不同造林抚育干扰下桉树幼林地水土流失特征

梁宏温， 马 倩， 温远光， 郭晋川， 杨健基

(1.广西大学 林学院， 广西 南宁 530004；2.广西水利科学研究院， 广西 南宁 530023； 3.广西金桂林业有限公司， 广西 南宁 530021)

不同造林抚育干扰下桉树幼林地水土流失特征

梁宏温1， 马 倩1， 温远光1， 郭晋川2， 杨健基3

(1.广西大学 林学院， 广西 南宁 530004；2.广西水利科学研究院， 广西 南宁 530023； 3.广西金桂林业有限公司， 广西 南宁 530021)

[目的] 探讨不同造林抚育措施对桉树幼林地水土流失及其养分损耗的影响，为桉树人工林的科学栽培和可持续经营提供理论依据。 [方法] 建立8个地表径流小区，以桉树采伐地灌草坡做对照(CK)，研究人工割灌割草清理林地和除草、只施基肥不追肥的植苗更新2代林地(A处理)，火烧清理林地、化学除草、施基肥和追肥的植苗更新2代林地(B处理)和人工割灌割草清理林地和除草、施基肥和追肥的萌芽更新2代林地(C处理)的水土流失特征。 [结果] B处理林地的地表径流量、泥沙流失量和N，P，K养分流失总量年均值分别为129.35 mm，642.52 kg/(hm2·a)和32.923 kg/(hm2.a)，比A处理的分别高出7.93%,90.03%和46.89%，比C处理的分别高出4.95%，70.82%和49.17%，比CK(对照)的分别高出4.98%，109.93%和50.91%；各试验林地的地表径流量和泥沙流失量与降水量之间均呈极显著线性正相关(R=0.717～0.853)。 [结论] 火烧清理林地、化学除草、频繁施肥等人为干扰活动及大量级降水驱动是桉树幼林林地水土流失及其养分损耗较为强烈的主要原因。

桉树幼林； 火烧清理林地； 人工除草； 化学除草； 林地施肥； 地表径流； 养分流失

由于桉树人工林的经济效益好，广西近20 a来广泛栽培，现有林地面积2.04×106hm2。然而，桉树人工林短周期经营和采取火烧清理林地、全垦整地、化学除草和多次频繁追肥等不科学的营林措施，会引发桉树林地生物多样性降低[1]、水土流失[2-3]、水源涵养功能减弱[4]和土壤肥力下降[5-6]等生态安全问题。目前，国内针对桉树人工林水土流失及养分损耗的研究已有一些报道。赵一鹤等[7]对巨尾桉工业原料林地、灌木林地和荒草地的坡面产流产沙量进行对比研究，结果显示，产流量大小依次为：荒草地>灌木林地>巨尾桉工业原料林地，产沙量大小顺序为：灌木林地>荒草地>巨尾桉工业原料林地，表明桉树人工林具有一定的水土保持功能。覃其云等[8]研究间种牧草对桉树林地水土流失及其养分损耗的影响，认为间种牧草(桂牧1号象草)能有效减少桉树林地的地表径流量，土壤侵蚀量则因牧草种植等人为耕作活动影响而有所增加，从而导致间种牧草的桉树林地养分流失量高于桉树纯林林地。黄承标等[9]连续6 a定位观测巨尾桉人工林的地表径流规律，结果表明，桉树林地在造林当年和第2 a的地表径流量和土壤侵蚀量均较高，随着林龄的增加，地被物(林下灌草植被和枯枝落叶层)对雨水的截留和吸附作用加强，其地表径流量和土壤侵蚀量均明显下降。上述诸多方面对桉树人工林水土保持效应的研究，揭示了桉树林地水土流失强度主要与所采取的造林抚育措施有关。目前，桉树生产上应用的造林抚育技术主要包括采用火烧或人工割灌割草方式清理林地，全垦整地、带状整地或挖穴整地，植苗更新或伐根留萌更新，施基肥和追肥，采用人工割灌割草或使用化学除草剂对幼林地进行除草等。本文研究不同造林抚育措施干扰下桉树幼林林地的产流产沙量及其养分流失量，并阐明桉树幼林地的水土流失特征及其影响因素，为桉树人工林的科学栽培和可持续经营提供理论根据。

