1．紫色土水土流失概况

紫色土广泛分布在长江上游丘陵地山区，面积26万多平方公里，集中分布在四川盆地丘陵区和三峡库区，面积16万平方公里。代表区域地处中国地势第二、三阶梯的过渡地带，位于长江上游生态屏障的最前沿，具有特殊的生态敏感性。因紫色土土壤矿质肥力较高，亚热带湿润季风气候与非地带性紫色土成为最佳农业组合，该区农耕活跃，历来是四川盆地农业的主体区域，也是全国六大商品粮基地之一，因此人口密度大，人为活动强烈。然而，紫色土地处山地丘陵，紫色母岩岩体松软，抗风化能力弱，土壤抗蚀性差，长期频繁耕种，土地过度垦殖以及不合理的荒地开垦，导致水土流失异常严重，平均侵蚀强度高达3000~5000t/km².a。而紫色土主要分布于长江上游，该地区水土流失与面源污染对未来三峡水利工程的长期安全运行与水环境安全造成巨大压力。

2.实验点基本情况

2.1自然概况

盐亭站位于四川盆地中部偏北的盐亭县林山乡（105°27′E，31°16′N），属中亚热带湿润季风气候区，年均温17.5℃，极端最低温-4℃，极端最高温39.5℃，≥10℃的年积温5502℃，年均降雨量826mm，6~9月降雨量518.3mm，雨热同季，年日照时数1322.8小时，无霜期290天。

试验区海拔360~600m，相对高程100~200m，属中深丘地貌，丘陵多为长岗状，沟谷切割较深，谷宽50~150m，比降1/100~1/300；坡地为自然近水平台状梯地，平均坡比1:3~1:10；出露岩层为侏罗系上部蓬莱镇组、白垩系底部城墙岩群紫色砂泥岩，岩层倾角5~10°，裂隙发育，沉积疏松，易风化成土；土壤为石灰性紫色土，富含P、K、Mn、Zn、Mo等矿质元素，土壤质地为沙壤土，土层从坡顶到沟谷在20~100cm之间，坡地平均土层约60cm。

本区主要植被类型为散生柏木（Cypressus funebris）疏林，其他散生乔木有油桐（Aleurites fordii Hemsi）、香樟（Cinnamomum）、黄连木（Pistacia Chinensis）等；常见的灌木有巢丝花（Rosa roxbughii）、小果蔷薇（Rosa cymosa）、马桑（Coriaria Sinica）等；林下植被为黄茅草坡。自20世纪70年代初以来，本站与盐亭县政府开展桤木（Alanus Cemastogyne）-柏木混交林试验示范以来，试验区已在700公顷的荒山上建造了成片人工桤-柏混交林，森林覆盖率达40%，桤柏混交林已成为四川盆地丘陵区人工林的主体林种。已开垦的农田主要作物有小麦、玉米、红薯（甘薯）、油菜、花生和水稻等。

2.2基础设施

试验站现有工作用房约800 m²，生活用房500 m²，有实验室18间，拥有连续流动注射分析仪、原子吸收分光光谱仪、气象色谱仪、光合作用测定仪和多光谱显微镜等进口先进仪器设备45套件，总价值50多万美元；试验区土地面积4.8km²，站拥有独立土地使用权的试验地面积约85亩。观测仪器设备拥有自动气象辐射观测系统、干湿沉降自动采集仪、水面蒸发测定仪、TDR、FDR、中子仪等土壤水分测定仪器、10套自动水位记录仪、4套ISCO水沙自动采集系统及自行设计的翻斗径流测定仪等试验观测仪器40多套件，这些试验与观测仪器运转良好，为保障站的水土流失自动观测与采样提供了良好的仪器支撑。

盐亭站水土保持与水土流失科学研究历史悠久，现已建成农地综合观测场、农地径流观测场、农地径流模拟试验场、紫色母岩风化-侵蚀场、林地水沙观测堰、农林复合生态系统小流域水文站、人口密集农村小流域水文站、紫色土坡地养分平衡与迁移试验场等野外设施20多项，径流监测小区总数达到69个。

3．水土流失试验与观测研究内容

3.1小流域不同尺度径流、泥沙与面源污染迁移的长期观测

分别建立了地块、集水区和小流域观测设施，地块为径流小区，分别有林地、坡耕地、草地、裸地等类型，面积分别为32~100m²；集水区为小型、封闭的截流观测场，有林地、农地、农林复合、居民点，面积分别为5~350亩；小流域为综合小流域，面积为4.8km²。降雨产流时测定径流、泥沙量与面源污染物含量动态。

