山核桃林下不同植物配置模式水土保持功能的比較研究

鄭友苗，王云南，岳春雷，王珺，李賀鵬，楊 樂

（1. 國家林業(yè)局竹子研究開發(fā)中心，浙江 杭州 310012；2. 浙江省水利廳，浙江 杭州 310009；3. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

山核桃林下不同植物配置模式水土保持功能的比較研究

鄭友苗1，王云南2，岳春雷3，王珺3，李賀鵬3，楊 樂3

（1. 國家林業(yè)局竹子研究開發(fā)中心，浙江 杭州 310012；2. 浙江省水利廳，浙江 杭州 310009；3. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

為構(gòu)建山核桃（Carya cathayensis）林下高效水土保持植被，針對緩坡和陡坡兩種不同立地條件，2011年開展了山核桃林下不同配置模式水土保持功能的試驗研究。2013測定結(jié)果表明，山核桃林下配置植被均能不同程度地減輕水土流失，改善土壤理化性狀。與林下無植被相比，土壤流失減輕77% ~ 85%，土壤孔隙率增加6% ~ 15%，土壤抗剪強度增加18% ~ 49%，土壤有機質(zhì)、水解氮、有效磷、速鉀含量分別提高3% ~ 25%、3% ~ 20%、8% ~ 51%、4% ~ 18%。在立地條件較好的緩坡，山核桃＋芥菜、山核桃＋石蒜具有較高的水土保持效果；在立地條件較差的陡坡，山核桃＋大野豌豆＋紫云英、山核桃＋紫云英＋黑麥草、山核桃＋紫穗槐＋黑麥草的水土保持功能較好。

山核桃；配置模式；水土保持；侵蝕模數(shù)

山核桃（Carya cathayensis）為我國特有的高檔干果和木本油料樹種，主要分布在浙皖交界的天目山系[1]。2011年，山核桃林栽培面積89.3萬hm2[2]。但在生產(chǎn)過程中，為了果實采摘方便，大量施用草甘膦除草劑，林下灌木、雜草消失殆盡，原有的山核桃復(fù)層林轉(zhuǎn)變?yōu)閱螌恿?，從而使土壤裸露，水土流失嚴重，林地土壤受到中度至劇烈侵蝕，侵蝕模數(shù)在1 157 ~ 3 887 t/(km2·a)[3]。山核桃生態(tài)化經(jīng)營已刻不容緩。

林下植被作為森林生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分，在改良土壤、促進土壤養(yǎng)分循環(huán)、保持水土、涵養(yǎng)水源等方面具有獨特的功能和作用，尤其在結(jié)構(gòu)過于簡單的經(jīng)濟林中顯得尤為重要[4]。針對山核桃強度經(jīng)營導(dǎo)致林地水土流失，相關(guān)學(xué)者開展了山核桃林下植被調(diào)查、植物種類篩選、種植技術(shù)等研究[5~8]，在一定程度上改善了林地的生態(tài)環(huán)境，但對山核桃林下不同模式的水土保持效果沒有進行定量評價。本文通過野外對比試驗，篩選能有效降低土壤及養(yǎng)分流失、改良土壤的優(yōu)良配置模式，以期為山核桃林的生態(tài)化經(jīng)營提供技術(shù)支撐。

1 研究方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于臨安市湍口鎮(zhèn)。屬中亞熱帶濕潤型季風(fēng)氣候，年平均氣溫16.4℃，極端最高氣溫41.7℃，極端最低氣溫－13.3℃，年均降水量1 613.9 mm，無霜期237 d。在土層較厚、立地條件較好的緩坡（坡度20°）和土層瘠薄、立地條件較差的陡坡（坡度40°）各設(shè)立一個試驗區(qū)。試驗區(qū)內(nèi)土壤均為石灰土，山核桃林樹齡30 ~ 40 a，密度為300棵/hm2，郁閉度為0.7。由于長期施用除草劑，試驗區(qū)山核桃林下灌木、草本層已缺失。

1.2 試驗設(shè)計

2011年10月，針對立地條件的差異，分別在2個試驗區(qū)各設(shè)計5個配置模式，并進行種植。采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，每個模式的試驗小區(qū)面積為100 m2，3個重復(fù)，并設(shè)置對照區(qū)（林下無植被）。

