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三峡库区是我国水土流失较严重的地区之一,平均土壤侵蚀模数为3000 t·hm−2·a−1;而坡耕地是库区泥沙的主要来源,其侵蚀模数达7500 t·hm−2·a−1,年侵蚀量9450万t,占库区年侵蚀总量的60%[1]。三峡大坝蓄水后,库区的农业结构逐步调整,开始大力营建果园,其中柑、橘、橙、柚等柑橘类是库区支柱果业。坡地果园成为库区坡耕地重要的土地利用方式,一般位于坡陡土薄、立地条件相对较差的低海拔坡地上,建设标准较低、管理粗放、物种配置单一,同时存在水土流失、经济效益低等问题。为有效缓解和治理三峡库区坡地果园水土流失、养分流失、面源污染、土地退化等生态问题,近年来国内学者进行了大量的研究[2-7]。本文综述库区坡地果园治理的研究现状和进展,提出相关建议与意见。
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各治理措施生态经济效益主要体现在控制水土流失、减少土壤养分流失、提高土壤肥力、增加经济效益等方面。
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(1)坡改梯工程
坡改梯工程是典型的水土保持工程措施,其减少水土流失的功能显著。袁东海等[19]研究表明,等高土埂处理能减少径流流失70%,减少泥沙流失量95%。蔡强国等[20]对暴雨情况下25度陡坡地上的土壤侵蚀监测结果显示,石坎梯田比坡地的径流量减少62%~67%,侵蚀产沙量减少97%~99%。韦杰等[21]构建的植物地埂,其减蚀效益达94%。
(2)植物绿篱
等高植物绿篱能有效减少坡地果园的水土流失,其对地表径流的机械阻挡是土壤侵蚀量大幅下降的主要原因。植物绿篱根部能阻挡水流,减缓地表径流流速[22],减小水流的泥沙携带能力,能有效阻止侵蚀泥沙向下方运输,在篱前形成堆积;对不同粒径土壤颗粒的流失均有控制效果,其中对粒径较大的土壤颗粒控制效果更明显。
唐亚等[23]在坡地上建立的高密度植物篱可降低地表径流50%~70%;李秀彬等[11]采用人工模拟降雨试验,表明栽植植物绿篱的陡坡试验小区累计径流量比对照区削减30%~50%。廖晓勇[24]等设置的皇竹草等高植物绿篱与传统果园经营模式相比,径流量减少了59% ~66%,侵蚀量减少了71%~78%。夏立忠等[25]采用香椿、紫花苜蓿植物篱分别使径流量、泥沙量降低77%和74%。孙辉等[26]构建的新银合欢、山毛豆等多种等高植物篱,结果表明植物篱处理的土壤侵蚀量仅为对照的15%~24%,植物篱在种植4~7年后,可形成稳定的综合效益较好生物埂。
(3)农林间作模式
果园通过合理间作有效保护了土壤,减少了地表径流量和土壤流失量,提高了土壤的有效水贮量,减少水土流失。陈霞等[27]在重庆江津构建了柑橘—大豆、柑橘—马铃薯、柑橘—白菜3种单季间作模式和1种周年间作模式,结果显示单季间作模式可减少柑橘园水土流失量6.7%~13%;而周年间作的柑橘园行间覆盖率最高,可减少水土流失量约20%。
(4)覆盖措施
秸秆覆盖可以减缓地表径流,充分接收雨水,增加土壤含水量。秸秆有很强吸持水分的能力,其覆盖在地表,可有效地减弱雨滴对土壤的击溅侵烛和对土壤结构的破坏,增加雨水入渗速率;覆盖度越高,土壤侵蚀越小。秸秆覆盖的地表径流量相比裸地减少26%~31%,泥沙量减少70%~82%[28]。江才伦等[5]对库区坡地柑橘园的清耕、秸秆覆盖和生草覆盖等耕作方式的水土流失情况进行了研究,结果显示秸秆覆盖的年径流量和泥沙量分别比清耕减少10%和41%。
生草覆盖能显著降低地表径流量和土壤流失量,因生草覆盖条件下,大量的降雨以入渗的形式流入土壤中。生草覆盖削弱了雨滴对土壤的打击作用,使土壤表面免受雨滴直接打击,从而减弱了对土壤结构的破坏,减缓坡面径流的流速,从而提高土壤的含水量及降低产流强度。生草可增加地表的糙率,阻延流速,降低了水流的能量,减少了径流冲刷,所以能显著地减少土壤侵蚀。
江才伦等[5]研究表明生草覆盖的年径流量和泥沙量分别比清耕减少8%和46%。夏立忠等[24]研究表明多年生生草覆盖相比对照组可减少泥沙流失量73%。 不同的降雨季节,覆盖的效果有较大差异;4—9月份是水土流失的高峰季节,在雨季种植覆盖率大的生草,其控制水土和养分流失的效果比较明显。多年生生草可以有效避免季节性耕作带来的水土和养分流失,有利于稳定植被覆盖,减少对土壤结构的破坏;而季节性饲草亦可降低地表径流,并且这一作用随地表覆盖率的增加而增大。
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植物绿篱主要是通过减少土壤侵蚀量而影响泥沙态氮磷养分的流失。夏立忠等[25]构建的香椿、紫花苜蓿植物篱,分别使泥沙磷素流失量降低了54%和50%;同时氮素的流失量也明显低于对照组。肖波等[29]研究表明,植物篱年均可减少69%总氮和54%全磷的损失,具有显著的面源污染防治效果。孙辉等[26]构建的固氮植物篱,在种植年后土壤有机质增加20%~30%,全氮增加70%~120%。
