余 波，汤崇军，段 剑

（1.江西省水利科学院 江西省土壤侵蚀与防治重点实验室，江西 南昌，330029；2.河海大学农业科学与工程学院，江苏 南京，210098）

0 引言

我国是世界上水土流失最严重的国家之一[1-3]，水土流失已成为我国农业和经济发展主要的障碍之一。我国南方红壤地区由于丰富降水、山地丘陵地貌、高强度土地利用、单一林分结构，是水土流失的严重区域[4，5]。果园作为南方红壤地区主要的土地利用形式，一般采用林下清耕（裸露）的方式进行管理，但由于南方地区充沛的降雨量使得果园存在着严重的水土流失现象，故探明在南方地区如何减少由于降雨带来的果园水土流失是一个值得关注的问题。

目前国内外学者对采用生草措施控制果园水土流失开展了一定的研究。有学者[6，7]认为采用果园生草模式能够改善土壤的理化指标，提高土壤肥力，有效的防止水土流失。果园生草也被称为“果园生草覆盖”，它是对果园进行全园或行间生草覆盖，是一项先进、实用、高效的土壤管理办法。果园生草已成为欧美及日本等果业生产和先进国家生态果园建设的主流模式。黄炎和[8]等认为果园生草能有效控制土壤侵蚀，有改良土壤肥力、提高土壤养分含量、防止土壤流失的效果；郑海金[9]等认为果园草本植物具有较好的调控径流泥沙、控制面源污染、涵养水源、保育土壤的能力；李晓阳[10]等发现果园生草覆盖可在蓄积利用天然降雨拦蓄坡面径流的同时，改善果园土壤质地、结构，提高土壤肥力、抗蚀性，从而有效防止水土流失。鉴于此，本文通过在花岗岩红壤区果园林下种植不同乡土草本植物，研究生草措施对果园产流产沙的影响，进而筛选出既有水土保持功能又具有一定附加经济价值的草本植物。研究结果可为花岗岩红壤区果园的水土流失防控提供科学依据。

1 研究区概况

塘背小流域位于江西省赣州市兴国县南部，地处北纬 26°12′～26°17′，东经 115°13′～115°19′；跨龙口、永丰两个乡，包括中岭、文苑、都田、来溪、芦溪六个行政村，流域面积16.38km2，属赣江上游贡水二级支流平江的一条支流，属亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、光照充足、雨量充沛、四季分明、无霜期长等特点，年平均气温为18.8℃，最高温度40.4℃，最低气温-6.3℃，年平均降水量1 371.2mm，年平均蒸发量1 552.1mm，无霜期280d，年日照时数1 790.8h，小流域内灾害性天气有低温阴雨、高温低湿、寒露风和秋旱等。土壤类型为花岗岩发育成的红壤，流域海拔高度131～469m，最高海拔为468.5m，最低海拔位于流域出口处，地面坡度25°～35°呈东北与西南走向。塘背小流域地区的地带性植被为亚热带常绿阔叶林，植物区系成分主要由壳斗科（Fagaceae）、樟科（Lauraceae）、山茶科（Theaceae）、厚皮香科（Ternstroemia）、金缕梅科（Hamamelidaceae）、冬青科（Aquifoliaceae）和杜英科（Elaeocarpaceae）等常绿阔叶树组成。

2 研究方法

2.1 径流小区设置

在研究区域内，选择坡度、坡向、土壤理化性质等立地条件较为一致的开阔坡面，建立5个大小分别为20m×5m，坡度为15°，面积为100m2的野外径流小区。为防止径流小区周边环境水文因素的影响，在小区边界设置浆砌砖围墙，围墙埋入地面20cm，高出地表30cm，并在小区上方和左右设置截水沟，小区下方设置集水槽，将地表径流汇集到径流池，观测径流池为底面1m×1m的正方形，高度为1.1m，收集每次降雨产生的地表径流和侵蚀泥沙。地表径流池内壁正面安装有刻度尺，能直接获取地表径流量。

