朱洪如

(福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福州 350003)

長汀縣是我國南方丘陵紅壤地帶典型的強(qiáng)度紅壤侵蝕區(qū)，在20世紀(jì)40年代就開始了水土流失的治理工作。馬尾松(Pinusmassoniana)林是我國南方地區(qū)分布最廣的森林類型。馬尾松由于其適應(yīng)性強(qiáng)、耐貧瘠的特性，常作為消滅荒山的先鋒樹種在該地區(qū)大量種植。然而，相當(dāng)部分馬尾松林分長勢不佳，多表現(xiàn)為郁閉度低，其保持水土等生態(tài)服務(wù)功能得不到充分發(fā)揮，是南方地區(qū)分布最為廣泛的退化的森林類型[1-2]。這些退化的馬尾松群落多采取封禁管理的生態(tài)恢復(fù)措施，不僅恢復(fù)周期漫長，恢復(fù)效果不佳，而且無法直接給當(dāng)?shù)亓洲r(nóng)帶來經(jīng)濟(jì)收益。林下套種是馬尾松低效林改造的有效途徑[3]，一方面使低郁閉度的馬尾松群落的林下空間得到有效利用，另一方面林下套種油茶又可為當(dāng)?shù)亓洲r(nóng)帶來經(jīng)濟(jì)效益，充分調(diào)動他們改造馬尾松低效林的積極性。然而，對馬尾松林下套種油茶也可能產(chǎn)生新的水土流失，對其產(chǎn)流產(chǎn)沙和養(yǎng)分特征的研究，成為重要的問題。因此，本研究以不同郁閉度馬尾松林下套種油茶模式為研究對象，旨在通過建立徑流小區(qū)進(jìn)行定位觀測的方法，弄清不同郁閉度馬尾松林下套種油茶模式產(chǎn)流產(chǎn)沙及養(yǎng)分流失規(guī)律，為南方紅壤侵蝕區(qū)不同郁閉度馬尾松低效林的改造和經(jīng)營提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省長汀縣河田鎮(zhèn)(25°33′～25°48′N，116°18′～116°31′E)。屬中亞熱帶季風(fēng)性氣候，年均氣溫18.79 °C，年平均降雨量1 737 mm，年均蒸發(fā)量1 444 mm，年均無霜期260 d。降雨多集中在5—7月，11—12月降雨最少。冬季受干燥少雨，夏季濕潤多雨，干濕季分明，災(zāi)害性天氣較多。該區(qū)土壤為粗晶花崗巖風(fēng)化發(fā)育的山地紅壤，含砂量高，結(jié)構(gòu)疏松，抗蝕性差[4]。

2 研究方法

2.1 徑流小區(qū)的布設(shè)

在長汀河田鎮(zhèn)黃坑村同一坡面的馬尾松林內(nèi)布設(shè)徑流小區(qū)，坡度23°，坡向東南，海拔340 m。根據(jù)郁閉度的不同，布設(shè)了5個(gè)徑流小區(qū)，區(qū)內(nèi)馬尾松林分郁閉度分別為0.40、0.30、0.25、0.20和0.15，分別記為C-0.40、C-0.30、C-0.25、C-0.20和C-0.15模式。小區(qū)規(guī)格20 m×5 m，水平投影面積100 m2。每個(gè)徑流小區(qū)均以水泥預(yù)制板為界，預(yù)制板露出地表20～25 cm，埋深15～20 cm。下坡邊處筑內(nèi)徑尺寸深20 cm、頂寬30 cm、底寬20 cm的集水槽。小區(qū)下設(shè)徑流池和分流池，徑流池長、寬、深分別為2.5 m、0.8 m、1.0 m；設(shè)10個(gè)分流孔，分流池長、寬、深分別為1.5 m、0.8 m、1.0 m。所有樣地前期均為強(qiáng)度侵蝕區(qū)，于2003年馬尾松飛播造林并封育管理。2012年在馬尾松林下套種油茶，栽植密度2 m ×3.2 m。

2.2 徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙和養(yǎng)分流失量監(jiān)測

在徑流小區(qū)附近設(shè)置HOBO雨量計(jì)自動記錄試驗(yàn)區(qū)降水量。2013年9月1日至2014年8月31日，降雨結(jié)束或期間量測并記錄徑流量。每次采樣時(shí)，用清潔竹竿充分?jǐn)噭蚝笤诓煌课欢帱c(diǎn)采樣。用清潔廣口瓶取樣，供分析測試用。水樣取完后，擰開徑流池底的閥門排盡徑流水，將徑流池底的淤泥全部稱重，并取樣烘干。完成后清洗徑流池。分別在2013年10月、2014年1月、4月和7月進(jìn)行4次取樣，測定其氮和磷的含量。全氮測定采用開氏定氮法；全磷測定用鉬銻抗比色-分光光度法[5]。

