王學(xué)雄，蔡夢亭，朱欽娟

(1.贛南師范大學(xué) 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院；2.國家臍橙工程技術(shù)研究中心；3.江西省贛州市水土保持局，江西 贛州 341000)

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·園藝科學(xué)與生物技術(shù)·

自然降雨下臍橙果園地表產(chǎn)流和產(chǎn)沙特征研究*

王學(xué)雄1,2，蔡夢亭1，朱欽娟3

(1.贛南師范大學(xué) 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院；2.國家臍橙工程技術(shù)研究中心；3.江西省贛州市水土保持局，江西 贛州 341000)

在自然降雨條件下，于2013-2015年，選擇贛南信豐縣梯田建園式臍橙果園，通過布設(shè)3種不同處理小區(qū)(分別為梯壁種植百喜草、梯壁保留自然生雜草和清耕裸露)，開展不同措施下全年及典型場次降雨及產(chǎn)流產(chǎn)沙觀測，結(jié)果表明：(1)降雨是影響地表產(chǎn)流產(chǎn)沙主要因素，產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量與降雨量呈正相關(guān)；(2)一年中，梯壁有植被覆蓋的處理小區(qū)較清耕裸露小區(qū)的產(chǎn)流產(chǎn)沙量??；(3)相同降雨強度下，各處理小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量分別為種植百喜草<保留自然生雜草<清耕裸露，在臍橙果園采取梯壁種草具有明顯的減流減沙效應(yīng).研究結(jié)果為推廣臍橙果園植草覆蓋、防治果園水土流失提供了科學(xué)依據(jù).

臍橙果園；自然降雨；地表產(chǎn)流產(chǎn)沙；生草覆蓋

贛南是典型的南方紅壤丘陵區(qū)，現(xiàn)已成為我國乃至全世界著名的臍橙產(chǎn)地.研究坡面降雨及產(chǎn)流產(chǎn)沙特征對于水土流失防治及水土資源管理利用具有重要意義[1].降雨特征及植被覆蓋是影響坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的關(guān)鍵因素[2].目前，許多學(xué)者已經(jīng)在植被覆蓋、土壤類型、前期土壤含水量等方面進(jìn)行了大量研究[3].楊潔等[4]通過對紅壤坡地柑橘果園生態(tài)系統(tǒng)水文過程的定位觀測，分析了不同植被覆蓋對柑橘林生態(tài)系統(tǒng)水文過程和水土保持效益的影響及其調(diào)控機制，結(jié)果表明，植被冠層和枯落物截留蓄持降雨，有效減少了地表徑流和對地表的直接沖擊.聶小東等[5]通過模擬降雨試驗，發(fā)現(xiàn)侵蝕作用下土壤流失量隨著降雨強度的增大而增加，徑流是影響泥沙流失的重要因素，其相關(guān)程度隨著雨強的增大而降低.張向炎等[6]利用田間人工模擬降雨試驗, 選擇兩種紅壤坡面，研究前期土壤含水量對其產(chǎn)流和產(chǎn)沙特征的影響，發(fā)現(xiàn)前期土壤含水量越高，土壤平均徑流系數(shù)越大.盡管對降雨及產(chǎn)流產(chǎn)沙特征的相關(guān)研究成果豐碩，但有關(guān)紅壤丘陵區(qū)臍橙果園以及梯田建園方式下的地表徑流和泥沙流失特征的研究報道尚不多見.本文基于連續(xù)三年的野外定位觀測，研究自然降雨條件下臍橙果園的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征，以期為南方紅壤區(qū)特別是贛南臍橙果園的水土流失防治提供參考.

1 研究區(qū)概況

信豐縣為江西省贛州市轄縣，氣候溫和，四季分明，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，非常適合臍橙的生長.據(jù)統(tǒng)計，截至2015年，信豐縣臍橙種植面積達(dá)1.9萬ha，總產(chǎn)量 18.3萬噸，產(chǎn)值達(dá)4.73億元，占全縣農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的 23.5%，信豐縣已成為著名的“中國臍橙之鄉(xiāng)”.然而，由于存在不合理的果園開發(fā)和管理，臍橙果園的水土流失問題仍未得到有效解決[7].