3.2水土流失对比试验

利用径流小区，开展了裸地、草地、林地、居民点和坡耕地等不同土地利用类型和聚土免耕、顺坡耕作、横坡耕作等不同耕作制度下及不同施肥制度下紫色土坡地水土流失与面源污染物迁移的对比试验。

3.3紫色土不同下垫面侵蚀的人工模拟降雨试验

构建了可变坡降雨槽、侧喷式模拟降雨器和模拟降雨供水车，建立了紫色土坡地原位不同坡度（5、10、15、20、25°）模拟径流小区和移动式模拟降雨平台；可开展紫色土坡地不同下垫面（坡度、植被）和不同降雨条件（雨强、历时）的人工模拟降雨试验，研究紫色土土壤侵蚀过程与机理。

4．部分重要结果

4.1、野外试验观测结果

4.1.1主要土地利用类型坡地土壤侵蚀特征

通过对各种土地利用类型坡地侵蚀产沙的定位观测，紫色土坡地平均土壤侵蚀速率呈松散堆积物>裸地>坡耕地>低覆盖草地>纯柏林地>高覆盖草地≈高覆盖林地的顺序；裸地平均侵蚀速率高达12000t/km².a；坡耕地属轻度到中度侵蚀，平均侵蚀速率因坡度不同有所差异，在800~1800t/km².a范围内；草地的侵蚀量较低，侵蚀强度大多低于300 t/km².a，林地的侵蚀强度最低，多数在150 t/km².a左右，纯柏林地径流系数较高；因坡耕地面积大，其侵蚀是小流域泥沙主要来源，但川中丘陵区森林覆盖率已由1960s的5%左右上升到目前约22%，大部分陡坡耕地已退耕还林，坡耕地土壤侵蚀已逐渐得到控制；随着地方经济的发展与“西部大开发”的实施，开发工程建设项目如开发区、道路与水利工程建设等产生大量松散堆积的土石方未经夯实，且无保护措施，已成为新的水土流失源，紫色土松散堆积物侵蚀强度受堆积形态（坡度）、坡长、位置、裸露时间等因素影响，侵蚀强度高达5500~52500t/km².a，川中丘陵区与三峡库区每年因此新增泥沙均超过700万吨。

4.1.2不同耕作制度对侵蚀泥沙的影响

聚土免耕与常规平作的土壤侵蚀模数分别为530.0t km^-2和3122.0t km^-2，聚土免耕减少土壤侵蚀83%；聚土免耕与平作的径流分别为657.7m³ hm^-2，1754.0m³ hm^-2，聚土免耕减少径流64%，可见聚土免耕的水土保持效应显著。聚土免耕网格状的沟和土档作为微小的蓄水库接受和保持降雨，所截留的降雨再进入土壤水库，而蓄积在土壤水库中的水分长期缓慢地为作物生长所利用，缓解了旱地的季节性干旱，改善了土壤水分条件，聚土免耕沟内水分比平作高1.1%，垄上高0.6%。聚土免耕的网格状结构对旱坡地的水土保持的作用尤为突出，聚土免耕以垄沟和小土档所构成的网格状结构对水土保持贡献率达80%。试验结果还表明，少耕留茬可减少降雨对表土的直接拍击所引起的土壤溅失。

4.1.3川中丘陵区典型小流域侵蚀泥沙控制技术体系

首先建立好坡顶林地的乔灌草植被体系，即具备基本的水土保持功能，控制好源头的侵蚀与泥沙；利用沟谷水田、塘库和自然沟渠的湿地功能，控制侵蚀泥沙的输出，同时合理利用水稻田的高产保障小流域粮食供给；在此基础上，大力推进坡耕地业结构调整，并采用坡地粮经弹性结构种植技术，既可发展农村经济，又能建立良好的坡地水土保持耕作体系。同时合理配置台地间的坡坎林地生态系统，并与农地形成农林镶嵌的空间格局，由此建立丘陵上部的农林复合系统和沟谷湿地系统相相呼应的农林水系统复合的小流域侵蚀泥沙控制的生态经济体系。

