全 文 ：第 15 卷第 5 期
2008年 10 月 水土保持研究Resear ch of So il and Water Conser vation Vo l.15 , No.5Oct., 2008
不同覆盖措施下龙廷杏梅园地小气候效应研究＊
刘克长1 ,任中兴1 ,李申安2 ,杨吉华2 ,王 迎3
(1.山东农业大学 资源与环境学院 , 山东 泰安 271018;2.山东农业大学 林学院 , 山东 泰安 271018;3.泰安市泰
山林业科学研究所 ,山东 泰安 271000)
摘 要:对龙廷杏梅树盘进行不同材料及不同组合方式的覆盖处理 ,结果表明:覆白膜的冠下反射率较大 , 各覆盖
处理保水效果均好于对照 ,多重措施好于双层措施 ,双层措施又好于单一措施。地表覆膜使土壤温度明显上升 , 覆
草处理土壤温度虽然上升慢 ,但保温效果好 , 土壤施入保水剂可以保持土壤水分 , 进行覆草和覆膜加保水剂的多重
处理则可以扬长避短。各处理均可改善土壤区域环境的水热条件 , 提高杏梅的产量及品质。
关键词:龙廷杏梅;树盘覆盖;小气候效应
中图分类号:S162.4 , S662.4 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2008)05-0145-04
Area Climate Effect on Long-ting P.simonii Carr.
with the Different Mulching Measurements
LIU Ke-chang1 , REN Zhong-xing1 ,LI Shen-an2 , YANG Ji-hua2 ,WANG Ying3
(1.Collegeo f Resouces and Env ironment , S handong Agricultural University , Taian , Shandong 271018 , China;
2.College o f Forestry , Shandong Agricultural University , Taian , S handong 271018 , China;3.Forest Science
Academeof Mountain Tai , Taian , Shandong 271000 , China)
Abstract:The experiments of diffe rent ma te rials w ere car ried out on the Long-ting P.simonii Car r.or chard soil w ith dife rrents
cross pa tterns.The results show ed that the reflectance of canopy w ith w hite veil w ere larg er , the w ater conserv ation effects o f
all treatments were more significant than the contra st , multiple trea tmeng t w ere be tte r than dual t reatments , dua l treatments
were better than sing le trea tments.Covered with veil treatments can improve so il tempe rature obv iously;altough covered with
gr ass t reatments improve soil temperature slow ly , they can contain it well;w ater re taining agent treatments had stronger so il
moisture holding capacity;the multiple trea tments can make best use of the advantag es and bypass the disadvantag es.All treat-
ments improved w ater and tem pera tur e o f soil and the illumina tion of the trees , so the yield and quality o f Long-ting P.simonii
