南方红壤丘陵区经果林开发对水土流失的影响——以江西省为例

朱丽琴，黄荣珍，李 凤，张腾升，申思佳，王 莉

(1.南昌工程学院 江西省退化生态系统修复与流域生态水文重点实验室, 江西 南昌 330099；2. 福建师范大学 湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地，福建 福州 350007；3.进贤县水务局，江西 进贤 331700)

红壤是我国重要的热带亚热带土壤资源之一，广布于南方的16个省(区)，总面积218万km2，约占全国土地总面积的22.7%。红壤区光热资源丰富、雨量充沛、土地生产潜力较高，是我国重要的经济及粮食作物产区。红壤是江西境内面积最大、分布最广的地带性土壤[1]。江西省红壤区面积9.3万km2，主要分布于丘陵、山地，但由于山高坡陡、降雨集中、土壤抗蚀性差，加之受贫困、人口压力和历史因素等影响，因此红壤区大面积土地正遭受严重的水土流失，并成为南方红壤侵蚀的典型代表。

水土保持与人们生活息息相关，而发展经果林是增加水土流失区群众收入的有效措施之一[2]。因具有经营周期短、经济效益高等优势，经果林产业日益成为红壤山丘区的重要支柱产业[3-4]。根据《江西省农业产业结构调整规划(2012—2020年)》，未来江西省经果林的开发规模和面积将进一步扩大，但在开发经营过程中，相关人员多把重点放在为获得稳产高产而实施的经营管理当中，包括施肥培肥、施药抗病、灌溉抗旱、间作套种、修剪疏果等，而对于开发初期的土地整理过程、方式及其造成的影响和后果关注不够，尤其是对果园水土流失与土地生产力衰退缺乏重视，致使生态环境遭受破坏，造成的水土流失与次生危害演变为区域性重大环境问题，严重威胁区域防洪安全、粮食安全、生态安全。为此，本研究在江西省赣县、进贤县、泰和县设立观测场进行定位观测和调查，以定量研究经果林开发初期对水土流失的影响，以期为有效控制经果林开发造成的水土流失、制订合理的防治方案提供科学依据。

1 调查区概况

根据江西省经果林的分布地形和整地特点，本研究选择在赣州清溪水土保持生态科技园径流小区，以及进贤县油茶开发基地、泰和县柑橘园设立观测场进行调查，各调查区基本情况见表1。

表1 调查区概况

赣州清溪水土保持生态科技园径流小区位于赣县脐橙开发区域，于2013年10月建成(图1)。径流小区原生坡度为18°，土地覆盖类型为灌草地，用挖掘机开挖整理形成水平台阶，台面宽4 m。小区投影面积为230 m2(23 m×10 m)。

进贤县油茶开发基地坡度总体较缓，一般不超过10°，且以顺坡耕种为主。本研究选取进贤县高氏油茶基地、高产无性系油茶育苗基地、池溪乡黎家油茶基地和钟陵乡大公林场油茶基地作为观测场。其中：进贤县高氏油茶基地于2009年初进行了机械整地、全垦翻耕，翻耕深度为30～50 cm，挖穴采用钻头、打穴机，打穴深度为50～60 cm；高产无性系油茶育苗基地原为马尾松和灌木林地，于2010年初进行了机械整地，开垦为油茶地；池溪乡黎家油茶基地在2010年初进行了机械整地，但种植的油茶比高产无性系油茶矮小，且基地内土壤未完全风化、肥力略差；钟陵乡大公林场油茶基地于2012年秋冬进行了机械整地，基地内土壤石砾含量高，表层较肥沃土壤受冲刷流失严重，地表多石英砂粒，且细沟广泛分布。

图1 2013年10月小区建成

泰和县柑橘园位于泰和县水土保持站，于2012年初进行了水平台阶整地(坡度15°以上，占整个果园面积的23%)和穴状整地(坡度15°以下，占整个果园面积的77%)，果园总面积约13.33 hm2，种植橘树约5 000株，在集水区出口处建有拦沙坝，坝长42.3 m。

2 研究材料与方法

2.1 野外调查观测与土壤样品采集

(1)赣州清溪水土保持生态科技园径流小区。2014年10月在该径流小区进行了实地量测：根据集流池长、宽和泥沙厚度计算泥沙体积，用铝盒多点采集集流池内泥沙样品，烘干称量取平均值，以推算产沙量，再根据产沙时间和径流小区面积计算土壤侵蚀模数；为研究径流小区坡面沟状冲刷程度，采用量测侵蚀沟法，在径流小区每条侵蚀沟的上、中、下三段选择若干断面，测量每个断面侵蚀宽度和深度，配合环刀取样分析得到的土壤平均容重，计算坡面沟蚀侵蚀量；在水平台阶上用环刀采集表层(0～10 cm)原状土，并采集同坡面原生植被土壤环刀样品作为对照，以测定土壤物理性质；用自封袋采集水平台阶和对照0～5、5～10、10～20 cm土层土壤样品，以及集流池内泥沙样品，以测定土壤化学性质。此外，在2015年3—10月对径流小区泥沙进行监测，于每月底用铝盒采集集流池内泥沙样品，以计算月产沙量和土壤侵蚀模数。