野外径流小区建设完成后，分别在每个径流小区内种植12株两年生的脐橙苗（Citrussinensis Osbeck），6行2列，每行间距3m，每列间距2.5m。5个野外径流小区的生草措施试验设计如表1所示。其中2号小区为对照组，仅种植脐橙，果园林下地表保持裸露；1号、3号、4号和5号为试验组，除种植脐橙外，林下分别种植相应草本植物艾蒿、马齿苋、白三叶和草木犀，带状栽种，带宽1m，带间距3m，脐橙行间和小区上下边界各种植一行，脐橙与草本植物均在2019年6月种植。径流小区概况详见表1。

表1 径流小区概况

2.2 指标观测与计算

降雨量及降雨过程通过自记式雨量器进行观测，通过观测记录2020年6月至9月11次侵蚀降雨过程及数据，统计并计算每次降雨的累计雨量、累计时间、每次时段降雨的雨量、历时、雨强、最大30min雨强（I30）及降雨侵蚀力（EI30）等指标描述次降雨特征，其中EI30由下列公式计算[11]而出：

式中：EI30为降雨侵蚀力，MJ·mm-2·h-1；E 为降雨总动能，MJ·hm-2；I30为最大 30min 雨强，mm·h-1；e 为单位降雨动能，MJ·hm-2·h-1；I为某时段平均降雨强度，mm·h-1；P为对应时段的降雨量，mm。

（1）径流量测定：每次降雨后，记录观测池内的水位尺读数，然后根据观测池水位与降雨量相减得出的水位差与观测池底面积相乘计算出每场降雨的各小区的径流量。采用次降雨径流深（mm）指标来描述降雨产流规律。公式为：

式中：H 为坡面径流深，mm；V为径流量，m3；A为径流小区投影面积，m2。

（2）泥沙流失量的测定：每次降雨后将径流池内的水搅拌均匀，取3个1L的混匀水样带回实验室，烘干测定所取水样中的平均泥沙含量。采用产沙量来描述降雨产沙特征。公式为：

式中：W为泥沙总质量，g；m为1L水样平均泥沙质量，g；h为观测池中水样标高，m。

由降雨引起的侵蚀泥沙粒径组成采用比重法测定，共测定6次数据，分析结果取6次测定的平均值。

2.3 数据分析

本次实验共采集到55组（11次侵蚀降雨5个径流小区）的观测数据，采用径流深、产沙量、降雨量和降雨侵蚀力等指标，分析不同生草措施的果园产流产沙特征，同时对侵蚀泥沙颗粒粒径组成进行分析。

3 结果与分析

3.1 观测期降雨特征

观测期月份总降雨量为620.5mm。其中发生侵蚀降雨事件11次，占总降雨事件的30.55%，侵蚀降雨量382.5mm，占观测期降雨量的61.6%，观测期内11次侵蚀性降雨特征如表2所示。参考《降水量等级》（GB/28592-2012）降雨量等级划分为4个等级，分别为小雨（＜10mm/d）、中雨（10.00～24.9mm/d）、大雨（25.00～49.90mm/d）、暴雨（＞50.00mm/d）。分析结果表明该地区引起侵蚀的降雨为中雨、大雨和暴雨，而小雨未能引起研究区坡面产流与侵蚀，说明次降雨引起坡耕地产流产沙的主要原因是中雨等级或中雨以上等级的降雨，这与寇馨月[12]研究结果一致。其中中雨为4次，大雨为6次，暴雨为1次，对应降雨量分别为60.5mm，221.5mm，100.5mm，分别占降雨侵蚀量的比例为15.8%、57.9%、26.3%。

表2 观测期内侵蚀降雨事件

3.2 不同生草措施的果园产流特征

通过对11次引起坡面产流产沙的侵蚀降雨的分析，绘制不同生草措施过地表径流深如图1。

从图1中可以看出，总体上径流深随着降雨量的增大（减小）而增大（减小），但1次降雨与11次降雨的径流深随降雨量的变化不明显，这是因为径流深的大小不仅与降雨量有关，还与降雨前土壤含水量、降雨强度密切相关[13]，由于1次降雨雨强小，11次降雨记录时间长，导致降雨可能会被植物和土壤利用吸收，因此收集到的降雨径流偏少，从而导致径流深偏小。从图表可以看出，采用白三叶（B）生草措施的径流深最小，说明白三叶生草措施在几种生草措施中保水效果最好，能够较好的拦蓄降雨径流，有效的固结土壤，减少地表水分流失。同时采用（Q）清耕（林下裸露）对照组处理下地表径流深最大，说明没有任何林下的种植情况下土壤的保水能力最差。同时观察到其他三组（A）、（M）和（C）措施下径流深曲线相似，从而可以说明三组生草措施条件下它们的保水能力相近。

