四川盆地丘陵区面积约6.6×10⁴ km², 耕地面积4.5036×10⁶ km², 是四川省粮、油、棉的主要产区, 农业垦殖指数高达50%~65%, 农林交错镶嵌, 农、林争地矛盾严重; 人口稠密, 密度高达500~700人/km², 人—地矛盾尖锐; 林业生产十分薄弱, 加之人为不合理开发利用自然资源, 森林覆盖率低, 导致旱涝灾害频繁生态环境脆弱水土流失严重成为我省极强度土壤侵蚀区域该区丘陵坡地面积占50%~80%, 绝大部分已开垦耕作, 形成林地和旱地交错、从坡顶到坡麓呈林地—旱地台土—林地—旱地台土—林地的农林复合系统结构, 旱地台土一般有3~5台; 同时, 坡地上的林地面积占该区林业用地面积的90%以上, 旱地面积占该区旱地面积的95%以上。因此, 坡地农林复合系统建设是该区农林复合经营的主要内容, 对于控制水土流失, 特别是治理该区水土流失的策源地——坡耕地, 抗御旱涝灾害, 保证农业生产, 促进农区经济可持续发展都具有极其重要的战略意义。

1 研究区概况

研究区设在四川省丘陵农业大县——简阳市境内的清水河小流域, 位于东经104°45′~104°48′, 北纬30°24′~30°31′之间, 幅员面积42.95km², 海拔394~450m, 属典型的丘陵地貌; 地处亚热带季风性湿润气候区, 是川东干旱区和川西洪涝区的过渡地带; 年均气温17.1℃, 年均日照1250.9h, 年总辐射量3806mJ/m³, 属全国日照低值区; 年均降雨量882.9mm, 分布不均, 5~9月降雨量占全年的70%以上, 常发生洪涝灾害; 年蒸发量900~1200mm, 常年出现春旱频率66%, 夏旱72%, 伏旱73%, 常出现春旱、夏旱、伏旱连续发生。土壤为紫色土, 是一种典型的岩成土, 母岩结构疏松, 易热涨冷缩, 风化强烈, 成土速度快, 土壤粘结性能差, 团粒结构少, 易遭受雨水冲刷, 蓄水保土能力弱, 水土流失严重。

该区属我国亚热带常绿阔叶林地带, 由于长期受人为干扰破坏, 原生自然植被已不复存在, 形成大面积的次生植被。坡地森林类型主要为人工林即柏木(Cupressus funebris)或墨西哥柏(C.lusianica)林、桤木(Alnus cremastogyne)墨西哥柏混交林、栓皮栎(Quercus variabilis)柏木混交林、桤木林和马桑(Coriaria sinica)灌木林等, 林下主要有马桑、黄荆(Vitex negunea)、蔷薇(Rosa spp.)、白茅(Impereta cylindrica)和莎草(Cyperus spp.)等; 坡地农作物有小麦(Tritirrum aestirum)、玉米(Zea mays)、红薯(Ipomoea batatas)、棉花(Gossyrium hirsutum)和蚕豆(Vicia faba)等。

坡地坡度10°~25°, 林带处于旱地地边坡坎(一般坡度在20°以上)上, 带宽(水平) 2~15m, 带间距(即旱地台土水平宽度) 14~60m, 旱地台土比较平坦(坡度在0°~15°之间)。林带与旱地台土交错, 呈阶梯状, 构成独具特色的坡地农林复合系统。

2 研究方法 2.1 林分生物量测定

在林分内设置100m²的样地, 进行每木检尺, 同时测定树高、冠幅、郁闭度、灌草层盖度等林分结构因子; 选取8~16株标准木, 采用分层切割法测定林分各部分(干、枝、叶和根)的生物量(木村允, 1981)。

2.2 灌、草层生物量的测定

在林下设置1m×1m的灌木样方和1m×1m的草本样方各5个, 采取全挖法测定灌木和草本生物量(木村允, 1981)。

2.3 植物养分测定

在林分内设置100m²标准地, 选择平均木3~5株, 于生长停止期间分别采集林木各部分(干、枝、叶、根)分析样品, 同时采集灌木各部分(茎、枝、叶、根)分析样品及草本地上部分和地下部分样品; 在农作物地内设置样方, 混合取样, 分别采集茎、枝、叶、根样品。化学分析方法:全N用半微量凯氏定氮法, 全P用钼锑比色法, 全K用火焰光度法(国家标准局, 1987)。