1 材料与方法

1.1 自然条件

试验区位于广西横县新福镇，东经108°51′—108°55′，北纬22°30′—22°36′，海拔80～160 m，属于南亚热带季风气候区，年均气温21.5 ℃，最热月(8月)均温27.3 ℃，极端最高温39.2 ℃，最冷月(1月)均温12.1 ℃，极端最低温-1.2 ℃，年均降水量1 334.6 mm，年均日照1 758.9 h，年均蒸发量1 655.1 mm，年均无霜期338 d。地带性土壤为花岗岩(杂有部分第四纪红土)风化形成的砖红壤，土层厚80～110 cm；地带性森林植被为南亚热带常绿阔叶林，但已荡然无存，并转变为桉树(Eucalypt)和马尾松(Pinusmassoniana)等人工林植被。

1.2 试验地及径流小区设计

在广西南宁市横县新福镇公净水库的东南面，于同一山丘西北坡的中坡设计4种试验地(处理)，分别记为A,B,C和CK。其中，A为人工割灌割草清理林地和除草、只施基肥不追肥的植苗更新2代林地，B为火烧清理林地、化学除草、施基肥和追肥的植苗更新2代林地，C为人工割灌割草清理林地和除草、施基肥和追肥的萌芽更新2代林地，CK为对照林地(采伐桉树萌芽1代3年生林分，人工清理采伐剩余物和砍掉桉树的伐根萌芽，保留林地上的灌草植物，让其自然恢复生长形成的灌草坡地)。在试验地上，选择坡度和坡形较相近的直线坡地段，各设计2个地表径流小区，每个径流小区面积100 m2(20 m×5 m)，其长边与等高线垂直，短边与等高线平行。在每个径流小区的上坡边缘与两边用砖砌成挡水墙，墙面高出地表15～20 cm，下坡边筑集水沟，集水沟深20 cm，底宽20 cm。集水池容积为2.16 m3，其底面积1.8 m2(1.5 m×1.2 m),高1.2 m，集水池上面盖挡水板。各试验地的造林抚育措施及其径流小区的立地条件详见参考文献[10]。

1.3 大气降水量观测

在公净水库附近的地形开阔处架设一台JD-05型翻斗式自记雨量计(徐州市伟思水务科技有限公司生产)，雨量计分辨率为0.1 mm，用来观测每场降雨的降水量及其降水过程；使用YD-1003型遥测终端机(徐州市伟思水务科技有限公司生产)自动采集数据，每隔5 min记录1次(降水量有变化时，每隔1 min记录1次)；按每天、每月和每年统计降水量。

1.4 地表径流量和泥沙流失量观测

于2013年7月1日至2015年12月31日，在每次降雨后，于次日8：00，用钢尺测量每个径流小区的集水池中4个底角的径流水高度(读数至1 mm)，然后计算平均值，分别计算出1次(或每天)降雨过程的地表径流量(mm)。在每次测量集水池中的径流水高度后，全部排出池中的浑水，并用塑料壶收取浑水样(1 L)带回室内，经沉淀和过滤，求算其泥沙含量(g/L)；同时，将集水池内的淤泥全部取出称量，经烘干求算淤泥流失量(10-2kg/m2)，根据水样泥沙含量和淤泥流失量计算出林地的泥沙流失量(kg/hm2)。

1.5 样品采集和化学分析

于2013年7月1日至2015年12月31日，分别不同年度、不同季节、不同降雨强度和不同径流小区进行采样。每次于集水池中采集并经充分搅拌均匀的径流水样各1份，每份约1 L。采用《中华人民共和国国家标准(GB3838-2002)》[11]测定水样中的氮、磷、钾等元素含量。其中：氮含量采用凯氏法，磷含量采用钼蓝比色法，钾含量采用火焰光度法。在采集水样后，收集不同径流小区集水池中的泥沙，经充分搅拌均匀后各取样1 kg。于室内经自然风干后，采用《中华人民共和国林业行业标准LY/T1999》[12]测定泥沙的有机质、氮、磷、钾等养分含量。其中，有机质用重铬酸钾氧化—外加热法，全氮采用半微量凯氏法，全磷采用氢氧化钠碱熔提取待测液—钼蓝比色法，全钾采用氢氧化钠碱熔法提取待测液—火焰光度计法，碱解氮采用碱解扩散法，有效磷采用双酸(盐酸和硫酸)浸提—钼蓝比色法，速效钾用1 mol/L乙酸铵浸提—火焰光度计法。

