农林复合系统的水土保持效益

邹鑫 朱习爱 陈春峰 刘文杰

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农林复合系统的水土保持效益

    作者简介: 邹鑫(1996−),女,四川人,硕士生,主要从事水土保持与生态水文研究;
    通讯作者: 刘文杰, lwj@xtbg.org.cn
  • 中图分类号: S157

Soil and water conservation benefits of agroforestry systems

    Corresponding author: LIU Wen-jie, lwj@xtbg.org.cn
  • CLC number: S157

  • 摘要: 农林复合系统作为一种兼顾生态效益、社会效益和经济效益的人工生态系统,对于生态环境保护及农林业的可持续发展具有重要意义. 文章针对全球不同类型的农林复合系统分别展开讨论,阐述其防止水土流失的机制和特点,并在前人研究的基础上估算了其水土保持效益. 结果表明,农林复合系统能够平均减少54.0%(1.0%~95.8%)的径流和71.7%(17.8%~99.9%)的土壤损失,河岸植被缓冲带减少径流和泥沙效益最高,分别为60.0%(1.0%~94.4%)和76.8%(28.0%~97.0%);农林间作、林草(牧)复合和农田防护林则分别减少56.6%(14.2%~95.3%)、49.0%(9.0%~88.5%)、49.6%(1.7%~95.8%)的径流量和72.4%(30.7%~99.9%)、73.5%(30.0%~96.7%)、61.4%(17.8%~99.9%)的产沙量,表明农林复合系统具有显著的水土保持功能. 未来有关农林复合系统的水土保持效应的研究应该聚焦于其效益评估综合化、机理研究深入化、实践指导科学化的方面.
  • 图 1  各类型农林复合系统减少径流流失效益图

    Figure 1.  Benefits of reducing runoff loss in different agroforestry systems

    图 2  各类型农林复合系统减少土壤流失效益

    Figure 2.  Benefits of reducing soil loss in different agroforestry systems

    表 1  农林复合系统径流、土壤流失减少率

    Table 1.  Reduction rate of runoff and soil loss in agroforestry systems

    农林复合类型 径流 土壤流失
    减少率/%平均/%流失减少率/%平均/%
    农林间作14.2~95.3 (n=28)56.6 30.7~99.9 (n=38)72.4
    林草(牧)复合9.0~88.5 (n=18)49.0 30.0~96.7 (n=18)73.5
    农田防护林1.7~95.8 (n=12)49.6 17.8~99.9 (n=18)61.4
    河岸植被缓冲带1.0~94.4 (n=24)60.0 28.0~97.0 (n=23)76.8
    综合1.0~95.8 (n=82)54.9 17.8~99.9 (n=97)71.6
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-29
  • 录用日期:  2019-11-15
  • 网络出版日期:  2019-12-09
  • 刊出日期:  2020-03-01

农林复合系统的水土保持效益

    作者简介:邹鑫(1996−),女,四川人,硕士生,主要从事水土保持与生态水文研究
    通讯作者: 刘文杰, lwj@xtbg.org.cn
  • 1. 中国科学院 西双版纳热带植物园 热带森林生态学重点实验室,云南 勐仑 666303
  • 2. 中国科学院大学,北京 100049

摘要: 农林复合系统作为一种兼顾生态效益、社会效益和经济效益的人工生态系统,对于生态环境保护及农林业的可持续发展具有重要意义. 文章针对全球不同类型的农林复合系统分别展开讨论,阐述其防止水土流失的机制和特点,并在前人研究的基础上估算了其水土保持效益. 结果表明,农林复合系统能够平均减少54.0%(1.0%~95.8%)的径流和71.7%(17.8%~99.9%)的土壤损失,河岸植被缓冲带减少径流和泥沙效益最高,分别为60.0%(1.0%~94.4%)和76.8%(28.0%~97.0%);农林间作、林草(牧)复合和农田防护林则分别减少56.6%(14.2%~95.3%)、49.0%(9.0%~88.5%)、49.6%(1.7%~95.8%)的径流量和72.4%(30.7%~99.9%)、73.5%(30.0%~96.7%)、61.4%(17.8%~99.9%)的产沙量,表明农林复合系统具有显著的水土保持功能. 未来有关农林复合系统的水土保持效应的研究应该聚焦于其效益评估综合化、机理研究深入化、实践指导科学化的方面.

