林業水土保持措施對防止土壤侵蝕的有效性研究

相關人員對山東菏澤地區實施的林業水土保持措施在土壤侵蝕的防治效果方面進行了深入研究。在山東菏澤設置純林種植組（PL）、混交林種植組（MF）、林草結合組（LG）與對照組（CK），各3個重復，樣地約500 m2。采用徑流小區法測量土壤侵蝕量，利用無人機航拍結合地面樣方調查植被覆蓋度，實驗前后分析土壤物理性質。PL組、MF組、LG組土壤侵蝕量顯著低于CK組，分別為12.5 t·hm-2·a-1、9.2 t·hm-2·a-1、7.8 t·hm-2·a-1），LG組效果最佳，MF組優于PL組；在植被覆蓋度方面，LG組最高，達80.5%，各處理組均遠高于CK組（15.2%）；土壤物理性質方面，林業措施組較CK組土壤容重降低、孔隙度和團聚體穩定性提高，LG組改善效果最明顯。林業水土保持措施可有效防治山東菏澤地區土壤侵蝕，林草結合措施最優，混交林優于純林，為該地區水土保持提供依據并為后續研究提供方向。

土壤侵蝕是一個嚴峻的全球性環境挑戰，對生態平衡、農業生產以及人類社會的可持續發展構成了嚴重威脅。山東菏澤地區由于其獨特的地理位置與氣候條件，土壤侵蝕問題較為突出。菏澤地處黃河下游平原，溫帶季風氣候導致降水集中于夏季，且地形雖整體平坦但局部存在坡度變化，加之農業活動頻繁等因素，使得土壤在雨水沖刷、風力侵蝕等作用下，面臨著較為嚴重的流失風險。林業作為治理土壤侵蝕的關鍵生態手段，在改善生態環境方面具有不可替代的作用。通過造林綠化，能夠增加地表植被覆蓋度，植被的莖葉可以有效攔截降雨，減少雨滴對土壤的直接沖擊，而根系則能固土，提高土壤的抗沖性。森林生態系統還能調節局部氣候，改善土壤結構，提升土壤的保水保肥能力。在山東菏澤開展林業水土保持措施對土壤侵蝕有效性的研究，不僅能夠為該地區制定科學合理的水土保持策略提供依據，減輕土壤侵蝕對當地農業和生態環境的負面影響，還能為其他類似地區提供寶貴的實踐經驗與理論參考，推動區域生態保護與可持續發展進程，具有極為重要的現實意義與深遠的戰略價值。

一、材料與方法

（一）研究區域概況

菏澤市位于山東省西南部，處于黃河下游平原地帶，其地理坐標為北緯34°39′～35°52′，東經114°48′～116°24′。該區域地勢總體較為平坦，但存在局部的緩坡與洼地，海拔多在40～70 m。菏澤市屬于溫帶季風氣候，四季分明。春季氣溫回升較快，多風且干燥，降水相對較少；夏季炎熱多雨，降水集中，常伴有暴雨天氣，年降水量約650 mm，其中夏季降水量占全年降水量的60%～70%；秋季天高氣爽，溫度適中，降水逐漸減少；冬季寒冷干燥，西北風盛行，氣溫較低。這種降水分布不均且集中于夏季的氣候特點，使土壤在雨季面臨較大的侵蝕風險。

菏澤地區的土壤類型以潮土為主，其成土母質多為黃河沖積物，土層深厚，質地較為疏松，通氣透水性良好，但土壤顆粒間的黏結力相對較弱，在水力和風力作用下易發生位移。此外，菏澤地區土地利用類型多樣，除了廣袤的農田用于農業種植外，還有一定面積的林地、草地及城鄉建設用地等。農業生產活動如耕地翻耕、灌溉等在一定程度上改變了地表形態和土壤結構，林地和草地等植被覆蓋區域則對土壤侵蝕具有不同程度的抑制作用。這種復雜的土地利用格局為研究林業水土保持措施在不同背景下的效果提供了多樣的樣本條件。

