張 杰，陳曉安，湯崇軍，王凌云，李龍飛

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典型水土保持措施對(duì)紅壤坡地柑橘園水土保持效益的影響

張 杰1,3，陳曉安1,2※，湯崇軍1，王凌云1，李龍飛4

（1. 江西省水土保持科學(xué)研究院，江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330029；2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，南京 210098；3. 水利部鄱陽(yáng)湖水資源水生態(tài)環(huán)境研究中心，南昌 330029；4. 河南迅達(dá)爆破有限公司，焦作市 454000）

為研究紅壤坡地果園不同水土保持措施的水土保持綜合效益，該研究采用野外標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)試驗(yàn)方法，通過(guò)對(duì)江西水土保持生態(tài)科技園柑橘園小區(qū)長(zhǎng)期定位觀測(cè)，分析了植物措施、耕作措施、工程+植物措施和工程措施等4種不同水土保持措施的徑流、泥沙、養(yǎng)分流失情況以及對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明：1）各項(xiàng)水土保持措施的年均減流效益依次為，工程措施<耕作措施<工程+植物措施<植物措施；減沙效益依次為，工程措施<耕作措施<植物措施<工程+植物措施。植物措施減流效益最佳，為71.43%；工程+植物措施減沙效益表現(xiàn)最優(yōu)，為95.88%。減氮效益為工程措施<工程+植物措施<耕作措施<植物措施。減磷效益趨勢(shì)與減沙效益一致。植物措施減氮效益最佳，為19.84%；工程+植物措施減磷效益最佳為68.94%。2）各項(xiàng)水土保持措施土壤理化指標(biāo)，田間持水量依次為：工程措施<工程+植物措施<植物措施<耕作措施。其中耕作措施田間持水量提高幅度最大，為14.60%；植物措施其次，提高7.19%。土壤含水率依次為，耕作措施<工程+植物措施<工程措施<植物措施。其中植物措施土壤含水率提高幅度最大，為18.94%。土壤≥0.5mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體（WSA, water-stable aggregates）質(zhì)量分?jǐn)?shù)值依次為，工程措施<工程+植物措施<耕作措施<植物措施。其中植物措施WSA值提高幅度最大，為4.42%。土壤養(yǎng)分綜合趨勢(shì)與WSA值一致。土壤養(yǎng)分以植物措施中的百喜草全園覆蓋提高最大，有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷分別增加34.53%，78.26%，12.24%。由此可知，植物措施穩(wěn)定后，在減流減沙、減少養(yǎng)分流失及土壤改良等水土保持綜合效益方面表現(xiàn)最優(yōu)。該研究可為南方紅壤丘陵區(qū)果園開發(fā)選擇適合的水土保持治理措施，以及提高果園土壤質(zhì)量、解決水土流失與環(huán)境問(wèn)題提供參考。

