黄豆坡耕地改植板栗林后对水土流失的影响

2014-02-04黄承标韦宏民韦智卫韦国钧韦义尤

中国水土保持 2014年7期

黄承标，韦宏民，韦智卫，梁运，韦国钧，韦义尤

(1．广西大学林学院，广西南宁530005;2．东兰县退耕还林工作办公室，广西东兰547400)

(责任编辑徐素霞)

板栗(Castanea mollissima)是我国优良的干果树种和重要的生态与经济林树种，全国26 个省市均有分布。近年来，我国科技工作者在板栗研究方面取得了较显著的成果，发表有关板栗研究的学术论文多篇，这些文献主要从板栗的良种选育、栽培技术、低产林改造、病虫害防治、嫁接技术与管理、施肥、营养成分等方面进行了研究，但是有关退耕后板栗林地水土流失状况的研究少见报道。广西东兰县是全国“板栗之乡”之一，实施退耕还林工程后，一部分陡坡耕地退耕改植为板栗人工林。我们根据退耕还林工程效益监测的内容，于2006—2009年对退耕后改为板栗林地的水土流失规律进行了研究，以期为推动该县乃至周边地区板栗产业的可持续发展提供科学依据和基础数据。

1 研究区自然概况

研究区位于广西东兰县东部约35 km 的丘陵地带，据东兰县气象站(地理位置107°22'E、24°31'N ，海拔286．5 m)资料，年均气温20．1 ℃，最热月7月均温27．3 ℃，最冷月1月均温11．0 ℃，极端低温－2．4 ℃，极端高温39．2 ℃，年均降水量1 577．1 mm，其中4—9月降水量占全年降水量的88．6 %，年均蒸发量为1 370．7 mm，年均相对湿度79%，年均日照时数1 527．1 h，年均风速1．1 m/s，无霜期361 d，属南亚热带季风湿润气候［1］。

研究地原为种植黄豆(Glycine max)的坡耕地，为了实施退耕还林工程，于2005年将黄豆坡耕地退耕改植板栗嫁接人工林。退耕后林下的灌草植物种类基本相似，灌木层以野牡丹(Melastoma candidum)、地桃花(Urena lobata)、杜茎山(Maesa japonica)、掌叶榕(Ficus simplicissima)为优势种，高度0．5 ～1．0 m，盖度10% ～25%;草本层以弓果黍(Cyrtococcum patens)、雀稗(Paspalum thunbergii)、五节芒(Miscanthus floridulus)、纤毛鸭嘴草(Ischaemum ciliare)为优势种，高度0．1 ～0．7 m，盖度15% ～60%。研究地土壤为砖红壤性红壤，厚度80 cm 以上。对研究地土壤理化性质的测定表明［2］，0—100 cm 土壤容重为0．876 ～1．398 g/cm3，土壤总孔隙度为47．7% ～51．5%，其中土壤非毛管孔隙度占1/4 ～1/3，土壤pH 值为4．14 ～4．62，有机质含量1．28 ～3．87 g/kg，全氮、全磷和全钾含量分别为0．74～2．28、0．22 ～0．36 和6．69 ～20．68 g/kg。以未退耕黄豆坡耕地作为对照。

2 研究方法

2．1 地表径流场的设置

在广西东兰县常乐村相同海拔高度(246 m)、同一坡向(NE)共设置3 个径流小区，其中2 个为不同坡度的退耕板栗林地，1 个为对照黄豆坡耕地，各小区概况见表1。每个径流小区的规格为5 m×10 m，由隔水墙、集流沟、引水槽、接水池和排水设施等部分组成，用火砖及高标号水泥建造，接水池内径为1．0 m(宽)×1．0 m(长)×1．0 m(高)。

表1 径流小区概况(2009年12月调查)

2．2 水土流失量的观测

每次降雨后，于次日8 时，用钢尺测量径流小区接水池中4 个底角的径流水高度，计算平均值，然后再计算出1 次降雨过程的地表径流量(mm)。每次测量完接水池中的产流高度后，全部排出池中的浑水，并用塑料壶收取水样带回室内，经沉淀求算其泥沙含量;同时，将接水池内的淤泥全部取出称量，经烘干求算泥沙流失量(kg/hm2)。每年按不同雨量级各取水土流失量样品，按国颁标准测定其主要养分(N、P、K)含量［3］。

2．3 统计分析方法

根据观测资料数据，采用Excel 和SPSS 软件进行制图及统计分析。运用DPS、SAS、SPSS 等统计软件进行平均数、标准差、变异系数、平均数差异显著性检验及回归分析等。

3 结果与分析

3．1 地表径流量的变化

森林地表径流量是森林水土保持效益评价的重要指标，其数值大小集中地反映了不同植被类型涵养水源、保持水土功能的强弱。由表2 可看出，研究区各径流小区年均地表径流量变化在117．1 ～142．1 mm 之间，径流系数为10．1% ～12．2%。从退耕后的板栗林来看，坡度大的(板栗②)年地表径流量(142．1 mm)要比坡度小的(板栗①)年地表径流量(117．1 mm)大21．3%，经过平均数的差异显著性检验，t =3．323 7 ＞t0．05=3．182 4，达到显著水平，表明地表径流量随坡度的增大而增加。

