锥栗林下不同复合经营模式水土保持效果

刘跃钧, 姚理武, 吴应齐, 蒋燕锋, 谢建秋, 葛永金, 李永和

(1.丽水市林业科学研究院, 浙江 莲都 323000;2.庆元县林业局, 浙江 庆元 323800; 3.缙云县林业局, 浙江 缙云 321400)

锥栗(Castaneahenryi)是我国名特优经济林干果，其清耕和高强度的除草不但造成了水土流失日趋严重，而且还使土地愈加贫瘠，锥栗产量、质量大幅下降[1]。林地坡面种植不当，易造成土壤表层冲刷侵蚀，养分流失，肥力下降，严重时恶化生态环境，引发各种资源与环境问题[2-4]，但合理的林地复合经营，可减少水土流失[5]。林下多花黄精(Polygonatumcyrtonema)复合经营模式是浙江省林下经济主要模式之一，目前全省种植面积发展到了466.67 hm2，出现了锥栗—多花黄精、杉木(Cunninghamialanceolata)—多花黄精、油茶(Camelliaoleifera)—多花黄精、毛竹(Phyllostachysheterocycla)—多花黄精、香榧(Torreyagrandis)—多花黄精等多种复合经营模式，但不同的复合经营模式技术差别大，黄精套种密度低的12 000株/hm2，高的45 000株/hm2，土地利用率从10%到60%不等，整地方式既有全垦精细整地、又有全垦粗放整地、也有“一锄法”种植，其种植效益和生态效益良莠不齐。林下种植过程中，寻找经济效益与生态效益的最佳结点是一项亟需解决的难题[6]，而注重可持续发展，实现经济效益与生态效益并举、林下经济与资源保护共赢，是推进农业供给侧结构性改革进程中林业复合经营的一个主要方向。目前，国内关于多花黄精化学成分、药理作用、栽培模式等方面的研究报道较多[7-11]，但有关林下种植多花黄精对林地水土流失的研究却鲜有报道。因此本试验采用L9(33)正交试验设计，开展锥栗林下9种不同复合经营模式水土流失的研究，旨在寻找出科学合理的锥栗与多花黄精复合经营模式，以期为完善生态化、高效化、标准化的复合经营技术提供科学依据。

1 试验地概况

试验地位于浙江省丽水市庆元县屏都街道洋背村，E 118°50′—119°30′，N 27°25′—27°51′，为亚热带季风区，温暖湿润，四季分明，年平均气温17.4 ℃，降水量1 760 mm，无霜期245 d。试验地为2003年栽培的锥栗林，品种为“处暑红”，建有水平带，种植密度600 株/hm2，试验期间郁闭度0.6～0.7，树体开心型，生长良好，树高4 m±1 m，冠幅4 m×4 m，生长势大体一致。试验地海拔500～510 m，地势较平缓，坡度18°～30°，红壤，土壤肥力一般。

2 材料与方法

2.1 材料来源

多花黄精种苗来自丽水市林业科学研究院，为多花黄精优良种源“安徽青阳种源”无性繁殖的多年生根茎。三叶崖爬藤(Tetrastigmaformosanum)种苗由浙江汉邦生物科技有限公司提供，为三叶崖爬藤优良种源“浙江莲都种源”无性繁殖的一年生扦插苗。有机肥、钙镁磷肥均由福建超大集团有限公司生产，有机肥有机质≥35%，N+P2O5+K2O≥6.0%，钙镁磷肥有效P2O5≥15%。PVC管材由山东盛大塑业有限公司生产。普通机械水表由杭州水表有限公司生产。过滤网由海安光明渔网厂生产的渔业捕捞网。无纺布容器袋网上采购，无品牌。

