黃豆坡耕地改植板栗林后對(duì)水土流失的影響

黃承標(biāo)，韋宏民，韋智衛(wèi)，梁 運(yùn)，韋國(guó)鈞，韋義尤

(1．廣西大學(xué) 林學(xué)院，廣西 南寧530005;2．東蘭縣退耕還林工作辦公室，廣西 東蘭547400)

(責(zé)任編輯 徐素霞)

板栗(Castanea mollissima)是我國(guó)優(yōu)良的干果樹種和重要的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)林樹種，全國(guó)26 個(gè)省市均有分布。近年來(lái)，我國(guó)科技工作者在板栗研究方面取得了較顯著的成果，發(fā)表有關(guān)板栗研究的學(xué)術(shù)論文多篇，這些文獻(xiàn)主要從板栗的良種選育、栽培技術(shù)、低產(chǎn)林改造、病蟲害防治、嫁接技術(shù)與管理、施肥、營(yíng)養(yǎng)成分等方面進(jìn)行了研究，但是有關(guān)退耕后板栗林地水土流失狀況的研究少見報(bào)道。廣西東蘭縣是全國(guó)“板栗之鄉(xiāng)”之一，實(shí)施退耕還林工程后，一部分陡坡耕地退耕改植為板栗人工林。我們根據(jù)退耕還林工程效益監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，于2006—2009年對(duì)退耕后改為板栗林地的水土流失規(guī)律進(jìn)行了研究，以期為推動(dòng)該縣乃至周邊地區(qū)板栗產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于廣西東蘭縣東部約35 km 的丘陵地帶，據(jù)東蘭縣氣象站(地理位置107°22'E、24°31'N ，海拔286．5 m)資料，年均氣溫20．1 ℃，最熱月7月均溫27．3 ℃，最冷月1月均溫11．0 ℃，極端低溫－2．4 ℃，極端高溫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 %，年均蒸發(fā)量為1 370．7 mm，年均相對(duì)濕度79%，年均日照時(shí)數(shù)1 527．1 h，年均風(fēng)速1．1 m/s，無(wú)霜期361 d，屬南亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候［1］。

研究地原為種植黃豆(Glycine max)的坡耕地，為了實(shí)施退耕還林工程，于2005年將黃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種類基本相似，灌木層以野牡丹(Melastoma candidum)、地桃花(Urena lobata)、杜莖山(Maesa japonica)、掌葉榕(Ficus simplicissima)為優(yōu)勢(shì)種，高度0．5 ～1．0 m，蓋度10% ～25%;草本層以弓果黍(Cyrtococcum patens)、雀稗(Paspalum thunbergii)、五節(jié)芒(Miscanthus floridulus)、纖毛鴨嘴草(Ischaemum ciliare)為優(yōu)勢(shì)種，高度0．1 ～0．7 m，蓋度15% ～60%。研究地土壤為磚紅壤性紅壤，厚度80 cm 以上。對(duì)研究地土壤理化性質(zhì)的測(cè)定表明［2］，0—100 cm 土壤容重為0．876 ～1．398 g/cm3，土壤總孔隙度為47．7% ～51．5%，其中土壤非毛管孔隙度占1/4 ～1/3，土壤pH 值為4．14 ～4．62，有機(jī)質(zhì)含量1．28 ～3．87 g/kg，全氮、全磷和全鉀含量分別為0．74～2．28、0．22 ～0．36 和6．69 ～20．68 g/kg。以未退耕黃豆坡耕地作為對(duì)照。

2 研究方法

2．1 地表徑流場(chǎng)的設(shè)置

在廣西東蘭縣常樂(lè)村相同海拔高度(246 m)、同一坡向(NE)共設(shè)置3 個(gè)徑流小區(qū)，其中2 個(gè)為不同坡度的退耕板栗林地，1 個(gè)為對(duì)照黃豆坡耕地，各小區(qū)概況見表1。每個(gè)徑流小區(qū)的規(guī)格為5 m×10 m，由隔水墻、集流溝、引水槽、接水池和排水設(shè)施等部分組成，用火磚及高標(biāo)號(hào)水泥建造，接水池內(nèi)徑為1．0 m(寬)×1．0 m(長(zhǎng))×1．0 m(高)。

表1 徑流小區(qū)概況(2009年12月調(diào)查)

2．2 水土流失量的觀測(cè)