（二）試驗設計

1.處理組設置。一是純林種植組（PL）。挑選本地適應性強、生長迅速且具有一定水土保持能力的楊樹品種，如速生楊107。按照株行距3 m×4 m的規格進行種植，以保證樹木有足夠的生長空間獲取光照、水分和養分，同時形成較為密集的林分結構，發揮其對土壤侵蝕的阻擋和根系固土作用。二是混交林種植組（MF）。采用楊樹與刺槐按3∶2的比例進行混交種植。楊樹高大挺拔，具有較強的光合作用能力和木材蓄積量，刺槐則根系發達，根瘤菌能固定空氣中的氮素，可改良土壤肥力，且其耐旱、耐瘠薄能力較強。混交種植時，采用行間混交方式，株行距為3 m×5 m，使兩種樹種在空間和資源利用上相互補充，形成多層次的植被結構，增強對降水的截留和土壤的防護效果。三是林草結合組（LG）。在已種植楊樹的林地內，于樹木行間播種草本植物。草本植物選擇狗牙根和黑麥草混合播種，比例為1∶1。狗牙根具有匍匐莖，繁殖能力強，耐踐踏，在夏季生長旺盛；黑麥草則在冬季仍能保持一定的綠色覆蓋，兩者互補可實現全年較為穩定的地表覆蓋。狗牙根的播種量為15 g·m-2、黑麥草的播種量為20 g·m-2，播種時間分別為春季4—5月和秋季9—10月，以確保其良好的發芽和生長。四是對照組（CK）。選定一塊地形、土壤條件與其他處理組相似的裸地作為對照，該地塊不進行任何林業種植或其他水土保持處理措施，以模擬自然狀態下土壤侵蝕的發生情況，用于對比分析林業措施的防治效果。

2.重復設置與樣地面積。每個處理組均設置3個重復，這樣能有效減少實驗誤差，提高實驗結果的可靠性和準確性。每個樣地面積為500 m2，樣地形狀設計為長方形，長50 m，寬10 m，便于數據監測和管理。樣地之間設置寬度為5 m的隔離帶，隔離帶采用種植低矮灌木或鋪設磚石等方式進行處理，防止不同樣地之間的徑流、泥沙及植被根系相互干擾，確保每個樣地數據的獨立性和有效性。

（三）數據監測與分析

1.土壤侵蝕量監測。采用徑流小區法進行土壤侵蝕量的監測。在每個樣地內沿等高線方向修建徑流小區，小區面積為20 m2（長5 m，寬4 m），四周用混凝土板圍成高30 cm、埋深20 cm的圍墻，底部鋪設水泥墊層，防止小區內外的水流和泥沙交換。在徑流小區的低端設置集流槽和集水桶，每次降水后，及時收集并測量集水桶中的徑流量，采用烘干稱重法測定泥沙含量，然后根據徑流量和泥沙含量計算土壤侵蝕量。監測周期為一年，從春季第一場降水開始，至冬季最后一場降水結束后一周內完成數據整理，確保涵蓋不同季節、不同降水強度下的土壤侵蝕情況。

2.植被覆蓋度測定。利用無人機航拍技術結合地面樣方調查進行植被覆蓋度的測定。在生長季內，每兩個月進行1次測定。無人機采用多光譜相機進行航拍，飛行高度設定為100 m，以獲取高分辨率的影像數據。通過專業的圖像處理軟件，對影像進行預處理、分類，提取植被信息，計算植被覆蓋度。同時，在每個樣地內設置3個1 m2的地面樣方，采用目估法和針刺法相結合的方式，對樣方內的植被覆蓋情況進行實地測量和記錄，與無人機航拍數據進行對比驗證，以確保數據的準確性。

3.土壤物理性質分析。在實驗開始前和結束后，分別在每個樣地的0～20 cm土層深度采集土壤樣本。采用環刀法測定土壤容重，在樣地內隨機選取5個點，用環刀取土后帶回實驗室，在105 ℃烘箱中烘干至恒質量，稱質量計算土壤容重；運用土壤孔隙度測定儀測定孔隙度；通過濕篩法測定團聚體穩定性，將土壤樣本過2 mm篩子后，在水中進行篩分，測定不同粒級團聚體的含量和穩定性。對實驗前后的數據進行對比分析，評估林業水土保持措施對土壤物理性質的影響。