Ca rr.had improved.
Key words:Long-ting P.simonii Carr.;covering g round ar ound tree trunk;a rea clima te effect
龙廷杏梅(Long-ting P.simonii Carr.)在当地 7 月中旬
成熟 ,此时正值果品淡季 , 具有很强的市场竞争力 ,有较高的
经济效益。但是 ,由于龙廷杏梅主要栽植在山区丘陵 , 灌溉
条件差 ,土壤瘠薄和干旱缺水是限制龙廷杏梅产量和品质的
两大自然因素 ,为此 , 在整修水平梯田加厚土层的基础上栽
植龙廷杏梅 ,并采用树盘覆盖措施 , 对提高土地生产力和经
济 、生态效益具有重要意义。覆膜 、覆草 、保水剂等可以提高
土壤蓄水保水性能 ,改善植物根系的生长环境 ,但是大多是
单一覆盖 ,而且关于这些措施对果园的小气候效应研究甚
少 ,为此 , 在新泰市龙廷镇掌平洼村的水平梯田上栽植的龙
廷杏梅园内进行树盘覆盖技术的研究 ,测定树盘覆盖内土壤
的温度 、湿度以及覆盖层表面的辐射状况对果品产量及品质
的影响 ,为山丘地区提高果农的生产效益提供理论依据。
1 试验地概况
试验设在新泰市龙廷镇掌平洼村 , 该流域属暖温带半湿
润大陆性季风气候区 , 多年平均气温 13.2℃, 年均降雨量
753.8 mm。海拔高度 250.5～ 658.2 m ,岩石为片麻岩 , 土壤
为棕壤 , 春季干旱少雨 , 降雨量仅占年降水量的 13.2%, 而
且风速大 , 温度高 ,土壤蒸发相当强烈 , 造成春季土壤干旱严
重 , 为此 ,在龙廷杏梅园地进行土壤旱作保水技术的研究。
试验地布设在掌平洼村南部水平梯田上栽植的龙廷杏梅园
内 , 水平梯田宽 24 m ,土层厚度 60 cm。 1999 年春季栽植的
龙廷杏梅 , 树龄 8 a , 平均地径 14.25 cm , 平均树高 3.2 m , 平
均冠幅 3.8 m×2.9 m ,枝下高 0.6 m , 平均树冠体积 10.37
m3 ,透光率 0.3 , 株行距 3 m×4 m ,现已进入盛果期。
＊ 收稿日期:2007-08-14
基金项目:山东省水利厅项目“土石山区水土保持植被水文生态特性及其优化配置技术的研究”
作者简介:刘克长(1949-),男 ,副教授 ,主要从事农业气象及小气候研究。 E-mai l:jhyang@sdau.edu.cn
通信作者:任中兴(1962-),男 ,副教授 ,主要从事气象学及小气候等研究。 E-mai l:rzx 000@163.com
2 试验内容和方法
2.1 试验内容
2006 年 3 月在 8 a 生龙廷杏梅园布设树盘覆盖小区 , 试
验共设 12 个处理:Ⅰ 松土:每 10 d 松土 1 次 , 松土深度 5
cm , 作为对照;Ⅱ树盘覆白膜;Ⅲ树盘覆盖黑膜;Ⅳ树盘覆
草;Ⅴ树盘施保水剂;Ⅵ 树盘覆草+盖白膜;Ⅶ 树盘覆草+黑
膜;Ⅷ树盘土壤施入保水剂+覆草;Ⅸ树盘土壤施入保水剂+
覆白膜;Ⅹ树盘土壤施入保水剂+覆黑膜;Ⅺ树盘土壤施入保
水剂+覆草+覆白膜;≫树盘土壤施入保水剂+覆草+覆黑
膜。树盘覆盖均为 2 m×2 m。每个处理设 3 个重复 ,共计 36
个小区 ,每个小区 9棵杏梅 ,共计 324棵 ,各小区随机排列。
2.2 试验方法
用烘干法测定土壤含水量;采用天空辐射表 、辐射电流
表 、净辐射表测定反射率 、地面净辐射;用地面温度计测定地
表温度;用曲管温度表测定土壤温度;用标准株法测定单株
产量和单果重;用斐林试剂法测定总糖含量;用手持折光仪
测定可溶性固形物;用酚酞滴定法测定总酸;用 2 , 6-二氯靛
酚滴定法测定 Vc含量。
3 结果与分析
3.1 不同覆盖措施对太阳辐射的影响
树冠层获得太阳辐射能的多少 ,直接影响到果树的生理
过程 ,进而影响到果实的生长发育及产量形成[ 2] 。净辐射是
表征活动面(或活动层)对长 、短波辐射的收支状况 , 是白天
热量平衡方程中的主要收入项。
3.1.1 不同覆盖措施对地表反射率的影响
2006 年 5 月 20 日对试验地进行观测 ,表 1 为不同覆盖
措施冠下地表反射率。由表 1 可以看出 ,各处理由于地面覆
盖物不同 ,冠下地表反射率存在明显差异。反射率的大小主
要与最上层的覆盖物有关 ,其中覆白膜的平均反射率最大为