2.2 试验设计

试验采用L9(33)正交设计。3因素为整地强度(Z)，覆盖物(F)，套种模式(T)。整地强度设不整地(Z1)、整地面积40%(Z2)、整地面积60%(Z3)3个水平。覆盖物设不覆盖(F1)、覆盖稻草(F2)、覆盖竹屑(F3)3个水平。套种药材设不套种(T1)、套种多花黄精(T2)、套种多花黄精和三叶崖爬藤(T3)3个水平。9个处理在锥栗基地从上坡至下坡依次布置(表1)，每个处理在同一个水平带上，面积80～130 m2不等。

2.3 种植方法

多花黄精种植：需整地的处理，整地深20 cm，耙细土块，不作畦；条播，行距30 cm，根茎切段，每段种茎约40～50 g、带一个芽，播种沟深8～10 cm、宽20 cm，段与段间隔约20 cm；开播种沟时，施腐熟有机肥和钙镁磷肥，有机肥用量0.15～0.5 kg/段，钙镁磷肥用量5 g～15 g/段，肥料与土拌均，按“平摆倒种法”(根茎平放、芽头垂直朝下)摆放种茎，覆土，高出地面2～3 cm，浇水，覆盖2 cm厚稻草或竹屑。不整地的处理，采用“一锄法”种植多花黄精。2016年1月种植。

三叶崖爬藤种植：先在离锥栗主干50 cm、二级分枝正下方的位置挖穴，穴圆形，直径40 cm，深15～18 cm，再将盛有泥土和基肥的无纺布容器放入穴中，基肥用量500 g/袋，每个容器均匀定植一年生扦插苗3株，压实容器内和周围的土壤，容器口高出地面15 cm、高出容器内泥面2 cm，浇水。容器袋圆柱形，高30 cm，口径30 cm。2016年3月种植。

表1 L9(33)正交试验设计和样地情况

2.4 径流场设置

每个处理的试验区域即为径流场，共设9个径流场和蓄水池。径流场面积与试验面积相同。每个径流场的上坡边和与高等线垂直的两边用砖砌成挡水墙，高出地表15～20 cm；下坡边筑集水沟。集水沟内径尺寸：深20 cm，顶宽30 cm，底宽20 cm。沟上覆盖阳光板，压实压稳。蓄水池采用容积为1.0 m3的塑料桶，距蓄水池底部30 cm，70 cm，90 cm处分别安装机械水表口径32 mm，40 mm，50 mm各1只，用于自动测量径流量。蓄水池底部设置口径8 cm的排水孔，用于排放泥水。集水沟与蓄水池间用直径110 mm的PVC管材连接，PVC管出水口安装口径约1 cm的过滤网。防止树叶等垃圾堵塞水表。发生中雨、大雨和暴雨时，从水表流出的径流水取样，雨后从水表读取径流量数据，并从蓄水池中搅拌均匀的水进行取样，带回实验室按常规方法进行泥沙含量分析。每次取样后排干净蓄水池中的积水。年泥沙流失量为各次泥沙流失量之和。年平均含沙量(g/L)=年泥沙流失总量(g)/年径流量(L)。各处理实际径流量、泥沙流失量均换算成100 m2的量。雨量级别根据气象学24 h降雨量的定义判定，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 数据统计分析

用Microsoft Excel软件进行试验数据的整理和图表制作。正交试验方差分析采用“DPSV 9.05”软件LSD法，径流量方差分析采用原数据，泥沙量方差分析采用平均数。考虑到田间试验干扰因素比较复杂，且难以人为控制，试验仅从9个处理中筛选最优组合。

3 结果与分析

3.1 降水特征

降水是引起地表径流和泥沙流失的直接原因。据庆元县屏都街道气象观测站数据，试验观测年(2016年2月至2017年1月)总降雨量为2 010.1 mm，比往年年总降水量1 760.0 mm，高出14.21%，表明试验区域降水仍属正常年份。但观测年各月降雨分布不均，差异明显。其中：春季(2—4月)，发生降雨51次，降雨量586.7 mm，占全年降雨量的29.2%；夏季(5—7月)，发生降雨48次，降雨量854.8 mm，占全年降雨量的42.5%；秋季(8—10月)，发生降雨29 次，降雨量289.0 mm，占全年降雨量的14.4%；冬季(11—1月)，发生降雨20次，降雨量279.7 mm，占全年降雨量的13.9%。试验期间，总降雨天数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；观测年降雨量的71.7%集中在春夏季节，同庆元县历史降雨特征基本吻合，符合亚热带季风气候特征。梅雨季节(6月初—7月中旬)，降雨23 d，总降雨量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 锥栗林下不同复合经营模式地表径流量比较