土壤；侵蝕；徑流；柑橘園；養(yǎng)分流失；土壤結(jié)構(gòu)與改良；水土保持

0 引 言

中國(guó)是柑橘的原產(chǎn)地和生產(chǎn)大國(guó)，種植面積居世界首位[1]。柑橘樹也是中國(guó)南方分布較廣的果樹品種之一。近年來(lái)，大規(guī)模的山地開發(fā)成果園為充分利用山地資源以及進(jìn)行農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整做出很大貢獻(xiàn)。然而在坡地開發(fā)利用過(guò)程中，由于坡地資源的不合理開發(fā)利用，造成嚴(yán)重的水土流失并伴隨著N、P等養(yǎng)分的流失，導(dǎo)致坡地土壤生產(chǎn)力下降，區(qū)域水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重地影響當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)[2]。在南方的果園開發(fā)中，又以果園清耕（即只種柑橘樹，無(wú)其他水土保持措施）或普通梯田的方式為主，水土流失問(wèn)題較為嚴(yán)重，而水土保持措施具有良好的保持水土、涵養(yǎng)水源、改良土壤的作用，因此研究坡地柑橘園不同水土保持措施的水土保持效益則尤為必要。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者從降雨、土地利用方式、植被覆蓋等對(duì)坡地水土流失、養(yǎng)分流失、土壤結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了大量的研究，在土壤侵蝕規(guī)律、養(yǎng)分流失及其防治技術(shù)研究取得了豐富的研究成果[3-13]。紅壤坡地果園單純的耕作措施仍不能杜絕水土流失[13]。在控制絕對(duì)徑流量和泥沙絕對(duì)流失量方面，橫坡壟作效果遠(yuǎn)好于順坡壟作[14]，但采取了保護(hù)性耕作，尤其是與秸稈覆蓋相結(jié)合則可以起到明顯的保持水土的作用[15-16]。果園中搭配植物措施或者工程措施中的梯田工程搭配梯壁植草[17]、反坡梯田均能取得較好的減流減沙效果[18-19]。不同措施對(duì)坡地養(yǎng)分流失的影響：南方紅壤坡地農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)耕地（花生地）N、P流失量明顯大于橘園地[20]。在坡耕地中，橫坡間種減少氮磷流失效果最好[21]，并且在不同降雨類型下采取生態(tài)措施能對(duì)整個(gè)徑流過(guò)程中的總氮和總磷濃度起到明顯的控制作用[22]。另外植物籬、草灌過(guò)濾帶、殘茬覆蓋等措施可以有效緩沖水流、攔截泥沙[10]，進(jìn)而有效減少養(yǎng)分流失[23]。不同措施對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響：對(duì)紅壤嚴(yán)重侵蝕地采取合適的生物措施并輔以必要的工程措施可以有效改善退化紅壤肥力[24]。但在人地矛盾突出的地方，單純的生態(tài)措施不能滿足人類生產(chǎn)生活的需要，因此研究不同土地利用方式對(duì)土壤的生態(tài)過(guò)程、養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化則十分必要[25]。研究表明不同土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分及肥力具有顯著影響，其中林地土壤肥力要大于耕地[11]。橫坡壟作養(yǎng)分流失最小，對(duì)保護(hù)土壤養(yǎng)分效果明顯[26]。稻草覆蓋和草籬等措施也可以有效改善土壤質(zhì)量并促進(jìn)作物增產(chǎn)增收[27]。綜上可知，對(duì)坡地徑流泥沙、養(yǎng)分或者土壤理化性質(zhì)的單項(xiàng)研究比較常見，但是從水、沙、土、養(yǎng)之間的相互關(guān)系進(jìn)行綜合研究的較少；對(duì)單一類別水土保持措施研究的比較多，對(duì)植物措施、耕作措施、工程措施3種措施間研究的相對(duì)較少；同時(shí)由于試驗(yàn)條件的限制，如汪邦穩(wěn)等[28]選取野外不同土地利用方式用地進(jìn)行人工模擬降雨研究產(chǎn)流產(chǎn)沙及養(yǎng)分遷移的研究，相同的土地利用方式并不能消除土壤的空間異質(zhì)性，而本研究選取的野外徑流小區(qū)屬于建立在同一坡面上的長(zhǎng)期定位觀測(cè)小區(qū)，土壤理化性質(zhì)的變化主要由水土保持措施的不同引起，較大地消除了土壤空間異質(zhì)性的影響。

本文利用長(zhǎng)期定位觀測(cè)的野外徑流小區(qū)試驗(yàn)，研究天然降雨下柑橘園不同水土保持措施小區(qū)養(yǎng)分隨徑流泥沙的遷移以及不同水土保持措施通過(guò)減流減沙、截持養(yǎng)分等作用對(duì)土壤的改良提升效應(yīng)，以期為南方紅壤丘陵區(qū)果園開發(fā)選擇適合的水土保持治理措施，為提高土壤質(zhì)量、解決水土流失與環(huán)境問(wèn)題提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)場(chǎng)地設(shè)置在江西水土保持生態(tài)科技園內(nèi)。科技園地處鄱陽(yáng)湖水系博陽(yáng)河西岸，位于東經(jīng)115°42′38″～115°43′06″，北緯29°16′37″～29°17′40″之間，平均海拔30～90 m，屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)，多年平均降雨量1 350 mm，多年平均氣溫16.7 ℃，年日照時(shí)數(shù)1 650～2 100 h，多年平均無(wú)霜期為249 d。土壤為第四紀(jì)紅黏土，土層平均深60～100 mm，植被屬于亞熱帶常綠闊葉林，地帶性植被類型主要有針葉林、山地針葉林、常綠闊葉林等。江西省處于中國(guó)紅壤的中心區(qū)域，地形條件在南方紅壤丘陵區(qū)具有典型代表性。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇試驗(yàn)場(chǎng)同一坡面的6個(gè)5 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)作為試驗(yàn)觀測(cè)小區(qū)，小區(qū)水平投影面積100 m2，坡度均為12°。小區(qū)在原始地貌上人為分隔成不同措施小區(qū)，土層厚在2 m以上。純柑橘園小區(qū)作為對(duì)照CK，分析了植物措施、耕作措施、工程+植物措施、工程措施4種不同水土保持措施。植物措施設(shè)置了百喜草全園覆蓋小區(qū)PM1和狗牙根全園覆蓋小區(qū)PM2，耕作措施設(shè)置了橫坡間種小區(qū)TM，工程+植物措施設(shè)置了前埂后溝+梯壁植草梯田小區(qū)EM1，工程措施設(shè)置了普通梯田小區(qū)EM2，每個(gè)小區(qū)沒有設(shè)重復(fù)。為阻止地表徑流進(jìn)出小區(qū)，周邊設(shè)置圍埂，其埂高出地表30 cm，埋深45 cm，用混凝土磚塊砌成。小區(qū)下面筑有矩形集水槽，承接小區(qū)徑流及泥沙，并引入徑流池。徑流池根據(jù)當(dāng)?shù)乜赡馨l(fā)生的最大暴雨和徑流量設(shè)計(jì)成A、B、C 3池，每池均按1.0 m× 1.0 m×1.2 m方柱形構(gòu)筑。A、B兩池在墻壁兩側(cè)0.74 m處裝有五分法60°“V”型三角分流堰，其中A池4份排出，內(nèi)側(cè)1份流入B池，B池與A池一樣，其中一份進(jìn)入C池。每個(gè)池都進(jìn)行率定，池壁均安裝有搪瓷水尺，能直接讀數(shù)計(jì)算地表徑流量。每個(gè)小區(qū)栽植柑橘12株，密度為12株/100 m2，平均樹高2.5 m，樹齡20 a，平均冠幅2 m。小區(qū)管理方法均按《水土保持試驗(yàn)規(guī)范SD239－1987》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。各小區(qū)施肥量相同，參照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥量施肥。該小區(qū)從2000年建設(shè)觀測(cè)至今，所有措施均未進(jìn)行變動(dòng)。試驗(yàn)小區(qū)不同措施見表1。