(2)进贤县油茶开发基地。采用桩钉法，于2013年5月在进贤县高氏油茶基地、高产无性系油茶育苗基地、池溪乡黎家油茶基地和钟陵乡大公林场油茶基地4个观测场分别布设PVC管(PVC管露出地面高度为30 cm)，后分别于2013年10月、2014年10月和2015年10月在各观测场进行3次实地量测。具体方法是根据PVC管露出地面高度计算平均土壤冲刷深度，配合用环刀多点取样分析得到的土壤平均容重，计算土壤侵蚀量和侵蚀模数。

(3)泰和县柑橘园。采用拦沙坝法，于2014年10月和2015年10月在柑橘园进行2次实地量测，具体方法是将拦沙坝淤积区划分成多个近似梯形或者三角形地块，每个地块多点测量淤积深度，根据每个地块面积求出相应淤积体积，配合环刀取样分析得到的泥沙平均容重，计算每个地块泥沙淤积量，进而得到整个淤积区的泥沙量和土壤侵蚀模数。

2.2 室内分析测试

土壤容重、饱和持水量、毛管持水量和田间持水量采用环刀法测定[5]；土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法测定[6]；土壤全氮含量采用定氮仪测定；土壤全磷含量采用紫外分光光度计测定；土壤全钾含量用原子吸收分光光度计测定。

2.3 数据处理

所有数据均为多次重复试验的平均值，采用Excel 2003对试验数据进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 脐橙开发区域水土流失观测

经过2014—2015年2个观测年的降水冲刷，径流小区状况见图2、3。相比图1，图2、3中径流小区坡面上有3条明显的侵蚀沟，水平台阶上所修外埂大部分被冲刷或淤平。2014年10月对径流小区进行实地量测，得到径流小区土壤侵蚀模数为5 043 t/(km2·a)、侵蚀沟产生的土壤侵蚀量为8.39 t。2015年3—10月连续对径流小区实施监测，月土壤侵蚀量计算结果见表2，计算得到侵蚀模数为4 984 t/(km2·a)。可见，2014、2015年径流小区土壤侵蚀模数相差不大，说明在没有采取有效覆盖措施的花岗岩红壤坡地， 建设果园的前三年土壤侵蚀模数没有明显变化，侵蚀强度为强烈等级。

图2 2014年10月小区状况 图3 2015年10月小区状况

时 间泥沙厚度/cm月土壤侵蚀量/(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

径流小区土壤理化指标测定结果见表3、4。由表3知，径流小区挖除原生植被开发成果园后，表层(0～10 cm)土壤受到极大破坏，土壤饱和持水量下降11.42%，毛管持水量下降10.35%，非毛管持水量下降14.65%，田间持水量下降18.07%，即土壤的水分渗透能力、水分保蓄与供给能力均不同程度被削弱，尤其是田间持水量下降最为显著。由表4知，原生植被(对照)土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量基本上随土层深度的增加而降低；水平台阶上的土壤养分含量变化规律却不明显，其土壤有机质含量在5～10 cm土层出现最高值，这可能是因为降雨冲刷上层台阶流失的土壤覆盖了下层台阶的表土，而全氮、全磷、全钾含量随土层深度的增加大致表现出先降低后升高的趋势，且差异不明显；集流池内土壤有机质和全氮、全磷、全钾含量均高于水平台阶，原因是雨季降雨冲刷使得水平台阶上的表土流入集流池。此外，原生植被(对照)土壤有机质及全氮、全磷、 全钾含量均高于径流小区(水平台阶、集流池)，主要原因是挖掘机开挖整理形成水平台阶扰动了地表，破坏了原生植被，使土壤裸露面积增加，容易引起水土流失，加之花岗岩发育的红壤渗透性较好，淋溶作用较为强烈，养分易随径流流失，使土壤变得更为贫瘠。经计算，2014年径流小区土壤有机质、全氮、全磷、全钾流失量分别为43.6、2.9、1.8、41.4 t/km2。

表3 径流小区表层(0～10 cm)土壤物理性质

表4 径流小区不同土层土壤化学性质

3.2 油茶开发基地坡面冲刷观测

2013年10月、2014年10月和2015年10月分别对进贤县油茶开发基地的4个观测场进行了监测，结果见表5。经果林土壤侵蚀模数随开发时间的推移急剧下降，钟陵乡大公林场油茶基地土壤侵蚀模数由开发第一年的14 083 t/(km2·a)下降到第三年的5 694 t/(km2·a)；池溪乡黎家油茶基地和高产无性系油茶育苗基地土壤侵蚀模数由开发第四年的11 594和60 093 t/(km2·a)下降到第六年的2 899和16 496 t/(km2·a)；进贤县高氏油茶基地土壤侵蚀模数由开发第五年的17 073 t/(km2·a)下降到第六年的9 755 t/(km2·a)；4个观测场土壤侵蚀模数下降幅度介于42.86%～75.00%。特别是高氏油茶基地的油茶经过几年的生长，植株茂盛、枝叶密集、根系固土作用较强，至开发第七年地表已可见苔藓和地衣覆盖，达到无明显侵蚀状态。不同观测场土壤侵蚀模数差异巨大，在开发前5年侵蚀强度呈极强烈到剧烈不等，同时相对于红砂岩发育的红壤，第四纪红黏土发育的红壤侵蚀强度更大。