覆盖措施可增加改善土壤结构、提高土壤肥力。吴电明[30]研究表明脐橙园秸秆覆盖和白三叶生草覆盖均可改善土壤孔隙度、温湿度,显著提高土壤有机质、全N和碱解N含量。徐泰平等[28]研究表明秸秆还田可显著减少N、P的流失,减幅为60%~76%。齐鑫山等[31]研究表明生草覆盖后土壤的保水保墒能力和有机质含量明显增加,豆科生草可提高土壤N含量,大大减少果园氮肥的施用,而禾本科生草可提高土壤P的含量。
农林间作农作物可吸收果园土壤中的N、P,有效减少土壤中的N、P的累积。陈霞等[27]研究表明,果园不同类型间作均能减少土壤N、P的累积,其中周年间作效果更明显,每年从土壤中吸收1.13 kg·hm−2的N和0.59 kg·hm−2的P,对面源污染的拦截能力较好。合理的间作还会增加果园土壤微生物数量,改善土壤结构,提高土壤肥力。
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坡改梯和植物绿篱处理后果园产量和产值均有一定程度的提高。申元村[31]对三峡库区脐橙园在植物篱、石坎梯田和坡地果园三种模式下脐橙产量进行了研究,结果表明植物篱果园的产量比石坎梯田果园增加约20%,比坡地果园增加25%。杨清平研究表明[33]植物篱可明显减少陡坡地土壤流失,而其投资仅是石坎水平梯田的10%~20%。农林间作能起到双赢的作用,使果园获得更好的经济效益,陈霞等[27]研究表明周年间作后单位面积产量和产值都显著上升,扣除投资成本后,产量提高87%,盈利增加76%。
不同治理措施相关生态、经济效益及主要树种选择详见表1。
表 1 不同治理措施的生态、经济效益
Table 1. Eco-economic benefits of different treatment measures
治理措施 减少径流量 减少侵蚀量 增加土壤养分 减少N、P流失 成本及经济效益 主要树种选择 存在问题 文献来源 坡改梯工程 62%~70% 94%~99% 成本较高 / 成本较高 袁东海[19],蔡强国[20] 等高植物绿篱 30%~70% 71%~85% 20%~30%
(有机质)、70%~120%
(全N)50%~54%(P) 产量增加20%~25%,成本为石坎梯田的10%~20% 新银合欢、黄荆、马桑、茶叶、黄花菜等 可能与果树争
夺生长空间、
养分、水分唐亚[23],廖晓勇[24],夏立忠[25],孙辉[26],肖波[29],吴电明[30],申元村[32] 农林间作模式 10%~22% 6.7%~20% 减少土壤N、P的累积 产量提高87% 小麦、玉米、豆类、花生、马铃薯等 可能与果树争
夺生长空间、
养分、水分唐强[14],李登峰[15],陈霞[27] 秸秆覆盖 10%~31% 41%~82% 显著增加土壤有机质、全N及碱解N含量 60%~76% / 江才伦等[5],徐泰平[28],吴电明[30] 生草覆盖 8% 46%~73% 显著增加土壤有机质、全N及碱解N含量 55%(P) 增加经济收益 紫花苜蓿、白三叶、光叶苕子、紫云英、百喜草等 江才伦[5],王艳廷[17],李国怀[18],夏立忠[25],吴电明[30] 从表1可以看出,坡改梯工程水土保持功能最显著,其次是等高植物绿篱、秸秆覆盖和生草覆盖,农林间作模式最差。坡改梯工程是典型的水土保持工程措施,其造价一般比较高;而植物绿蓠、生草覆盖等成本低,可增加土壤养分含量,且具有一定的经济效益。
Research Progress on Ecological Contol Measures of Sloping Orchards in the Three Gorges Reservoir Area
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摘要: 采用文献综述法分析三峡库区坡地果园治理和植被恢复相关研究成果,总结坡地果园生态治理的主要措施及其生态经济效益,为库区坡地果园生态建设提供参考。现有库区坡地果园水土流失治理的主要措施有坡改梯工程、植物绿篱、农林间作和覆盖措施,其生态经济效益体现在控制水土流失、减少养分流失、提高土壤肥力、增加经济价值等方面。坡改梯水土保持功能显著,而结合植物绿蓠、覆盖技术、农林间作等措施进行治理,具有更高的实用价值和经济效益。库区坡地果园的治理和植被恢复,应综合考虑地形、坡度、气候以及当地的社会经济发展水平与劳动力状况等因素,将工程措施和植物措施有效结合,充分发挥植物绿篱、生草和农作物等灌草植物的生态经济效益。