2.4 农作物产量和生物量测定

在农作物收获期, 按距林带0.5 H、1 H、1.5 H、2 H、2.5 H、3 H、3.5 H……, 设置样点, 每个样点设50cm×50cm的样方2~3个, 采取全挖法测定农作物生物量(木村允, 1981); 同时测定产量。各农作物品种:小麦为绵阳19号, 玉米为邯郸4号, 红薯为徐薯18号, 棉花为川杂1号, 花生为川府3号, 西瓜为郑杂5号, 蚕豆为成胡12号, 油菜为川油12号。

2.5 投入产出调查

不同台土农地和复种方式的人工、有机肥、无机肥、农药、种子等投入以及各种农作物的产出是通过实验区25户中等经营水平的农户取得; 各项折能系数来自文献(农业技术经济手册编委会, 1983), 各项价格取自简阳市1993年各项农村经济系统年报价格。

3 结果与分析

根据丘陵坡地农林复合系统的特点, 针对主要林带类型(见表 1), 从林分的结构与功能角度, 通过综合实验计量, 选择了生态、经济、社会效益等方面的11个评价指标, 建立评价指标体系(见图 1), 运用层次分析(AHP)进行综合评价(赵焕臣, 1986)。

通过对评价指标进行综合计量, 各评价指标值结果见表 2。林地土壤有效蓄水量(mm)以b₅最高, 其次分别为b₁、b₄、b₃、b₆, b₂最小; 地表径流量减少(%)以b₃为最大, 其次分别为b₁、b₄、b₂、b₅, b₆为最小; 产投比以b₆为最大, 其次分别为b₅、b₁、b₃、b₂, b₄为最低; 年均产值以b₃为最高, 其次分别为b₂、b₅、b₄、b₁, b₆为最低; 木材提供能力以b₁为最大, 其次分别为b₃、b₂、b₅、b₄, b₆为最小; 薪柴提供能力以b₄为最大, 其次分别为b₁、b₂、b₃、b₅, b₆为最小; 经综合评价见表 3, 各林分类型综合评价排序为:b₁ > b₃ > b₅ > b₄ > b₂ > b₆, 以草-灌-桤木、墨西哥柏混交林(b₁)综合效益值最高, 草-桤木林、草灌-栓皮栎、柏木混交林次之。草-灌-桤木、墨西哥柏混交林结构合理, 乔、灌、草层次比较明显, 有利于水土保持; 同时, 利用桤木固氮和侧方遮荫作用, 可改良土壤和利于柏木生长, 提高林分生产力和蓄水保土保肥能力(张小平等, 1992); 由于桤木、墨西哥柏均喜光, 生长速度快, 采取合理的初植密度、混交比例与方式, 幼林期有利于植被恢复, 形成良好的林分结构; 林木生长, 种间矛盾突出, 应及时抚育间伐, 调整林分密度, 以利于灌草生长, 保持良好的林分结构, 持续发挥水土保持功能。草-桤木林(b₃)的综合效益值仅次于b₁, 很有发展前途, 桤木生长快、适应性强、根系发达、产量高, 是该区主要薪柴树种之一, 又是良好的水土保持树种(邱进贤等, 1992), 对解决该区薪柴问题和固土保水具有现实意义, 但不适宜于瘠薄的土壤上栽植。草-灌-栓皮栎、柏木混交林(b₅)综合效益值较高, 形成复层林冠, 林分层次结构好, 有利于蓄水保土, 水土保持能力强; 柏木可提供优质木材, 栓皮栎萌生力强, 生长快, 是该区主要薪柴树种(邱进贤等, 1992), 也可作为优质木材和生产食用菌的段木; 因此, 合理经营, 保持良好的林分结构, 可达到充分发挥其生态、经济效益的目的。草-灌-墨西哥柏纯林(b₄)结构较为良好, 林地覆盖度高, 地表径流小, 不易受到冲刷, 利于蓄水保土; 但由于处于幼林阶段, 仅靠林下灌、草提供薪柴, 其经济效益和社会效益较差, 综合效益居中; 墨西哥柏生长快, 应及时调整密度, 保持良好的结构, 提高其防护能力和生产力。草-墨西哥柏林(b₂)和草-柏木林(b₆)结构差, 无灌木层, 林分密度大, 不利于水土保持, 经济效益和社会效益低, 综合效益极差; 应进行改造或调整, 可采取引进桤木进行混交或在立地条件差的林下补植马桑等灌木, 利用桤木、马桑的固氮能力, 改善地力, 促进林木生长; 同时, 马桑作为一种优质薪柴灌木(邱进贤等, 1992), 具有耐干旱、瘠薄、根系发达、萌生力强等特点, 可满足当地对薪柴的需求。这样, 既调整了林分结构, 乔、灌、草层次分明, 水土保持效益好, 又提高了经济效益和社会效益。