31.53%, 覆黑膜的最小 , 只有 16.76%, 上层覆草的反射率
与白膜的十分接近 , 为 30.28%。这是由于白膜具有强烈的
反射作用 , 而黑膜则强烈地吸收太阳光。地表反射率的增
加 , 可增加冠层下部叶片的光合能力和果品的着色。
表 1 不同旱作保水措施的地表反射率 %
处理 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00
Ⅰ 29.84 23.14 21.79 15.64 17.8 20.18 23.03
Ⅱ 27.42 39.18 36.52 28.58 27.77 31.36 34.58
Ⅲ 28.48 20.16 16.19 13.02 14.09 15.81 17.29
Ⅳ 23.22 34.48 32.12 28.26 29.14 32.36 34.12
Ⅴ 29.4 23.98 19.76 15.53 20.81 22.39 16.6
Ⅵ 24.89 33.28 32.33 28.24 32.24 34.56 35.12
Ⅶ 19.03 16.85 15.58 12.67 15.29 16.1 17.23
Ⅷ 24.37 33.13 32.59 26.46 28.76 31.49 33.43
Ⅸ 25.16 33.16 28.53 27.89 34.1 35.4 34.79
Ⅹ 28.48 17.16 16.19 13.02 14.09 15.81 17.29
Ⅺ 23.52 34.17 33.15 29.46 30.76 32.86 33.89
≫ 18.18 16.94 15.38 12.58 14.92 15.02 16.49
注:观测 4个测点(东 、南 、西 、北),取平均值。
3.1.2 不同覆盖措施地面净辐射瞬时值的差异
从表 2 看出 , 各处理地面净辐射的各瞬时值存在明显的
变化 , 但总的变化规律相同。覆膜处理在白天瞬时值明显大
于其他各处理 , 其中黑膜处理日均值为 88.51 W/m2 , Ⅰ 和
Ⅴ处理最小 , 日均值为 37.45 W/m2 。晚上地面净辐射变化
较平缓 , 其变化规律与地表温度有关 , Ⅰ , Ⅴ处理地面净辐射
绝对值较大 , 晚上平均为-9.76 W/ m2 , 与这 2 个处理的地
面辐射较大有关;而有覆盖处理的数值较小 , 这是由于覆盖
物的保温效应所致 , 其中 Ⅵ , Ⅶ , Ⅺ, ≫处理地面净辐射绝对
值要比Ⅳ, Ⅷ处理小。
表 2 不同覆盖措施地面净辐射的瞬时值 W/ m2
处理 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 4:00
Ⅰ 5.56 24.61 51.16 81.22 56.17 34.19 6.55 -1.31 -10.80 -11.19 -15.86
Ⅱ 10.76 68.43 129.31 153.92 133.09 86.01 11.84 -4.23 -9.40 -11.58 -14.70
Ⅲ 14.79 80.17 138.24 155.39 133.21 86.26 11.54 -4.25 -9.78 -10.83 -13.83
Ⅳ 9.66 57.67 108.21 125.49 92.69 71.43 8.17 -4.05 -7.09 -8.79 -11.82
Ⅴ 5.68 26.47 52.50 87.38 47.90 38.25 6.69 -2.13 -9.73 -12.03 -14.98
Ⅵ 11.16 75.43 133.42 142.50 123.04 73.87 10.50 -4.70 -6.13 -7.86 -10.12
Ⅶ 12.32 74.51 127.38 148.08 130.80 90.72 14.01 -3.59 -8.01 -9.01 -9.81
Ⅷ 10.26 55.89 101.92 126.55 93.23 71.73 11.63 -3.79 -7.21 -9.01 -11.24
Ⅸ 9.12 72.39 118.95 134.13 117.15 66.21 9.03 -4.01 -6.98 -8.75 -13.35
Ⅹ 14.89 65.58 126.71 142.81 121.22 71.09 12.41 -3.57 -7.35 -9.80 -12.56
