紅水河流域地區(qū)馬尾松和紅椎混交林水土流失特征研究

孫 艷，李四高，張 楠，覃欣雅

(廣西壯族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，廣西南寧 530023)

馬尾松是我國亞熱帶地區(qū)典型的鄉(xiāng)土針葉樹種，是造林的先鋒樹種，也是廣西的主要用材造林樹種之一[1-2]。由于馬尾松枝葉富含松脂，其枯落物分解緩慢，不易吸水，長期人工純林經(jīng)營易造成病蟲害嚴(yán)重、防火能力差、地力衰退、土壤涵養(yǎng)水源能力下降等一系列問題[3-5]。實(shí)踐證明，馬尾松紅椎混交林是一種華南地區(qū)成功的針闊混交林類型，能提高林分生產(chǎn)力，促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)，改善林地生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)林分抗逆性[6-7]。對馬尾松紅椎混交林的研究多集中在營造技術(shù)[5]、生物量[4-8]以及混交林對土壤理化性質(zhì)[9-10]、水源涵養(yǎng)能力的影響[11]等方面，然而針對馬尾松紅椎混交林水土保持特征的研究較為缺乏。林木的生長能夠改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤地表覆蓋，提高土壤抗蝕性，影響林地水土保持功能[2]。筆者通過比較分析廣西河池市大化縣江南鄉(xiāng)帶林村馬尾松紅椎混交林的徑流量、泥沙量，探討不同混交比例馬尾松紅椎混交林水土流失特征的變化規(guī)律，旨在為促進(jìn)馬尾松紅椎水土保持林的科學(xué)建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況試驗(yàn)地位于廣西河池市大化縣江南鄉(xiāng)帶林村(107°33′ E，23°56′ N)，海拔約310 m，該區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，日照充足，熱量豐富，雨量充沛，干濕季節(jié)明顯，年均日照時間1 395 h，年均氣溫21.7 ℃，全年無霜期在360 d以上，雨量較充沛，年均降水量1 170 mm，多集中在5—9月。

1.2徑流小區(qū)布設(shè)選取徑流小區(qū)應(yīng)做到避免跨越河流、道路、山脊，且應(yīng)布設(shè)在具有類似的地形地貌、坡向一致的區(qū)域。試驗(yàn)共選取5個樣地布設(shè)徑流小區(qū)，樣地原為馬尾松純林，試驗(yàn)時通過補(bǔ)植紅椎的方式把試驗(yàn)樣地中的馬尾松與紅椎種植比例調(diào)整為4∶1、6∶1、9∶1、10∶0。樣地造林情況見表1。

表1 樣地情況

徑流小區(qū)采用寬20 m、長20 m的矩形標(biāo)準(zhǔn)徑流場，小區(qū)間用漿砌水泥磚砌筑30 cm高的隔墻，徑流小區(qū)下方設(shè)有徑流桶，采用分水設(shè)備將試驗(yàn)區(qū)內(nèi)全部徑流加以分割，只取其中小部分通過量水設(shè)備，最后按分水比例還原計(jì)算總徑流量，徑流桶直徑1.0 m，高1.2 m。

1.3取樣與測定方法徑流泥沙觀測在每次產(chǎn)流的降雨之后進(jìn)行，觀測內(nèi)容主要為產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量。產(chǎn)流量測定時，用鋼尺在桶內(nèi)不同3點(diǎn)測定水位深度，取平均值作為徑流桶水位數(shù)，根據(jù)徑流桶水位數(shù)采用體積法計(jì)算產(chǎn)流量；產(chǎn)沙量測定時，把徑流桶內(nèi)的水?dāng)噭蛉∧嗌碀舛葮樱⒃谑覂?nèi)把泥沙濃度樣放入105 ℃烘箱烘烤至恒重，測定徑流泥沙濃度，根據(jù)泥沙濃度和產(chǎn)流量計(jì)算產(chǎn)沙量。

2 結(jié)果與分析

2.1林齡對馬尾松純林水土流失特征的影響2014—2016年，對徑流小區(qū)DH12(造林時間為2012年)、DH13(造林時間為2005年)共進(jìn)行了48次有效的徑流泥沙觀測，從單次產(chǎn)流、產(chǎn)沙量來看，徑流小區(qū)DH12的產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量大于徑流小區(qū)DH13(圖1、2)；從總產(chǎn)流量來看，徑流小區(qū)DH133年的總產(chǎn)流量為DH12的84.54%，2014—2016年的總產(chǎn)沙量為DH12的68.20%(表2)。可見，林齡對馬尾松純林的水土保持效益有一定影響，這可能是由于隨著林齡的增大，提高了林地郁閉度，增加了土壤地表覆蓋，改善了土壤理化性質(zhì)，從而提高了林地的水土保持效益。

圖1 不同林齡馬尾松純林產(chǎn)流量Fig.1 The runoff of Pinus massoniana forest at different age

圖2 不同林齡馬尾松純林產(chǎn)沙量Fig.2 The sediment yield of Pinus massoniana forest at different age

