不同郁闭度马尾松林下套种油茶产流产沙及养分流失研究

朱洪如

(福建省林业调查规划院，福州 350003)

长汀县是我国南方丘陵红壤地带典型的强度红壤侵蚀区，在20世纪40年代就开始了水土流失的治理工作。马尾松(Pinusmassoniana)林是我国南方地区分布最广的森林类型。马尾松由于其适应性强、耐贫瘠的特性，常作为消灭荒山的先锋树种在该地区大量种植。然而，相当部分马尾松林分长势不佳，多表现为郁闭度低，其保持水土等生态服务功能得不到充分发挥，是南方地区分布最为广泛的退化的森林类型[1-2]。这些退化的马尾松群落多采取封禁管理的生态恢复措施，不仅恢复周期漫长，恢复效果不佳，而且无法直接给当地林农带来经济收益。林下套种是马尾松低效林改造的有效途径[3]，一方面使低郁闭度的马尾松群落的林下空间得到有效利用，另一方面林下套种油茶又可为当地林农带来经济效益，充分调动他们改造马尾松低效林的积极性。然而，对马尾松林下套种油茶也可能产生新的水土流失，对其产流产沙和养分特征的研究，成为重要的问题。因此，本研究以不同郁闭度马尾松林下套种油茶模式为研究对象，旨在通过建立径流小区进行定位观测的方法，弄清不同郁闭度马尾松林下套种油茶模式产流产沙及养分流失规律，为南方红壤侵蚀区不同郁闭度马尾松低效林的改造和经营提供技术支撑。

1 研究区概况

研究区位于福建省长汀县河田镇(25°33′～25°48′N，116°18′～116°31′E)。属中亚热带季风性气候，年均气温18.79 °C，年平均降雨量1 737 mm，年均蒸发量1 444 mm，年均无霜期260 d。降雨多集中在5—7月，11—12月降雨最少。冬季受干燥少雨，夏季湿润多雨，干湿季分明，灾害性天气较多。该区土壤为粗晶花岗岩风化发育的山地红壤，含砂量高，结构疏松，抗蚀性差[4]。

2 研究方法

2.1 径流小区的布设

在长汀河田镇黄坑村同一坡面的马尾松林内布设径流小区，坡度23°，坡向东南，海拔340 m。根据郁闭度的不同，布设了5个径流小区，区内马尾松林分郁闭度分别为0.40、0.30、0.25、0.20和0.15，分别记为C-0.40、C-0.30、C-0.25、C-0.20和C-0.15模式。小区规格20 m×5 m，水平投影面积100 m2。每个径流小区均以水泥预制板为界，预制板露出地表20～25 cm，埋深15～20 cm。下坡边处筑内径尺寸深20 cm、顶宽30 cm、底宽20 cm的集水槽。小区下设径流池和分流池，径流池长、宽、深分别为2.5 m、0.8 m、1.0 m；设10个分流孔，分流池长、宽、深分别为1.5 m、0.8 m、1.0 m。所有样地前期均为强度侵蚀区，于2003年马尾松飞播造林并封育管理。2012年在马尾松林下套种油茶，栽植密度2 m ×3.2 m。

2.2 径流小区产流产沙和养分流失量监测

在径流小区附近设置HOBO雨量计自动记录试验区降水量。2013年9月1日至2014年8月31日，降雨结束或期间量测并记录径流量。每次采样时，用清洁竹竿充分搅匀后在不同部位多点采样。用清洁广口瓶取样，供分析测试用。水样取完后，拧开径流池底的阀门排尽径流水，将径流池底的淤泥全部称重，并取样烘干。完成后清洗径流池。分别在2013年10月、2014年1月、4月和7月进行4次取样，测定其氮和磷的含量。全氮测定采用开氏定氮法；全磷测定用钼锑抗比色-分光光度法[5]。