English Abstract

  • 目前,全球70.0%的国家和地区遭受水土流失和荒漠化的危害,陆地水土流失面积高达30.0%[1]. 我国水土流失面积约占世界总水土流失面积的14.2%,形式严峻且分布范围广[2]. 水土流失及其引起的江河堵塞、洪水泛滥、水体污染、土地退化等一系列环境问题,直接威胁到国家农业可持续发展、生态环境保护以及建设美丽中国的战略要求,因此深入研究水土保持的措施和机理至关重要[3]. 水土保持的措施可分为生物措施(如植树种草、营造水土保持林等)和工程措施(如修筑挡土墙、拦砂坝等)两大类[4],生物措施相对工程措施具有立体、多点、治根治本、破坏地表程度小的特点,近年来广受青睐,已成为恢复脆弱生态环境的主要选择.

    农林复合系统是一种动态的,以生态学、经济学和系统工程学为基础的自然资源管理系统,通过在农林用地、牧地上种植多年生木本植物,并根据各类植被的生物学特性进行时空上的合理搭配,营建多层次、多物种、多产业和环境友好型的人工复合生态系统[5]. 合理配置的农林复合系统可作为水土保持生物措施的一种,目前在温带和热带地区被大约0.9~1.2亿公民采用[6],尤其在热带水土流失严峻的地区受到欢迎[7-9]. 据统计,全球约1.6亿 hm2的土地面积构建了农林复合系统[10],43.0%的农业用地拥有>10.0%的森林覆盖面积[11].

    农林复合系统的水土保持功能体现在:①与单纯农业系统相比,农林复合系统种植有一定比例林木,具备更大植被覆盖度,林冠和林内植被通过对降水截留削弱雨滴动能,减少地表溅蚀. 同时林冠遮荫作用削减部分太阳辐射,减少地表水分蒸发损失至大气. ②系统中更完整和发育良好的凋落物层增加地表粗糙度,减缓径流流速,从而提高土壤的抗冲和抗蚀性能,降低径流冲刷造成的水土及相关养分流失,并减少土壤水蒸发,增加水分入渗[12-15]. ③农林复合系统分布更广和深浅搭配的根系形成“安全网”(safety net),不仅能固定土壤和提高土壤抗冲性,也可吸收更多水分和土壤深层淋溶的养分[16-17],减少地下水污染. ④农地引入林木树种还可改善土壤理化性质(如增加土壤孔隙度、团聚体稳定性、入渗能力等),提高土壤水土保持性能[18-19].

    农林复合系统有利于优化植物对资源和空间的合理利用,提高系统生物多样性,改善系统内部生态环境,并具备多种调节性或辅助性生态系统服务功能[20-23]. 许多水土保持物种同时是优良的牧草饲料、药用植物、经济产品原料等[24],创造更多经济收益的同时[25],有助于生态环境与经济协同发展. 农林复合系统因其独特的生态、经济和社会特征[26],亦被称为“生态农业”或“绿色农业”[6, 25, 27]. 然而,大多数研究主要关注某一地点特定农林复合模式的水土保持功能,对不同地区不同类型农林复合系统的水土保持效益综合评估尚未见报道.

    由于农林复合系统的复杂性和多样性,对其划分标准不一. 本文在前人的研究基础上,依据农林复合系统的物种组成、系统结构、功能基础以及土地利用模式等方面因素,将其划分为农林间作系统、林草(牧)复合系统、农田防护林及河岸植被缓冲带4种类型(每种农林复合系统至少含有一种或多种木本植物)[17, 28-30]. 对全球有关其水土保持效益的研究案例综合分析,阐述各类农林复合模式减少水土流失的效益和机理,并提出当前存在的问题,展望未来研究方向. 旨在评价不同农林复合系统模式缓解水土流失的效益和阐明机理,为合理规划土地利用方式和制定水土保持措施提供参考.