表2 黄豆坡耕地改植板栗林后地表径流量及降雨量的年变化

再比较坡度相当的黄豆坡耕地与板栗①的地表径流量可看出，板栗①(117．1 mm)＜黄豆坡耕地(125．5 mm)，即退耕后的板栗林年地表径流量比未退耕地减少6．7%。对退耕和未退耕两种小区年均地表径流量进行差异显著性检验，结果为t =2．158 8 ＜t0．05=3．182 4，差异不显著，表明黄豆坡耕地退耕为板栗林后对减少地表径流量具有一定的作用，但效果不明显。

地表径流量的季节变化，各小区表现相一致，经统计，地表径流量夏季(6—8月)占70．3% ～73．9%，春季(3—5月)占13．7% ～16．3%，秋季(9—11月)占10．7% ～15．2%，冬季(12—1月)占0，即夏季＞春季＞秋季＞冬季，表明该区地表径流主要发生在夏季，其次在春、秋季节，冬季几乎为零。这与该区降雨量的季节变化为夏季(占60．1% ～62．3%)＞春季(占17．7%～23．6%)＞秋季(占12．1% ～18．8%)＞冬季(占2．0% ～3．5%)相吻合。

3．2 土壤侵蚀量的变化

由表3 可看出，研究区各小区年均土壤侵蚀量在314．9 ～509．9 kg/hm2之间，年均变异系数为17．8%～21．6%。从退耕后的板栗林来看，坡度大的(板栗②)年土壤侵蚀量为427．5 kg/hm2，比坡度小的(板栗①)314．9 kg/hm2增加35．8%，经过平均数的差异显著性检验，结果为t =8．032 6 ＞t0．01=5.840 9，达到极显著水平，表明土壤侵蚀量随坡度的增大而显著增加。

表3 黄豆坡耕地改植板栗林后土壤侵蚀量的年变化

再从坡度相当的黄豆坡耕地与退耕后的板栗①的土壤侵蚀量来看，板栗①(314．9 kg/hm2)＜黄豆坡耕地(509．9 kg/hm2)，即退耕后的板栗林地年土壤侵蚀量比未退耕地减少34．2%。对退耕和未退耕两种小区年均土壤侵蚀量进行差异显著性检验，结果为t =9.404 2 ＞t0．01=5．840 9，差异达到极显著水平，表明黄豆坡耕地退耕为板栗林后对减少土壤侵蚀量的作用极为显著。这是黄豆坡耕地每年实施松土除草等人为经营措施而导致大量土壤流失的缘故。

土壤侵蚀量的季节变化特征，各小区表现相一致。经统计，土壤侵蚀量夏季(占58．6% ～76．4%)＞春季(占13．1% ～24．1%)＞秋季(占11．1% ～17．1%)＞冬季(0)，表明该区土壤侵蚀主要发生在夏季，其次在春、秋季节，冬季几乎为零。这一变化规律与地表径流量的季节变化相类似。

3．3 养分流失量的变化

水土养分流失量受地表径流量(又称液体流失量)和泥沙流失量(又称固体流失量)两者的综合影响。由表4 可看出，研究区各径流小区年均水土主要养分(N、P、K)流失量变化在0．348 ～0．560 kg/hm2之间，年均变异系数为17．4% ～21．9%。从黄豆坡耕地退耕后的板栗林来看，坡度大的(板栗②)年水土养分流失量为0．471 kg/hm2，比坡度小的(板栗①)(0．348 kg/hm2)增加35．3%。经过平均数的差异显著性检验，结果为t=8．155 4 ＞t0．01=5．840 9，达到极显著水平，表明水土养分流失量随坡度的增大而增加的趋势极为显著。

再从坡度相当的黄豆坡耕地与退耕后的板栗林(板栗①)的水土养分流失量来看，板栗①(0．348 kg/hm2)＜黄豆坡耕地(0．560 kg/hm2)，即实施退耕后的板栗林地年养分流失量比未退耕地减少了37．9%。通过对退耕和未退耕两种小区的年均水土养分流失量进行差异显著性检验，结果为t = 9．292 7 ＞t0．01=5.840 9，差异达到极显著水平，表明黄豆坡耕地退耕为板栗林后对减少养分流失量的作用极大。

表4 黄豆坡耕地改植板栗林后水土养分流失量的年变化

水土养分流失量的季节变化特征与地表径流量和土壤流失量的季节变化趋势相似，均为夏季＞春季＞秋季＞冬季，表明该区水土养分流失量主要受水土流失量的大小和降雨量的季节变化所左右。

3．4 地表径流量与降雨量的关系

对4年连续观测数据统计一次降雨过程(即当日早上8 时至次日早上8 时，与降雨量同步)，各小区分别产生地表径流46 次。用5 种数学模型(直线、幂、指数、对数、多项式)对地表径流量与降雨量进行拟合，以决定系数(R2)最大者作为选取的最佳模型。各植被类型一次产流过程的地表径流量(y)与降雨量(x)的关系均以多项式模型为最佳(图1—3)，分别为