錐栗林下不同復合經營模式水土保持效果

劉躍鈞, 姚理武, 吳應齊, 蔣燕鋒, 謝建秋, 葛永金, 李永和

(1.麗水市林業科學研究院, 浙江 蓮都 323000;2.慶元縣林業局, 浙江 慶元 323800; 3.縉云縣林業局, 浙江 縉云 321400)

錐栗(Castaneahenryi)是我國名特優經濟林干果，其清耕和高強度的除草不但造成了水土流失日趨嚴重，而且還使土地愈加貧瘠，錐栗產量、質量大幅下降[1]。林地坡面種植不當，易造成土壤表層沖刷侵蝕，養分流失，肥力下降，嚴重時惡化生態環境，引發各種資源與環境問題[2-4]，但合理的林地復合經營，可減少水土流失[5]。林下多花黃精(Polygonatumcyrtonema)復合經營模式是浙江省林下經濟主要模式之一，目前全省種植面積發展到了466.67 hm2，出現了錐栗—多花黃精、杉木(Cunninghamialanceolata)—多花黃精、油茶(Camelliaoleifera)—多花黃精、毛竹(Phyllostachysheterocycla)—多花黃精、香榧(Torreyagrandis)—多花黃精等多種復合經營模式，但不同的復合經營模式技術差別大，黃精套種密度低的12 000株/hm2，高的45 000株/hm2，土地利用率從10%到60%不等，整地方式既有全墾精細整地、又有全墾粗放整地、也有“一鋤法”種植，其種植效益和生態效益良莠不齊。林下種植過程中，尋找經濟效益與生態效益的最佳結點是一項亟需解決的難題[6]，而注重可持續發展，實現經濟效益與生態效益并舉、林下經濟與資源保護共贏，是推進農業供給側結構性改革進程中林業復合經營的一個主要方向。目前，國內關于多花黃精化學成分、藥理作用、栽培模式等方面的研究報道較多[7-11]，但有關林下種植多花黃精對林地水土流失的研究卻鮮有報道。因此本試驗采用L9(33)正交試驗設計，開展錐栗林下9種不同復合經營模式水土流失的研究，旨在尋找出科學合理的錐栗與多花黃精復合經營模式，以期為完善生態化、高效化、標準化的復合經營技術提供科學依據。

1 試驗地概況

試驗地位于浙江省麗水市慶元縣屏都街道洋背村，E 118°50′—119°30′，N 27°25′—27°51′，為亞熱帶季風區，溫暖濕潤，四季分明，年平均氣溫17.4 ℃，降水量1 760 mm，無霜期245 d。試驗地為2003年栽培的錐栗林，品種為“處暑紅”，建有水平帶，種植密度600 株/hm2，試驗期間郁閉度0.6～0.7，樹體開心型，生長良好，樹高4 m±1 m，冠幅4 m×4 m，生長勢大體一致。試驗地海拔500～510 m，地勢較平緩，坡度18°～30°，紅壤，土壤肥力一般。

2 材料與方法

2.1 材料來源

多花黃精種苗來自麗水市林業科學研究院，為多花黃精優良種源“安徽青陽種源”無性繁殖的多年生根莖。三葉崖爬藤(Tetrastigmaformosanum)種苗由浙江漢邦生物科技有限公司提供，為三葉崖爬藤優良種源“浙江蓮都種源”無性繁殖的一年生扦插苗。有機肥、鈣鎂磷肥均由福建超大集團有限公司生產，有機肥有機質≥35%，N+P2O5+K2O≥6.0%，鈣鎂磷肥有效P2O5≥15%。PVC管材由山東盛大塑業有限公司生產。普通機械水表由杭州水表有限公司生產。過濾網由海安光明漁網廠生產的漁業捕撈網。無紡布容器袋網上采購，無品牌。

2.2 試驗設計

試驗采用L9(33)正交設計。3因素為整地強度(Z)，覆蓋物(F)，套種模式(T)。整地強度設不整地(Z1)、整地面積40%(Z2)、整地面積60%(Z3)3個水平。覆蓋物設不覆蓋(F1)、覆蓋稻草(F2)、覆蓋竹屑(F3)3個水平。套種藥材設不套種(T1)、套種多花黃精(T2)、套種多花黃精和三葉崖爬藤(T3)3個水平。9個處理在錐栗基地從上坡至下坡依次布置(表1)，每個處理在同一個水平帶上，面積80～130 m2不等。