2.2混交比例對馬尾松紅椎混交林水土流失特征的影響林木在生長過程中通過根系、枯枝落葉、莖桿枝葉等方式與環(huán)境相互作用，能夠改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤地表覆蓋，提高土壤抗蝕性，不同的馬尾松和紅椎混交比例，影響了林分地上及地下部分生物量，也影響了林地水土保持功能[2]。2014—2016年對馬尾松造林時間為2012年的4個徑流小區(qū)共進(jìn)行了48次有效的徑流泥沙觀測，結(jié)果見表3。

表2 2014—2016年馬尾松純林水土流失情況

由表3可知，2014—2016年各徑流小區(qū)總產(chǎn)流量從大到小依次為DH12、DH9、DH10、DH11，徑流小區(qū)DH9、DH10、DH11的總產(chǎn)流量分別為DH12的90.47%、86.78%、86.12%；各徑流小區(qū)總產(chǎn)沙量從大到小依次為DH9、DH12、DH10、DH11，徑流小區(qū)DH9、DH10、DH11的總產(chǎn)沙量分別為DH12的113.01%、95.65%、86.79%。

表3 2014—2016年馬尾松紅椎混交林水土流失情況

可見，對于觀測期內(nèi)(馬尾松林齡為2～4 a、紅椎林齡為1～3 a)不同混交比例(4∶1、6∶1、9∶1、10∶0)的馬尾松紅椎混交林來說，保水效益最差的為馬尾松純林(徑流小區(qū)DH12)，這可能是由于闊葉樹種生物量大、凋落物多，混交林更有利于在空中、地表攔截降雨，增加地表入滲，減緩地表徑流的形成；保土效益最差的為混交比例為4∶1的馬尾松紅椎混交林(DH9)，出現(xiàn)這種情況的原因可能是由于徑流小區(qū)土壤質(zhì)地的不同影響了小區(qū)的保土能力；保水保土效益最好的為混交比例為9∶1的馬尾松紅椎混交林(DH11)，這可能是由于馬尾松和紅椎生態(tài)位不同，在這個林齡階段，9∶1的混交比例使得2種樹種能夠較好地利用水、光、肥，產(chǎn)生較大的生物量和凋落物，有效增加降雨的空中攔截、地表入滲，減緩地表徑流的形成，減輕地表徑流對土壤的沖刷，達(dá)到較大的保水保土效益。

2.3馬尾松紅椎混交林水土流失特征的年際變化由表4可知，2014—2016年對于產(chǎn)流量來說，徑流小區(qū)DH12的產(chǎn)流量排序處于靠前的位置，DH13的產(chǎn)流量排序處于較靠后的位置；對于產(chǎn)沙量來說，徑流小區(qū)DH9的產(chǎn)沙量排序處于靠前的位置，DH13的產(chǎn)沙量排序處于較靠后的位置。這說明徑流小區(qū)DH12的保水效益較差，DH9的保土效益較差，而徑流小區(qū)DH13的保水保土效益均較好。

2014—2016年DH10的產(chǎn)流量在5個小區(qū)中的排序依次為2、3、5，產(chǎn)沙量排序依次為2、3、4，產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量排序均隨著時間的推延越來越靠后，說明混交比例6∶1的馬尾松紅椎混交林的保水保土效益越來越好。這可能是由于隨著時間的推移，相對其他比例混交林來說， 6∶1混交林的生物量、凋落物增加量較大，林地的水土保持效益增加幅度大于其他混交林。

表4 2014—2016年徑流小區(qū)水土流失排序

3 結(jié)論

(1)2005年?duì)I造的馬尾松純林的水土保持效益高于2012年?duì)I造的馬尾松純林。2005年?duì)I造的馬尾松純林的單次產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量大于2012年?duì)I造的馬尾松純林；2005年?duì)I造的馬尾松純林的總產(chǎn)流量、總產(chǎn)沙量分別為2012年?duì)I造的馬尾松純林的84.54%、68.20%。

(2)混交比例為9∶1的馬尾松紅椎混交林具有較好的水土保持效益。2014—2016年總產(chǎn)流量從大到小依次為馬尾松純林、混交比例4∶1、混交比例6∶1、混交比例9∶1，混交比例4∶1、6∶1、9∶1的總產(chǎn)流量分別為馬尾松純林的90.47%、86.78%、86.12%；總產(chǎn)沙量從大到小依次為混交比例4∶1、馬尾松純林、混交比例6∶1、混交比例9∶1， 混交比例4∶1、6∶1、9∶1的總產(chǎn)沙量分別為馬尾松純林的113.01%、95.65%、86.79%。

(3)混交比例為6∶1的馬尾松紅椎混交林水土保持效益越來越好。2014—2016年6∶1混交比例的馬尾松紅椎混交林的產(chǎn)流量在5個小區(qū)中的排序依次為2、3、5，產(chǎn)沙量排序依次為2、3、4，產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量排序均隨著時間的增加越來越靠后。

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