不同季节径流量方差分析结果表明(表2)，整地强度、覆盖物、套种药材对锥栗林地表径流量的影响在各个季节中具以下不同特点。春季，覆盖物减少地表径流的作用非常显著(p<0.01)，套种药材的减流作用为显著(p<0.05)，而整地强度对地表径流量的影响不显著(p>0.05)；夏季，覆盖物和套种药材的减流作用仍为显著(p<0.05)；秋季，仅套种药材能显著减少地表径流量(p<0.05)；冬季，套种药材对减少地表径流量的作用表现为极显著(p<0.05)。由此可见，覆盖物和套种药材在各季节中的减流作用分别呈现出“显著—显著—不显著—不显著”和“显著—显著—显著—极显著”的特点，整地强度在各季节中虽然对径流量的影响均不显著，但春季径流量则随整地强度的加大而增大，春季整地强度40%和强度整地60%试验区块的径流量，分别比不整地试验区块提高2.46%和8.42%。

年径流量方差分析结果表明，整地强度、覆盖物、套种药材对年径流量分别造成了不同程度的影响。其中，覆盖物对减少地表径流的作用极为显著(p<0.01)，套种药材表现为显著(p<0.05)，整地强度对年径流量影响不显著(p>0.05)。各试验因素对年径流量影响程度大小的次序为：F>T>Z。深入分析试验因素对锥栗林地表年径流量的影响，具有以下特征：Z对锥栗林年地表径流量未造成显著影响，但随着整地强度的加大，地表年径流量也随之增大；F各试验水平中，以F3和F2对年径流量的影响最大，其年径流量分别为43.52 m3/100 m2，44.27 m3/100 m2，依次比F1降低24.60%和23.30%，F3与F2无显著性差异(p>0.05)，但分别与F1具极显著性差异(p<0.01)；套种药材对降雨的截留作用非常明显，T各试验水平中，T2年径流量为44.29 m3/100 m2，T3年径流量为45.63 m3/100 m2，分别比T1降低了20.34%和17.93%，T2，T3与T1的年径流量具显著差异(p<0.05)，但T2与T3之间不显著(p>0.05)。

以年径流量最小为依据，9个处理中的最优组合为Z1F3T3，但从表2可知，在1%统计学显著水下，9个不同处理的锥栗林地表年径流量可分为A，AB，B类。其中B类年径流量较小，有4个处理，年径流量从小到大依次为Z1F3T3，Z1F2T2，Z3F3T2，Z2F2T3，分别比Z1F1T1减少了38.74%，37.64%，36.55%，31.81%。