1.6 统计分析

采用Excel和SPSS 16.0软件对观测数据进行统计分析，计算平均数、标准差、变异系数，并作差异显著性检验和回归分析。

2 结果与分析

2.1 不同造林抚育措施的桉树幼林地产流产沙量及其影响因素

2.1.1 产流产沙量比较 由表1可以看出，各处理林地的地表径流量和泥沙流失量均存在较大的差异，尤以泥沙流失量的差异更明显(p<0.01或p<0.05)。

根据表1计算得知，B处理林地的年均产流量为129.35 mm，比A处理、CK(对照)和C处理林地的分别高7.93%,4.98%和4.95%。随着林龄的增加，林下地被物得到了逐渐恢复，上述各处理之间的差异在逐年变少，由2013下半年度的14.80%,10.58%和13.65%下降为2014年度的11.56%,6.41%和5.06%，再下降至2015年度的3.08%,1.36%和0.10%。B处理林地的年均泥沙流失量为642.52 kg/(hm2·a)，比CK(对照)、A处理和C处理林地的分别高109.93%,90.03%和70.82%，尤以降水偏少的2014年度，其泥沙流失量的差异更大，分别达到407.96%,141.95%和107.65%。究其原因，主要在于B处理一方面是采用火烧清理林地和使用化学除草剂对幼林地进行除草抚育，致使林地上的活地被物和死地被物大量损失，导致林地表面大部分裸露，从而减弱了地被物对降水的截留和吸附作用；另一方面是在每次追肥时均对树蔸附近的表层土壤进行局部翻垦而使其疏松，致使表层土壤和地被物更容易被雨水冲刷，2个方面的组合使得B处理对林地的干扰较频繁和剧烈，从而产生较高的地表径流量和泥沙流失量。而A处理仅在造林时采用人工割灌割草(只割除地上部分，保留地下根系部分)清理林地和局部挖穴整地，结合整地时一次性施基肥于穴底并用表层土覆盖，对幼林的抚育只进行人工割灌割草而不再进行追肥，这些措施能有效减少对林下地被物和表层土壤的破坏，使A处理的林地地被物保存较好，充分发挥林下地被物截留降水和保护土壤的功能，从而有效地控制了林地的水土流失和对施肥的冲刷作用，使其坡面产流产沙量相对较低。CK(对照)为桉树采伐地形成的灌草坡地，由于采伐林木和清理林地当时的人为践踏及伐倒木对表层土壤的磨擦或冲击作用，也部分地损坏了林地的地被物，从而导致采伐当年(2013年)的地表径流量和泥沙流失量较高(表1)。C处理要进行幼林追肥，其对林地的干扰强度稍强于A处理，但远比B处理来得弱，故其水土流失强度介于两者之间。

表1 不同处理林地的地表径流量和泥沙流失量

注：表中的数据为平均值±标准差，同一行的相邻字母表示不同处理之间差异显著(p<0.05)，相隔字母表示不同处理之间差异极显著(p<0.01);经各月平均值加权。下同。

2.1.2 降水量对产流产沙量的影响 根据2013年7月1日至2015年12月31日观测，期间有196 d产生降雨，总降水量3 748.8 mm，年均降水量1 334.6 mm(经各月降水量加权平均)。参照《地面气象观测规范》[13]，对B处理的产流量和泥沙流失量按各雨量级进行统计(表2)。结果显示，大暴雨(100～249.9 mm)天气4次，均产生地表径流，其径流量和泥沙流失量分别占总量的25.15%和58.04%；暴雨(50～99.9 mm)天气13次，均产生地表径流，其径流量和泥沙流失量分别占总量的30.45%和28.87%；大雨(25～49.9 mm)天气18次，有16次产生地表径流，其径流量和泥沙流失量分别占总量的22.09%和8.17%；中雨(10～24.9 mm)天气64次，只有25次产生地表径流，其径流量和泥沙流失量分别占总量的21.17%和4.52%；小雨(<10.0 mm)天气97次，仅有6次产生地表径流，其径流量和泥沙流失量分别占总量的1.15%和0.40%。