图1 不同生草措施过地表径流深

3.3 不同生草措施的果园产沙特征

降雨与产沙的关系表现采用不同生草措施果园侵蚀产沙特征见图2。

图2 不同生草措施果园侵蚀产沙特征

从图2中可以看出，径流小区的产沙量随着降雨侵蚀力的变化而变化，这是由于降雨强度的增加，降雨的侵蚀力随之增加，从而降雨对土壤的侵蚀能力增大，进而使土壤产出更多的泥沙量。从图2中可以看出第4次、第7次、第8次降雨的降雨侵蚀力相对较大，从而第4次、第7次、第8次降雨的产沙量也相对最多，而第5次降雨的降雨侵蚀力较小，从而第5次降雨产沙量也较小，唯有脐橙果园清耕（Q）措施下产沙量明显增大，这说明即使在降雨侵蚀力不大的条件下，降雨依然能使裸露的土壤产生较多径流。同时可以看出，采用白三叶（B）生草措施固沙能力相对最好，能够显著的减少由于降雨带来的侵蚀泥沙量。同时在图1中也表明，该生草措施能够明显增加土壤的保水能力，从而防止土壤流失。采用脐橙清耕措施（Q）下果园土壤固沙能力最差，可能是因为在土壤裸露的条件下，由于降雨对土壤的不断冲刷，土壤表层没有其他植物能够拦蓄泥沙，导致产出大量侵蚀泥沙。同时可以看出，其他三组固沙能力相近，这与上述3.2中结论相关，即他们的保水能力相近，从而固沙能力也相近。

3.4 侵蚀泥沙的粒径组成

通过收集到2020年6月28日至9月30日6次侵蚀泥沙土壤粒径，采用比重法进行测定，由于每次测定时土壤水分含量、植物生长状况不同，故每次测定时土壤粒径有所差别，因此将每组土壤粒径含量作平均化处理得到结果如表3。

从表3中可以看出：采用白三叶（B）措施处理的侵蚀泥沙粒径组粘粒和粘（砂）粒平均含量最多，砂粒含量最少。由于土壤的颗粒组成状况是影响土壤抗蚀性的重要因素，颗粒组成越细的土壤，它的土壤颗粒越小，越容易形成粘结，在一定程度上形成土壤团聚体，从而增强土壤的抗蚀性。邱陆旸[14]、刘文利[15]等也发现了土壤团聚体的形成能够增强土壤的抗蚀性，提高土壤结构的稳定性，从而减少水土流失。但几种不同生草措施果园侵蚀泥沙粒径组成并没有显著差别，这可能是由于实验开展时间的限制，草本植物仅生长了一年左右，植物还没有充分的改良土壤理化性质，所以导致测定数据差别不大，同时也可能是所取土壤样本不够导致的实验误差所致，故实验结果需要进一步完善探究，以得到更为准确的实验结果。