注：CK，.純柑橘小區(qū)；PM1，百喜草全園覆蓋；PM2，狗牙根全園覆蓋；TM，橫坡間種；EM1，前埂后溝+梯壁植草梯田；EM2，普通梯田。

1.3 樣品采集及測(cè)定

1.3.1 樣品采集方法

本研究對(duì)2015年全年降雨按照氣象部門國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 28592-2012降水量等級(jí)》進(jìn)行劃分及篩選。（中雨：24 h降雨量10～24.9 mm；大雨：24 h降雨量25～49.9 mm；暴雨：24 h降雨量50～99.9 mm。）從中篩選出對(duì)照小區(qū)均有產(chǎn)流的有效降雨共26場(chǎng)，其中中雨9場(chǎng)，大雨11場(chǎng)，暴雨6場(chǎng)。在3種不同雨型的降雨中各選出1場(chǎng)典型降雨，對(duì)其養(yǎng)分進(jìn)行分析。3場(chǎng)降雨的基本情況如表2所示。

本研究在2015年4月16日，所選取的3場(chǎng)典型降雨前，對(duì)不同措施小區(qū)土壤進(jìn)行一次取樣。土壤樣品采集方法：采用土鉆取樣，每個(gè)隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)取土層0～30 cm混合樣。如果小區(qū)為條帶狀措施，則在條帶上隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)取樣，在非條帶部分再隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)取樣，分別測(cè)定后，根據(jù)條帶與非條帶的面積進(jìn)行折算后的結(jié)果作為該小區(qū)土壤樣品值，土壤樣品在室內(nèi)自然風(fēng)干、研磨、過(guò)篩后供其土壤理化性質(zhì)測(cè)定。容重則采用環(huán)刀法，先去除表層枯枝落葉或植物，而后取表層0～5 cm土壤測(cè)定容重。

表1 試驗(yàn)小區(qū)的設(shè)計(jì)與處理

表2 降雨基本情況

水樣取樣方法：各小區(qū)出現(xiàn)產(chǎn)流后，將徑流池內(nèi)徑流攪勻，用礦泉水瓶取500 mL左右渾水樣，用于總氮、總磷等養(yǎng)分指標(biāo)的測(cè)定。

1.3.2 樣品測(cè)定方法

參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[29]測(cè)定土壤物理指標(biāo)及化學(xué)指標(biāo)。

土壤物理指標(biāo)：土壤容重及田間持水量測(cè)定方法為環(huán)刀法；水穩(wěn)性團(tuán)聚體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（WSA），為濕篩分析中>0.25 mm團(tuán)粒結(jié)構(gòu)所占的百分比，測(cè)定方法為機(jī)械篩分法；含水率為烘干法。