試驗地設(shè)在信豐縣嘉定鎮(zhèn)莊高村一坡地果園(115°00'E，25°23'N，海拔175 m).果園面積40 ha，臍橙品種為紐荷爾，2008年定植.試驗區(qū)年平均降水量1 500 mm，年平均氣溫為19.6 ℃.試驗區(qū)土壤以紅壤為主，土層平均深30-50 cm.試驗前經(jīng)取樣測定，果園土壤pH4.8、有機質(zhì)0.98%、全氮0.05%、全磷0.07%和全鉀2.13%.

2 材料與方法

2.1 徑流小區(qū)設(shè)置

試驗階段為2013-2015年.試驗前，在建成的果園中選擇坡度(12°)、坡位及坡向都一致的坡地，并設(shè)置3個徑流小區(qū)開展試驗.小區(qū)建設(shè)按照《水土保持試驗規(guī)范(SD232-87)》執(zhí)行.根據(jù)果樹行株距(4 m ×3 m)及梯田地勢，將每個小區(qū)統(tǒng)一設(shè)置為20 m×5 m的規(guī)格.每個小區(qū)布設(shè)4個果園條帶(梯田)，其中每條帶包括2株果樹.3個徑流小區(qū)處理方式分別為:梯壁自然生雜草保留；梯壁條播種植百喜草(Paspalum notatum) 和清耕裸露(對照).為了保證試驗結(jié)果的一致性，對每個小區(qū)的田間管理(水、肥、藥等)統(tǒng)一按照果園常規(guī)方法進(jìn)行.

2.2 數(shù)據(jù)采集與整理

3 結(jié)果與分析

3.1 降雨特征及降雨與產(chǎn)流產(chǎn)沙關(guān)系

圖1為2013-2015年實地觀測的降雨情況.全年降雨量分別為1 525.8 mm、1 352.3 mm和1 422.5 mm，全年降雨日數(shù)則分別為136 d、128 d和145 d.試驗觀測的降雨量與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T觀測的多年平均降雨量1 500 mm基本一致.總的趨勢是全年降雨日數(shù)多、則全年的降雨量大，由于受降雨強度等因素的影響，這種關(guān)系未必完全一致(如2013年總降雨量比2015年大，但2013年總降雨日數(shù)則比2015年的少).從降雨的分布來看，3-8月降雨較多，2013-2015年3-8月雨量分別占全年總降雨量的80.7%、76.6%和65.1%.實地觀測的3年中，均是5月降雨量最大，分別為499.5 mm、318.5 mm和474.5 mm，占全年總降雨量的32.7%、24.0%和33.4%，而5月降雨歷時也顯示最長，分別為18 d、22 d和21 d.

圖1 2013-2015年降雨分布

圖2 3-9月降雨與產(chǎn)流關(guān)系(自然生草保留區(qū)，2013-2015年)

觀測數(shù)據(jù)顯示，降雨量與地表產(chǎn)流、產(chǎn)沙呈正相關(guān)關(guān)系，這符合一般坡面產(chǎn)流規(guī)律.如圖2a，以自然生草保留小區(qū)產(chǎn)流為例(選取主要降雨和產(chǎn)流月份)，所得直線回歸方程，能很好地說明上述關(guān)系，即隨著降雨量增大，產(chǎn)流量也相應(yīng)地呈現(xiàn)線性遞增.同樣，仍以自然生草保留小區(qū)為例，圖2b也呈現(xiàn)出產(chǎn)沙與降雨之間的線性遞增關(guān)系.

