南方紅壤丘陵區經果林開發對水土流失的影響——以江西省為例

朱麗琴，黃榮珍，李 鳳，張騰升，申思佳，王 莉

(1.南昌工程學院 江西省退化生態系統修復與流域生態水文重點實驗室, 江西 南昌 330099；2. 福建師范大學 濕潤亞熱帶山地生態國家重點實驗室培育基地，福建 福州 350007；3.進賢縣水務局，江西 進賢 331700)

紅壤是我國重要的熱帶亞熱帶土壤資源之一，廣布于南方的16個省(區)，總面積218萬km2，約占全國土地總面積的22.7%。紅壤區光熱資源豐富、雨量充沛、土地生產潛力較高，是我國重要的經濟及糧食作物產區。紅壤是江西境內面積最大、分布最廣的地帶性土壤[1]。江西省紅壤區面積9.3萬km2，主要分布于丘陵、山地，但由于山高坡陡、降雨集中、土壤抗蝕性差，加之受貧困、人口壓力和歷史因素等影響，因此紅壤區大面積土地正遭受嚴重的水土流失，并成為南方紅壤侵蝕的典型代表。

水土保持與人們生活息息相關，而發展經果林是增加水土流失區群眾收入的有效措施之一[2]。因具有經營周期短、經濟效益高等優勢，經果林產業日益成為紅壤山丘區的重要支柱產業[3-4]。根據《江西省農業產業結構調整規劃(2012—2020年)》，未來江西省經果林的開發規模和面積將進一步擴大，但在開發經營過程中，相關人員多把重點放在為獲得穩產高產而實施的經營管理當中，包括施肥培肥、施藥抗病、灌溉抗旱、間作套種、修剪疏果等，而對于開發初期的土地整理過程、方式及其造成的影響和后果關注不夠，尤其是對果園水土流失與土地生產力衰退缺乏重視，致使生態環境遭受破壞，造成的水土流失與次生危害演變為區域性重大環境問題，嚴重威脅區域防洪安全、糧食安全、生態安全。為此，本研究在江西省贛縣、進賢縣、泰和縣設立觀測場進行定位觀測和調查，以定量研究經果林開發初期對水土流失的影響，以期為有效控制經果林開發造成的水土流失、制訂合理的防治方案提供科學依據。

1 調查區概況

根據江西省經果林的分布地形和整地特點，本研究選擇在贛州清溪水土保持生態科技園徑流小區，以及進賢縣油茶開發基地、泰和縣柑橘園設立觀測場進行調查，各調查區基本情況見表1。

表1 調查區概況

贛州清溪水土保持生態科技園徑流小區位于贛縣臍橙開發區域，于2013年10月建成(圖1)。徑流小區原生坡度為18°，土地覆蓋類型為灌草地，用挖掘機開挖整理形成水平臺階，臺面寬4 m。小區投影面積為230 m2(23 m×10 m)。

進賢縣油茶開發基地坡度總體較緩，一般不超過10°，且以順坡耕種為主。本研究選取進賢縣高氏油茶基地、高產無性系油茶育苗基地、池溪鄉黎家油茶基地和鐘陵鄉大公林場油茶基地作為觀測場。其中：進賢縣高氏油茶基地于2009年初進行了機械整地、全墾翻耕，翻耕深度為30～50 cm，挖穴采用鉆頭、打穴機，打穴深度為50～60 cm；高產無性系油茶育苗基地原為馬尾松和灌木林地，于2010年初進行了機械整地，開墾為油茶地；池溪鄉黎家油茶基地在2010年初進行了機械整地，但種植的油茶比高產無性系油茶矮小，且基地內土壤未完全風化、肥力略差；鐘陵鄉大公林場油茶基地于2012年秋冬進行了機械整地，基地內土壤石礫含量高，表層較肥沃土壤受沖刷流失嚴重，地表多石英砂粒，且細溝廣泛分布。