2.3 種植方法

多花黃精種植：需整地的處理，整地深20 cm，耙細土塊，不作畦；條播，行距30 cm，根莖切段，每段種莖約40～50 g、帶一個芽，播種溝深8～10 cm、寬20 cm，段與段間隔約20 cm；開播種溝時，施腐熟有機肥和鈣鎂磷肥，有機肥用量0.15～0.5 kg/段，鈣鎂磷肥用量5 g～15 g/段，肥料與土拌均，按“平擺倒種法”(根莖平放、芽頭垂直朝下)擺放種莖，覆土，高出地面2～3 cm，澆水，覆蓋2 cm厚稻草或竹屑。不整地的處理，采用“一鋤法”種植多花黃精。2016年1月種植。

三葉崖爬藤種植：先在離錐栗主干50 cm、二級分枝正下方的位置挖穴，穴圓形，直徑40 cm，深15～18 cm，再將盛有泥土和基肥的無紡布容器放入穴中，基肥用量500 g/袋，每個容器均勻定植一年生扦插苗3株，壓實容器內和周圍的土壤，容器口高出地面15 cm、高出容器內泥面2 cm，澆水。容器袋圓柱形，高30 cm，口徑30 cm。2016年3月種植。

表1 L9(33)正交試驗設計和樣地情況

2.4 徑流場設置

每個處理的試驗區域即為徑流場，共設9個徑流場和蓄水池。徑流場面積與試驗面積相同。每個徑流場的上坡邊和與高等線垂直的兩邊用磚砌成擋水墻，高出地表15～20 cm；下坡邊筑集水溝。集水溝內徑尺寸：深20 cm，頂寬30 cm，底寬20 cm。溝上覆蓋陽光板，壓實壓穩。蓄水池采用容積為1.0 m3的塑料桶，距蓄水池底部30 cm，70 cm，90 cm處分別安裝機械水表口徑32 mm，40 mm，50 mm各1只，用于自動測量徑流量。蓄水池底部設置口徑8 cm的排水孔，用于排放泥水。集水溝與蓄水池間用直徑110 mm的PVC管材連接，PVC管出水口安裝口徑約1 cm的過濾網。防止樹葉等垃圾堵塞水表。發生中雨、大雨和暴雨時，從水表流出的徑流水取樣，雨后從水表讀取徑流量數據，并從蓄水池中攪拌均勻的水進行取樣，帶回實驗室按常規方法進行泥沙含量分析。每次取樣后排干凈蓄水池中的積水。年泥沙流失量為各次泥沙流失量之和。年平均含沙量(g/L)=年泥沙流失總量(g)/年徑流量(L)。各處理實際徑流量、泥沙流失量均換算成100 m2的量。雨量級別根據氣象學24 h降雨量的定義判定，小雨≤10.0 mm，中雨10.0～24.9 mm，大雨25.0～49.9 mm，暴雨50.0～99.9 mm。

2.5 數據統計分析

用Microsoft Excel軟件進行試驗數據的整理和圖表制作。正交試驗方差分析采用“DPSV 9.05”軟件LSD法，徑流量方差分析采用原數據，泥沙量方差分析采用平均數。考慮到田間試驗干擾因素比較復雜，且難以人為控制，試驗僅從9個處理中篩選最優組合。

3 結果與分析

3.1 降水特征

降水是引起地表徑流和泥沙流失的直接原因。據慶元縣屏都街道氣象觀測站數據，試驗觀測年(2016年2月至2017年1月)總降雨量為2 010.1 mm，比往年年總降水量1 760.0 mm，高出14.21%，表明試驗區域降水仍屬正常年份。但觀測年各月降雨分布不均，差異明顯。其中：春季(2—4月)，發生降雨51次，降雨量586.7 mm，占全年降雨量的29.2%；夏季(5—7月)，發生降雨48次，降雨量854.8 mm，占全年降雨量的42.5%；秋季(8—10月)，發生降雨29 次，降雨量289.0 mm，占全年降雨量的14.4%；冬季(11—1月)，發生降雨20次，降雨量279.7 mm，占全年降雨量的13.9%。試驗期間，總降雨天數166 d，24 h最大降雨量73 mm，24 h最小降雨量0.1 mm，平均24 h降雨量12.1 mm；觀測年降雨量的71.7%集中在春夏季節，同慶元縣歷史降雨特征基本吻合，符合亞熱帶季風氣候特征。梅雨季節(6月初—7月中旬)，降雨23 d，總降雨量329.1 mm，24 h最大降雨量63.8 mm，24 h最小降雨量0.2 mm，平均24 h降雨量14.3 mm。