土壤化學(xué)指標(biāo)：土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法；土壤全氮采用硫酸-高氯酸消化-水楊酸鈉比色法；土壤全磷采用硫酸-高氯酸消化－鉬銻抗比色法；水樣中總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法；總磷采用硫酸鉀消解-鉬藍(lán)比色法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)流產(chǎn)沙特征

由表3可知不同措施年均徑流深值依次為：植物措施<工程措施+植物措施<耕作措施<工程措施<無(wú)措施對(duì)照。與無(wú)措施對(duì)照相比，植物措施、工程措施+植物措施、耕作措施、工程措施的減流效益分別為：71.43%、67.86%、46.43%、21.43%。其中，百喜草全園覆蓋小區(qū)減流效益最佳，為75%。各措施不同雨型下的徑流深變化趨勢(shì)較為明顯，均隨降雨量的增大而增大。

不同措施年均流失泥沙量值依次為：工程+植物措施<植物措施<耕作措施<無(wú)措施對(duì)照<工程措施。與無(wú)措施對(duì)照相比，工程+植物措施、植物措施、耕作措施、工程措施的減沙效益分別為：95.88%、95.11%、77.86%、?14.22%。各措施不同雨型下的流失泥沙量變化趨勢(shì)與徑流深變化略有不同，狗牙根全園覆蓋小區(qū)與前埂后溝+梯壁植草梯田小區(qū)在大雨雨型下流失量泥沙最大，其他小區(qū)則隨著降雨量的增大而增大。

表3 不同措施小區(qū)不同雨型下產(chǎn)流產(chǎn)沙量

綜合分析不同單項(xiàng)措施間的徑流深與流失泥沙量可以看出，在不同雨型下，普通梯田小區(qū)與純柑橘園小區(qū)徑流深基本一致，而暴雨雨型下的徑流深則要小于純柑橘園小區(qū)。普通梯田小區(qū)在中雨條件下的流失泥沙量為純柑橘園小區(qū)的2.4倍，而隨著降雨量的增大，2個(gè)小區(qū)泥沙量逐漸接近，但仍以普通梯田小區(qū)略大。在中雨條件下橫坡間種小區(qū)、純柑橘園小區(qū)徑流深與流失泥沙量較為接近，但隨著降雨量的增大，橫坡間種小區(qū)徑流深與流失泥沙量比純柑橘園小區(qū)削減明顯。植物措施與工程+植物措施徑流深也較為接近，在中雨條件下2個(gè)措施均不產(chǎn)沙，但隨著降雨量增大，工程+植物措施對(duì)流失泥沙量削減比植物措施明顯。

與純柑橘園小區(qū)相比，各措施小區(qū)不同雨型下的減流效益依次為，百喜草全園覆蓋>狗牙根全園覆蓋>前埂后溝+梯壁植草>橫坡間種>普通梯田。不同單項(xiàng)措施間減流效益差異明顯，百喜草全園覆蓋比狗牙根全園覆蓋減少?gòu)搅?2.22%；前埂后溝+梯壁植草梯田比普通梯田減少?gòu)搅?9.09%。百喜草全園覆蓋、狗牙根全園覆蓋及前埂后溝+梯壁植草減流效益較好的3個(gè)小區(qū)均以中雨時(shí)減流效益最大，隨著降雨量的增大減流效益略有降低，但均保持在60%以上。減流效益較差的橫坡間種及普通梯田的減流效益則隨降雨量的增大有所增大，但即使減流效益最好的橫坡間作，其減流效益也不足60%。

圖2 不同水土保持措施減流減沙效益

如圖2b所示，與純柑橘園小區(qū)相比，各措施小區(qū)不同雨型下的減沙效益依次為：百喜草全園覆蓋>狗牙根全園覆蓋>前埂后溝+梯壁植草>橫坡間種>普通梯田。不同單項(xiàng)措施間減沙效益亦有明顯差異。百喜草全園覆蓋比狗牙根全園覆蓋減少泥沙19.81%；前埂后溝+梯壁植草梯田比普通梯田減少泥沙96.41%。百喜草全園覆蓋、狗牙根全園覆蓋及前埂后溝+梯壁植草減沙效益較好的3個(gè)小區(qū)均以中雨時(shí)減沙效益最大，可達(dá)100%；暴雨時(shí)減沙效益其次，均在95%以上；大雨時(shí)減沙最小，但仍在85%以上。橫坡間種及普通梯田2個(gè)小區(qū)的減沙效益較差，大雨時(shí)2個(gè)小區(qū)的減沙效益最大，其中橫坡間種減沙效益最大，為85%；而普通梯田小區(qū)減沙效益則非常低，甚至其減沙效益低于純柑橘園小區(qū)，即減沙效益為負(fù)值。

