欠发达地区经济发展和新农村建设的障碍[12-14]，因此，将长江上游地区25度以上陡坡耕地纳入退耕还林工程，对于长江上游水土流失治理具有重要意义。同时通过“一坡三带”模式的推广应用，不仅考虑到了退耕还林的生态效益，更考虑到生态与经济共同发展的要求，在设计过程中采用林果结合，不仅达到了水土保持的效果，对解决农民口粮问题也起到了关键性作用。

（2）植被丰富度的不同，产流量和产流系数也有显著差异，在不考虑林冠层的作用下，3种退耕还林模式下的产流量及产流系数均为CJ>CS>YP。因此，通过应用“一坡三带”退耕还林模式，建设一个物种多样性高、自我维持能力强、结构稳定、功能协调的稳定的生态系统，才能真正达到治理水土流失的目的。

（3）研究表明，坡耕地是大量江河泥沙的主要来源；同时坡耕地严重的水土流失使山区丘陵土层变薄，养分流失，保水能力变差，使大多数坡耕地生产力低下，严重阻碍山地丘陵区农业可持续发展，使广大山区农民无法脱贫致富，更造成恶性循环，加速坡耕地的水土流失[15]。因此，退耕还林工程的实施，能够使得工程区生态状况明显改善，水土流失和土地沙化明显缓解。

（4）降水强度对产流产沙影响较大，相同退耕还林模式下，随着降水强度的增加，产流产沙量也明显增加。

参考文献：

[1]史洪龙.贵州省毕节地区的水土流失及治理对策[J].中国水土保持，1988（10）：10-13.

[2]国务院.关于将长江上游列为全国水土保持重点防治区的报告的批复[EB/OL].（1988-04-22）http：//www.110.com/fagui/law_1088.html.

[3]国家林业局造林司.长江上游地区林业生态建设与治理模式（续）[J].林业实用技术，2003（3）：32.

[4]覃志刚，陈林武，朱志芳，等.盆北山地退化生态系统“一坡三带”治理模式的研究[J].四川林业科技，2004，25（3）：27-31.

[5]覃志刚，邱进贤.四川盆地严重侵蚀坡面林业治理技术研究[J].林业科技开发，2000，14（2）：13-15.

[6]王晓康.天山中部林区不同林分条件下地表径流和土壤侵蚀特征研究[D].乌鲁木齐：新疆农业大学，2013.

[7]陈文亮，唐克丽.SR型野外人工模拟降雨装置[J].水土保持研究，2000，7（4）：106-110.

[8]魏强，张秋良，代海燕，等.大青山不同植被下的地表径流和土壤侵蚀[J].北京林业大学学报，2008，30（5）：112-117.

[9]王震洪，段昌群，侯永平，等.植物多样性与生态系统土壤保持功能关系及其生态学意义[J].植物生态学报，2006，30（3）：392-403.

[10]孔维健，周本智，傅懋毅，等.不同土地利用类型水土保持特征研究[J].南京林业大学学报（自然科学版），2009，33（4）：57-61.