1.2.1 緩坡試驗區(qū) 模式1：山核桃＋芥菜（Brassica jucea）。山核桃林下套種芥菜，芥菜種子45 kg/hm2；模式2：山核桃＋白車軸草（Trifolium repens），山核桃林下套種白車軸草，白車軸草種子用量45 kg/hm2；模式3：山核桃＋石蒜（Lycoris radiata），山核桃林下套種石蒜，種植密度為25株/m2；模式4：山核桃＋條葉榕（Ficus pandurata var. angustifolia）＋紫云英（Astragalus sinicus），山核桃林下套種條葉榕和紫云英，條葉榕沿等高線水平帶狀種植，種植寬度1 m，株間距為50 cm，帶間隔為2.5 m，紫云英種子用量45 kg/hm2；模式5：山核桃＋楊桐（Adinandra millettii）＋黑麥草，山核桃林下套種楊桐和黑麥草（Lolium perenne），楊桐種植密度為2 500株/hm2，黑麥草種子45 kg/hm2。

1.2.2 陡坡試驗區(qū) 模式1：山核桃＋大野豌豆（Vicia gigantea），山核桃林下套種大野豌豆，大野豌豆種子用量45 kg/hm2；模式2：山核桃＋大野豌豆＋紫云英，山核桃林下套種大野豌豆和紫云英，大野豌豆和紫云英的種子用量各為22.5 kg/hm2；模式3：山核桃＋黑麥草，山核桃林下套種黑麥草，黑麥草種子用量37.5 kg/hm2；模式4：山核桃＋紫云英＋黑麥草，山核桃林下套種紫云英和黑麥草，紫云英和黑麥草種子用量各為22.5 kg/hm2；模式5：山核桃＋紫穗槐（Amorpha fruticosa）＋黑麥草，紫穗槐沿等高線水平帶狀種植，種植寬度1 m，株間距為50 cm，帶間隔為2.5 m，黑麥草種子37.5 kg/hm2。

試驗區(qū)種植的草本植物枯萎后不進行收割，產(chǎn)生的種子供第二年自然繁育，不需重復(fù)播種。試驗區(qū)不施肥，不使用除草劑。

1.3 分析方法

1.3.1 土壤侵蝕模數(shù)測定 在坡面設(shè)置簡易水土流失觀測場，采用測釬法測定土壤流失厚度。將直徑0.5 ~ 1 cm、長50 ~ 100 cm類似釘子狀的鋼釬，按一定距離分上中下、左中右縱橫3排、共9根布設(shè)。定期觀測鋼釬出露地面的高度。將土壤流失厚度換算為土壤侵蝕模數(shù)，計算公式：

式中，M為侵蝕模數(shù)，Z為年均土壤侵蝕厚度（mm/a），r為土體容重（g/cm3）。

1.3.2 土壤物理性狀測定 測定指標包括土壤容重、土壤孔隙度、土壤抗剪強度。在各試驗小區(qū)和對照，于2013年9月進行隨機取樣，每個取樣點用環(huán)刀取5個原狀土樣。土壤容重用環(huán)刀法；土壤孔隙組成采用浸水法；土壤抗剪強度采用土工試驗規(guī)程SL237-1999規(guī)定進行測定。

1.3.3 土壤養(yǎng)分測定 2013年9月在不同小區(qū)，按“S”型布點，分別采集5個點的表層（0 ~ 20 cm）土樣，將其混合，然后采用四分法分取樣品1 kg左右?guī)Щ貙嶒炇?，去除石塊和植物根系等雜物，自然風(fēng)干后用于土壤養(yǎng)分的測定。測定指標包括土壤有機質(zhì)、水解氮、有效磷、速鉀。有機質(zhì)用硫酸-重鉻酸鉀外加熱法；水解氮采用堿解擴散法；有效磷用鹽酸氟化銨浸提—分光光度法；速效鉀用乙酸銨浸提—火焰光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植物配置模式的固土效果

山核桃林下植被減弱了降雨對土表的直接沖擊和侵蝕，山核桃和林下植物根系在土中交織，盤根錯節(jié)。因此，各個模式均能不同程度地起到固土的作用。對照(林下無植被)由于經(jīng)常進行除草，土壤坡面對雨水的沖刷幾乎沒有屏蔽，水土流失非常嚴重。在無林下植被條件下，緩坡和陡坡的土壤侵蝕模數(shù)分別達880 t/(km2·a)和1 240 t/(km2·a)。與對照相比，各個模式的固土效果均十分顯著（表1），土壤流失減輕77% ~ 85%。在緩坡的6個模式中，固土效果最佳的模式為山核桃＋石蒜，與對照相比土壤侵蝕模數(shù)下降了84.43%，其次為山核桃＋條葉榕＋紫云英；在陡坡的5個模式中，固土效果最佳的模式為山核桃＋大野豌豆＋紫云英，與對照相比土壤侵蝕模數(shù)下降了84.60%，其次為山核桃＋紫穗槐＋黑麥草、核桃＋紫云英＋黑麥草。