每次降雨后，于次日8 時(shí)，用鋼尺測(cè)量徑流小區(qū)接水池中4 個(gè)底角的徑流水高度，計(jì)算平均值，然后再計(jì)算出1 次降雨過(guò)程的地表徑流量(mm)。每次測(cè)量完接水池中的產(chǎn)流高度后，全部排出池中的渾水，并用塑料壺收取水樣帶回室內(nèi)，經(jīng)沉淀求算其泥沙含量;同時(shí)，將接水池內(nèi)的淤泥全部取出稱量，經(jīng)烘干求算泥沙流失量(kg/hm2)。每年按不同雨量級(jí)各取水土流失量樣品，按國(guó)頒標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定其主要養(yǎng)分(N、P、K)含量［3］。

2．3 統(tǒng)計(jì)分析方法

根據(jù)觀測(cè)資料數(shù)據(jù)，采用Excel 和SPSS 軟件進(jìn)行制圖及統(tǒng)計(jì)分析。運(yùn)用DPS、SAS、SPSS 等統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、平均數(shù)差異顯著性檢驗(yàn)及回歸分析等。

3 結(jié)果與分析

3．1 地表徑流量的變化

森林地表徑流量是森林水土保持效益評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，其數(shù)值大小集中地反映了不同植被類型涵養(yǎng)水源、保持水土功能的強(qiáng)弱。由表2 可看出，研究區(qū)各徑流小區(qū)年均地表徑流量變化在117．1 ～142．1 mm 之間，徑流系數(shù)為10．1% ～12．2%。從退耕后的板栗林來(lái)看，坡度大的(板栗②)年地表徑流量(142．1 mm)要比坡度小的(板栗①)年地表徑流量(117．1 mm)大21．3%，經(jīng)過(guò)平均數(shù)的差異顯著性檢驗(yàn)，t =3．323 7 ＞t0．05=3．182 4，達(dá)到顯著水平，表明地表徑流量隨坡度的增大而增加。

表2 黃豆坡耕地改植板栗林后地表徑流量及降雨量的年變化

再比較坡度相當(dāng)?shù)狞S豆坡耕地與板栗①的地表徑流量可看出，板栗①(117．1 mm)＜黃豆坡耕地(125．5 mm)，即退耕后的板栗林年地表徑流量比未退耕地減少6．7%。對(duì)退耕和未退耕兩種小區(qū)年均地表徑流量進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果為t =2．158 8 ＜t0．05=3．182 4，差異不顯著，表明黃豆坡耕地退耕為板栗林后對(duì)減少地表徑流量具有一定的作用，但效果不明顯。

地表徑流量的季節(jié)變化，各小區(qū)表現(xiàn)相一致，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，地表徑流量夏季(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，表明該區(qū)地表徑流主要發(fā)生在夏季，其次在春、秋季節(jié)，冬季幾乎為零。這與該區(qū)降雨量的季節(jié)變化為夏季(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 土壤侵蝕量的變化

由表3 可看出，研究區(qū)各小區(qū)年均土壤侵蝕量在314．9 ～509．9 kg/hm2之間，年均變異系數(shù)為17．8%～21．6%。從退耕后的板栗林來(lái)看，坡度大的(板栗②)年土壤侵蝕量為427．5 kg/hm2，比坡度小的(板栗①)314．9 kg/hm2增加35．8%，經(jīng)過(guò)平均數(shù)的差異顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果為t =8．032 6 ＞t0．01=5.840 9，達(dá)到極顯著水平，表明土壤侵蝕量隨坡度的增大而顯著增加。

表3 黃豆坡耕地改植板栗林后土壤侵蝕量的年變化

再?gòu)钠露认喈?dāng)?shù)狞S豆坡耕地與退耕后的板栗①的土壤侵蝕量來(lái)看，板栗①(314．9 kg/hm2)＜黃豆坡耕地(509．9 kg/hm2)，即退耕后的板栗林地年土壤侵蝕量比未退耕地減少34．2%。對(duì)退耕和未退耕兩種小區(qū)年均土壤侵蝕量進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果為t =9.404 2 ＞t0．01=5．840 9，差異達(dá)到極顯著水平，表明黃豆坡耕地退耕為板栗林后對(duì)減少土壤侵蝕量的作用極為顯著。這是黃豆坡耕地每年實(shí)施松土除草等人為經(jīng)營(yíng)措施而導(dǎo)致大量土壤流失的緣故。

土壤侵蝕量的季節(jié)變化特征，各小區(qū)表現(xiàn)相一致。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，土壤侵蝕量夏季(占58．6% ～76．4%)＞春季(占13．1% ～24．1%)＞秋季(占11．1% ～17．1%)＞冬季(0)，表明該區(qū)土壤侵蝕主要發(fā)生在夏季，其次在春、秋季節(jié)，冬季幾乎為零。這一變化規(guī)律與地表徑流量的季節(jié)變化相類似。

