坡地雷竹林不同垦复方式地表径流和氮素养分流失特征研究

2017-08-23高志勤胡绪海

世界竹藤通讯 2017年3期

关键词：径流量竹林氮素

高志勤胡绪海

( 1 宁波城市职业技术学院景观生态环境学院浙江宁波 315100；2 浙江省奉化市林特技术服务推广总站浙江奉化 315500 )

坡地雷竹林不同垦复方式地表径流和氮素养分流失特征研究

高志勤1胡绪海2

( 1 宁波城市职业技术学院景观生态环境学院浙江宁波 315100；2 浙江省奉化市林特技术服务推广总站浙江奉化 315500 )

运用定位监测研究了雷竹林不同垦复方式(块状垦复、沿等高线带状垦复和全垦)下地表径流量和氮素养分流失状况。结果表明：垦复措施在一定程度上减少了地表径流，与未垦复林地相比，块状垦复减少幅度最大，平均减少23.49%；带状垦复次之，减少18.93%；全垦减少幅度7.52%。就土壤中全氮养分的维持而言，块垦效果优于带垦，带垦好于全垦；不同垦复方式对土壤中铵态氮含量的维持有一定差异，但差异未达到显著水平。不同垦复方式径流中的泥沙量由大到小的顺序为：全垦>未垦复(对照)>带垦>块垦；块垦和带垦分别较全垦减少泥沙流失10.60%和8.02%，林地的水土保持效益十分明显。

雷竹林；耕垦方式；林地垦复；地表径流；氮素养分

雷竹(Phyllostachypraecox)又名早园竹，是禾本科竹亚科刚竹属竹种，是江浙苏皖地区优良笋用散生竹种之一，分布广，适应性强，利用价值高。雷竹林也是浙江省宁波市的重要经济竹种，目前种植面积约4 866.7 hm2，其中集约经营的雷竹林面积达678.78 hm2。雷竹林覆盖栽培的产量可以达到21.50万～32.24万t/hm2，扣除成本纯收入达到17.40万～26.85万元/hm2，是其他经济作物种植效益的5～6倍。施肥、林地垦复、林下割灌除杂等经营技术是雷竹林集约经营的主要措施，也是提高竹林经济效益的主要技术手段。雷竹林虽然不具有明显的大小年生长节律，但是连年高强度的耕作、施肥等已使得林地出现退化现象。为克服林地退化问题，浙江省宁波雷竹主产区自2010年以来有计划地开展了覆盖栽培试验并推广新型覆盖模式，运用酿热性质较好、轻型的有机物料如谷壳、砻糠等作为覆盖材料，同时林地施入诸如猪粪、鸭泥等有机肥料以增加土壤养分和土壤温度。每年11月中下旬集中覆盖，翌年1月上中旬即可出笋，2月上中旬可大量上市，满足了居民市场需求，成为当地冬季尤其是春节蔬菜市场的主要林产品。

目前，宁波雷竹产区集约经营与粗放经营并重，由于劳动力成本逐年上升，以及市场波动、气候异常等多重因素影响，有相当一部分雷竹林结构衰败，竹笋、竹材产量下降，陡坡林地倒竹、翻蔸现象普遍，不但造成林相景观功能下降，也对生态系统功能发挥产生不利影响。针对集约经营措施，以林地垦复翻耕为控制因素，在缓坡地分别块状垦复、沿等高线带状垦复、全垦等3种垦复方式，设置地表径流场，分析地表径流与垦复措施、覆盖条件、土壤理化性质及地形因素之间的关系，为雷竹林的合理经营方式选择提供依据和参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况和样地设置

1.1.1 研究区概况

浙江宁波奉化市山地总面积约801.58 km2，竹林资源十分丰富。试验样地设置在奉化市大堰镇、具有20多年雷竹经营历史的万竹西堡岙村，该区地处北纬29°24′31″—29°24′33″、东经121°19′28″—121°20′31″，属于天台山和四明山脉的交汇地带，试验区距离奉化、宁波市区分别为19 km和51 km。试验区域属中亚热带气候区，多年平均气温14.8～17.7 ℃，年均降水量为1 257～1 380 mm。当地雷竹林的经营年限约为20～30年，约有40%～60% 的山坡雷竹林进行以施肥、垦复、林下除杂等措施的集约化经营。

1.1.2 样地设置

雷竹纯林密度约850～1 070株/667 m2，郁闭度0.8～0.9，不进行钩梢处理，3年进行1次择伐。根据雷竹林垦复方式、经营年限和坡地条件，选择不同垦复方式的雷竹林为试验样地。调查雷竹林近年来的施肥状况，尤其是氮肥主要是尿素、碳铵和复合肥的施用情况，磷肥主要是过磷酸钙、复合肥等施用情况。林地垦复主要在每年9月至10月间进行，主要目的是清除林下灌木和草本植物，改变林地土壤结构状况，为冬季施肥、覆盖创造条件，同时也能改善土壤环境，为鞭根生长提供良好的水肥气热环境。样地基本情况见表1。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 坡地径流场建造

