巨尾桉工業原料林坡面產流產沙動態特征

王智慧, 張靜美, 趙一鶴

(1.西南林業大學 環境科學與工程學院, 云南 昆明 650224;

2.云南省林業科學院, 云南 昆明 650201; 3.云南林業職業技術學院， 云南 昆明, 650224)

巨尾桉工業原料林坡面產流產沙動態特征

王智慧1,2, 張靜美3, 趙一鶴2

(1.西南林業大學 環境科學與工程學院, 云南 昆明 650224;

2.云南省林業科學院, 云南 昆明 650201; 3.云南林業職業技術學院， 云南 昆明, 650224)

摘要：[目的] 分析對比3種不同土地利用類型3 a坡面產流產沙動態變化，為巨尾桉工業原料的可持續經營管理服務。[方法] 對云南省普洱市巨尾桉工業原料林、灌木林、撂荒地3種土地利用類型徑流小區進行連續3年定位觀測。[結果] 2010—2012年研究區降雨集中在6—10月，3 a降雨量逐年減少。徑流小區年徑流總量變化依次為：2012年<2010年<2011年，2012年徑流總量比2011及2010年分別減少了52.28%和40.92%。2010—2012年6—10月坡面產流順序依次為：巨尾桉工業原料林<灌木林<撂荒地，巨尾桉工業原料林比灌木林和撂荒地分別減少產流25.01%和30.86%。2010—2012年土壤侵蝕總量變化依次為：2012年<2010年<2011年，2012年土壤侵蝕總量比2011及2010年分別減少了41.83%和18.49%。3 a間土壤侵蝕總量與年際徑流總量變化趨勢一致。巨尾桉工業原料林比灌木林及撂荒地分別減少土壤侵蝕量47.56%和50.69%，3個徑流小區土壤侵蝕量大小順序與產流量一致。[結論] 巨尾桉工業原料林水土保持效益最為顯著，防止水土流失的效益最佳。

關鍵詞：巨尾桉工業原料林； 徑流小區； 坡面； 產流產沙

桉樹(Eucalyptus)原產地為澳大利亞及其附近島嶼。在中國栽培歷史已有100多年，因其抗性強、適應性廣、種植容易、萌芽力強、速生高產等特點，為3大速生造林樹種(桉、松、楊)之一[1-2]。巨尾桉(Eucalytusgrandis×E.urophylla)是以巨桉(Eucalytusgrandis)為母本、尾葉桉(E.urophylla)為父本的雜交品種，目前已成為我國南方各省短周期工業原料林的主要栽培品種，其綜合了巨桉生長快，紙漿得率高，以及尾葉桉對低海拔干旱土壤的適應性和抗潰瘍病能力強的特點。巨尾桉工業原料林的迅猛發展，獲得了巨大的經濟和社會效益，但隨著巨尾桉工業原料林的大發展和研究的不斷深入，其生態環境風險問題引起了社會的廣泛關注和學術界的許多爭論，巨尾桉工業原料林的水土保持效應問題是爭論的焦點之一，但針對巨尾桉工業原料林產流產沙方面的研究，相關文獻尚未見有報道[3-4]。近幾年來，云南巨尾桉工業原料林種植面積在不斷擴大，在云南省南部熱帶、南亞熱帶高原山地獨特的地形地勢和氣候條件下，很有必要對巨尾桉工業原料林的產流產沙的變化動態進行研究。本研究擬選取巨尾桉工業原料林與鄰近撂荒地、灌木林地3種土地利用類型，采用坡面徑流小區試驗法，通過連續3 a的觀測研究，探討巨尾桉工業原料林與撂荒地、灌木林地的產流產沙動態變化規律。從而更科學和客觀認識巨尾桉工業原料林的水土保持效應，為云南省巨尾桉工業原料林的可持續經營管理提供理論基礎和科學依據[5]。

1材料與方法

1.1　研究區概況

研究區所在地普洱市瀾滄拉祜族自治縣地處云南省西南部，屬南亞熱帶山地濕潤季風氣候；多年平均氣溫18.9~19.3 ℃之間，多年平均降雨量1 102.8～2 793 mm，全年分干季和雨季，干季從11月至翌年5月，雨量較少，雨季從6—10月，降水量占全年總降水量的86.9%。