2.2 養(yǎng)分流失特征

如圖3a所示，3場(chǎng)降雨不同措施總氮流失量均值依次為：植物措施<耕作措施<工程+植物措施<無(wú)措施對(duì)照<工程措施。與無(wú)措施對(duì)照相比，植物措施、耕作措施、工程+植物措施、工程措施對(duì)總氮削減效益分別為19.84%、18.75%、13.26%、-1.64%。

如圖3b所示，3場(chǎng)降雨不同水土保持措施的減氮效益依次為：中雨<大雨<暴雨。與無(wú)措施對(duì)照相比，降雨量越大不同水土保持措施的減氮效益越明顯?？梢钥闯鲋杏陾l件下僅有百喜草全園覆蓋及普通梯田有減氮效益，其余小區(qū)總氮流失量反而超出無(wú)措施對(duì)照200%以上。普通小區(qū)有減氮效益，主要由于其總氮流失濃度低。與中雨相比大雨條件下具有減氮效益的小區(qū)，增加了前埂后溝+梯壁植草，但其減氮效益僅有0.71%，基本與無(wú)措施對(duì)照持平，其余小區(qū)總氮流失量也有所降低，超出無(wú)措施對(duì)照不足50%。暴雨條件下百喜草全園覆蓋、狗牙根全園覆蓋、橫坡間種、前埂后溝+梯壁植草均具有一定程度的減氮效益，只有普通梯田總氮流失量超過(guò)無(wú)措施對(duì)照。

如圖3c所示，通過(guò)對(duì)不同措施小區(qū)總氮流失濃度分析發(fā)現(xiàn)，其規(guī)律性較為明顯。除普通梯田小區(qū)外，采取了水土保持措施小區(qū)流失的總氮濃度均高于對(duì)照小區(qū)，并且濃度隨著降雨量的增大而降低，而無(wú)措施對(duì)照小區(qū)則呈相反趨勢(shì)。所有小區(qū)中橫坡間種小區(qū)隨徑流流失的總氮濃度最高，在中雨條件下可達(dá)1.09 mg/L，與吳電明等[30]研究結(jié)論一致。反而無(wú)措施對(duì)照小區(qū)以及普通梯田小區(qū)其隨徑流流失的總氮濃度較低，無(wú)措施對(duì)照小區(qū)濃度最高的情況下也不超過(guò)0.50 mg/L。

圖3 不同水土保持措施總氮流失特征

如圖4a所示，3場(chǎng)降雨不同措施總磷流失量均值依次為：工程+植物措施<植物措施<耕作措施<無(wú)措施對(duì)照<工程措施。與無(wú)措施對(duì)照相比，工程+植物措施、植物措施、耕作措施、工程措施對(duì)總磷削減效益分別為68.94%、60.51%、42.81%、-86.26%。磷素主要隨泥沙遷移[31]，對(duì)照表3可知，由于普通梯田流失泥沙量大的原因，導(dǎo)致工程措施減磷效益反而低于無(wú)措施對(duì)照。

如圖4b所示，3場(chǎng)降雨不同水土保持措施的減磷效益從小到大的順序與雨強(qiáng)順序一致，大雨<暴雨<中雨。主要因?yàn)?，磷素主要隨泥沙遷移，雨強(qiáng)越大，流失泥沙量越大，從而導(dǎo)致總磷流失量也越大。并且可以看出，3場(chǎng)降雨均只有普通梯田減沙效益為負(fù)值，尤其是2015年05月12日這場(chǎng)大雨，雨強(qiáng)最大，導(dǎo)致普通梯田的總磷流失量甚至超出無(wú)措施對(duì)照150%以上。

如圖4c所示不同措施小區(qū)流失的總磷濃度規(guī)律性不明顯，但可以看出植物措施組總磷流失濃度較低，尤其是百喜草全園覆蓋小區(qū)，3場(chǎng)降雨均低于0.05 mg/L。另外可以看出前埂后溝+梯壁植草小區(qū)總磷流失濃度為所有小區(qū)中最低，僅有0.02 mg/L，并且只有大雨雨型下監(jiān)測(cè)出有磷素流失，中雨和暴雨下均未監(jiān)測(cè)出磷素?？偭琢魇П容^明顯的小區(qū)主要是無(wú)措施對(duì)照小區(qū)及普通梯田，中雨雨型下總磷流失濃度最大。