表1 山核桃林下不同植物配置模式下的土壤侵蝕模數(shù)和物理性狀Table 1 Soil erosion modulus and physical properties under C. cathayensis forest with different plant compositions

2.2 不同植物配置模式的土壤物理性狀

隨著林下植被的不斷生長，其根系向垂直和水平方向的不斷延伸，不但疏松了土壤，同時提高了土壤孔隙度，從而改善了林地土壤蓄水能力。不同模式下的土壤物理性狀見表 1。各個模式下的土壤容重與對照相比差別不大，均略有下降。與對照相比，各個模式下的土壤孔隙率提高了6% ~ 15%。在緩坡的6個模式中，土壤孔隙率最大的模式為山核桃＋石蒜，與對照相比提高了13.54%，其次為山核桃＋芥菜、山核桃＋條葉榕＋紫云英；在陡坡的5個模式中，土壤總孔隙率最大的模式為山核桃＋大野豌豆＋紫云英，與對照相比提高了14.75%，其次為山核桃＋紫云英＋黑麥草、山核桃＋大野豌豆。與對照相比，各個植物模式下的土壤抗剪強度增加幅度為18% ~ 49%。在緩坡的5個模式中，土壤抗剪強度最大的模式為山核桃＋條葉榕＋紫云英，其次為山核桃＋石蒜、山核桃＋楊桐＋黑麥草；在陡坡的5個模式中，土壤抗剪強度最大的模式為山核桃＋紫穗槐＋黑麥草，其次為山核桃＋紫云英＋黑麥草、山核桃＋大野豌豆＋紫云英。

2.3 不同植物配置模式的土壤養(yǎng)分狀況

由于山核桃林下植被根系的生長和枯落物的積累分解，林地土壤養(yǎng)分含量都得到了明顯改善（表 2）。與對照相比，不同模式的有機質(zhì)、水解氮、有效磷、速鉀增加幅度分別為3% ~ 25%、3% ~ 20%、8% ~ 51%、4% ~ 18%。

在緩坡的5個模式中（表2），土壤有機質(zhì)含量最高的模式為山核桃＋石蒜，與對照相比，提高了4.39 g/kg，提高幅度為13.21%，其次為山核桃＋條葉榕＋紫云英和山核桃＋楊桐＋黑麥草。山核桃＋芥菜模式土壤水解氮含量最高，比對照增加了15.07 mg/kg，其次為山核桃＋條葉榕＋紫云英和山核桃＋楊桐＋黑麥草；土壤有效磷含量最高的模式為山核桃＋石蒜，比對照高4.8 mg/kg，增加幅度40.81%，其次為山核桃＋芥菜、山核桃＋條葉榕＋紫云英；山核桃＋石蒜模式的速鉀含量最高，其次為山核桃＋條葉榕＋紫云英、山核桃＋芥菜。綜合分析各模式的土壤養(yǎng)分指標，緩坡保肥效果較好的模式為山核桃＋石蒜、山核桃＋條葉榕＋紫云英、山核桃＋芥菜。

在陡坡的5個模式中（表2），山核桃＋石蒜，土壤有機質(zhì)含量最高的模式為山核桃＋紫穗槐＋黑麥草，與對照相比提高了24.58%，其次為山核桃＋大野豌豆＋紫云英、山核桃＋紫云英＋黑麥草；土壤水解氮含量最高的模式為山核桃＋紫云英＋黑麥草，與對照相比提高了19.83%，其次為山核桃＋大野豌豆＋紫云英、山核桃＋紫穗槐＋黑麥草；土壤有效磷含量最高的模式為山核桃＋紫云英＋黑麥草，與對照相比提高了50.93%，其次為山核桃＋大野豌豆＋紫云英、山核桃＋紫穗槐＋黑麥草；速鉀含量最高的模式為山核桃＋大野豌豆＋紫云英，其次為山核桃＋紫云英＋黑麥草、山核桃＋大野豌豆。綜合分析以上各土壤養(yǎng)分指標，陡坡保肥效果較好的模式為山核桃＋大野豌豆＋紫云英、山核桃＋紫云英＋黑麥草、山核桃＋紫穗槐＋黑麥草。