表2 锥栗林下不同复合经营模式径流量比较 m3/100 m2

注：同列小写、大写字母，分别表示在5%，1%统计学显著水平上有差异。

3.3 锥栗林下不同复合经营模式泥沙流失量比较

研究表明，各处理的泥沙流失量主要集中在春夏季节(表3)，泥沙流失比率高达84.75%～95.74%，这与试验期间降雨特征、套种药材生长势有直接关系，春夏季节共发生降雨99次、降雨量达1 441.5 mm，占全年降雨量的71.71%，而且套种药材在春夏阶段还处在恢复生长的过程，植物根系的固沙能力没有达到最佳状态。不同季节中，各试验因素对锥栗林泥土流失的影响呈现出以下特征：在春季，覆盖物对减少林地泥土流失的作用达到了极显著水平(p<0.01)，整地强度的影响为显著水平(p<0.05)，套种药材的减沙作用不显著，显示覆盖物是春季林地泥沙流失量减少的主要原因；夏季，整地强度对泥沙流失量的影响不显著(p>0.05)，但覆盖物和套种药材对减沙作用分别表现为极显著(p<0.01)和显著(p<0.05)；秋季，套种药材和整地强度对林地泥沙流失量均造成显著影响(p<0.05)；冬季，仅套种药材对减沙作用具极显著性(p<0.01)。由此可见，覆盖物、套种药材在各季节中对减沙作用分别具有“极显著—极显著—不显著—不显著”和“不显著—显著—显著—极显著”的特点，整地强度在各季节中对泥沙流失的影响为“显著—不显著—显著—不显著”。

根据年泥沙流失量方差分析，结果表明，整地强度、套种药材对锥栗林地年泥沙流失量造成了显著影响(p<0.05)，覆盖物对锥栗林地年泥沙流失量造成了极显著影响(p<0.01)，影响程度大小为F>T>Z。对各试验因素作深入的分析，结果显示：整地强度越大，锥栗林地泥沙流失量越大，Z3，Z2年泥沙流失量分别为46.98 kg/100 m2，42.87 kg/100 m2，比Z1提高了23.76%和12.93%，其中Z3，Z2与Z1有显著性差异(p<0.05)，Z3与Z2不显著(p>0.05)；F对减少年泥沙流失量的作用最大，其不同试验水平的年泥沙流失量之间也有明显区别，其中F3，F2与F1均具极显著差异(p<0.01)，F3与F2差异不显著(p>0.05)，F3，F2的年泥沙流失量分别为28.71 kg/100 m2，31.60 kg/100 m2，比F1下降了57.47%和53.19%；T也可显著减少锥栗林地年泥沙流失量，各试验水平中，T2，T3的年泥沙流失量显著低于T1(p<0.05)，其影响程度大小为T3>T2>T1，T3，T2的年泥沙流失量分别为38.86 kg/100 m2，40.81 kg/100 m2，与T1相比，分别下降了19.28%和15.23%。

以年泥沙流失量最小为依据，正交试验优选出的最佳组合和9个处理中的最佳组合均为Z1B3T3。但在1%统计学显著水下，Z1F3T3，Z1F2T2，Z2F2T3，Z3F3T2，Z2B3T1，Z3B2T1共6个处理，均没有极显著性差异。本试验旨在研究总结锥栗与套种药材的最优复合经营模式，因此，剔除不套种模式Z2B3T1和Z3B2T1后，结合年径流量优选结果，确定Z1F3T3，Z1F2T2，Z2F2T3，Z3F3T2组合为本次试验筛选出的锥栗林药复合经营理想栽培模式，与Z1B1T1相比，其年泥沙流失量分别下降68.51%，62.96%，59.57%，54.90%。

表3 锥栗林下不同复合经营模式泥沙流失量比较 kg/100 m2

4 结论与讨论

研究表明，整地强度、覆盖物、套种药材对锥栗林年径流量均造成了显著影响。覆盖物对减少地表径流作用极为显著(p<0.01)，其中以覆盖竹屑的减流效果最好、稻草次之，分别比不覆盖减少24.60%和23.30%；套种药材对减少地表径流的作用具显著水平，套种多花黄精和套种“多花黄精+三叶崖爬藤”的年径流量，分别比不套种减少20.34%和17.93%；整地强度对年径流量的影响不显著(p>0.05)。各试验因素对年径流量影响程度大小为：覆盖物>套种药材>整地强度。研究表明，覆盖物在各季节中对减流作用呈现出“显著—显著—不显著—不显著”的特点，套种药材在各季节中对减流作用则具有“显著—显著—显著—极显著”的特点，整地强度在各季节中虽然对径流量的影响均不显著，但春季径流量则随整地强度的加大而增大。由此可见，覆盖物、套种药材、整地强度的地表径流量存在季节性差异与覆盖物状态、套种药材生长期相关。覆盖物在春季最为新鲜、厚度未衰减，减流作用最好，夏季覆盖物出现少量腐烂，减流作用比春季稍弱，但仍能显著减少径流量，秋、冬季覆盖物腐烂数量增加，到冬季绝大部分腐烂或消失，导致减流作用更弱；套种药材的减流作用随着药材生长势的恢复而增强，春季虽然套种药材还处在缓苗期和新根萌发期，但由于种植较密达到了17株/m2，减流作用仍为显著，冬季套种药材虽然枯萎，截雨作用最弱，但此时根系已很发达，主要依靠药材根系发挥吸水保水的作用。