根据坡地雷竹林分布、经营状况、立竹密度等选择不同坡向、坡位林地，建立沿山坡长20 m、沿等高线宽10 m的坡地径流场[1]，共建设4只标准径流场。

1.2.2 坡地雷竹林垦复试验

根据试验区雷竹林经营习惯和施肥、垦复方式，采用块状垦复、沿等高线条状垦复、全垦等3种垦复方式作为试验处理，以粗放经营雷竹林作为对照样地(CK)。

表1 雷竹林样地基本情况

1.2.3 地表径流量和泥沙量收集

根据林内降雨特性和径流产生特征，对每一径流场进行全年监测，选择观测时段和采样阶段。本文研究径流和输沙的监测时间段分别为：2016-05-12—2016-07-27，共77 d。在观测阶段的最后一天，在流水堰的外池通过阀门放出所有径流液，现场用大量筒测量体积后，取出1 000 mL装入集水瓶，加入2～3滴甲醛防腐，当天携带回实验室，及时进行过滤，烘干称重，通过按径流体积和取样水分体积之比，以及样品中的含沙量进行换算，求出径流含沙量，加上径流池内的泥沙沉积量，累加作为该观测阶段的产沙量。

1.2.4 径流水中氮素养分测定与数据处理

测定径流水样中的全氮、铵态氮、硝态氮、酸碱度(pH值)、总酸度等指标以及泥沙含量。具体测定方法为：全氮含量测定采用半微量凯氏法；铵态氮含量测定采用钠氏试剂比色法；硝态氮含量测定采用酚二磺酸比色法；酸碱度用电位法测定，总酸度测定采用中和滴定法[1-2]。

试验数据经Excel 2003整理归类后，应用DPSV7.05版统计软件进行回归分析、方差分析和多重比较。

2结果与分析

2.1 坡地径流产生量和氮素养分流失量

地表径流量受林分结构、林分类型、立地环境、土壤质地和经营措施等多种因素的影响[3-4]。雷竹林不同垦复方式的径流量和氮素流失量的测定结果见表2。从表2不难发现，垦复在一定程度上减少了地表径流的产生，与未垦复林地比较，块状垦复减少幅度最大，平均达到23.49%；沿等高线2 m间隔的带状垦复次之，为18.93%；全垦略有减少，但是减少幅度仅为7.52%。径流水样的pH值变化范围是6.02～6.65，属于微酸性至中性范围；水样总酸度变化区间为0.056～0.085 mmol/L，其中全垦径流水样总酸度最高，未垦复林地高于块垦和带垦，pH值的变化规律与总酸度基本一致。垦复林地地表径流中全氮养分的变动范围为0.004 10～0.005 32 mg/kg，其中全垦径流全氮含量最高，带垦次之，块垦最小，未垦复高于块垦。因此，从全氮养分维持来说，块垦效果优于带垦，带垦好于全垦。林地垦复与否对径流中铵态氮含量的影响不大，而不同垦复方式间径流中铵态氮含量有一定差异，全垦高于带垦，带垦又大于块垦，但差异未达到显著水平(P<0.05)。径流中硝态氮含量呈现带垦>全垦>块垦>未垦复对照的特征，方差分析显示，带垦与全垦差异不显著，它们分别与块垦差异显著，带垦、全垦、块垦与对照未达到极显著水平(P<0.01)。

由于调查试验的雷竹林普遍采用夏季5—6月施用有机肥，秋冬季施无机肥经营模式，输入土壤的有机肥料较多，通过有机质的腐殖化过程增加土壤养分。与径流中的铵态氮相比，硝态氮高出一个数量级，可能与施用硝态氮肥如硝酸钾、含硝复合肥较多有关。另外，也与林地垦复促使林地硝化细菌活跃、分解更多的硝酸盐离子有关，径流水样中氮素的变化对水质量产生影响。

表2 雷竹林地表径流量及径流中的氮素养分含量

注：样地1、2分布在大堰西堡岙后山东北坡，样地3、4、5分布在后山东坡，观测时段和采样时间相同，水样化学分析当天测定完成。

2.2 径流输沙量及变化

大尺度的土地利用和森林植被变化对流域降雨产水、产沙产生明显影响[5]，小尺度的林分结构、经营措施和地面覆被状况也对林地产沙量产生影响。地表径流携带输沙是造成土壤侵蚀、质量下降的直接原因，经营强度越高，坡度越大，地表覆被越低，在持续强降雨的外力驱动下，极易诱发水土流失。分析显示(表3)，块垦方式径流的输沙量平均为44.132 kg/hm2，带垦平均为45.404 kg/hm2，全垦为49.362 kg/hm2。径流输沙量由大到小的顺序为：全垦>未垦复(对照)>带垦>块垦；全垦高出对照2.07%，带垦较对照减少6.12%，块垦较对照减少8.74%，块垦较带垦减少2.80%；块垦、带垦2种垦复方式分别较全垦减少径流输沙10.60%和8.02%，林地的水土保持效益十分明显。说明带垦和块垦方式均有利于减少侵蚀发生，全垦不利于土壤保持。