根據調查，研究區土壤為紅壤，土層厚度為100—140 cm。巨尾桉純林于2004年營造，采用扦插苗挖穴整地造林，造林密度1 995株/hm2，巨尾桉樹高19～27 m，胸徑為9.3～24 cm，郁閉度為50%，草本層蓋度為65%。灌木林為次生常綠灌木林，郁閉度為25%，草本層蓋度為40%。撂荒地主要為當地群眾的棄耕地，草本層蓋度為50%。

1.2　研究方法

1.2.1徑流小區和雨量計布設根據研究區自然環境條件，在2009年，選擇巨尾桉工業原料林、灌木林及撂荒地3種不同地類。在具有代表性的地段統一布設水平投影面積5 m×20 m的標準徑流小區。小區上方設排水渠，防止上游來水進入小區，下方集流池大小為1 m×1 m×1 m，小區左右兩邊預留1 m的保護帶。在3個徑流觀測點中間地形開闊的地方布設一個自記雨量計測定每場降雨的降雨量。徑流小區基本情況詳見表1。

表1　徑流小區基本情況

1.2.2觀測與計算方法

(1) 徑流量和泥沙含量。降雨過程使用自記雨量計記錄并分析次降雨的降雨量及降雨歷程。采用定位觀測方法，每次降雨結束后測定3個徑流場的徑流量和泥沙量。徑流量通過對集流池中集水采用體積法求得，并且每次產流后取樣觀測徑流泥沙。取樣方法為把集流池中集水攪勻后，取滿3個標準取樣容器，再用比重法測定泥沙含量。每個取樣重復檢驗3次，按公式(1)計算泥沙含量：

(1)

式中：ρ——含沙量(kg/m3)； G——樣品泥水重(kg)； V——樣品泥水體積(m3)； ρw——水的比重(1×103kg/m3)； ρs——泥沙的比重(2.65×103kg/m3)。

(2) 減流率。通過計算減流效應特征指標減流率來體現蓄水減流效應，按照水保法(成因分析法)計算蓄水減流效應特征指標減流率：

ηw=ΔW/W×100%

(2)

式中：ηw——減流率(%)； ΔW——有植被覆蓋后徑流量的變化量(m3)；W——對照區產生的徑流量(m3)[6]。

2結果與分析

2.1　年際間降雨量變化動態

2010—2012年研究區降雨量集中在6—10月，3 a的年降雨量分別為1 233.7，897.9和416.6 mm，3 a降雨量逐年減少，與云南省2010—2012年整體降雨量逐年減少情況相符。2010年雨季降雨20次，均發生產流，月降雨次數最多為7月，共7次，月降雨最大為7月，共降雨367.3 mm，占監測時段降雨量的29.77%；2011年雨季降雨17次，月降雨次數最多為7月，共6次，月降雨最大為7月，為298.2 mm，占監測時段降雨量的33.21%；2012年雨季降雨8次，月降雨次數最多為8月，共3次，月降雨最大出現在8月，為159.7 mm，占監測時段降雨量的38.33%。3 a降雨量最大月份集中在7—8月，且月降雨量與月降雨次數之間存在正相關關系。

2.2　不同土地利用類型年際間坡面產流量動態

2010年3種立地類型小區徑流量最大月份均出現在9月，該月巨尾桉工業原料林、灌木林、撂荒地徑流小區產流量分別為39.6，57.18，65.48 mm，分別占雨季徑流量的36.07%，31.78%，31.14%；2011年徑流量最大月均為7月，該月巨尾桉工業原料林、灌木林、撂荒地徑流小區產流量分別為54.71，65.37和71.23 mm，分別占雨季徑流量的30.39%，30.41%，31.77%；2012年均出現在8月，該月巨尾桉工業原料林、灌木林、撂荒地徑流小區產流量分別為33.97，41.25和41.57 mm，分別占雨季徑流量的40.22%，39.55%，38.96%。2010年徑流小區月徑流量最大值的出現相較于月降雨量最大值有一定的滯后性，2011與2012年徑流量與降雨量的最大月份相一致。3種土地利用類型徑流小區年際徑流情況詳見表2。結果表明，2010—2012年研究區3種土地利用類型徑流小區年徑流總量從小到大順序為：2012年<2010年<2011年，2012年徑流量比2011和2010年分別減少52.28%及40.92%。2011年徑流總量比2010年多了119.05 mm，與研究區兩年間降雨量變化趨勢不符。分析原因主要為2011年6月降雨總量為216.9 mm，為2010年同期降雨量的1.8倍，且次降雨量均為大于45 mm的大到暴雨，徑流小區產流總量達到170.17 mm，相比2010年同期增加148.87 mm。造成2011與2010年研究區降雨量與徑流量變化趨勢不一致。降雨時間短、雨強大的暴雨和大暴雨易造成發生水土流失量的激增，產流作為一個復雜的過程，是植被類型、土壤理化性質、降雨量及降雨強度等因素綜合作用的結果[7]。