圖1 2013年10月小區建成

泰和縣柑橘園位于泰和縣水土保持站，于2012年初進行了水平臺階整地(坡度15°以上，占整個果園面積的23%)和穴狀整地(坡度15°以下，占整個果園面積的77%)，果園總面積約13.33 hm2，種植橘樹約5 000株，在集水區出口處建有攔沙壩，壩長42.3 m。

2 研究材料與方法

2.1 野外調查觀測與土壤樣品采集

(1)贛州清溪水土保持生態科技園徑流小區。2014年10月在該徑流小區進行了實地量測：根據集流池長、寬和泥沙厚度計算泥沙體積，用鋁盒多點采集集流池內泥沙樣品，烘干稱量取平均值，以推算產沙量，再根據產沙時間和徑流小區面積計算土壤侵蝕模數；為研究徑流小區坡面溝狀沖刷程度，采用量測侵蝕溝法，在徑流小區每條侵蝕溝的上、中、下三段選擇若干斷面，測量每個斷面侵蝕寬度和深度，配合環刀取樣分析得到的土壤平均容重，計算坡面溝蝕侵蝕量；在水平臺階上用環刀采集表層(0～10 cm)原狀土，并采集同坡面原生植被土壤環刀樣品作為對照，以測定土壤物理性質；用自封袋采集水平臺階和對照0～5、5～10、10～20 cm土層土壤樣品，以及集流池內泥沙樣品，以測定土壤化學性質。此外，在2015年3—10月對徑流小區泥沙進行監測，于每月底用鋁盒采集集流池內泥沙樣品，以計算月產沙量和土壤侵蝕模數。

(2)進賢縣油茶開發基地。采用樁釘法，于2013年5月在進賢縣高氏油茶基地、高產無性系油茶育苗基地、池溪鄉黎家油茶基地和鐘陵鄉大公林場油茶基地4個觀測場分別布設PVC管(PVC管露出地面高度為30 cm)，后分別于2013年10月、2014年10月和2015年10月在各觀測場進行3次實地量測。具體方法是根據PVC管露出地面高度計算平均土壤沖刷深度，配合用環刀多點取樣分析得到的土壤平均容重，計算土壤侵蝕量和侵蝕模數。

(3)泰和縣柑橘園。采用攔沙壩法，于2014年10月和2015年10月在柑橘園進行2次實地量測，具體方法是將攔沙壩淤積區劃分成多個近似梯形或者三角形地塊，每個地塊多點測量淤積深度，根據每個地塊面積求出相應淤積體積，配合環刀取樣分析得到的泥沙平均容重，計算每個地塊泥沙淤積量，進而得到整個淤積區的泥沙量和土壤侵蝕模數。

2.2 室內分析測試

土壤容重、飽和持水量、毛管持水量和田間持水量采用環刀法測定[5]；土壤有機質含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定[6]；土壤全氮含量采用定氮儀測定；土壤全磷含量采用紫外分光光度計測定；土壤全鉀含量用原子吸收分光光度計測定。

2.3 數據處理

所有數據均為多次重復試驗的平均值，采用Excel 2003對試驗數據進行統計分析。

3 結果與分析

3.1 臍橙開發區域水土流失觀測

經過2014—2015年2個觀測年的降水沖刷，徑流小區狀況見圖2、3。相比圖1，圖2、3中徑流小區坡面上有3條明顯的侵蝕溝，水平臺階上所修外埂大部分被沖刷或淤平。2014年10月對徑流小區進行實地量測，得到徑流小區土壤侵蝕模數為5 043 t/(km2·a)、侵蝕溝產生的土壤侵蝕量為8.39 t。2015年3—10月連續對徑流小區實施監測，月土壤侵蝕量計算結果見表2，計算得到侵蝕模數為4 984 t/(km2·a)。可見，2014、2015年徑流小區土壤侵蝕模數相差不大，說明在沒有采取有效覆蓋措施的花崗巖紅壤坡地， 建設果園的前三年土壤侵蝕模數沒有明顯變化，侵蝕強度為強烈等級。