表5 4个观测场不同种植年限经果林土壤侵蚀情况调查

注:括号中数据表示基地开发的时间。

3.3 柑橘园集水区产沙量调查

2014年10月对泰和县柑橘园土壤侵蚀情况进行了实地调查。经计算，果园淤积泥沙为171.62 m3、228.25 t，根据汇水面积2.67 hm2、侵蚀沟已冲刷近3年，计算出整地开发前三年的平均土壤侵蚀模数为2 850 t/(km2·a)。2015年10月对淤积情况再次调查得到淤积量为27.85 t，计算得到2015年(整地开发第四年)土壤侵蚀模数为1 043 t/(km2·a)，相比前三年土壤侵蚀强度明显减轻。

4 结论与建议

4.1 结 论

(1)对位于江西南部花岗岩发育红壤上的赣州清溪水土保持生态科技园径流小区进行的典型观测结果表明，果园建设第二年土壤侵蚀模数为5 043 t/(km2·a)，第三年为4 984 t/(km2·a)，土壤侵蚀模数下降幅度较小，侵蚀强度达强烈等级。

(2)对位于江西中部第四纪红黏土和红砂岩发育红壤上的进贤县油茶基地利用桩钉法进行定点连续观测，结果显示油茶基地土壤侵蚀模数随开发时间的推移急剧下降，下降幅度为42.86%～75.00%。

(3)对位于江西中南部吉安市泰和县水土保持站第四纪红土上的红壤柑橘园应用拦沙坝法进行观测，结果显示整地开发前三年平均土壤侵蚀模数为2 850 t/(km2·a)，第四年土壤侵蚀模数为1 043 t/(km2·a)，土壤侵蚀强度明显减轻。

4.2 建 议

(1)在连续三年的定点观测与调查过程中，不同地块由于坡度、土壤抗侵蚀性能、整地扰动强度等存在差异，因此土壤侵蚀模数相差较大。单纯采用空间替代时间的方法进行研究可能导致结果与实际情况相差巨大，在不同地块间难以进行有效比较，因此建议进一步开展连续定点定位监测，以分析经果林开发后土壤侵蚀状况随时间的变化规律。

(2)在果园开发整地时要严格禁止采取全垦、机械化大规模作业、陡坡开垦，提倡使用隔坡带状开垦、保留原生植被或补植灌草隔离带、“山顶戴帽、山脚穿袜”和微小规模的整地方式(点/穴状整地等)。在采取水土保持措施时，应综合应用坡改梯、水平台地、集流槽、环山沟、山边沟、草沟、前埂后沟、节水灌溉等工程措施，果农结合、果草结合、梯壁植草、果草牧(渔)综合发展、节水覆盖等生物措施，以及合理的耕作措施。此外，还可以在果树行间、水平梯田的梯壁、排水沟内等处种植草本植物；在山脚建立缓冲带，在山坡与沟道连接处设置生态湿地，构建拦泥截废消污的最后一道防线。

(3)加强具有赣南红壤坡地果园特色的清洁小流域建设模式研究和示范，比如果园雨水的再分配与径流的响应、果园养分流失特点及其防控技术、果园下垫面优化调控技术集成与示范、果园截流蓄水灌溉技术集成与示范、果园土壤养分库容扩增技术集成与示范、果园面源污染防控技术集成与示范，以更好地保持水土、防治果园面源污染、保护东江和赣江源头水质。

(4)多年来，赣南各地摸索出了不少有效的水土流失防治措施，取得了一定的成绩[7-8]。比如：安远、定南等县的“山顶戴帽、山腰穿裙、山底穿靴”果园开发模式、“树顶灯、树上板、树脚螨、树底管”等生态果园管理技术；独立岽万亩生态绿色脐橙基地实施“五统一分”，即统一山地流转、统一规划设计(在果业开发中推广水土保持“三三四”原则，即开发山场留足30%的戴帽山，30%的涵养林、隔离带，开发面积不超过40%)、统一基础设施建设、统一技术标准、统一社会化服务、分户经营，不仅快速实现果农脱贫致富，而且有效防止了水土流失，保护了生态。但是，现阶段赣南当地还有一些地方政府对水土保持措施和物资投入不足，果农对水土保持的认识不够，因此迫切需要加强相关的水土保持宣传、管理等工作，探索和制定果园开发建设相关的技术规范，并在生产中大力宣传和推行。