2010—2012年各徑流小區產流量從小到大均表現為：巨尾桉工業原料林<灌木林<撂荒地，巨尾桉工業原料林比灌木林和撂荒地分別減少產流25.01%，30.86%。分析原因主要有以下兩個方面，一是植被對地表徑流的影響是由植被的樹冠和植物群體、枯枝落葉層和土壤層綜合效能決定的，撂荒地植被覆蓋率低，植物種類稀少，土壤質地板結，不利于雨水下滲。二是巨尾桉工業原料林為2004年營造的人工林，喬木蓋度達到80%，郁閉度較大，雨季林內濕度大蒸發量小，林冠層具有良好的截流降雨削減降雨動能的作用，枯枝落葉層起到一定削減降雨動能的效應，巨尾桉工業原料林根系發達，有人為撫育，土壤理化性質較好，持水性能較好，有利于雨水下滲，因而能夠減少地表徑流的形成。灌木林植被覆蓋率可達到80%，但生長狀況一般，土壤孔隙容易阻塞，易形成地表徑流[8-10]。對3種土地利用類型產流情況采用多重比較分析(表3)，結果表明，巨尾桉工業原料林與撂荒地兩組均值間有顯著性差異。

2010—2012年研究區3種土地利用類型徑流小區月匯總產流情況如圖1所示。由圖1可以看出，3 a中不同立地類徑流小區月徑流量次序為：巨尾桉工業原料林<灌木林<撂荒地。3 a累計降雨量最大月為7月，共840.8 mm，該月巨尾桉工業原料林、灌木林產流總量達到較大值，撂荒地達到最大值，分別為98.81，136.20和155.35 mm，巨尾桉工業原料林比灌木林和撂荒地分別減少產流27.45%及36.40%。

表2　各類型徑流小區年際徑流情況

注：分析減流減沙率時，均以撂荒地為對照。

表3　各類型小區產流量多重比較分析(LSD)

注：*表示在0.05水平上有顯著性差異。

圖1　2010-2012年3種土地利用類型

2.3　不同土地利用類型坡面產沙量比較

3種土地利用類型土壤侵蝕情況詳見表4。由表4可知，2010—2012年研究區3種土地利用類型徑流小區年土壤侵蝕總量次序為：2012年<2010年<2011年，2012年3種土地利用類型土壤侵蝕總量比2011及2010年分別減少了41.83%及18.49%。年際土壤侵蝕總量與年際徑流總量變化趨勢相一致。2010—2012年研究區共降雨45場，3種土地利用類型土壤侵蝕量次序為：巨尾桉工業原料林<灌木林<撂荒地。巨尾桉工業原料林保持水土效果最好，撂荒地土壤侵蝕量最大，不同土地利用類型產流趨勢一致，巨尾桉工業原料林比灌木林及撂荒地分別減少土壤侵蝕量47.56%和50.69%。巨尾桉工業原料林下墊面的植被覆蓋情況較好，在雨滴擊濺地表時，植物根系固結土壤的強度也影響著雨滴對地表的直接破壞力，表土固結較好的對降雨的擊濺侵蝕的抵抗能力較大，因而土壤流失量較小，在防止坡面侵蝕發生起到了積極作用[11-12]。

表4　各地類徑流小區侵蝕量　t/km2

2010—2012年研究區3種土地利用類型徑流小區年產流產沙情況又以2011年最為典型，分析2011年各地類小區的侵蝕量與徑流關系可知(圖2)，3個徑流小區的土壤侵蝕量的大小順序與產流量一致；撂荒地單次侵蝕量最大的是7月15日，高達3.29 kg/m2，當日為年度第二大暴雨。撂荒地林草植被覆蓋率低，遇到降雨強度大時土壤直接受到雨滴沖擊，使表層土壤結構被破壞，且土壤空隙堵塞質地不利于雨水下滲，使更多的土壤顆粒被擊碎后隨地表徑流流走[13-14]。巨尾桉工業原料林在水土保持效果上最為穩定顯著，主要是由于巨尾桉工業原料林喬木覆蓋率高，雨滴在經過林冠層、樹干層截流以及枯枝落葉層后，其降雨動能明顯降低，對土壤的沖擊破壞力明顯下降，次降雨所產生的侵蝕作用不如其它土地利用類型徑流小區明顯[15-16]。巨尾桉工業原料林防止水土流失的效果最佳，撂荒地產流產沙量最大，灌草叢雖然產流產沙量小于撂荒地，但在降雨強度和降雨量較大時產流量也較高。

