长江三峡广泛分布着紫色土,面积分布高达78.7%<1>,并普遍被开垦为坡耕地。作为紫色岩 上发育的一种岩性土,紫色土潜在肥力较高,紫色岩石物理风化强烈,崩解所形成的碎屑物质,在 降雨特别是暴雨的冲刷下极易随地表径流而流失<2>。大量的事实证明,坡耕地土壤侵蚀产生的 泥沙量成为三峡库区泥沙的主要来源<3～4>,如何围绕三峡库区,进行生态环境建设,减少水 土流失成为当务之急。随着国家退耕还林政策的实施,三峡工程各建设项目的施工,三峡库区数百 万亩待退耕还林的坡地,在政策的引导下种植了桑树,现已形成一定的规模。蚕业经济在给三峡库 区人民带来巨大的经济效益的同时,作为退耕还林的树种<5>,多年生的深根植物桑树在水土流 失中的作用如何,是否可以产生生态经济双赢的效益?为此,本文以重庆市涪陵区的水土保持桑园 观测站为研究区,分别对两块桑树地和一块玉米地的水土保持效益进行了对比分析,以期对桑树的 水土保持效益进行客观的评价。1 研究区概况研究区设在重庆市中部的涪陵区百胜黄角村,介于 东经106°56′～107°43′,北纬29°21′～30°01′之间,研究区的地质构 造比较复杂,处于新华夏构造体系的川东褶皱带和南北经向构造体系的川黔南北构造带的结合部。 研究区具有雨热同步,温湿适度,水热充足,但光能略显不足,灾害性天气较多的特点。年均太阳 辐射总量仅345.83kJ/cm2,近10年的年平均降雨量达1141.96mm。2 研 究内容与方法2.1 试验材料桑园观测站内建有小型气象观测站,对每次降雨的降雨量、降雨历 时、湿度、当日最高最低温度能及时测量收集。研究区设立5m×20m的处理区和对照区,处理 区又设置毛桑区和良桑区,对照区为普通玉米种植区,其都处于同一坡面上,坡度约为29°,立 地条件基本一致,每个小区都有一套测流设备,包括集水区、集水槽和观测井等。表1 不同利用 方式下的土壤机械组成土地利不同粒级土壤机械组成(g/kg)用方式1～0.25mm0.2 5～0.05mm1～0.05mm<0.05mm0.05～0.01mm0.01～0.00 5mm0.005～0.001mm<0.001mm玉米地22.6210.1232.776 7.3331.8165.9198.171.5毛桑区21.4143.4164.8835. 2313.2187.0252.382.7良桑区10.8173.0183.8716.23 44.9176.4221.773.2表2 试验期间降雨情况降雨次数降雨日期降雨量(mm )降雨历时(h)平均雨强(mm/h)最大雨强(mm/h)是否产生径流12003-06- 0718.610.831.722.52否22003-06-0830.64.676.55 8.132是32003-06-12166.231.425.299.01是42003-0 6-2032.415.002.162.58否52003-06-2175.726.002 .914.63是62003-07-0738.26.835.597.24是72003-0 7-1829.66.004.935.34否82003-07-254.45.580.79 1.21否2.2 研究方法小区管理方法均按照《水土保持试验规范》部颁标准进行,在蹲守桑 园两个月(6～7月)期间,对产生径流的降雨进行观测,测量径流量,采集观测井中的水样,用 干燥法测量水样中的泥沙量,用微量凯氏定氮法测定雨前、雨后土壤中的全氮量<6>,而土壤中 全磷的测量,采用NaOH碱熔钼锑抗比色法<7>。对3个小区5个不同位置中分别采集土样, 在室内进行机械组成分析,求得平均值。最终,所测的数据分别利用EXCLE、SPSS软件对 文中的单因子和多因子进行回归分析。图1 3区减流减沙对比图3 试验结果与分析3.1 小 区土壤颗粒组成土壤矿物质是土壤的主要组成物质,是构成土壤的“骨骼”。不同矿物质颗粒组成 比例对土壤性状如养分含量、通气透水性、保水保肥性以及耕作性状等都有很大的影响<8,9> 。按我国土壤颗粒组成标准,土壤由砂粒(1～0.05mm)、粗粉粒(0.05～0.01m m)、粘粒(<0.001mm)组成。从3个小区不同利用方式土壤颗粒组成中(表1)可以看 出,玉米地的砂化最为严重,良桑区次之;良桑区粗粉粒含量最高,达344.9g/kg,毛桑 区含量最低313.2g/kg;毛桑区粘粒含量最高达82.7g/kg,耕地最低71.5g /kg,毛桑区粘化最为严重。表3 3个小区减流减沙效益对比玉米种植区毛桑种植区良桑种植 区降雨日期径流量(mm)
泥沙量(kg/m2)