Ⅺ 8.03 69.57 106.02 128.81 108.65 60.08 9.13 -3.11 -7.60 -8.66 -9.31
≫ 10.86 69.95 118.02 136.97 101.29 69.95 11.09 -4.59 -5.62 -7.35 -9.31
3.2 不同覆盖措施对土壤温度效应的影响
3.2.1 不同覆盖措施对地表温度日变化的影响
图 1 显示出了 4 月和 5 月 5 次测得平均地表温度的变
化 , 从中可以看出 , 覆白膜的地表温度日平均值最大 , 为
25.87℃,有覆草措施的地表温度较低 , 日平均温度为
20.24℃, 变化也比较平缓 , 白天均低于对照 , 只有在晚上
0:00才高于对照 , 这是因为麦秸在白天影响了土壤吸收热
量 , 而在晚上又减缓了热量散失;Ⅱ , Ⅲ , Ⅳ和 Ⅴ处理的地表
温度在 18:00-20:00 开始高于对照。 Ⅱ处理地表日平均温
度要比Ⅲ处理高 3.33℃, 说明不同颜色的地膜对太阳辐照
·146· 水 土 保 持 研 究 第 15 卷
的吸收 、反射及透射率的特性差异。覆膜加覆草的处理 , 白
天比只有覆草的地表温度高 ,在 20:00 以后覆膜加覆草的处
理保温效果好。各处理在 14:00 左右地表温度达到最高值。
3.2.2 不同覆盖措施对土壤热通量的影响
土壤热通量是活动面与土壤深层所交换的热量 , 它的量
值可表明土壤的储热量。土壤热通量按 JI · B 杜勃洛文
法[ 3] 计算表达式如下:
θS =-λ0 θ z z =0
式中:λ0 ———地面导热率; θ z z =0 ———地面温度梯度。
其中
λ0= cmS 1(10-13)τ θ z z=0
式中:S1(10-13)———10:00-13:00 时段的 S1 值; θ z z=0———10:00
-13:00时段的平均梯度;τ=180 min。计算结果见下表3。
从表 3 可以看出各处理的土壤热通量均具有明显的日
变化 ,且变化趋势一致 , 在6:00为负值 , 然后变成正值并在
12:00 左右达到最大 , 18:00-20:00 开始变成负值;在白天
各处理的差异较大 , 晚上则较平缓。 Ⅰ和Ⅴ两个处理明显低
于其他处理 , 日平均值为17.66 W/m2 , Ⅱ , Ⅲ , Ⅸ 和Ⅹ 处理由
于土壤温度较高 , 其日平均值也较大 ,为 42.61 W/ m2 。 Ⅰ和
Ⅴ由于没有覆盖 , 在 18:00就开始变成负值 ,而覆草 、覆膜的
双层覆盖和单一覆盖由正变负的时间明显延后。
图 1 不同覆盖措施表层土壤温度
表 3 不同覆盖措施土壤热通量 W/ m2
处理 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 4:00
Ⅰ -0.81 20.37 46.82 77.16 51.37 32.62 -2.70 -6.09 -7.53 -8.71 -8.88
Ⅱ -0.31 51.63 111.62 119.58 113.77 69.23 9.77 -2.88 -4.75 -6.77 -8.64
Ⅲ -0.28 68.28 121.71 123.29 115.82 72.18 9.67 -1.85 -3.40 -4.89 -7.16
Ⅳ -0.61 29.65 48.39 81.33 49.40 38.90 8.02 -0.82 -3.39 -5.58 -6.68
Ⅴ -0.89 20.59 47.83 77.52 50.27 32.98 -2.40 -6.13 -7.48 -8.65 -8.82
Ⅵ -0.63 49.2 99.80 105.8 102.37 57.83 9.96 -0.98 -4.20 -5.80 -6.70
Ⅶ -0.18 56.79 99.6 101.29 96.58 58.42 9.33 -1.75 -2.90 -4.20 -5.60
Ⅷ -0.58 29.31 49.83 79.12 49.56 41.30 7.89 -0.91 -3.29 -4.92 -6.73
Ⅸ -0.27 60.7 109.45 117.58 108.54 61.40 0.85 -1.73 -4.74 -5.90 -7.40
Ⅹ -0.29 68.7 120.8 122.19 114.73 71.88 8.20 -0.21 -3.20 -5.10 -6.90
Ⅺ -0.61 48.2 98.4 100.63 102.28 56.98 9.48 -1.03 -0.41 -4.80 -0.66