氮磷流失量=氮磷含量×泥沙量。

3 结果与分析

3.1 气温及降雨分布特征

试验地监测期年均气温19.55 ℃，最高温为8月的27.75 ℃；最低温为12月的8.07 ℃。监测期间年降雨量1 540.3 mm。从试验地降雨量的年内动态来看，月降雨量峰值出现在5月，为361.6 mm；最小降雨量出现在1月，仅为7.9 mm(图1)。试验地降雨量主要集中在春夏两季，占年降雨量的78.49%；秋冬两季较为干旱，仅分别占年降雨量的7.36%和14.15%。

图1 试验地2013年9月至2014年8月气温和降雨量月动态变化

3.2 不同郁闭度马尾松林下套种油茶的养分流失特征

不同套种模式氮年流失量为33.52～41.18 kg·hm-2·a-1，其中C-0.40模式年全氮流失量33.52 kg·hm-2·a-1，C-0.30、C-0.25、C-0.20和C-0.15模式年全氮流失量分别比C-0.40模式增加6.52%、19.31%、14.05%和22.85%，表明随着林分郁闭度的减少，氮流失量表现为增加的趋势(图2)。不同油茶套种模式磷年流失量16.09～19.79 kg·hm-2·a-1，其中C-0.40模式年氮流失量17.26 kg·hm-2·a-1，除了C-0.30模式磷年流失量小于C-0.40模式，C-0.25、C-0.20和C-0.15模式年磷流失量分别比C-0.40模式增加5.33%、4.46%和14.66%。

图2 氮和磷的流失量

3.3 不同郁闭度马尾松林下套种油茶的产流产沙特征

不同郁闭度马尾松林下套种油茶模式产流和产沙量的季节变化与降雨量的分布基本一致，产流量和产沙量主要集中在春夏两季，春夏两季的产流和产沙量平均约占全年的84.85%和86.58%，最大产流产沙量均出现在5月，而在降雨量极少的10月和1月，均未出现径流和产沙(图3)。

图3 径流量和泥沙量的月动态变化

监测期间降雨共145次，其中引起径流小区产流41次，占总降雨次数的28.28%。C-0.40模式年产流量最低，随着马尾松林分郁闭度提高，径流量逐渐减少。C-0.30、C-0.25、C-0.20和C-0.15别比C-0.40增加了2.42%、10.11%、14.00%和17.93%(表2)。随着郁闭度减少径流系数表现为逐渐增加趋势。不同郁闭度马尾松林下套种油茶模式年产沙量307.82～365.10 kg，其中C-0.15年产沙量最大，分别比C-0.40、C-0.30、C-0.25和C-0.20高52.14 kg、57.28 kg、16.79 kg和24.12 kg。

表1 不同郁闭度马尾松林下套种油茶产流产沙特征

4 讨论与小结

降雨是影响产流产沙量的直接因素，一般来说，产流产沙量随着降雨的增大而增加，这在许多研究中已被广泛报道[4,6-8]。本研究区年内降雨分布不均，降雨量集中的春夏两季产流和产沙量平均约占全年的84.85%和86.58%。

本研究中，随着马尾松郁闭度逐渐增高，产流产沙量呈逐渐减少趋势，这与刘训呈[9]的研究结论一致，他们认为更茂密的林冠层能有效减少降水对地表的直接冲刷强度，进而减轻地表的产流产沙量。

土壤养分流失是造成水体富营养化的最根本原因，也是导致土壤养分流失严重和高度贫瘠化的重要因素[10]。不同郁闭度马尾松林下套种模式对养分流失量的影响存在差异，C-0.40模式有着最小的全氮年流失量，随着郁闭度的减小，全氮年流失量随之增加；C-0.30模式有最小的全磷年流失量，而后随着郁闭度的减小，全磷年流失量也随之增加。

总的来说，郁闭度高于0.30的产流产沙及养分流失明显低于郁闭度小于0.30的林分，这表明在郁闭度小于0.30的马尾松林下不适宜套种油茶，可能会产生新的水土流失，而在郁闭度大于0.30马尾松可采取林下套种油茶措施，并适度推广。