整地强度、覆盖物、套种药材对锥栗林地年泥沙流失量同样造成了显著性影响。研究表明，整地强度显著地增强了锥栗林地泥沙流失量，整地60%，整地40%的年泥沙流失量分别比不整地提高了23.76%和12.93%；套种药材能显著减少锥栗林地泥土流失，套种“多花黄精+三叶崖爬藤”、套种多花黄精的年泥沙流失量分别比不套种减少了19.28%和15.23%；覆盖物对减少锥栗林地泥沙流失的作用极为显著，覆盖竹屑、覆盖稻草的年泥沙流失量分别比不覆盖减少了57.47%和53.19%。各试验因素对年泥沙流失量影响程度大小为：覆盖物>套种药材>整地强度。观测年中，泥沙流失量主要集中在春夏季节，泥沙流失比率高达84.75%～95.74%。研究表明，覆盖物、套种药材在各季节中对减沙作用分别具有“极显著—极显著—不显著—不显著”和“不显著—显著—显著—极显著”的特点。覆盖物在春季未开始腐烂，其减沙作用在各季节中表现最好，但随着腐烂数量的增加，覆盖物到秋冬季节减沙作用变得不明显；套种药材的减沙作用随着药材生长势的恢复、根系增多增强，其固沙作用也变得越来越强；整地强度在各季节中对泥沙流失的影响为“显著—不显著—显著—不显著”，秋季对泥沙流失造成显著的原因可能与锥栗采收前拔除林地杂草有关。

有研究报道，种植不同经济作物对保水保土的作用有显著差别，在祼地种植雀麦草，其保水、固土能力达87.5%和98.9%，是祼地种植玉米的1.7倍和1.1倍[12]；林下复合种植模式能有效降低水土流失量，梯型种植再辅以复合种植是减少茶园中水土流失的最佳模式[13]，银杏林下种植台湾黄花菜、桃金娘，泥沙流失量和径流流失量分别下降了22.30%，26.27%[14]；果园中套种草类蓄水减沙效应明显高于套种农作物，套种草类覆盖达80%以上时，其减流减沙效率可达92%以上[15-16]。说明无论是祼地种植经济作物，还是林下复合经营，均能显著地降低地表径流、减少泥沙流失。本试验开展的锥栗林下不同林药复合经营模式水土保持研究结果，与上述研究相一致，从9处不同处理优选出的“不整地—覆盖竹屑—套种多花黄精和三叶崖爬藤”、“不整地—覆盖稻草—套种多花黄精”、“整地40%—覆盖稻草—套种多花黄精和三叶崖爬藤”、“整地60%—覆盖竹屑—套种多花黄精”4种复合经营模式，与不整地、不覆盖、不套种相比，其年径流量和年泥沙量分别下降了38.74%和68.51%，37.64%和62.96%，36.55%和59.57%，31.81%和54.90%。

锥栗林套种多花黄精、三叶崖爬藤的生产周期均为4 a。本试验以不同整地强度、不同覆盖物、不同套种药材为试验因素，采取3因素3水平正交试验，研究评价了锥栗林药不同复合经营模式第一年对林地水土流失的影响，具有创新性。锥栗林药不同复合经营模式一个生产周期的水土流失情况及经济生态效益整体评价还有待更进一步的研究。