圖2　不同地類徑流小區2011年產沙情況

3結 論

(1) 研究區降雨量年際變化為：2012年<2011年<2010年。2010和2011年研究區降雨次數最多，降雨量最大月均為7月，2012年降雨次數最多，降雨量最大月為8月。巨尾桉工業原料林、灌木林、撂荒地徑流小區產流量最大月份2010年均出現在9月，分別占雨季徑流量的36.07%，31.78%，31.14%；2011年均為7月，分別占雨季徑流量的30.39%，30.41%，31.77%；2012年均出現在8月，分別占雨季徑流量的40.22%，39.55%，38.96%。2010年徑流小區徑流量最大月相較于降雨量最大月出現有一定的滯后性，2011年與2012年徑流量與降雨量出現最大值的月份相一致。

(2) 研究區3種土地利用類型徑流小區徑流總量年際變化為：2012年<2010年<2011年，2012年徑流總量比2011年及2010年分別減少52.28%及40.92%。年際徑流量與年際降雨量變化趨勢在2010年與2011年間存在一定差異。2010—2012年雨季降雨量共計2 548.2 mm，3種立地類型徑流小區產流量從小到大順序為：巨尾桉工業原料林<灌木林<撂荒地，巨尾桉工業原料林比灌木林和撂荒地分別減少產流25.01%，30.86%。巨尾桉工業原料林與撂荒地產流量存在顯著性差異。

(3) 研究區3種土地利用類型徑流小區年際土壤侵蝕總量次序為：2012年<2010年<2011年，2012年比2011年及2010年分別減少41.83%及18.49%。年際土壤侵蝕總量與年際徑流總量變化趨勢相一致。3種土地利用類型土壤侵蝕總量次序為：巨尾桉工業原料林<灌木林<撂荒地，巨尾桉工業原料林比灌木林及撂荒地分別減少土壤侵蝕量47.56%和50.69%。表明巨尾桉工業原料林具有一定的水土保持效應。

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Dynamic Variation of Slope Runoff and Sediment Yield fromEucalytusGrandis×E.UrophyllaIndustrial Plantations

WANG Zhihui1,2, ZHANG Jingmei3, ZHAO Yihe2

(1.EnvironmentalScienceandEngineeringAcademyofSouthwestForestryUniversity,Kunming,Yunnan650224，China; 2.YunnanAcademyofForestry,Kunming,Yunnan650201，China; 3.YunnanForestryTechnologicalCollege,Kunming,Yunnan650024,China)

Abstract：[Objective] To analysis the dynamic variation of slope runoff and sediment yield of three different land use types in the past three years, and provide a theoretical basis for sustainable management of Eucalyptus Grandis × E. Urophylla. [Methods] A located observation on runoff plots of three different land use types of Eucalyptus plantation, shrubbery and abandoned land of Pu’er City in Yunnan Province was conducted in the past three years, to analyze the runoff and sediment yield of the different land use types. [Results] The rainfall of the study area was observed concentrated in June to October from 2010 to 2012.The rainfall of study area gradually reduced in the past three years. The runoff observed in the three runoff plots ranked as: 2012<2010<2011. The runoff in 2012 reduced by 52.28% and 40.92%, as compared to the value in 2011 and 2010, respectively. The runoff observed from June to October of the three land use types in 2010—2012 ranked as: Eucalyptus plantation

Keywords:Eucalyptus plantation; runoff plots; slope; runoff and sediment yield

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)02-0111-05

中圖分類號：S157.1

通信作者：趙一鶴(1970—),男(漢族),云南省大理市人,博士,副研究員,主要從事特種經濟林資源培育與開發利用研究。E-mail:903796259@qq.com。

收稿日期：2014-03-17修回日期：2014-04-06
資助項目：云南省社會事業發展專項“云南藏區典型區域生態安全與防控技術研究及應用示范”(2010CA010)
第一作者：王智慧(1987—),女(漢族),內蒙古自治區包頭市人,碩士研究生,研究方向為恢復生態學。E-mail:517092259@qq.com。