氮磷流失量=氮磷含量×泥沙量。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣溫及降雨分布特征

試驗(yàn)地監(jiān)測期年均氣溫19.55 ℃，最高溫為8月的27.75 ℃；最低溫為12月的8.07 ℃。監(jiān)測期間年降雨量1 540.3 mm。從試驗(yàn)地降雨量的年內(nèi)動態(tài)來看，月降雨量峰值出現(xiàn)在5月，為361.6 mm；最小降雨量出現(xiàn)在1月，僅為7.9 mm(圖1)。試驗(yàn)地降雨量主要集中在春夏兩季，占年降雨量的78.49%；秋冬兩季較為干旱，僅分別占年降雨量的7.36%和14.15%。

圖1 試驗(yàn)地2013年9月至2014年8月氣溫和降雨量月動態(tài)變化

3.2 不同郁閉度馬尾松林下套種油茶的養(yǎng)分流失特征

不同套種模式氮年流失量為33.52～41.18 kg·hm-2·a-1，其中C-0.40模式年全氮流失量33.52 kg·hm-2·a-1，C-0.30、C-0.25、C-0.20和C-0.15模式年全氮流失量分別比C-0.40模式增加6.52%、19.31%、14.05%和22.85%，表明隨著林分郁閉度的減少，氮流失量表現(xiàn)為增加的趨勢(圖2)。不同油茶套種模式磷年流失量16.09～19.79 kg·hm-2·a-1，其中C-0.40模式年氮流失量17.26 kg·hm-2·a-1，除了C-0.30模式磷年流失量小于C-0.40模式，C-0.25、C-0.20和C-0.15模式年磷流失量分別比C-0.40模式增加5.33%、4.46%和14.66%。

圖2 氮和磷的流失量

3.3 不同郁閉度馬尾松林下套種油茶的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征

不同郁閉度馬尾松林下套種油茶模式產(chǎn)流和產(chǎn)沙量的季節(jié)變化與降雨量的分布基本一致，產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量主要集中在春夏兩季，春夏兩季的產(chǎn)流和產(chǎn)沙量平均約占全年的84.85%和86.58%，最大產(chǎn)流產(chǎn)沙量均出現(xiàn)在5月，而在降雨量極少的10月和1月，均未出現(xiàn)徑流和產(chǎn)沙(圖3)。

圖3 徑流量和泥沙量的月動態(tài)變化

監(jiān)測期間降雨共145次，其中引起徑流小區(qū)產(chǎn)流41次，占總降雨次數(shù)的28.28%。C-0.40模式年產(chǎn)流量最低，隨著馬尾松林分郁閉度提高，徑流量逐漸減少。C-0.30、C-0.25、C-0.20和C-0.15別比C-0.40增加了2.42%、10.11%、14.00%和17.93%(表2)。隨著郁閉度減少徑流系數(shù)表現(xiàn)為逐漸增加趨勢。不同郁閉度馬尾松林下套種油茶模式年產(chǎn)沙量307.82～365.10 kg，其中C-0.15年產(chǎn)沙量最大，分別比C-0.40、C-0.30、C-0.25和C-0.20高52.14 kg、57.28 kg、16.79 kg和24.12 kg。

表1 不同郁閉度馬尾松林下套種油茶產(chǎn)流產(chǎn)沙特征

4 討論與小結(jié)

降雨是影響產(chǎn)流產(chǎn)沙量的直接因素，一般來說，產(chǎn)流產(chǎn)沙量隨著降雨的增大而增加，這在許多研究中已被廣泛報(bào)道[4,6-8]。本研究區(qū)年內(nèi)降雨分布不均，降雨量集中的春夏兩季產(chǎn)流和產(chǎn)沙量平均約占全年的84.85%和86.58%。

本研究中，隨著馬尾松郁閉度逐漸增高，產(chǎn)流產(chǎn)沙量呈逐漸減少趨勢，這與劉訓(xùn)呈[9]的研究結(jié)論一致，他們認(rèn)為更茂密的林冠層能有效減少降水對地表的直接沖刷強(qiáng)度，進(jìn)而減輕地表的產(chǎn)流產(chǎn)沙量。

土壤養(yǎng)分流失是造成水體富營養(yǎng)化的最根本原因，也是導(dǎo)致土壤養(yǎng)分流失嚴(yán)重和高度貧瘠化的重要因素[10]。不同郁閉度馬尾松林下套種模式對養(yǎng)分流失量的影響存在差異，C-0.40模式有著最小的全氮年流失量，隨著郁閉度的減小，全氮年流失量隨之增加；C-0.30模式有最小的全磷年流失量，而后隨著郁閉度的減小，全磷年流失量也隨之增加。

總的來說，郁閉度高于0.30的產(chǎn)流產(chǎn)沙及養(yǎng)分流失明顯低于郁閉度小于0.30的林分，這表明在郁閉度小于0.30的馬尾松林下不適宜套種油茶，可能會產(chǎn)生新的水土流失，而在郁閉度大于0.30馬尾松可采取林下套種油茶措施，并適度推廣。