3.2 錐栗林下不同復合經營模式地表徑流量比較

不同季節徑流量方差分析結果表明(表2)，整地強度、覆蓋物、套種藥材對錐栗林地表徑流量的影響在各個季節中具以下不同特點。春季，覆蓋物減少地表徑流的作用非常顯著(p<0.01)，套種藥材的減流作用為顯著(p<0.05)，而整地強度對地表徑流量的影響不顯著(p>0.05)；夏季，覆蓋物和套種藥材的減流作用仍為顯著(p<0.05)；秋季，僅套種藥材能顯著減少地表徑流量(p<0.05)；冬季，套種藥材對減少地表徑流量的作用表現為極顯著(p<0.05)。由此可見，覆蓋物和套種藥材在各季節中的減流作用分別呈現出“顯著—顯著—不顯著—不顯著”和“顯著—顯著—顯著—極顯著”的特點，整地強度在各季節中雖然對徑流量的影響均不顯著，但春季徑流量則隨整地強度的加大而增大，春季整地強度40%和強度整地60%試驗區塊的徑流量，分別比不整地試驗區塊提高2.46%和8.42%。

年徑流量方差分析結果表明，整地強度、覆蓋物、套種藥材對年徑流量分別造成了不同程度的影響。其中，覆蓋物對減少地表徑流的作用極為顯著(p<0.01)，套種藥材表現為顯著(p<0.05)，整地強度對年徑流量影響不顯著(p>0.05)。各試驗因素對年徑流量影響程度大小的次序為：F>T>Z。深入分析試驗因素對錐栗林地表年徑流量的影響，具有以下特征：Z對錐栗林年地表徑流量未造成顯著影響，但隨著整地強度的加大，地表年徑流量也隨之增大；F各試驗水平中，以F3和F2對年徑流量的影響最大，其年徑流量分別為43.52 m3/100 m2，44.27 m3/100 m2，依次比F1降低24.60%和23.30%，F3與F2無顯著性差異(p>0.05)，但分別與F1具極顯著性差異(p<0.01)；套種藥材對降雨的截留作用非常明顯，T各試驗水平中，T2年徑流量為44.29 m3/100 m2，T3年徑流量為45.63 m3/100 m2，分別比T1降低了20.34%和17.93%，T2，T3與T1的年徑流量具顯著差異(p<0.05)，但T2與T3之間不顯著(p>0.05)。

以年徑流量最小為依據，9個處理中的最優組合為Z1F3T3，但從表2可知，在1%統計學顯著水下，9個不同處理的錐栗林地表年徑流量可分為A，AB，B類。其中B類年徑流量較小，有4個處理，年徑流量從小到大依次為Z1F3T3，Z1F2T2，Z3F3T2，Z2F2T3，分別比Z1F1T1減少了38.74%，37.64%，36.55%，31.81%。