4.1.4小流域侵蚀泥沙来源

利用¹³⁷Cs和²¹⁰Pb示踪法，重点开展了盐亭武家沟流域林地、农地和裸坡地对沟道泥沙的相对贡献研究，运用¹³⁷Cs和²¹⁰Pb建立混合模型，求得武家沟流域林地、农地和裸坡地的相对来沙量分别为18%、46%和36%，农台地和裸坡地（含沟岸）是流域内最重要和次重要的泥沙来源。根据 1956 年以来水库的泥沙淤积量，流域输沙模数为642t/km².a，占流域面积约2/3的林地和1/3的农地的侵蚀模数分别为173和886t/km².a。

4.2模拟试验结果

模拟研究表明，较大雨强时裸地和农地上在不同坡度小区的起始产流时间相差较小，坡度对于起始产流时间影响不明显；较小雨强时，起始产流时间随坡度的增加而变小，影响起始产流时间的因素主要有植被类型（土地利用状况）、坡度、雨强、土壤初始含水量。裸地和农地小区的径流速率总体随降雨历时的延长而增加，但增加速率不同，裸地小区径流速率明显大于农地。裸地和农地在不同雨强下的地表径流强度随降雨历时的变化，均可以用对数方程来描述，且拟合效果较好。壤中流是紫色土坡面流的重要形式，在人工降雨和天然降雨观测中，都有明显的壤中流产生。壤中流产流受坡度、土层厚度、耕作方式、雨强等因素影响，径流过程比较复杂，总体而言，紫色土坡耕地土层较浅是导致壤中流产生的重要条件，缓坡有利于壤中流的产生，壤中流的产生滞后于地表流，产流过程表现出比较缓慢变化的单峰过程；雨强对壤中流的流量过程线有显著影响，对于壤中流的起始产流时间影响并不明显，随雨强增大，壤中流峰值流量显著增加。

5.主要水土保持成果与示范

盐亭站水土流失试验、观测研究历史悠久，水土保持成果为紫色土坡地水土保持、长江上游生态环境建设、农业可持续发展作出了重要贡献。

5.1积累了丰富的水土流失监测数据

自1980年正式建站以来，积累了大量紫色土水土流失、面源污染迁移及其环境效应的试验与观测数据，经过整理与整编，建立了统一的数据库和数据文档。分别于1999年、2005年编印了1970~1995和1996~2005年的试验观测数据集各1缉。

5.2水土保持技术

5.2.1旱地聚土免耕技术

为解决紫色丘陵地区的农业低产和农民增收问题，开发了“旱地聚土免耕技术研究”，建立水土保持耕作体系，以解决坡耕地“跑水、跑土、跑肥”的问题。具体做法是横坡作垄，垄、沟与土档配套，建立由垄、沟和土档形成的横坡网格耕作体系；其次，为防止暴雨对土表的的直接冲击，减缓表土溅失，实施全土秸秆覆盖，由此建立垄沟网格耕作与秸秆覆盖相结合的水土保持耕作体系。在紫色土累计推广大1200万亩，已使紫色土耕地基本实现大面积高产稳产，农民收入显著增加。

5.2.2坡耕地粮经弹性种植技术

利用农林复合系统原理，根据垄沟的立地条件和作物的需光性差异，实行高杆与矮杆作物套作、好光与喜阴间作相结合，沟内浅坑定植果树苗或经济效益高的作物，垄上种粮食作物（小麦与玉米），垄基还可利用季节时差种植花生和豌豆，垄上不种粮食可退粮还草，发展果草牧模式，根据市场可调节粮食作物与经济作物比重，弹性种植与管理。已在川中丘陵区、三峡库区示范与推广。

5.2.3低效林改造及优化利用技术

桤柏混交林是盐亭站二十世纪70年代初推出的对于严重退化紫色陡坡地的植被恢复模式，现已在川中丘陵区推广示范3万多亩，对于绿化川中丘陵区发挥了重要作用，由于桤树作为先锋树种已逐渐死亡，原来的成片桤柏混交林已演变成纯柏林，其水土保持效应退化，而且虫灾严重。通过与地方政府的合作，开展了以纯柏林结构改造与优化的试验示范，通过引进落叶经济树种和草本、灌木等，组建形成森林植被的乔灌草体系，并促进枯枝落叶层的形成，显著提高人工林地生态系统的稳定性。技术已在桤柏混交林地开展了大面积示范与推广。

5.3.小流域侵蚀泥沙与面源污染控制综合技术