≫ -0.21 57.46 99.8 100.9 95.38 57.68 9.60 -1.63 -2.53 -3.81 -5.50
3.3 不同覆盖措施对土壤含水量的影响
采取覆盖措施可以提高土壤含水量 , 改善土壤水分状
况。表 4为 4月 7日 、4 月 17 日 、4 月 27 日 3 次测定的 0-
40 cm 土层的土壤含水量 , 从表 4 可以看出 , 各种覆盖措施
下的土壤含水量均高于对照 ,多重保水措施的土壤含水量要
高于双重处理更高于单一处理。
2006 年 3-4 月试验地所处的新泰市龙廷镇一直处于
持续干旱期 , 3 月 26 日测得灌水处理完毕后的土壤含水量
为 21.73%, 此后由于气温上升 , 树体枝叶开始生长 ,枝叶蒸
腾和土壤蒸发加快 , 土壤含水量下降。从表 4 可知 , 经较长
时间的干旱无雨 , Ⅰ对照的土壤含水量下降最快 , 0-40 cm
的土壤含水量仅为 11.83%, 单一处理以 Ⅲ 的较高 , 为
15.97%, Ⅴ的较低 , 为 14.77%;双层处理以 Ⅹ 较好 , 为
16.46%;多重处理的土壤含水量普遍较高 , ≫最好 , 达
18.15%。由 4月 7 日 、4 月 17 日 、4 月 27 日连续 3 次测得
土壤含水量可以看出 , 保水剂充分吸附土壤径流 ,减少水分
下渗 , 土壤含水量较高;覆草处理改善土壤物理性状 ,增加土
壤孔隙度 , 提高土壤贮水量;覆膜处理切断土壤毛管水与大
气交流的通道 , 阻隔水分蒸发 ,保持土壤水分;多重处理由于
土壤中有保水剂吸附土壤径流 ,覆草增加土壤贮水量 , 覆膜
阻隔水分蒸发 , 所以蓄水保墒效果最好 ,其次是双层处理 , 而
单一处理较差。
表 4 不同覆盖措施下的土壤含水量 %
测定时间 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ ≫
04-07 18.79 18.02 18.87 18.45 19.62 20.03 19.30 19.66 20.07 20.51 19.88 19.29
04-17 15.75 16.30 16.81 16.48 17.21 17.52 16.81 18.06 18.71 19.26 19.44 18.54
04-27 11.83 15.35 15.97 15.26 14.77 15.25 15.63 16.10 15.53 16.46 16.58 18.15
·147·第 5 期 刘克长等:不同覆盖措施下龙廷杏梅园地小气候效应研究
3.4 不同覆盖措施对龙廷杏梅产量及品质的影响
各种覆盖措施与对照相比 , 改善了果树冠层的辐照条
件 ,特别是由于覆盖物的反射作用使果树内膛的光照度明显
增加 ,并且各措施由于切断了地面向空气中输送水汽的渠
道 ,所以具有良好的土壤保湿效应 , 从而使果品的品质 、产量
都有所提高。
表 5 不同覆盖措施龙廷杏梅八成熟时的产量和品质
处理 还原糖/%
总糖/
%
总酸/
%
Vc/
(μg· g -1)
单果重/
g
单果
体积/
cm 3
产量/
(kg·
hm -2)
Ⅰ 1.934 3.256 2.046 7.9 45.25 44.28 29140
Ⅱ 1.975 4.244 2.087 8.5 49.29 49.76 37340
Ⅲ 1.712 2.985 2.101 7.1 50.11 49.68 38260
Ⅳ 2.305 3.722 1.783 8.4 48.86 47.75 36340
Ⅴ 2.875 3.499 2.031 8.0 47.8 46.58 32750
Ⅵ 2.302 4.986 2.115 8.8 50.85 47.29 44400
Ⅶ 1.876 3.073 1.93 7.3 49.76 49.81 43500
Ⅷ 2.618 3.788 1.969 8.5 51.36 49.15 40650
Ⅸ 2.399 4.712 2.013 8.6 48.27 49.13 41250
Ⅹ 2.05 3.226 2.128 7.6 49.54 50.34 42500
Ⅺ 2.17 5.013 1.857 8.9 52.64 52.67 46110
≫ 1.613 2.873 1.754 7.0 52.84 52.12 47180
表 6 不同覆盖措施龙廷杏梅完全成熟时的产量和品质
处理 还原糖/%
总糖/