3．3 養(yǎng)分流失量的變化

水土養(yǎng)分流失量受地表徑流量(又稱液體流失量)和泥沙流失量(又稱固體流失量)兩者的綜合影響。由表4 可看出，研究區(qū)各徑流小區(qū)年均水土主要養(yǎng)分(N、P、K)流失量變化在0．348 ～0．560 kg/hm2之間，年均變異系數(shù)為17．4% ～21．9%。從黃豆坡耕地退耕后的板栗林來(lái)看，坡度大的(板栗②)年水土養(yǎng)分流失量為0．471 kg/hm2，比坡度小的(板栗①)(0．348 kg/hm2)增加35．3%。經(jīng)過(guò)平均數(shù)的差異顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果為t=8．155 4 ＞t0．01=5．840 9，達(dá)到極顯著水平，表明水土養(yǎng)分流失量隨坡度的增大而增加的趨勢(shì)極為顯著。

再?gòu)钠露认喈?dāng)?shù)狞S豆坡耕地與退耕后的板栗林(板栗①)的水土養(yǎng)分流失量來(lái)看，板栗①(0．348 kg/hm2)＜黃豆坡耕地(0．560 kg/hm2)，即實(shí)施退耕后的板栗林地年養(yǎng)分流失量比未退耕地減少了37．9%。通過(guò)對(duì)退耕和未退耕兩種小區(qū)的年均水土養(yǎng)分流失量進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果為t = 9．292 7 ＞t0．01=5.840 9，差異達(dá)到極顯著水平，表明黃豆坡耕地退耕為板栗林后對(duì)減少養(yǎng)分流失量的作用極大。

表4 黃豆坡耕地改植板栗林后水土養(yǎng)分流失量的年變化

水土養(yǎng)分流失量的季節(jié)變化特征與地表徑流量和土壤流失量的季節(jié)變化趨勢(shì)相似，均為夏季＞春季＞秋季＞冬季，表明該區(qū)水土養(yǎng)分流失量主要受水土流失量的大小和降雨量的季節(jié)變化所左右。

3．4 地表徑流量與降雨量的關(guān)系

對(duì)4年連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)一次降雨過(guò)程(即當(dāng)日早上8 時(shí)至次日早上8 時(shí)，與降雨量同步)，各小區(qū)分別產(chǎn)生地表徑流46 次。用5 種數(shù)學(xué)模型(直線、冪、指數(shù)、對(duì)數(shù)、多項(xiàng)式)對(duì)地表徑流量與降雨量進(jìn)行擬合，以決定系數(shù)(R2)最大者作為選取的最佳模型。各植被類型一次產(chǎn)流過(guò)程的地表徑流量(y)與降雨量(x)的關(guān)系均以多項(xiàng)式模型為最佳(圖1—3)，分別為

因此，可以通過(guò)一次降雨過(guò)程的降雨量來(lái)預(yù)測(cè)同期的地表徑流量。

4 小 結(jié)

(1)連續(xù)4年在廣西東蘭縣對(duì)黃豆坡耕地退耕改植板栗林后的效益進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出退耕后的板栗林地表徑流量比未退耕的黃豆坡耕地減少6．7%，土壤流失量減少34．2%，主要養(yǎng)分流失量減少37．9%，表明該區(qū)實(shí)施退耕還林工程后的生態(tài)效益是顯著的。

圖1 板栗①地表徑流量與降雨量的關(guān)系

圖2 板栗②地表徑流量與降雨量的關(guān)系

圖3 黃豆坡耕地地表徑流量與降雨量的關(guān)系

(2)各植被類型水土流失量與降雨量的季節(jié)變化相匹配，均以夏季流失為主，占全年流失總量的58.6% ～76．4%;其次是春季和秋季，各占20%左右;冬季流失幾乎為零。一次降雨過(guò)程的地表徑流量與同期降雨量呈緊密的多項(xiàng)式相關(guān)關(guān)系，因此可以用不同雨量級(jí)來(lái)預(yù)測(cè)地表徑流量。

(3)在實(shí)施板栗退耕還林工程研究中發(fā)現(xiàn)，坡度對(duì)水土流失量的影響顯著，研究得出坡度為35．2°比坡度26．0°的水土流失量增大21．3% ～35．8%。由此可進(jìn)一步證明，在25°以上坡地耕作會(huì)引起嚴(yán)重的水土流失。

［1］李艷蘭，何慧，黃雪松．南寧市近50年氣候變化特征［J］．廣西大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，32(2):159－162．

［2］黃承標(biāo)，李保平，賴家業(yè)，等．桂西北主要退耕還林模式土壤水文－物理性質(zhì)研究［J］．水土保持通報(bào)，2009，29(3):108－112，169．

［3］鮑士旦．土壤農(nóng)化分析［M］．北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2005．