径流量(mm)泥沙量(kg/m2)径流量( mm)泥沙量(kg/m2)2003-06-086.2040.0245.1300.021 4.9750.0202003-06-1272.2362.08554.2231.6524 2.6321.3952003-06-219.6070.1298.2050.0727.8 250.0652003-07-076.0750.0273.2450.0253.0780 .025合计94.1222.26570.8031.77058.5101.5053.2 小区减流减沙效益对比2003年6～7月桑园共降雨8次,产生径流的降雨为4次,其具体情况 见表2。运用小区的测流设备,对4次径流的径流量和泥沙量进行测量收集,4次水土流失情况具 体结果见表3。从表3可以看出,在观测时间内,试验处理区水土流失量明显少于对照区,毛桑区 和良桑区的径流总量比对照区分别减少24.78%和37.83%;毛桑区和良桑区的泥沙总流 失量比对照区减少21.85%和33.55%(图1),6月8日的降雨量小于7月7日的降雨 量,而无论是处理区还是对照区,6月8日的径流量却均大于7月7日,这主要是因为连续降雨的 原因,在6月7日降雨中,3个地块虽未产生径流,但土壤含水量迅速增加,在次日(6月8日) 的降雨中,土壤在短时间内就达到饱和,产生径流。因此,虽然作物有保水固土的作用,但它们对 持续降雨的保水效果不如对间隔降雨的保水效果好。另外,与其他3次降雨相比,6月12日的降 雨属大型降雨,降雨量远远高出其它3次,产生的径流比其它3次高出一个数量级,产生的泥沙也 比其它3次高出两个数量级。 为了更好地对比4次降雨处理区与对照区的减流减沙效果,由于 6月12日产流产沙与其余3次数量级差异的缘故,将6月12日的径流量与泥沙量均缩小10倍 后作对比图(图2、图3),可以明显看出,3个地块的减流减沙效果依次是玉米区<毛桑区<良 桑区,而且减流减沙的对比幅度也大不一样,在4次水土流失中,第2次(6月12日)处理区的 保水固土效益最为明显,这说明降雨量越大,植物措施所能发挥的作用也就越大。图2 3个地块 减流效果对比图 图3 3个地块减沙效果对比图3.3 小区产流产沙回 归回析为定量研究不同耕作措施小区径流与降雨之间的关系,评价各小区产流量的差异,本次试验 研究拟合了径流量(Q)、泥沙量(S)与降雨量(P)、平均雨强(M)、最大雨强(D)等降 雨特征因子的单因子回归方程及多因子线性回归方程(略),发现除降雨量外,平均雨强和最大雨 强与径流量、泥沙流失量的相关性不大,得到3个地块降雨量与径流量、泥沙量的回归方程(表4 ),在已测降雨量的大小区间内,无论是径流量还是泥沙量均随雨量的增大而增大。表4 3个地 块降雨量(P)与径流量、泥沙量的回归方程径流量(Q)泥沙量(S)玉米地块P=0.004 6Q2-0.4148Q+14.894r2=0.9999P=0.0001S2-0.013 1S+0.3025r2=0.9999毛桑地块P=0.0032Q2-0.2599Q+9. 4054r2=0.9993P=0.0001S2-0.012S+0.2886r2=0.9 997良桑地块P=0.0023Q2-0.1691Q+7.1964r2=0.9984P= 0.0001S2-0.01S+0.244r2=0.9997表5 产流距开始降雨时间与产 流各因子的回归关系回归方程判定系数(r2) 玉米地块Tp=13.851+0.160P+ 12.159M-11.334D0.9992毛桑地块Tp=-35.136+0.560P+ 14.929M-9.181D0.9994良桑地块Tp=-25.513+0.524P+1 7.794M-12.556D0.9987 另外,对4次产流产沙的降雨过程进行详细记录 ,并对产流距开始降雨时的时间Tp与降雨量(P)、平均雨强(M)、最大雨强(D)进行回归 分析,由于泥沙量是在取得径流样品之后用干燥法测得,具体产沙时间无法确定,因此不作分析。 所得的回归方程见表5,从表中可知,Tp越小,说明地块的抗侵蚀能力越差,在较短的时间里产 生了侵蚀。在3个回归方程中,降雨量与平均雨强的权重均为正值,即土壤侵蚀量随降雨量、平均 雨强的增加产生径流的时间越晚,这与常理完全相反<10,11>。作者分析认为,无论是降雨 量、平均雨强,还是最大雨强,均不是一个独立的因子变量,它们三者之间以及与其他因子都存在 相互的影响。另外发现,3个小区在相同的降雨条件下产流的时间各不相同,这主要是由于种植作 物的覆盖度不同,而且土壤的理化性质因不同种植作物而发生了表6 小区养分流失率对比测定项 目降雨日期流失率(%)玉米地毛桑区良桑区2003-06-086.183.953.66全 氮(g/kg)2003-06-1210.868.057.982003-06-219.205.114.822003-07-079.105.344.672003-06-082.161.931.90全磷(g/kg)2003-06-1212.096.906.712003-06-215.233.033.022003-07-072.452.082.01改
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