表3 雷竹林不同垦复方式的径流输沙量

根据2016年5月12日至2016年7月27日期间观测的林内降水量、径流量及径流输沙量数据分析显示，径流量与降水量呈线性正相关(Q=0.378P+5.12，R2=0.765)，径流输沙量与降水量、径流量呈现线性相关(S=-0.024P+0.285Q-0.873，R2=0.813)，输沙量与观测期径流量关系更密切，而与降水量关联不密切。由此看出，不同经营方式尤其是土壤耕作措施对于地表径流及输沙量影响深刻，总体上表现为林地小斑块状的耕翻，保留间隔带的垦复能增加水土保持能力，有利于增加地面粗糙度和植被覆盖，减少漫流发生，增加水分入渗透，减少土壤冲刷。不同垦复方式与土壤物理、化学环境的变化有关，其变化的机制可能与土壤通气状况、热量变化及微生物活动有一定关系。

3 小结与讨论

丘陵坡地植被覆盖率增加、坡耕地减少在一定程度上可以减轻小流域产流、产沙和输沙现象的发生，雷竹林作为江浙苏皖等亚热带丘陵山区的重要经济林种[6]，在产生经济效益同时，也发挥了水源涵养和水土保持等多种功能。土壤作为雷竹鞭根、笋芽生长更新的物质基础和养分供给载体，其土壤保持和水源涵养功能与经营方式有着密切关系。土壤氮素含量是表征土壤生产力和养分水平高低的重要尺度，而径流损失和强度则是水土保持和水源涵养能力的直接综合表现，与林分结构、植被经营状况和立地条件有密切关系。

目前，关于土壤侵蚀的研究成果较多，主要涉及不同类型植被和土地覆被状况[7-8]。不同森林和经营目标，林分的经营管理措施、耕作方式也对土壤径流产生深刻影响，人为经营干扰下的雷竹林，随着经营年限的增加，尤其是在多年连续集约经营措施实施下，改变了土壤的微生物、物理环境，对于土壤侵蚀的特征产生深刻影响，甚至会引起土壤性质劣变、土壤流失、养分失衡现象发生，进而影响其林地质量和林分可持续经营。

定位研究表明，坡地雷竹林径流和氮素损失特征具有季节性, 同时与经营方式关系密切。对比不同垦复方式对于径流量及土壤侵蚀量、氮素养分状态的损失影响，得出块状垦复减少地表径流的幅度最大，平均达到23.49%；沿等高线2 m间隔的带状垦复次之，为18.93%；全垦仅为7.52%。全垦径流全氮含量最高，带垦次之，块垦最小，未垦复高于块垦。水样总酸度变化区间为0.056～0.085 m mol/L，径流中全氮养分的变动范围为0.004 10～0.005 32 mg/kg，从径流量、输沙量与林内降水量、林地垦复方式等之间的变化关系，揭示出径流量与降水量呈线性正相关(Q=0.378P+5.12，R2=0.765)，径流输沙量与降水量、径流量呈现线性相关(S=-0.024P+0.285Q-0.873，R2=0.813)。从氮素养分的损失可反映土壤肥力演变，研究结果可为改良雷竹林分经营方式、合理施肥和坡耕地管理提供理论参考。

[1] 林业部科技司. 森林生态系统定位研究方法[M]. 北京: 中国科学技术出版社, 1994: 84-135, 109-121.

[2] 国家标准局. 森林土壤分析方法[M]. 北京: 科学出版社, 1987: 1-8.

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[5] 黄承标, 李信贤. 广西龙胜县里骆林场杉木人工林生态系统的水量结构分配与平衡[J]. 广西科学, 1994,1(2): 24-28.

[6] 姜培坤, 俞益武, 金爱武, 等. 丰产雷竹林地土壤养分分析[J]. 竹子研究汇刊, 2000, 19(4): 50-53.

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A Study on the Characteristics of Surface Runoff and Nitrogen Nutrient Loss with Different Soil Reclamation Models inPhyllostachyspraecoxStands on Slop-land

Gao Zhiqin1Hu Xuhai2

(1 Faculty of Landscape Ecology and Environment, Ningbo City Vocation Technology College, Ningbo 315100, China; The Central of Forestry Technology Spread and Services of Fenghua County, Fenghua 315500, China)