由表2看出，不同雨量级的地表径流系数(径流量占降水量比率)大小序列(暴雨>大雨>大暴雨>中雨>小雨)与土壤侵蚀模数(年泥沙流失总量)的大小序列(大暴雨>暴雨>大雨>中雨>小雨)略有不同，但都是以大雨量级较强，小雨量级较弱，反映了降水量(雨强)对林地水土流失的严重影响。

表2 各雨量级的径流系数和土壤侵蚀模数

注：小雨(<10 mm),中雨(10～24.9 mm),大雨(25～49.9 mm),暴雨(50～99.9 mm),大暴雨(100～249.9 mm)。

以降水量为自变量，地表径流量和泥沙流失量为因变量，进行回归分析(表3)。表3显示，各试验处理的地表径流量和泥沙流失量与降水量均呈线性正相关(R=0.717～0.853)，其检验值(F)均达极显著水平(p<0.01)，表明试验林地的地表径流量和泥沙流失量是受到降水量的强烈影响。

根据表3所给出的回归方程式，由降水量可以估算出不同造林抚育措施干扰下的地表径流量及其泥沙流失量，这为类似地区桉树人工林的水土流失量评估提供了测算依据。

表3 地表径流量(y1)和泥沙流失量(y2)与降水量(x)的线性回归分析

2.2 不同造林抚育措施的桉树幼林地表养分流失量

2.2.1 地表径流水主要化学成分含量 不同处理林地径流水样的主要化学成分含量平均值和标准差列于表4。由表4可以看出，B处理的总N、总P、总K平均含量相对较高、差异显著(p<0.05)，其他处理的相对较低、且差异不显著(p>0.05)。若对照地表水环境质量标准(GB 3838-2002)[11]，各处理林地的径流水质均较差，其中：总N为劣Ⅴ类(>2 mg/L)，总P为Ⅲ—Ⅴ类(0.2～0.4 mg/L)，尤以B处理林地的更差(p<0.05)。为了促进桉树生长，在桉树幼龄期都要额外追施化肥(N,P,K复合肥料)，除供给桉树生长吸收外，还有一部分化肥因为地表径流的冲刷而流失[14]，再加上降雨对桉树林冠层及其枯技落叶等地被物的淋洗作用，从而导致径流水中的养分含量增高，水质变差，呈现富营养化反应，并以B处理林地的表现最突出。

表4 不同处理林地地表径流水的养分含量 mg/L

2.2.2 地表径流泥沙主要化学成分含量 不同处理林地径流泥沙的有机质和N,P,K含量的平均值和标准差列于表5。由表5可以看出，B处理的有机质和N,P,K全量及其速效含量的平均值相对较高、差异显著(p<0.05)，其他处理的相对较低、且差异不显著(p>0.05)。

表5 不同处理林地地表径流泥沙的养分含量

2.2.3 地表径流养分流失量 用年均地表径流量和泥沙流失量(表1)分别乘以径流水的养分含量(表4)和径流泥沙的养分全量值(表5)获得林地年均径流水养分流失量和泥沙养分流失量，将两者相加即为地表径流的养分流失量(表6)。经表6计算得知，B处理林地随地表径流流失的N为5.133 kg/hm2，较CK(对照)、A和C处理林地的分别高42.11%,41.52%和41.25%；P为0.633 kg/hm2，比CK(对照)、A和C处理林地的分别高68.80%,60.66%和52.16%；K为27.157 kg/hm2，比CK(对照)、C和A处理林地的分别高出52.31%,50.70%和47.65%。B处理林地的地表径流养分(N,P,K)流失总量为32.923 kg/(hm2·a)，比同是植苗更新A处理的高出46.89%，比萌芽更新C处理的高出49.17%，比CK(对照)的高出50.91%。B处理林地的养分流失量较高是与其年均水土流失量(表1)及其养分含量(表4—5)均较高有关。