综上所述, 该区坡地农林复合系统建设受当地农村缺材少薪问题和水土流失严重的制约, 因此, 在农林复合系统中林带类型应根据其结构与功能, 以草-灌-桤柏混交林、草-灌-栎柏混交林和乔-灌-草结构的林分为宜, 还应考虑乔、灌、草种的生长特性和用材薪柴利用特性进行综合选择。

选择合理农作物复种方式是提高坡地农林复合系统综合效益的途径之一。为此, 对坡地农林复合系统中农作物10种复种方式(见表 4), 通过试验、综合测定, 选取7个评价指标(见图 2)进行评价(见表 5)。由表可知, 各复种方式光能利用率以A₁、A₈、A₁₀较高, 其次为A₂、A₃、A₅、A₇、A₆, 最低为A₄、A₉, 不足0.5%;能量产投比以A₈、A₂、A₁、A₅、A₁₀较高, 其次为A₃、A₇、A₆, 最低为A₄、A₉, 不足0.5;价值产投比以A₅为最高, 其次为A₈、A₆、A₉、A₂、A₇、A₁、A₃、A₄, A₉最低; 劳动力产值以A₅、A₈、A₉较高, 其次为A₆、A₇、A₂、A₁, A₁₀最低。

综合评价结果(表 6)表明, 以A₅最高, A₁₀最低; 其顺序为:A₅ > A₆ > A₈ > A₇ > A₁ > A₃ > A₉ > A₂ > A₄ > A₁₀。A₅、A₈两种复种方式中花生和蚕豆植物, 有固氮功能, 其养分、资金投入较少, 产投比高于其他复种方式; 在资金比较短缺、肥料不足时, 选择两者之一能获得高的综合效益。A₆、A₇、A₃方式均有共同的经济作物——西瓜, 由于西瓜需要光照条件好、有机肥充足、管理投入多, 因此其价值的产投比比较高; 在有机肥充足、劳力充裕时, 可以在农林复合系统中阳光充足的地方采取这三种方式之一, 可获得较高的综合效益。A₁属粮食饲料型, 产粮能力比较好, 光能利用效率最高, 价值产投比也比较高; 在本试验区, 由于人口多、土地少、粮食需求量大, 发展此种方式有助于解决当地农民的口粮需求问题, 也能获得较好的综合效益。A₂较A₁少种了玉米作物, 其产值和纯收益比较低, 综合效益差。A₉、A₄方式都有棉花, 而棉花是强阳性植物, 在农林复合系统中棉花所需要的光饱和点得不到满足, 因此棉花产量低, 肥料、农药投入多、田间管理费工, 价值产投比低, 综合效益差。同样, A₁₀中的油菜也是阳性作物, 要求有充足的光照条件, 否则经济产量低、综合效益差。

总之, 在该区坡地农林复合系统中, 由于内部光照条件不同于单纯的农耕地, 受到林带的影响, 系统内光照分布不均, 为此, 农作物复种方式应以小麦-花生(A₅)、小麦/西瓜/蔬菜(A₆)、蚕豆/玉米/红薯(A₈)、蚕豆/西瓜/红薯(A₇)、小玫/玉米/红薯(A₁)等为好, 在生产中要因地制宜选择不同的农作物复种方式, 不断寻求新的农作物组合搭配, 以获得较高的综合效益。

4 小结

坡地农林复合系统建设是该区防护林体系建设的重要内容, 在结构上不同于其它农林复合系统, 在功能上具有多样性, 既要改善农作物的生态环境, 抗御干旱灾害, 又要保持水土、减少水土流失等。为此, 通过对坡地农林复合系统中两大组分(农作物和林分)内部结构的研究, 从系统的结构、功能、效益出发, 选择了生态、经济、社会效益等评价指标, 运用层次分析法, 对农林复合系统中林带类型和农作物复种方式进行综合评价。

对6种林带类型选择了11个评价指标, 进行综合评价, 以草-灌-桤木、墨西哥柏混交林、草-灌-栓皮栎柏木混交林、草-灌-桤木(或柏木)纯林为佳。

对10种农作物复种方式选择了7个评价指标, 进行综合评价, 以小麦-花生、小麦/西瓜/蔬菜、蚕豆/玉米/红薯、蚕豆/西瓜/红薯等为好。

上述研究从农、林双优化的角度, 选择了比较好的结构类型, 为该区坡地农林复合系统结构优化提供科学依据同时也为该区防护林体系建设提供技术指导。