    • 本研究利用谷歌学术、百度学术、Web of Science和中国知网等科学文献搜索引擎,选取多种农林复合系统有关减少径流和泥沙的关键字或关键字组合进行广泛文献调查. 目前的研究涵盖了近40 a来以中、英文发表的文献,从每篇文献中提取关键数据,总结归纳各类农林复合系统防止水土流失的机理和特点. 农林复合系统的类型包括农林间作系统(同一块农业用地(沿等高线)成行间隔种植,或以散点分布种植林木与农作物)[17],林草(牧)复合系统(森林和草地(或畜牧业)在空间上有机结合形成的复合人工植被或经营方式[28]),农田防护林(农田周围成行或网状栽植林木[29]),河岸植被缓冲带(从河岸两边到岸坡的木本植物与其他类型植被组成的缓冲区域[30]),并基于这些数据分别估算4类农林复合系统对径流和土壤损失的减少率.

    • 径流/泥沙减少率(R)计算公式如公式(1):

      $ R=\frac{{{I_0} - {I_{{\rm{AF}}}}}}{{{{{I}}_0}}} \times 100{\rm{\% }}, $

      式中,R为径流/泥沙的减少率(%);IAF为农林复合系统径流或土壤的指数,I0为相应对照组径流或土壤的指数(可能为裸地、单作农业系统或林业系统). R>0表示农林复合系统能减少径流/泥沙损失(正向作用);R<0表示农林复合系统不能减少径流/泥沙损失(负向作用);R=100%表示农林复合系统能完全消除径流/泥沙损失.

      利用Excel制作不同类型复合系统减水减沙率数据统计表(表S1),SPSS 19.0软件进行数据统计分析,采用单因素方差分析(One-way ANOVA)比较不同类型农林复合系统对减少径流和泥沙效益的差异(P<0.05),并使用Sigmaplot 12.5软件绘制径流、泥沙削减率箱形图.

    • 基于前人的研究结果,与相应的对照处理相比,农林间作系统减少了14.2%~95.3%的地表径流量,最大径流减少率达95.3%,最低为14.2%,平均56.6%. 农林间作系统减少了土壤流失量30.7%~99.9%,最高泥沙减少率是99.9%,最低为30.7%,平均72.4%(表1). 平均而言,相比减少地表径流,农林间作系统对减少泥沙更有效(减少率更高).

      农林复合类型 径流 土壤流失
      减少率/%平均/%流失减少率/%平均/%
      农林间作14.2~95.3 (n=28)56.6 30.7~99.9 (n=38)72.4
      林草(牧)复合9.0~88.5 (n=18)49.0 30.0~96.7 (n=18)73.5
      农田防护林1.7~95.8 (n=12)49.6 17.8~99.9 (n=18)61.4
      河岸植被缓冲带1.0~94.4 (n=24)60.0 28.0~97.0 (n=23)76.8
      综合1.0~95.8 (n=82)54.9 17.8~99.9 (n=97)71.6

      表 1  农林复合系统径流、土壤流失减少率

      Table 1.  Reduction rate of runoff and soil loss in agroforestry systems

      引入灌木的农林间作系统能够有效保持水土. 菲律宾的试验发现,一年生作物与豆科灌木复合的农林间作系统将土壤侵蚀量从100.0~200.0 t·hm−2·a−1显著地减少到低于5.0 t·hm−2·a−1的可容许指标[31]. 灌木间作于农地的复合系统,哥伦比亚的研究表明其土壤侵蚀量减少43.0%~89.0%;秘鲁的研究表明,地表径流和土壤侵蚀量分别减少83%和93%;尼日利亚试验表明,土壤侵蚀量减少了89.0%[32]. 包涵乔木的农林间作系统在水土保持方面更是表现出巨大潜力. 肯尼亚半干旱区铁刀木(Senna siamea)与玉米间作后,土壤流失量和径流量分别减少98.0%和80.0%[33];瑞士肥沃农地间作乔木后土壤侵蚀量降低78.0%[34];中国西南热带地区,橡胶−茶叶间作系统的地表径流和土壤侵蚀量比橡胶纯林低1.4和2.1倍[35]. 可见,空间结构复杂的农林复合系统与单一农田或林业系统相比,都更利于水土保持.