表2 錐栗林下不同復合經營模式徑流量比較 m3/100 m2

注：同列小寫、大寫字母，分別表示在5%，1%統計學顯著水平上有差異。

3.3 錐栗林下不同復合經營模式泥沙流失量比較

研究表明，各處理的泥沙流失量主要集中在春夏季節(表3)，泥沙流失比率高達84.75%～95.74%，這與試驗期間降雨特征、套種藥材生長勢有直接關系，春夏季節共發生降雨99次、降雨量達1 441.5 mm，占全年降雨量的71.71%，而且套種藥材在春夏階段還處在恢復生長的過程，植物根系的固沙能力沒有達到最佳狀態。不同季節中，各試驗因素對錐栗林泥土流失的影響呈現出以下特征：在春季，覆蓋物對減少林地泥土流失的作用達到了極顯著水平(p<0.01)，整地強度的影響為顯著水平(p<0.05)，套種藥材的減沙作用不顯著，顯示覆蓋物是春季林地泥沙流失量減少的主要原因；夏季，整地強度對泥沙流失量的影響不顯著(p>0.05)，但覆蓋物和套種藥材對減沙作用分別表現為極顯著(p<0.01)和顯著(p<0.05)；秋季，套種藥材和整地強度對林地泥沙流失量均造成顯著影響(p<0.05)；冬季，僅套種藥材對減沙作用具極顯著性(p<0.01)。由此可見，覆蓋物、套種藥材在各季節中對減沙作用分別具有“極顯著—極顯著—不顯著—不顯著”和“不顯著—顯著—顯著—極顯著”的特點，整地強度在各季節中對泥沙流失的影響為“顯著—不顯著—顯著—不顯著”。

根據年泥沙流失量方差分析，結果表明，整地強度、套種藥材對錐栗林地年泥沙流失量造成了顯著影響(p<0.05)，覆蓋物對錐栗林地年泥沙流失量造成了極顯著影響(p<0.01)，影響程度大小為F>T>Z。對各試驗因素作深入的分析，結果顯示：整地強度越大，錐栗林地泥沙流失量越大，Z3，Z2年泥沙流失量分別為46.98 kg/100 m2，42.87 kg/100 m2，比Z1提高了23.76%和12.93%，其中Z3，Z2與Z1有顯著性差異(p<0.05)，Z3與Z2不顯著(p>0.05)；F對減少年泥沙流失量的作用最大，其不同試驗水平的年泥沙流失量之間也有明顯區別，其中F3，F2與F1均具極顯著差異(p<0.01)，F3與F2差異不顯著(p>0.05)，F3，F2的年泥沙流失量分別為28.71 kg/100 m2，31.60 kg/100 m2，比F1下降了57.47%和53.19%；T也可顯著減少錐栗林地年泥沙流失量，各試驗水平中，T2，T3的年泥沙流失量顯著低于T1(p<0.05)，其影響程度大小為T3>T2>T1，T3，T2的年泥沙流失量分別為38.86 kg/100 m2，40.81 kg/100 m2，與T1相比，分別下降了19.28%和15.23%。

以年泥沙流失量最小為依據，正交試驗優選出的最佳組合和9個處理中的最佳組合均為Z1B3T3。但在1%統計學顯著水下，Z1F3T3，Z1F2T2，Z2F2T3，Z3F3T2，Z2B3T1，Z3B2T1共6個處理，均沒有極顯著性差異。本試驗旨在研究總結錐栗與套種藥材的最優復合經營模式，因此，剔除不套種模式Z2B3T1和Z3B2T1后，結合年徑流量優選結果，確定Z1F3T3，Z1F2T2，Z2F2T3，Z3F3T2組合為本次試驗篩選出的錐栗林藥復合經營理想栽培模式，與Z1B1T1相比，其年泥沙流失量分別下降68.51%，62.96%，59.57%，54.90%。

表3 錐栗林下不同復合經營模式泥沙流失量比較 kg/100 m2

4 結論與討論

研究表明，整地強度、覆蓋物、套種藥材對錐栗林年徑流量均造成了顯著影響。覆蓋物對減少地表徑流作用極為顯著(p<0.01)，其中以覆蓋竹屑的減流效果最好、稻草次之，分別比不覆蓋減少24.60%和23.30%；套種藥材對減少地表徑流的作用具顯著水平，套種多花黃精和套種“多花黃精+三葉崖爬藤”的年徑流量，分別比不套種減少20.34%和17.93%；整地強度對年徑流量的影響不顯著(p>0.05)。各試驗因素對年徑流量影響程度大小為：覆蓋物>套種藥材>整地強度。研究表明，覆蓋物在各季節中對減流作用呈現出“顯著—顯著—不顯著—不顯著”的特點，套種藥材在各季節中對減流作用則具有“顯著—顯著—顯著—極顯著”的特點，整地強度在各季節中雖然對徑流量的影響均不顯著，但春季徑流量則隨整地強度的加大而增大。由此可見，覆蓋物、套種藥材、整地強度的地表徑流量存在季節性差異與覆蓋物狀態、套種藥材生長期相關。覆蓋物在春季最為新鮮、厚度未衰減，減流作用最好，夏季覆蓋物出現少量腐爛，減流作用比春季稍弱，但仍能顯著減少徑流量，秋、冬季覆蓋物腐爛數量增加，到冬季絕大部分腐爛或消失，導致減流作用更弱；套種藥材的減流作用隨著藥材生長勢的恢復而增強，春季雖然套種藥材還處在緩苗期和新根萌發期，但由于種植較密達到了17株/m2，減流作用仍為顯著，冬季套種藥材雖然枯萎，截雨作用最弱，但此時根系已很發達，主要依靠藥材根系發揮吸水保水的作用。