Abstract: In order to provide reference for the ecological construction of sloping orchards in Three Gorges Reservoir area, relevant literatures about sloping orchards management and vegetation restoration were extensively reviewed, and the main ecological control measures and the eco-economic benefits were summarized. At present, there were four main measures to control soil erosion in sloping orchard including slope to terrace, plant hedge, tree-crop intercropping and mulching methods between agriculture and forestry, and the benefits were manifested in the following 4 aspects: controlling soil erosion, reducing nutrient loss, increasing soil fertility and increasing economic value. The soil and water conservation function of changing slope to terrace was remarkable, and the combination of plant hedge, covering technology and intercropping between agriculture and forestry had higher practical values and economic benefits. In the ecological treatment and vegetation restoration of sloping orchards in the reservoir area, relative factors such as topography, slope, climate, local social and economic development level and labor force status should be considered comprehensively. It would be more efficient to control soil and water loss of sloping orchards by combing engineering means with vegetation measures, and give full play to the eco-economic benefits of shrub and grass plants such as plant hedge, forage grass and crop.
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表 1 不同治理措施的生态、经济效益
Tab. 1 Eco-economic benefits of different treatment measures
治理措施 减少径流量 减少侵蚀量 增加土壤养分 减少N、P流失 成本及经济效益 主要树种选择 存在问题 文献来源 坡改梯工程 62%~70% 94%~99% 成本较高 / 成本较高 袁东海[19],蔡强国[20] 等高植物绿篱 30%~70% 71%~85% 20%~30%
(有机质)、70%~120%
(全N)50%~54%(P) 产量增加20%~25%,成本为石坎梯田的10%~20% 新银合欢、黄荆、马桑、茶叶、黄花菜等 可能与果树争
夺生长空间、
养分、水分唐亚[23],廖晓勇[24],夏立忠[25],孙辉[26],肖波[29],吴电明[30],申元村[32] 农林间作模式 10%~22% 6.7%~20% 减少土壤N、P的累积 产量提高87% 小麦、玉米、豆类、花生、马铃薯等 可能与果树争
夺生长空间、
养分、水分唐强[14],李登峰[15],陈霞[27] 秸秆覆盖 10%~31% 41%~82% 显著增加土壤有机质、全N及碱解N含量 60%~76% / 江才伦等[5],徐泰平[28],吴电明[30] 生草覆盖 8% 46%~73% 显著增加土壤有机质、全N及碱解N含量 55%(P) 增加经济收益 紫花苜蓿、白三叶、光叶苕子、紫云英、百喜草等 江才伦[5],王艳廷[17],李国怀[18],夏立忠[25],吴电明[30] -
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