%
总酸/
%
Vc/
(μg· g -1)
单果重/
g
单果
体积/
cm 3
产量/
(kg·
hm -2)
Ⅰ 4.934 8.256 1.191 11.49 47.52 46.05 30600
Ⅱ 5.576 8.644 1.167 11.84 51.28 51.76 38850
Ⅲ 4.316 7.319 1.234 10.02 52.34 52.4 40050
Ⅳ 5.305 8.422 1.178 11.59 50.68 49.82 37950
Ⅴ 5.275 8.399 1.18 11.50 49.16 48.94 34200
Ⅵ 5.897 8.986 1.102 12.11 50.72 49.62 46650
Ⅶ 4.806 7.733 1.216 11.15 51.45 52.46 45600
Ⅷ 5.618 8.588 1.169 11.70 52.58 51.84 42150
Ⅸ 5.786 8.712 1.121 11.89 51.67 51.58 43050
Ⅹ 4.712 7.689 1.223 10.51 53.63 53.18 44400
Ⅺ 6.17 9.013 1.09 12.43 54.69 55.64 47400
≫ 4.819 7.962 1.203 11.27 54.48 55.42 48600
3.4.1 不同覆盖措施对龙廷杏梅品质的影响
从表 5 , 6 可以看出 , 由于采摘时期不同 ,还原糖 、总糖 、
总酸和 VC 含量有所不同 , 由八成熟到完全成熟 , 还原糖 、总
糖和 VC 含量逐渐增加 , 而总酸则逐渐减少 , 各处理的总糖
平均增加 4.529%, 这是由于果实成熟的过程中 , 一些有机
酸逐渐与一些碱性物质或与醇类发生反应而逐步变少 , 与此
同时 ,果实中糖的含量却在慢慢增加的缘故[ 5] 。但是不同旱
作保水措施之间, 糖和 VC 的变化规律与冠下反射率相同 ,均
是Ⅱ, Ⅵ , Ⅸ , Ⅺ的较高 , 为 7.75%, 而 Ⅲ, Ⅶ , Ⅹ , ≫的低。用
SPSS 软件对成熟时总糖含量、土壤含水量 、土壤温度 、冠下反
射率进行相关性分析 , 结果表明 , 总糖含量与冠下反射率在
0.01水平下显著相关(r=0.874),而与其他因素不相关。
3.4.2 不同旱作保水措施对龙廷杏梅产量的影响
从表 5 , 6 看出 , 由八成熟到完全成熟 , 龙廷杏梅的单果
重各处理平均增加 1.97 g ,但是从单果重 、单果体积 、产量来
说 , 均是多重处理的要大于单一处理的 , Ⅺ, ≫处理单果体积
和产量平均比对照高 9.48 cm3 , 17 400 kg/ hm2 。用SPSS 软
件对成熟时产量 、土壤含水量 、土壤温度 、冠下反射率进行相
关性分析 , 结果表明 ,龙廷杏梅的产量与土壤含水量在0.05
水平上显著相关(r=0.689), 而与其他因素不相关。
由以上分析可以看出 , 由于龙廷杏梅是良好的加工产
品 , 所以为了加工需求 ,最好在八成熟时采摘 , 而对于鲜食则
要完全成熟时采摘。而要想保证果品品质 , 就要加强管理 ,
积极疏花疏果;而对于产量的提高 , 则要注意提高土壤含水
量 , 为了得到最大效益 ,要协调好两者的关系。
4 结 论
(1)树盘覆盖措施能改善树体局部的光照条件 , 增加土
壤净辐射;特别是覆白膜和覆草能有效改善冠下反射率 , 增
加冠下果实的着色程度和总糖含量。
(2)树盘覆盖措施能改善土壤温度 , 覆草措施的地温回
升慢 , 而覆膜措施的地温回升较快 , 而多重处理可以扬长避
短 , 为土壤提供一个合适的温度条件。
(3)保水剂处理能充分吸附土壤径流 , 覆草处理改善土
壤物理性状 , 覆膜处理切断土壤毛管水与大气交流的通道 ,
所以各旱作保水技术均能增加土壤蓄水保水能力 ,多重处理
要好于双层处理 , 更好于单一处理。
(4)树盘覆盖措施改善了果树冠层的辐照条件 , 由于各
措施切断了地面向空气中输送水汽的渠道 , 所以具有良好的
土壤保湿效应 , 从而提高了果品的品质 、产量。综合各措施
来看多重处理要好于双重处理 ,更好于单一处理 ,对于无水
浇条件的山地丘陵区的林果栽培来说是一种增产增效 、提高
土地资源可持续利用的有效措施。
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·148· 水 土 保 持 研 究 第 15 卷