圖2 2014年10月小區狀況 圖3 2015年10月小區狀況

時 間泥沙厚度/cm月土壤侵蝕量/(t·hm-2)2015年3月5.15.222015年4月1.31.302015年5月8.28.262015年6月17.317.392015年7月10.210.432015年8月1.41.452015年9月2.72.762015年10月2.93.03

徑流小區土壤理化指標測定結果見表3、4。由表3知，徑流小區挖除原生植被開發成果園后，表層(0～10 cm)土壤受到極大破壞，土壤飽和持水量下降11.42%，毛管持水量下降10.35%，非毛管持水量下降14.65%，田間持水量下降18.07%，即土壤的水分滲透能力、水分保蓄與供給能力均不同程度被削弱，尤其是田間持水量下降最為顯著。由表4知，原生植被(對照)土壤有機質、全氮、全磷和全鉀含量基本上隨土層深度的增加而降低；水平臺階上的土壤養分含量變化規律卻不明顯，其土壤有機質含量在5～10 cm土層出現最高值，這可能是因為降雨沖刷上層臺階流失的土壤覆蓋了下層臺階的表土，而全氮、全磷、全鉀含量隨土層深度的增加大致表現出先降低后升高的趨勢，且差異不明顯；集流池內土壤有機質和全氮、全磷、全鉀含量均高于水平臺階，原因是雨季降雨沖刷使得水平臺階上的表土流入集流池。此外，原生植被(對照)土壤有機質及全氮、全磷、 全鉀含量均高于徑流小區(水平臺階、集流池)，主要原因是挖掘機開挖整理形成水平臺階擾動了地表，破壞了原生植被，使土壤裸露面積增加，容易引起水土流失，加之花崗巖發育的紅壤滲透性較好，淋溶作用較為強烈，養分易隨徑流流失，使土壤變得更為貧瘠。經計算，2014年徑流小區土壤有機質、全氮、全磷、全鉀流失量分別為43.6、2.9、1.8、41.4 t/km2。

表3 徑流小區表層(0～10 cm)土壤物理性質

表4 徑流小區不同土層土壤化學性質

3.2 油茶開發基地坡面沖刷觀測

2013年10月、2014年10月和2015年10月分別對進賢縣油茶開發基地的4個觀測場進行了監測，結果見表5。經果林土壤侵蝕模數隨開發時間的推移急劇下降，鐘陵鄉大公林場油茶基地土壤侵蝕模數由開發第一年的14 083 t/(km2·a)下降到第三年的5 694 t/(km2·a)；池溪鄉黎家油茶基地和高產無性系油茶育苗基地土壤侵蝕模數由開發第四年的11 594和60 093 t/(km2·a)下降到第六年的2 899和16 496 t/(km2·a)；進賢縣高氏油茶基地土壤侵蝕模數由開發第五年的17 073 t/(km2·a)下降到第六年的9 755 t/(km2·a)；4個觀測場土壤侵蝕模數下降幅度介于42.86%～75.00%。特別是高氏油茶基地的油茶經過幾年的生長，植株茂盛、枝葉密集、根系固土作用較強，至開發第七年地表已可見苔蘚和地衣覆蓋，達到無明顯侵蝕狀態。不同觀測場土壤侵蝕模數差異巨大，在開發前5年侵蝕強度呈極強烈到劇烈不等，同時相對于紅砂巖發育的紅壤，第四紀紅黏土發育的紅壤侵蝕強度更大。

表5 4個觀測場不同種植年限經果林土壤侵蝕情況調查

注:括號中數據表示基地開發的時間。

3.3 柑橘園集水區產沙量調查

2014年10月對泰和縣柑橘園土壤侵蝕情況進行了實地調查。經計算，果園淤積泥沙為171.62 m3、228.25 t，根據匯水面積2.67 hm2、侵蝕溝已沖刷近3年，計算出整地開發前三年的平均土壤侵蝕模數為2 850 t/(km2·a)。2015年10月對淤積情況再次調查得到淤積量為27.85 t，計算得到2015年(整地開發第四年)土壤侵蝕模數為1 043 t/(km2·a)，相比前三年土壤侵蝕強度明顯減輕。