表6 不同处理林地地表径流养分流失量 kg/(hm2·a)

3 讨论和结论

(1) 不同造林抚育措施干扰下桉树幼林地各处理之间的水土流失量及其养分损耗量均存在较大的差异，其中以B处理对林地的干扰较频繁和剧烈，从而导致其产生较高的水土流失量和养分损耗量，这一现象与覃其云等[8]的研究结论相符。随着林龄的增加，对幼林地的干扰(除草和施肥)强度逐渐减弱直至停止，各试验林地的泥沙流失量均表现出逐年下降趋势，尤以B处理的表现最为突出，这一趋势与王会利等[3]和黄承标等[9]的研究结论相一致。

(2) 在地形、土壤和降水等条件相同或相近的情况下，采用火烧清理林地、化学除草和幼林地频繁追肥的林地管理措施，导致桉树幼林地产生较高的产流产沙量和养分流失量；而采用人工割灌割草方式清理林地和幼林地除草、一次性施基肥而不再进行幼林地追肥的林地管理措施，能有效地减少了桉树幼林地的产流产沙量及其养分流失量。因此，从生态安全和环境保护的角度出发，建议在桉树营林生产上推广应用“人工除草”和“只施基肥不施追肥”的林地管理技术，应避免使用“火烧炼山”和“除草剂除草”的林地干扰措施。

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Features of Soil and Water Loss ofEucalyptYoung Forest Under Different Afforestation-tending Disturbances

LIANG Hongwen1， Ma Qing1， WEN Yuanguang1， GUO Jinchuan2， YANG Jianji3

(1.ForestryCollegeofGuangxiUniversity，Nanning,Guangxi530004，China； 2.GuangxiHydraulicResearchInstitute，Nanning，Guangxi530023，China； 3.GuangxiJinguiForestryCo.Ltd.,Nanning,Guangxi530021,China)

[Objective] Soil erosion and nutrients loss ofEucalyptusyoung forest by different kinds of afforestation and tending measures were studied to promote the scientific management ofEucalyptusplantation. [Methods] Two runoff plots in each of three afforestation-tended lands(management treatments A, B and C) and of aEucalypt-deforested land(CK) were set up to study the characteristics of soil erosion and water loss ofEucalyptusyoung forest. Managemsnt A was located on a regeneratedEucalyptseedling land with basic fertilization but no topdressing after the woods and weeds were manually cut and removed. Management B was on a regenerated seedling forest land with both of basic fertilization and topdressing after of fire clearing and chemical weeding. Management C was on a sprout regenerated forest land with both of basic fertilizing and topdressing after it was artificially cleared of woods and weeds. [Results] The annual average of surface runoff, sediment erosion and the total nutrients losses of N, P, K of management B were 129.35 mm, 642.52 kg/(hm2·a) and 32.923 kg/(hm2·a), respectively, which were higher than that of A-manage by 7.93%, 90.03% and 46.89%, respectively; and were higher than that of C-manage by 4.95%, 70.82% and 49.17%, respectively; and also were higher than that of CK by 4.98%, 109.93% and 50.95%, respectively. There were extremely significant and positive linear correlations among rainfall, the surface flow and the sediment erosion of the experiment woodlands(R=0.717～0.853). [Conclusion] Artificial interferences such as clearing land with fire, chemical weeding, frequently fertilization, and a large number of precipitation level are the main causes of heavy soil erosion and the nutrient loss ofEucalyptusyoung forest woodland.

Eucalyptusyoung forest; clearing woodland with the fire; artificial grass cutting; chemical weeding; forest fertilization; surface runoff; nutrient loss

2016-05-12

2016-06-02

水利部公益性行业科研专项项目“速生桉树人工林对水库的生态效应与影响研究”(201301044)

梁宏温(1959—)，男(汉族)，广西壮族自治区贵港市人，学士，研究员，主要从事森林生态学研究。E-mail:lhwen59@163.com。

10.13961/j.cnki.stbctb.2016.06.005

A

1000-288X(2016)06-0026-05

S718

文献参数： 梁宏温， 马倩， 温远光, 等.不同造林抚育干扰下桉树幼林地水土流失特征[J].水土保持通报，2016,36(6)：026-030.