表3 不同生草措施果园侵蚀泥沙粒径组成 %

4 讨论

在5组不同生草条件下果园的产流产沙特征分析中可以发现，没有任何生草措施的果园，即果园清耕条件下其产流产沙量最多、水土保持能力最差，其它生草措施均比清耕果园水土保持效果好，这说明果园生草措施能够有效的减少降雨带来的产流产沙，有效防止水土流失。其中采用白三叶生草措施的果园水土保持效果最好，而其他三组生草条件下水土保持效果相近，其原因可能与不同草本植物的盖度、高度、根系特点等有关。植被盖度是影响水土流失的关键因素，张光辉[16]等研究表明植被覆盖度的增加会加强对降雨的拦截，降低雨滴动能，从而减弱降雨侵蚀力；不同植物的植被高度也会显著影响降雨对土壤侵蚀的程度，徐宪立、张志强等[17，18]研究表明只有在一定高度下，植被覆盖才能有效地降低雨滴动能，植被过高其冠层汇集的雨滴能量可能更大，对地表的溅蚀反而会更强；植物根系结构也对土壤理化性质产生一定影响，刘定辉[19]等的研究表明，植物根系在稳定土壤结构、提高土壤抗冲性、防治土壤侵蚀方面具有不可忽视的作用。而白三叶这一草本植物在上述影响因子中的表现最好：白三叶的植物盖度很高，叶片茂密，能够有效的保护土壤不受降雨的侵蚀；它的植被高度很低，能够有效的降低降雨动能；同时它的根系繁多，有较好的固结土壤能力。其他几种草本植物和白三叶对比均有不同程度的缺点，如植株较高，不能有效的降低降雨动能；或是植被盖度小，不能较好的拦蓄降雨等。林修焰[20]等的研究表明种植白三叶草后的水土流失量与前期差异显著，较种植前减少了66.67%；宋亚倩[21]等研究结果也发现：草本植被覆盖深刻影响降雨侵蚀动力，具有显著减流减沙效应，白三叶在结实期减流效益和减沙效益达到最大，分别为63.9%、98.4%。这些研究结果与本实验研究结果较为一致。故白三叶在本文几种草本植物中有较好的减流减沙功能，能有效控制水土流失。

由于条件所限，本文研究内容均以同一坡度、覆盖度的草本植物进行研究，且研究年限较短，在后续的研究中，可以通过设置不同坡度和覆盖度进行研究，增加实验年限，分析其减流减沙效果，为南方红壤区果园水土保持提供更为可靠的科学依据。

5 结论

（1）不同生草措施果园的产流产沙量具有显著差异，且随降雨量和降雨侵蚀力的增加而增加。

（2）不同生草措施果园的产流产沙量，以脐橙+白三叶最小，产流量比脐橙+艾蒿、脐橙+马齿苋、脐橙+草木犀和脐橙清耕，分别减少54.09%、53.15%、58.07%、69.85%，产沙量分别减少61.53%、59.94%、68.88%、87.26%，具有较好的减流减沙效果。

（3）不同生草措施对果园侵蚀泥沙的粒径组成具有一定影响，但区别不明显。其中脐橙+白三叶措施的侵蚀泥沙粒径组成中，砂粒平均含量最少，粘粒平均含量最多。

Characteristics of runoff and sediment yield of orchards with different grass growing measures in red soil region with granite

YU bo1,2,TANG Chongjun1,DUAN Jian1

（1.Jiangxi Academy of Water Science and Engineering,Jiangxi Provincial Key Laboratory of Soil Erosion and Prevention,Nanchang 330029,China；2.College of Agricultural Science and Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China）

Abstract：Orchards in granite red soil region of South China are generally faced with serious soil and water loss.Grass planting under forest can effectively reduce runoff and sediment yield and soil and water loss of orchards.Taking Tangbei small watershed in Xingguo county of Jiangxi province as the research area,this paper studies the runoff and sediment characteristics of orchards with different grass growing measures under natural rainfall by setting five orchard runoff plots with different grass growing measures.The results showed that：（1）the runoff and sediment yield of orchards with different grass planting measures were significantly different,and increased with the increase of rainfall and rainfall erosivity；（2）compared with navel orange+Artemisia argyi,navel orange+purslane,navel orange+Melilotus and navel orange clear tillage,the runoff and sediment yield of navel orange+white clover decreased by 54.09%,53.15%,58.07%,69.85%,61.53%,59.94%,68.88%,87.26%,respectively,which had good effect of reducing runoff and sediment；（3）different grass planting measures had a certain effect on the grain size composition of orchard erosion sediment,but the difference was not obvious.Among them,the average content of sand is the least,and the average content of clay is the most.Therefore,grass mulching can effectively reduce soil and water loss under orchard forest in red soil region with granite in Southern China.

Key words：Soil erosion；Grass growing measures；Rainfall erosivity；Natural rainfall；Orchard；Red soil region in Southern China