圖4 不同水土保持措施總磷流失特征

2.3 土壤理化性質(zhì)特征

2.3.1土壤物理特征

試驗(yàn)小區(qū)在2000年建設(shè)初期，土壤背景值基本一致，但經(jīng)過(guò)15 a不同措施的影響，導(dǎo)致每個(gè)小區(qū)土壤養(yǎng)分有了較大的差異。如圖5所示，不同措施小區(qū)田間持水量趨勢(shì)為工程措施<無(wú)措施對(duì)照<工程+植物措施<植物措施<耕作措施。與無(wú)措施對(duì)照相比，工程+植物措施田間持水量提高1.54%，植物措施提高7.19%，耕作措施提高14.60%，而工程措施降低0.64%。

Note: WSA, ≥0.5mm water-stable aggregates.

土壤含水率趨勢(shì)為耕作措施<工程+植物措施<無(wú)措施對(duì)照<工程措施<植物措施。與無(wú)措施對(duì)照相比，植物措施土壤含水率提高18.94%，工程措施提高1.74%，而耕作措施與工程+植物措施分別降低5.09%、4.39%。土壤WSA值趨勢(shì)為工程措施<工程+植物措施<耕作措施<無(wú)措施對(duì)照<植物措施。與無(wú)措施對(duì)照相比，植物措施WSA值提高4.42%，耕作措施、工程+植物措施及工程措施分別降低0.72%、1.13%及20.25%。

如表4所示，不同單項(xiàng)措施間各項(xiàng)土壤物理指標(biāo)也存在差距。百喜草全園覆蓋與狗牙根全園覆蓋相比，土壤含水率提高16.61%；前埂后溝+梯壁植草梯田與普通梯田相比，田間持水量提高4.51%，土壤含水率降低6.03%，WSA值提高23.97%。橫坡間種田間持水量田壟位置要比空地位置高24.21%，土壤含水率田壟位置要比空地位置高17.83%。

表4 不同措施小區(qū)土壤物理指標(biāo)

2.3.2 土壤養(yǎng)分特征

為便于衡量不同養(yǎng)分指標(biāo)的增減幅度，將不同數(shù)量級(jí)的指標(biāo)進(jìn)行比較，本研究以無(wú)措施對(duì)照小區(qū)為參照，將其他小區(qū)的養(yǎng)分指標(biāo)均與無(wú)措施對(duì)照的養(yǎng)分指標(biāo)的比值進(jìn)行作圖分析，大于1則說(shuō)明該小區(qū)土壤養(yǎng)分含量有增加；反之，則說(shuō)明養(yǎng)分含量降低。

如圖6所示，所有小區(qū)土壤養(yǎng)分含量均以植物措施最高，尤其是百喜草全園覆蓋，為所有小區(qū)中養(yǎng)分含量最高；其次為耕作措施；工程措施養(yǎng)分含量最低，普通梯田有機(jī)質(zhì)及全磷含量均低于無(wú)措施對(duì)照。

對(duì)比不同小區(qū)的養(yǎng)分可以發(fā)現(xiàn)，植物措施及耕作措施有機(jī)質(zhì)均有增加，以百喜草全園覆蓋增加幅度最大，增加34.53%；工程措施及工程+植物措施則均有不同程度的下降，前埂后溝+梯壁植草下降19.90%，普通梯田下降40.54%。除普通梯田外，其他小區(qū)總氮含量均有增加，以百喜草全園覆蓋增加幅度最大，增加78.26%。而全磷僅有百喜草全園覆蓋增加較大，增加12.24%；狗牙根全園覆蓋僅增加1.10%，其余小區(qū)總磷均有不同程度下降。