      欧洲研究结果指出,中度侵蚀(<3.0 t·hm−2·a−1)和高度侵蚀(>3.0 t·ha−1·a−1)的样地沿等高线构建农林间作系统后表土侵蚀量可减少65.0%[36]. 印度西部等高耕作的玉米地,径流量和土壤流失量分别减少27.0%和45.0%;而银合欢(Leucaena leucocephala)−玉米复合的农林间作系统减少了40.0%径流量和48.0%土壤流失量[37]. 可知农林复合措施比等高耕作在减少水土流失方面的效果更显著,若将两种措施有效结合,或许会达到更佳效果. 印度尼西亚的试验发现,蔬菜与咖啡(Coffea arabica L.)间作后,土壤侵蚀量减少64.0%,且不会影响咖啡和蔬菜产量,说明农林间作模式有利于农场经济的可持续发展[38].

      农林间作系统更高的底层覆盖率提高了地表粗糙度,保护土壤表层颗粒使其不被降雨分散和径流挟带,从而削减系统产沙量或土壤流失量. 此外,林地屏障效应和微阶地效应使土壤的入渗能力得到提高,间作系统内总径流量明显降低[31]. 研究表明,农林间作不仅增强系统光能和水分利用率、改善林下小气候、减少水土流失、提高土壤肥力,还可提高土地利用率、增加作物产量. 系统内不同物种根据各自优势可产生良好的互补作用,保障自然资源可持续生产力[39].

      然而,目前尚未形成系统全面的视角来认识间作系统的种间相互作用机理,例如:农林间作模式对一些农药和养分的影响鲜有报道,间作系统耗水量的研究及林木与农作物之间对土壤水分竞争的效应尚存争议等. 今后研究应结合作物生长模型的研究,深入理解系统内各要素(例如植物、土壤、微生物等)在改善农林间作系统生态水文功能中的作用,以便对整个复合系统进行科学有效地生态调控[39].

    • 林草(牧)系统与相应的对照处理相比,径流量和土壤流失量减少率分别为9.0%~88.5%和30.0%~96.7%. 径流量最高减少率为88.5%,最低为9.0%,平均49.0%;泥沙量最高减少率为96.7%,最低为9.0%,平均73.5%. 就平均值来看,林草(牧)复合系统减少系统产沙的效果比减少产流的效果更好(表1).

      林草(牧)复合系统的水土保持效益研究在国内已有不少报道. 章家恩等报道红壤坡地的幼龄果园植被覆盖度低,水土流失率高达80.0%以上,间作牧草后的果草复合系统可使降水损失减少约50.0%,且随牧草种植年限增加,系统径流量明显降低,水土保持率提高50.0%~80.0%[40]. 段舜山等[41]的研究结果与其一致. 尹家锋在东北的研究发现,小黑杨(Populus×xiaohei)和草木犀(Melilotus officinalis)复合后,年径流量和泥沙冲刷量比小黑杨(Populus×xiaohei)纯林低37.3%和59.4%[42].

      国外学者针对林草复合系统做了大量研究,林草(牧)复合系统在半干旱、半湿润地区是农林复合系统最普遍的形式[43]. 例如美国南部和东南部分布着最大的森林牧场[43];哥斯达黎加和尼加拉瓜90.0%以上农民在牧场保留部分林木,49.0%~89.0%农民在牧场打造人工树篱[44]. 印度北部试验结果显示,银合欢(Leucaena leucocephala)与象草(Pennisetum purpureum)复合后,系统径流和土壤损失分别减少51.3%、81.7%[45]. 巴西的林牧复合系统可减少83.3%、85.7%的径流和土壤损失,还提高了生态系统土壤有机质库,因此在当地受到高度提倡[46].