整地強度、覆蓋物、套種藥材對錐栗林地年泥沙流失量同樣造成了顯著性影響。研究表明，整地強度顯著地增強了錐栗林地泥沙流失量，整地60%，整地40%的年泥沙流失量分別比不整地提高了23.76%和12.93%；套種藥材能顯著減少錐栗林地泥土流失，套種“多花黃精+三葉崖爬藤”、套種多花黃精的年泥沙流失量分別比不套種減少了19.28%和15.23%；覆蓋物對減少錐栗林地泥沙流失的作用極為顯著，覆蓋竹屑、覆蓋稻草的年泥沙流失量分別比不覆蓋減少了57.47%和53.19%。各試驗因素對年泥沙流失量影響程度大小為：覆蓋物>套種藥材>整地強度。觀測年中，泥沙流失量主要集中在春夏季節，泥沙流失比率高達84.75%～95.74%。研究表明，覆蓋物、套種藥材在各季節中對減沙作用分別具有“極顯著—極顯著—不顯著—不顯著”和“不顯著—顯著—顯著—極顯著”的特點。覆蓋物在春季未開始腐爛，其減沙作用在各季節中表現最好，但隨著腐爛數量的增加，覆蓋物到秋冬季節減沙作用變得不明顯；套種藥材的減沙作用隨著藥材生長勢的恢復、根系增多增強，其固沙作用也變得越來越強；整地強度在各季節中對泥沙流失的影響為“顯著—不顯著—顯著—不顯著”，秋季對泥沙流失造成顯著的原因可能與錐栗采收前拔除林地雜草有關。

有研究報道，種植不同經濟作物對保水保土的作用有顯著差別，在祼地種植雀麥草，其保水、固土能力達87.5%和98.9%，是祼地種植玉米的1.7倍和1.1倍[12]；林下復合種植模式能有效降低水土流失量，梯型種植再輔以復合種植是減少茶園中水土流失的最佳模式[13]，銀杏林下種植臺灣黃花菜、桃金娘，泥沙流失量和徑流流失量分別下降了22.30%，26.27%[14]；果園中套種草類蓄水減沙效應明顯高于套種農作物，套種草類覆蓋達80%以上時，其減流減沙效率可達92%以上[15-16]。說明無論是祼地種植經濟作物，還是林下復合經營，均能顯著地降低地表徑流、減少泥沙流失。本試驗開展的錐栗林下不同林藥復合經營模式水土保持研究結果，與上述研究相一致，從9處不同處理優選出的“不整地—覆蓋竹屑—套種多花黃精和三葉崖爬藤”、“不整地—覆蓋稻草—套種多花黃精”、“整地40%—覆蓋稻草—套種多花黃精和三葉崖爬藤”、“整地60%—覆蓋竹屑—套種多花黃精”4種復合經營模式，與不整地、不覆蓋、不套種相比，其年徑流量和年泥沙量分別下降了38.74%和68.51%，37.64%和62.96%，36.55%和59.57%，31.81%和54.90%。

錐栗林套種多花黃精、三葉崖爬藤的生產周期均為4 a。本試驗以不同整地強度、不同覆蓋物、不同套種藥材為試驗因素，采取3因素3水平正交試驗，研究評價了錐栗林藥不同復合經營模式第一年對林地水土流失的影響，具有創新性。錐栗林藥不同復合經營模式一個生產周期的水土流失情況及經濟生態效益整體評價還有待更進一步的研究。