3.2 全年產(chǎn)流特征

如上所述，產(chǎn)流受降雨影響較大，同樣，不同的下墊面也影響產(chǎn)流過程及數(shù)量.表1為不同年份全年中不同小區(qū)產(chǎn)流總量，圖3則是不同年份(分別選取主要降雨和產(chǎn)流的4-9月份)、不同處理小區(qū)的產(chǎn)流情況.由表1、圖3可以看出，1)各年度中，種植百喜草小區(qū)產(chǎn)流量均最小，而清耕裸露區(qū)(對照)的產(chǎn)流量最大.2013-2015年，種植百喜草小區(qū)的產(chǎn)流量分別是對照區(qū)的68.63%、17.62%和23.73%.2)不同小區(qū)之間產(chǎn)流量存在差異，說明缺乏植被覆蓋的下墊面容易產(chǎn)生地表徑流，進(jìn)而導(dǎo)致水土流失；3)各小區(qū)產(chǎn)流均在5月份最大，說明降雨仍然是主要的產(chǎn)流驅(qū)動因子.通過SPSS 軟件作方差分析，2013-2015年間，不同小區(qū)在同一年份的每月產(chǎn)流雖然存在差異，但均未呈現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)上的差異顯著性(P>0.05).

表1 不同年份不同小區(qū)產(chǎn)流總量(L)

表2 不同年份不同小區(qū)產(chǎn)沙總量(kg)

3.3 全年產(chǎn)沙特征

圖3 不同年份4-9月不同處理小區(qū)產(chǎn)流

圖4 不同年份4-9月不同處理小區(qū)產(chǎn)沙

受降雨及產(chǎn)流影響，不同年份、不同小區(qū)產(chǎn)沙量存在一定程度上的差異.表2、圖4分別為不同年份全年中不同小區(qū)產(chǎn)沙情況和不同年份里4-9月份不同小區(qū)產(chǎn)沙觀測數(shù)據(jù).以此分析2013-2015年不同小區(qū)產(chǎn)沙情況.從表2、圖4可以看出：隨著不同年份降雨及產(chǎn)流變化，不同小區(qū)產(chǎn)沙量存在差異，總體上，清耕裸露小區(qū)較其它兩個小區(qū)產(chǎn)沙量大.種植百喜草區(qū)產(chǎn)沙量最小、對照區(qū)產(chǎn)沙量最大.2013-2015年，種植百喜草區(qū)產(chǎn)沙量分別是對照區(qū)的16.03%、16.41%和21.96%；與產(chǎn)流一樣，各小區(qū)也是在每年的5月份產(chǎn)沙量最大，占了全年產(chǎn)沙量的50-80%；方差分析結(jié)果則顯示，不同小區(qū)在同一年份的每月產(chǎn)沙量之間在α=0.05水平上不存在顯著差異.

3.4 典型場降雨下產(chǎn)流產(chǎn)沙分析

全年小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙分析表明，每年雨季是產(chǎn)流產(chǎn)沙的主要時段，在2013-2015三年中，5月份既是各小區(qū)產(chǎn)流高峰也是產(chǎn)沙高峰.本文選取2014年5月9次典型場降雨及各小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙觀測數(shù)據(jù)(表3)，以期進(jìn)一步分析典型降雨場次條件下不同小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙情況.

從表3可以看出，各小區(qū)產(chǎn)流量隨降雨強度的增大而增大，由此進(jìn)一步說明降雨是產(chǎn)流的主要驅(qū)動因素.同樣的降雨條件下，產(chǎn)流量的大小因地表植被覆蓋不同而不同，總體上，清耕裸露區(qū)的產(chǎn)流量較有植被覆蓋的自然生草保留區(qū)和種植百喜草區(qū)的更大.方差分析結(jié)果則表明，各小區(qū)之間未表現(xiàn)出顯著性差異(P>0.05).