      林草(牧)复合系统在垂直布局上高矮搭配,充分利用自然空间与资源条件. 林木的植入使土壤中腐殖质含量增加,提高土壤中营养元素活性,从而培肥土壤[47]. 冠层截留作用和深层根系的保土固沙功能,一定程度上降低了系统产流和产沙量. 牧草能覆盖大面积地表,拦截径流,增加入渗,并减少土壤水分蒸发[48]. 细密的根系使土层孔隙度增加,利于土壤良好结构形成,扩大土壤贮水库容,对表层土壤水分具有一定调蓄和缓冲作用[49].

      林草(牧)复合系统作为我国干旱与半干旱地区农林复合主要模式之一[50],需开展更多野外实地监测,研究其水土保持效益,摸清减轻土壤侵蚀和养分流失的功能机理[51]. 另外,有些林地植入的牧草生长旺盛、高度和覆盖度大,尤其在贫瘠坡地或在干旱季节,难免会与系统内其他物种争光、争水、争肥,因此对复合系统牧草品种的适应性选择还应加强研究[40].

    • 农田防护林系统与对照系统相比,减少了17.8%~99.9%土壤流失和1.7%~95.8%径流损失. 土壤流失量最高减少率为99.9%,最低为17.8%,平均61.4%;径流损失量最高减少率为95.8%,最低为1.7%,平均49.6%. 就平均值而言,林草(牧)复合系统减少土壤流失的效益相比减少径流损失更好(表1).

      全球而论,农田防护林在北美、欧洲和亚洲的温带半干旱区发展已经颇具规模且较为完善[52]. Brandle等[53]发现,防护林附近的表层土壤离子浓度和土壤水分较高,风粒较少,故推断防护林的存在使土壤水分和养分损失减小. 通过控制风蚀,防风林可减缓土壤长期生产力的退化速度,并在一定程度上减少肥料施用. 温带半干旱和干旱地区,适当在5.0%的土地面积上布设防风林可使风速降低30.0%~50.0%,减少80.0%风蚀造成的土壤流失[54]. 据Banzhaf[55]的研究,营建防风林使农田潜在蒸发量下降25.0%,被风力带走的土壤颗粒减少50%~70%. 比利时黄土区的试验发现,在0.014、51.7、13 599 km2的流域内,林带的泥沙拦截率分别可达78.0%、35.0%、40.0%[56]. 尼日尔的试验表明,甘巴(Andropogon gayanus)和小叶羊蹄甲(Bauhinia rufescens)防风林分别减少24.0%和58.0%土壤通量[57].

      仅观国内现有研究,也可见农田防护林在减少土壤侵蚀和径流损失方面效果显著. 雷孝章等[58]的研究表明,合理配置的防护林体系可使坡面径流减少62.0%,径流含沙量减少69.0%. 地形条件和林带大小都会影响其水土保持功效. 黑土区小流域试验发现,坡面越缓,林带拦截效率越大;径流经过林带长度越短,林带拦沙效率越小[59]. 合理的林分结构是防护林发挥水源涵养和水土保持的基础,其中树种组成、林分密度与林分层次是主导因素[60]. 松辽平原有防护林分布的土地网格水土流失强度比无防护林分布的低48.2%,且水土流失强度随防护林的空间密度的增大呈先下降后上升趋势[61]. 地形、土壤和降水条件相同的情况下,山杨(Populus davidiana)防护林水土保持效果比油松(Pinus tabuliformis)林更好;桤木(Alnus cremastogyne)和柏木(Cupressus funebris)纯林与桤柏混合林相比,径流深分别高出1.6、0.3倍,侵蚀模数分别高出2.1、0.2倍. 可见不同树种组成的防护林水土保持效益不同,且混交林通常比纯林防防护性能更高[60]. 随防护林格局的变化,林种面积的调整,防护林系统不断完善,流域径流量和产沙量有明显减少趋势[62]. 郁闭度较小或者过密的防护林,其水源涵养和土壤保持功能都较弱,故进行防护林生态建设时应注意合理培育灌木和草本盖度[63].