表2 山核桃林下不同植物配置模式的土壤養(yǎng)分狀況Table 2 Soil nutrient under C. cathayensis forest with different plant compositions

3 結(jié)論與討論

山核桃分布的立地類型多種多樣。針對不同立地類型，構(gòu)建山核桃林下植被時，應(yīng)采用不同的植物種類和配置模式。對于生長在緩坡、土層深厚的山核桃林，優(yōu)先采用生態(tài)經(jīng)濟型的植物種類及配置模式，把山核桃林水土流失治理與發(fā)展林下經(jīng)濟緊密結(jié)合，在治理水土流失的同時，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟收益。在立地條件較好的緩坡試驗區(qū)，設(shè)計的配置模式多數(shù)能產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益，如林下套種的條葉榕、石蒜、芥菜、楊桐等植物均具有良好的經(jīng)濟價值。本文僅對各個模式的水土保持效果進行了比較，沒有對各個模式的經(jīng)濟收益進行測定。因此，在以后的研究中，應(yīng)從生態(tài)和經(jīng)濟方面對山核桃林下配置模式進行全面評價。

（1）山核桃林下植被均能不同程度地減輕水土流失，改善土壤理化性狀。與林下無植被相比，土壤流失減輕77% ~ 85%，土壤孔隙率增加6% ~ 15%，土壤抗剪強度增加18% ~ 49%，土壤有機質(zhì)、水解氮、有效磷、速鉀分別提高3% ~ 25%、3% ~ 20%、8% ~ 51%、4% ~ 18%。

（2）山核桃＋芥菜、山核桃＋條葉榕＋紫云英、山核桃＋石蒜在土層深厚、立地條件較好的緩坡水土保持較好；山核桃＋大野豌豆＋紫云英、山核桃＋紫云英＋黑麥草、山核桃＋紫穗槐＋黑麥草在土壤瘠薄、立地條件較差的陡坡水土保持較好。

[1] 陳世權(quán)，黃堅欽，黃興召，等. 不同母巖發(fā)育山核桃林地土壤性質(zhì)及葉片營養(yǎng)元素分析[J]. 浙江林學(xué)院學(xué)報，2010，27（4）：572－578.

[2] 王正加，黃興召，唐小華，等. 山核桃免耕經(jīng)營的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益[J]. 生態(tài)學(xué)報，2011，31（8）：2281－2289.

[3] 王云南. 浙江省典型經(jīng)濟林水土流失特征分析與防治措施優(yōu)化設(shè)計[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2011.

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Effect of Different Plant Compositions on Water and Soil Conservation under Carya cathayensis Forest

ZHENG You-miao1，WANG Yun-nan2，YUE Chun-lei3，WANG Jun3，LI He-peng3，YANG Le2
（1. China National Bamboo Research Center, Hangzhou 310012, China; 2. Zhejiang Water Resources Department, Hangzhou 310009, China; 3. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China）

Experiments were conducted in October of 2011 on different plant compositions under Carya cathayensis forest for water and soil conservation in Lin’an, Zhejiang province. Determinations in 2013 showed that different plant composition under C. cathayensis forest could reduce water and soil loss, and improve soil physical and chemical properties. Compared with no vegetation under forest(CK), soil loss decreased by 77%-85%, soil porosity increased by 6%-15%, shear strength of the soil increased by 18%-49%, soil organic matter content, hydrolytic nitrogen content, available phosphorus content, available potassium content by 3%-25%, 3%-20%, 8%-51% and 4%-18% in tested stands. In gentle slope, C. cathayensis+ Brassica juncea, C. cathayensis+ Lycoris radiata had good effect of soil and water conservation, and in steep hill, C. cathayensis + Vicia gigantea + Astragalus sinicus, C. cathayensis+ A. sinicus+ Lolium perenne, and C. cathayensis+ Amorpha fruticosa + Lolium perenne had better effect.

Carya cathayensis; configuration mode; water and soil conservation; erosion modulus

S727.3

A

1001-3776（2014）04-0072-04

2014-03-25；

2014-06-12

省院合作項目“山核桃林下高效水土保持植被構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（2011SY05）；浙江省水利廳“浙江省水土保持項目效益檢測評價和可持續(xù)治理模式研究”

鄭友苗（1979－），女，浙江溫州人，工程師，從事援外培訓(xùn)、林業(yè)經(jīng)濟究。