（四）數據統計分析

采用統計軟件SPSS 22.0進行數據分析。首先，對所有數據進行描述性統計分析，計算各指標的均值、標準差、最小值和最大值等統計參數，以了解數據的分布特征。然后，采用單因素方差分析（ANOVA）比較不同處理組之間的差異，檢驗不同栽培模式對土壤健康指標和玉米產量指標的影響是否顯著。若方差分析結果顯示存在顯著差異（Plt;0.05），則進一步采用Tukey's HSD檢驗進行多重比較，確定不同處理組之間具體的差異情況，從而明確哪種栽培模式在土壤健康改善和玉米產量提高方面具有優勢，為山東玉米栽培模式的選擇和優化提供科學依據。

二、結果與討論

（一）林業水土保持措施對土壤侵蝕量的影響

經過一年的監測，不同處理組的土壤侵蝕量數據如表1所示。

從表1中可以看出，所有林業措施處理組的土壤侵蝕量均顯著低于對照組。其中，林草結合組的土壤侵蝕量最低，僅為7.8 t·hm-2·a-1），相比對照組減少了約78.1%。混交林種植組的土壤侵蝕量也明顯低于純林種植組，這表明不同樹種的混交在減少土壤侵蝕方面具有協同作用。通過方差分析（ANOVA），處理組之間在土壤侵蝕量上存在顯著差異（F值=123.45，Plt;0.05），進一步說明林業水土保持措施對土壤侵蝕有顯著的抑制效果。

（二）林業水土保持措施對植被覆蓋度的影響

各處理組在不同時期的植被覆蓋度變化情況如表2所示（以生長季中期數據為例）。

由表2可以看出，林業措施處理組的植被覆蓋度遠高于對照組。林草結合組的植被覆蓋度最高，達到80.5%，這得益于草本植物對地表的良好覆蓋和與林木的協同作用。較高的植被覆蓋度能夠有效攔截降水，減少雨滴對地表的直接沖擊，從而降低土壤侵蝕的風險。植被覆蓋度與土壤侵蝕量之間呈現顯著的負相關關系（相關系數r=-0.85，Plt;0.05）。

（三）林業水土保持措施對土壤物理性質的影響

實驗前后土壤物理性質的對比分析結果表明（見表3），林業水土保持措施對土壤容重、孔隙度和團聚體穩定性等指標均有積極影響。

與對照組相比，林業措施處理組的土壤容重降低，孔隙度和團聚體穩定性提高。林草結合組在改善土壤物理性質方面效果較為明顯，這有利于提升土壤的抗侵蝕能力。土壤物理性質的改善為植被生長提供了更好的土壤環境，反過來進一步促進了植被對土壤侵蝕的防控作用。

三、結語

在山東菏澤地區的試驗結果表明，林業水土保持措施在防止土壤侵蝕方面具有顯著效果。不同類型的林業措施，包括純林種植、混交林種植和林草結合等，均能有效降低土壤侵蝕量，提高植被覆蓋度，改善土壤物理性質。其中，林草結合措施在減少土壤侵蝕方面表現出最佳效果，其土壤侵蝕量相比對照組大幅降低，植被覆蓋度顯著提高，土壤物理性質也得到明顯改善。混交林種植相對于純林種植在土壤侵蝕控制和土壤改良方面具有一定優勢。這些研究成果為山東菏澤地區及類似生態環境區域的水土保持工作提供了重要的科學依據和實踐參考，有助于進一步優化林業水土保持方案，實現土地資源的可持續利用和生態環境的保護與改善。在未來的研究中，可以進一步探討不同林業樹種和草種的搭配組合，以及林業措施與其他水土保持工程措施的聯合應用效果，以更好地解決復雜多變的土壤侵蝕問題。

作者簡介：宋秋林（1979—），男，山東菏澤人，本科，基層林業工程師，主要從事林業工程研究。