      合理设计和维护的防护林不仅可以通过控制风力侵蚀保持水土及其所携养分,还能调节区域内小气候[64]. 树冠的遮荫作用削弱林网内部土壤蒸发和植物蒸腾,从而改善土壤水热状况[29]. 林内根系活动、凋落物分解等过程有效改良了土壤机械结构和提高土壤酶活性. 作为农业生态系统的重要组成部分,农田防护林有利于保障农作物稳产、丰产,改善脆弱多灾的农田生态系统结构与功能,在抵御灾害、防风固沙、涵养水源等方面发挥了重要作用,是区域农业环境的重要生态屏障[65].

      然而,目前农田防护林的水土保持效益研究尚少,研究对象的选择上存在林带条数偏少、流域面积偏小、林带与流域地形位置及土地利用结构相对简单等问题. 未来需在更大空间尺度上,结合模型,开展多因素作用下林带对流域侵蚀、产流产沙的影响及尺度效应等研究工作[59]. 由于农田防护林功能的特殊性,其结构及群落组成一定程度上受到制约,尚未发展成为一个稳定完整的生态系统. 提高防护林的抚育、更新、改造与结构调控技术是成功造林关键[60],在树种选择、种植密度和经管模式上应加大科研投入,做到适地适树[66].

    • 我们发现河岸缓冲带相比对照处理,对径流损失的减少率为1.0%~94.4%,最高减少率为94.4%,最低为1.0%,平均60.0%;对土壤损失的减少率为28.0%~97.0%,最高减少率为97.0%,最低28.0%,平均76.8%. 可见,河岸缓冲带对系统产沙的平均削减效益统产流更高(表1),且四类农林复合系统中,河岸植被缓冲带的径流和泥沙平均减少量都最高(图1图2).

      图  1  各类型农林复合系统减少径流流失效益图

      Figure 1.  Benefits of reducing runoff loss in different agroforestry systems

      图  2  各类型农林复合系统减少土壤流失效益

      Figure 2.  Benefits of reducing soil loss in different agroforestry systems

      有关河岸植被缓冲带的水土保持效益,国外学者研究丰富,而国内研究相对起步较晚,基础研究较薄弱,且现有研究主要集中于平原、湖泊、水库等地区[30].

      河岸带植物在水文过程中的阻流、导流、截流三种主要作用一定程度上保护了河岸带,防止水土流失[67]. 密苏里州的流域试验表明,林草复合缓冲带分别使径流、总磷、总氮和硝态氮减少1.0%、17.0%、20.0%和37.0%[68];密西西比河谷的农草复合缓冲系统减少了19.0%径流和32.0%泥沙损失[69];沿海平原三区河岸森林缓冲系统减少了56.0%~72.0%径流和67.0%~90% 泥沙负荷[70]. 在北卡罗来纳州的研究得到了一致结论,并指出需在坡脚布设疏沙通道,控制排水道内径流和泥沙承载量,以保障缓冲系统的功能持续有效发挥[71].

      河岸缓冲带对径流、沉积物的截留能力不仅受径流流速和沉积物性质的影响,更与其所处地形、缓冲带结构密切相关[67]. 缓冲带坡度越小,地表径流流速越低,流经缓冲带时间越长,则污染物截留和降解效率越高[71-73]. 室内模拟实验发现,不同坡度植被缓冲带对径流泥沙的拦截率在19.5%~43.6%之间,且坡度与拦截率呈反势[74]. 复合缓冲区中林木发挥了至关重要的作用,通常比单一草本缓冲区对径流、泥沙和养分的拦截率更高. 爱荷华州的试验表明,柳枝稷(Panicum virgatum)与速生混合林复合的缓冲带减少了50.5%~79.6%径流和92.0%~93.9%泥沙量,远大于柳枝稷(Panicum virgatum)草本缓冲带24.7%~30.6%径流和69.8%~79.8%泥沙量削减率[75].