注：養(yǎng)分含量比值指不同措施的土壤養(yǎng)分與無(wú)措施對(duì)照小區(qū)的比值。

3 討 論

綜合分析含水率與徑流之間的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，耕作措施與工程措施的土壤含水率均低于植物措施，反而徑流量高于植物措施，說(shuō)明較低的土壤含水率并沒有增加前2種措施的水分入滲。主要原因?yàn)?，橫坡間種空地部分裸露，壟上耕作期翻耕，導(dǎo)致隨徑流流失的泥沙量也大，與左長(zhǎng)青[13]、謝頌華等[32]研究結(jié)論相近。工程措施的梯田臺(tái)面只種柑橘樹，其余地方全部裸露，裸露的表層土壤比搭配水土保持措施小區(qū)的表層土壤更緊實(shí)，因此水平的梯田臺(tái)面雖然可以攔蓄降雨，但水分并不能及時(shí)入滲。尤其是普通梯田的梯壁及梯田臺(tái)面全部裸露，其裸露面積大于純柑橘園小區(qū)，導(dǎo)致其泥沙流失量也更大。反觀前埂后溝+梯壁植草具有較好的減沙效益，說(shuō)明單純的工程措施并不能起到保持水土的作用，不當(dāng)?shù)墓麍@配套措施反而會(huì)加速水土流失。然而即使工程+植物措施中的前埂后溝+梯壁植草梯田減流減沙效益與植物措施的2個(gè)小區(qū)最接近，但其造價(jià)要高于植物措施。植物措施通過(guò)莖葉攔截降雨，增加地表粗糙度，減緩徑流的速度[21]，地下的根系可以增加土壤孔隙度，增加降雨的入滲[33]。植物措施坡面徑流流速減緩導(dǎo)致表層土壤氮素與地表徑流作用加強(qiáng)，使徑流中氮素濃度增大，但由于徑流量遠(yuǎn)小于其他水土保持措施，所以總氮流失量仍最低，該結(jié)論與張亞麗等研究一致[34]。雖然植物措施泥沙流失量及總磷流失量略大于工程+植物措施，但由于植物措施年均流失泥沙量仍然非常小，所以導(dǎo)致總磷流失濃度及流失量均比較低，該結(jié)論與袁東海等研究一致[31]。結(jié)合不同措施徑流、泥沙來(lái)分析其土壤理化性質(zhì)可以發(fā)現(xiàn)，耕作過(guò)程中對(duì)土壤進(jìn)行疏松，耕作措施田間持水量折合計(jì)算后高于其他水土保持措施，但改善了土壤結(jié)構(gòu)的同時(shí)也使得土壤水分更易蒸發(fā)，導(dǎo)致耕作措施土壤含水率最低。工程措施可增加坡面降雨入滲，但由于梯田臺(tái)面裸露，缺少植物措施，土壤緊實(shí)，結(jié)構(gòu)較差，導(dǎo)致田間持水量及WSA值最小，養(yǎng)分基本處于下降趨勢(shì)，所以單純的坡改梯并不能有效改良土壤。但如果在裸露的梯田臺(tái)面輔以植物措施則可以取得較少?gòu)搅髁魇Ъ案牧纪寥赖碾p重效果。植物措施2個(gè)小區(qū)根系發(fā)達(dá)且新陳代謝快，雖然葉莖的生長(zhǎng)和蒸騰作用消耗了土壤中的水分，同時(shí)腐爛的根系能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，從而增加了徑流的滲透量[35]。由此可以看出植物措施由于低徑流量、低流失泥沙量、低養(yǎng)分流失量以及植物措施對(duì)土壤的改良作用，使其土壤理化性質(zhì)為所有水土保持措施中最高。

4 結(jié) 論

1）各項(xiàng)水土保持措施的年均減流效益依次為：工程措施<耕作措施<工程措施+植物措施<植物措施；減沙效益依次為，工程措施<耕作措施<植物措施<工程+植物措施。植物措施減流效益最佳，為71.43%。前埂后溝+梯壁植草減沙效益最好，減沙效益為95.88%。

2）各項(xiàng)水土保持措施減氮效益隨降雨量的增大而增大，減磷效益隨雨強(qiáng)的增大而減小。各項(xiàng)水土保持措施的減氮效益依次為，工程措施<工程+植物措施<耕作措施<植物措施。減磷效益依次為，工程措施<耕作措施<植物措施<工程+植物措施。植物措施減氮效益最佳，為19.84%；工程+植物措施減磷效益最佳為68.94%，植物措施緊隨其后，減磷效益為60.51%。

3）各項(xiàng)水土保持措施田間持水量依次為，工程措施<工程+植物措施<植物措施<耕作措施。其中耕作措施田間持水量提高幅度最大，為14.60%；植物措施其次，提高7.19%。土壤含水率依次為，耕作措施<工程+植物措施<工程措施<植物措施。其中植物措施土壤含水率提高幅度最大，為18.94%。土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體WSA值依次為，工程措施<工程+植物措施<耕作措施<植物措施。其中植物措施WSA值提高幅度最大，為4.42%。土壤養(yǎng)分綜合趨勢(shì)與WSA值一致。土壤養(yǎng)分以植物措施中的百喜草全園覆蓋提高最大，有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷分別增加34.53%，78.26%，12.24%。

綜上，除工程+植物措施的減沙效益、減磷效益及耕作措施的田間持水量略高于植物措施外，各水土保持措施小區(qū)減流、減氮效益、土壤含水率、土壤養(yǎng)分含量等趨勢(shì)均以植物措施綜合水土保持效益最優(yōu)。