由表3分析產(chǎn)沙變化，可以看出，相同降雨下各小區(qū)產(chǎn)沙量存在差異.有植被覆蓋的小區(qū)產(chǎn)沙量明顯小于對照區(qū).在中雨、大雨和暴雨下，自然生草保留區(qū)產(chǎn)沙量分別是對照區(qū)產(chǎn)沙量的26.27%、55.60%和23.54%；而種植百喜草區(qū)產(chǎn)沙量則分別是對照區(qū)產(chǎn)沙量的8.03%、25.44%和30.12%.總體上，反映出種植百喜草區(qū)的產(chǎn)沙量最小.方差分析結(jié)果表明，種植百喜草區(qū)和自然生草保留區(qū)與對照區(qū)差異顯著(P<0.05).分析原因，主要是因為植被具有多種減沙作用，所以產(chǎn)沙量明顯小于裸露小區(qū).由于百喜草葉片粗糙、根系發(fā)達(dá)、覆蓋率高，因而減沙效果在總體上比自然生草保留的更好.

表3 典型降雨場次下的產(chǎn)流產(chǎn)沙(2014年5月)

備注：我國氣象部門一般采用的降雨強度標(biāo)準(zhǔn)為，24 h內(nèi)，降雨量<10 mm為小雨，降雨量介于10-24.9 mm為中雨、降雨量介于25-49.9 mm為大雨，降雨量介于50-100 mm為暴雨.

4 結(jié)論

本試驗基于徑流小區(qū)及三種處理，對臍橙果園(梯田式建園)開展連續(xù)三年的降雨、產(chǎn)流和產(chǎn)沙觀測，結(jié)果表明：產(chǎn)流量及產(chǎn)沙量與降雨量呈正相關(guān)，而每年5月份是產(chǎn)流產(chǎn)沙高峰期；從全年總體趨勢看，梯壁有植被覆蓋的小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙要比清耕裸露小區(qū)的??；對5月份典型場次降雨下產(chǎn)流產(chǎn)沙分析則表明，在相同等級降雨強度下，不同處理小區(qū)產(chǎn)流量差異不顯著，但產(chǎn)沙量存在顯著差異，種植百喜草和自然生草保留產(chǎn)沙量均比清耕裸露的小.梯壁種植百喜草和保留自然生草措施均具有一定的減流和減沙效應(yīng)，尤其是在每年的雨季能起到較明顯的減流減沙作用.因此，在臍橙果園通過不同方式的植草覆蓋，可減少臍橙果園坡面土壤侵蝕，進(jìn)而能更好地達(dá)到防治果園水土流失效果.

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Characteristics of Runoff and Sediment Production in Navel Orange Orchard under Natural Rainfall

WANG Xuexiong1,2, CAI Mengting1, ZHU Qinjuan3

(1.SchoolofLifeandEnvironmentalScience,GannanNormalUniversity; 2.NationalTechnicalEngineeringResearchCentreforNavelOrange; 3.TheSoil&WaterConservationBureauofGanzhouCity,Ganzhou341000,China)

The experiment was conducted in an orange orchard on terraced slope in Xinfeng county of Jiangxi province in southern China. Under natural rainfall condition, three treatments were arranged, by planting grassPaspalumnotatum, retaining natural grasses, and without grass cover (CK) on the terrace wall, respectively. The runoff and sediment production of the three treatment plots were monitored during the experiment period of 2013-2015. Results showed that: (1) The rainfall is the main factor affecting the surface runoff and sediment output, and they are positively correlated; (2) the two treatments with terrace wall by grass-covered had less runoff and sediment production than the CK in a year basis; (3) in a serial typical rainfalls, the production of runoff and sediment yield are: plantingPaspalumnotatum< retaining natural grasses < CK, demonstrating that planting grasses on the terrace wall has effective role in reducing orchard soil and water loss.

navel orange orchard; natural rainfall; surface runoff and sediment production; grass cover

2016-10-18

10.13698/j.cnki.cn36-1346/c.2016.06.021

國家科技支撐計劃項目(2012BAC11B05)；江西省水利廳科研項目(KT201329)

王學(xué)雄(1963-)，男，贛南師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院副教授，博士，研究方向：水土保持和流域管理.

http://www.cnki.net/kcms/detail/36.1037.C.20161209.1515.040.html

S666.4；S157.1

A

1004-8332(2016)06-0084-04