4 結論與建議

4.1 結 論

(1)對位于江西南部花崗巖發育紅壤上的贛州清溪水土保持生態科技園徑流小區進行的典型觀測結果表明，果園建設第二年土壤侵蝕模數為5 043 t/(km2·a)，第三年為4 984 t/(km2·a)，土壤侵蝕模數下降幅度較小，侵蝕強度達強烈等級。

(2)對位于江西中部第四紀紅黏土和紅砂巖發育紅壤上的進賢縣油茶基地利用樁釘法進行定點連續觀測，結果顯示油茶基地土壤侵蝕模數隨開發時間的推移急劇下降，下降幅度為42.86%～75.00%。

(3)對位于江西中南部吉安市泰和縣水土保持站第四紀紅土上的紅壤柑橘園應用攔沙壩法進行觀測，結果顯示整地開發前三年平均土壤侵蝕模數為2 850 t/(km2·a)，第四年土壤侵蝕模數為1 043 t/(km2·a)，土壤侵蝕強度明顯減輕。

4.2 建 議

(1)在連續三年的定點觀測與調查過程中，不同地塊由于坡度、土壤抗侵蝕性能、整地擾動強度等存在差異，因此土壤侵蝕模數相差較大。單純采用空間替代時間的方法進行研究可能導致結果與實際情況相差巨大，在不同地塊間難以進行有效比較，因此建議進一步開展連續定點定位監測，以分析經果林開發后土壤侵蝕狀況隨時間的變化規律。

(2)在果園開發整地時要嚴格禁止采取全墾、機械化大規模作業、陡坡開墾，提倡使用隔坡帶狀開墾、保留原生植被或補植灌草隔離帶、“山頂戴帽、山腳穿襪”和微小規模的整地方式(點/穴狀整地等)。在采取水土保持措施時，應綜合應用坡改梯、水平臺地、集流槽、環山溝、山邊溝、草溝、前埂后溝、節水灌溉等工程措施，果農結合、果草結合、梯壁植草、果草牧(漁)綜合發展、節水覆蓋等生物措施，以及合理的耕作措施。此外，還可以在果樹行間、水平梯田的梯壁、排水溝內等處種植草本植物；在山腳建立緩沖帶，在山坡與溝道連接處設置生態濕地，構建攔泥截廢消污的最后一道防線。

(3)加強具有贛南紅壤坡地果園特色的清潔小流域建設模式研究和示范，比如果園雨水的再分配與徑流的響應、果園養分流失特點及其防控技術、果園下墊面優化調控技術集成與示范、果園截流蓄水灌溉技術集成與示范、果園土壤養分庫容擴增技術集成與示范、果園面源污染防控技術集成與示范，以更好地保持水土、防治果園面源污染、保護東江和贛江源頭水質。

(4)多年來，贛南各地摸索出了不少有效的水土流失防治措施，取得了一定的成績[7-8]。比如：安遠、定南等縣的“山頂戴帽、山腰穿裙、山底穿靴”果園開發模式、“樹頂燈、樹上板、樹腳螨、樹底管”等生態果園管理技術；獨立崠萬畝生態綠色臍橙基地實施“五統一分”，即統一山地流轉、統一規劃設計(在果業開發中推廣水土保持“三三四”原則，即開發山場留足30%的戴帽山，30%的涵養林、隔離帶，開發面積不超過40%)、統一基礎設施建設、統一技術標準、統一社會化服務、分戶經營，不僅快速實現果農脫貧致富，而且有效防止了水土流失，保護了生態。但是，現階段贛南當地還有一些地方政府對水土保持措施和物資投入不足，果農對水土保持的認識不夠，因此迫切需要加強相關的水土保持宣傳、管理等工作，探索和制定果園開發建設相關的技術規范，并在生產中大力宣傳和推行。