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Benefit evaluation on typical soil and water conservation measures in citrus orchard on red soil slope

Zhang Jie1,3, Chen Xiaoan1,2※, Tang Chongjun1, Wang Lingyun1, Li Longfei4

(1.,,330029,; 2.,,210098,; 3.,’,330029,; 4.,454000,)

In recent years, unreasonable development of sloping orchard land has resulted in many problems such as soil erosion, soil degradation, non-point source pollution, etc. Thus, it is necessary to study the comprehensive benefits of different soil and water conservation measures for orchards on red soil slopeland, which provides technical reference for orchard development and management. Studies about the relationships between runoff, sediment reduction, nutrient losses and soil physicochemical properties under soil and water conservation measures have been fully reported. However, most of the studies were conducted under a single soil and water conservation measure. It has been rarely reported about the comprehensive comparisons of plant measures, tillage measures, engineering + plant measures and engineering measures. Long term in situ observation in the standard citrus orchard plots was carried out to investigate the runoff, sediment and nutrient losses under different plant measures, cultivation measures and engineering measures and their effects on the soil physical and chemical properties. Six standard runoff plots with same slopes were selected as experimental plots. The sizes of the plots were 5 m (width) × 20 m (length). The horizontal projection areas and slopes of the plots were 100 m2and 12°, respectively. Three rectangular pools were built in each plot. Twelve citrus trees were planted in each plot. A plot was selected as the control plot with planted citrus trees only. Different plant measures, tillage measures, engineering+plant measures and engineering measures were adopted in the other five plots. The average annual runoff reduction benefits of different measures were ranked in the order: plant measures > engineering + plant measures > tillage measures> engineering measures. But the average annual sediment reduction benefit was slightly different, which were ranked in the order: engineering + plant measures > plant measures > tillage measures > engineering measures. The average annual runoff reduction (71.43%) of plant measures was the highest. But the sediment reduction benefit (95.88%) of engineering+plant measures was the highest. The average annual nitrogen reduction benefits were ranked in the order: plant measures > tillage measures> engineering+plant measures> engineering measures. The phosphorus reduction benefits were similar with the sediment reduction. Plant measures had the lowest nitrogen losses, the reduction rates were 19.84%. Engineering+plant measures had lowest phosphorus losses, the reduction rates were 68.94%. The soil field water-holding capacity decreased in the order: tillage measures > plant measures > engineering+plant measures> engineering measures. The soil field water-holding capacity of tillage measures and plant measures were 14.60% and 7.19 % higher than that of control plot, respectively. The variation trends of soil physical and chemical indicators under different soil and water conservation measures were slightly different. Soil moisture content and WSA were the highest in plant measures, which were 18.94% and 4.42% higher than the control plot. Soil nutrients were most improved by the plant measures. In all plant measures, the increase rates of soil nutrient for the citrus plot with whole coverage ofwere the highest, with the organic matter increasing by 34.53%, total nitrogen increasing by 78.26% and total phosphorus increasing by 12.24%, respectively. Thus, the plant measures performed the best in the soil and water conservation benefits, for example, reduction of sediment, nutrient loss and soil improvement. The results could offer theoretical reference for soil and water conservation control measures selection, soil quality improvement and solving of soil erosion and environmental problems suitable in the development of orchard in hilly red soil region of southern China.

soils; erosion; runoff; citrus orchard; nutrient loss; soil structure and improvement; soil and water conservation

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.022

S157.4

A

1002-6819(2017)-24-0165-09

2017-07-28

2017-12-11

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41401312）、江西省水利科技項(xiàng)目（KT201615）、水利部技術(shù)示范項(xiàng)目（SF-201727）、水利部鄱陽(yáng)湖水資源水生態(tài)環(huán)境研究中心開放基金項(xiàng)目（zxkt201502）聯(lián)合資助

張 杰，女，河北灤縣人，工程師，主要從事水土保持及養(yǎng)分運(yùn)移研究。Email：zhonglinlinzi@126.com

陳曉安，男，安徽南陵人，工程師，主要從事土壤侵蝕機(jī)理等研究。Email：onlycxa@163.com

張 杰，陳曉安，湯崇軍，王凌云，李龍飛. 典型水土保持措施對(duì)紅壤坡地柑橘園水土保持效益的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(24)：165－173. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.022 http://www.tcsae.org

Zhang Jie, Chen Xiaoan, Tang Chongjun, Wang Lingyun, Li Longfei. Benefit evaluation on typical soil and water conservation measures in citrus orchard on red soil slope[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(24): 165－173. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.022 http://www.tcsae.org