      缓冲区宽度、林草配置比例、物种组成亦会影响对其径流和泥沙的拦截率. 意大利的研究发现,3.0 m宽的草被过滤带与1行乔灌林复合后减少了15.2%径流量;草被过滤带宽度加倍后径流削减率为71.4%,林带加倍后削减率达72.6%[76]. 西班牙的研究发现,扁桃树(Prunus amygdalus)分别与鼠尾草(Salvia lavandulifolia)、迷迭香(Rosmarinus officinalis)、百里香(Thymus baeticus)复合后的缓冲带减少了51.0%、82.0%、80.0%径流量和69.0%、91.0%、93.0%泥沙量[77],印度的研究取得了一致结论[52]. Pavlidis和Tsihrintzis[78]认为,植被缓冲区含水量的差异可能导致拦截效率的不同,土壤水分对径流截留效率存在显著影响,但对截留泥沙影响不大.

      河岸缓冲带是受陆域和水域生态系统共同影响的典型生态交错带,在稳固堤岸、保持水土、净化水质、调节小气候、保护生物多样性等方面发挥重要作用[30]. 干旱半干旱地区植被与裸土镶嵌分布或植被的条带分布格局对水土流失具有很好的抑制作用[79],河岸植被缓冲带的存在减少了地表裸露面积,减轻地表径流对河岸的冲刷及其他外营力对土壤干扰,从而保护表层土壤[30]. 农林复合的植被缓冲带含丰富植被根系、凋落物等,可固持河岸土壤,降低径流速度,促进泥沙沉积,提高堤岸抗侵蚀能力[80]. 并通过过滤、吸渗、滞留、沉积等作用,减少径流、深层地下水及排放废水带来的养分、沉积物及其他污染物进入河溪系统水体[81].

      植被缓冲带被认为是治理农业非点源污染最具成本效益的方案[82],其水土保持功能和机理的研究有助于河岸带科学管理与保护. 对于缓冲带占用耕地与农业增产需求之间的权衡,缓冲带与农作物优化搭配,实现生态位合理分离和资源综合利用,降低水土保持费用等问题仍需进一步探索[83].

    •   (1)与传统农业系统相比,农林复合系统通过改善冠层结构,增加地表覆盖(凋落物输入)、改善土壤理化性质,促进土壤生物活动和形成根系保护网等过程减少径流和土壤流失. 农林复合系统的水土保持效益取决于降雨条件、管理模式、植被类型、结构配置、地形地貌等因素,且不同土地利用方式下所产生的效果也有差异.

      (2)整体而言(表1),农林复合系统能将径流、土壤损失分别减少1.0%~95.8%、17.8%~99.9%,平均减少量分别为54.9%和71.6%. 平均减少地表径流效益遵循河岸植被缓冲带(60.0%)>农林间作(平均56.6%)>农田防护林(49.6%)>林草(牧)复合(49.0%);平均减少泥沙效益遵循河岸植被缓冲带(76.8%)>林草(牧)复合(73.5%)>农林间作(72.4%)>农田防护林(61.4%)(图1图2). 可见,不论就整体还是各复合类型单独而言,农林复合系统的保土效益比保水效益更为显著.

      (3)4类农林复合系统中,河岸植被缓冲带径流和泥沙平均减少量最高(图1图2),可推测植被缓冲带的水土保持效益在四类农林复合系统中相对最理想. 农田防护林减流减沙效益变化范围最广,标准差也最大,该结果可能是由于防护林系统结构组成复杂多样导致.

    • 随着农林复合系统在生产中越发受到重视,覆盖面积日益增长,及其在我国水土保持工作的意义重大,笔者分析认为进一步的研究应致力于:

      (1)在较大流域尺度上,对农林复合系统减轻水土流失的效益开展长期监测试验,使效益评估更综合化.

      (2)进一步探索土壤生物参与减少径流、土壤及相关养分损失的具体机制,包括改善土壤性质、促进生化循环等一系列直接和间接过程,深入理论研究.

      (3)对全球范围适宜的农林复合经营实践资料进行系统收集,做到政策制定和执行上与生态环境保护相吻合,也与实际措施和效率相协调,使实践推广合理化.

参考文献 (83)

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