坡地雷竹林不同墾復(fù)方式地表徑流和氮素養(yǎng)分流失特征研究

高志勤 胡緒海

( 1 寧波城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 景觀生態(tài)環(huán)境學(xué)院 浙江寧波 315100；2 浙江省奉化市林特技術(shù)服務(wù)推廣總站 浙江奉化 315500 )

坡地雷竹林不同墾復(fù)方式地表徑流和氮素養(yǎng)分流失特征研究

高志勤1胡緒海2

( 1 寧波城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 景觀生態(tài)環(huán)境學(xué)院 浙江寧波 315100；2 浙江省奉化市林特技術(shù)服務(wù)推廣總站 浙江奉化 315500 )

運(yùn)用定位監(jiān)測(cè)研究了雷竹林不同墾復(fù)方式(塊狀墾復(fù)、沿等高線帶狀墾復(fù)和全墾)下地表徑流量和氮素養(yǎng)分流失狀況。結(jié)果表明：墾復(fù)措施在一定程度上減少了地表徑流，與未墾復(fù)林地相比，塊狀墾復(fù)減少幅度最大，平均減少23.49%；帶狀墾復(fù)次之，減少18.93%；全墾減少幅度7.52%。就土壤中全氮養(yǎng)分的維持而言，塊墾效果優(yōu)于帶墾，帶墾好于全墾；不同墾復(fù)方式對(duì)土壤中銨態(tài)氮含量的維持有一定差異，但差異未達(dá)到顯著水平。不同墾復(fù)方式徑流中的泥沙量由大到小的順序?yàn)椋喝珘?未墾復(fù)(對(duì)照)>帶墾>塊墾；塊墾和帶墾分別較全墾減少泥沙流失10.60%和8.02%，林地的水土保持效益十分明顯。

雷竹林；耕墾方式；林地墾復(fù)；地表徑流；氮素養(yǎng)分

雷竹(Phyllostachypraecox)又名早園竹，是禾本科竹亞科剛竹屬竹種，是江浙蘇皖地區(qū)優(yōu)良筍用散生竹種之一，分布廣，適應(yīng)性強(qiáng)，利用價(jià)值高。雷竹林也是浙江省寧波市的重要經(jīng)濟(jì)竹種，目前種植面積約4 866.7 hm2，其中集約經(jīng)營(yíng)的雷竹林面積達(dá)678.78 hm2。雷竹林覆蓋栽培的產(chǎn)量可以達(dá)到21.50萬～32.24萬t/hm2，扣除成本純收入達(dá)到17.40萬～26.85萬元/hm2，是其他經(jīng)濟(jì)作物種植效益的5～6倍。施肥、林地墾復(fù)、林下割灌除雜等經(jīng)營(yíng)技術(shù)是雷竹林集約經(jīng)營(yíng)的主要措施，也是提高竹林經(jīng)濟(jì)效益的主要技術(shù)手段。雷竹林雖然不具有明顯的大小年生長(zhǎng)節(jié)律，但是連年高強(qiáng)度的耕作、施肥等已使得林地出現(xiàn)退化現(xiàn)象。為克服林地退化問題，浙江省寧波雷竹主產(chǎn)區(qū)自2010年以來有計(jì)劃地開展了覆蓋栽培試驗(yàn)并推廣新型覆蓋模式，運(yùn)用釀熱性質(zhì)較好、輕型的有機(jī)物料如谷殼、礱糠等作為覆蓋材料，同時(shí)林地施入諸如豬糞、鴨泥等有機(jī)肥料以增加土壤養(yǎng)分和土壤溫度。每年11月中下旬集中覆蓋，翌年1月上中旬即可出筍，2月上中旬可大量上市，滿足了居民市場(chǎng)需求，成為當(dāng)?shù)囟居绕涫谴汗?jié)蔬菜市場(chǎng)的主要林產(chǎn)品。

目前，寧波雷竹產(chǎn)區(qū)集約經(jīng)營(yíng)與粗放經(jīng)營(yíng)并重，由于勞動(dòng)力成本逐年上升，以及市場(chǎng)波動(dòng)、氣候異常等多重因素影響，有相當(dāng)一部分雷竹林結(jié)構(gòu)衰敗，竹筍、竹材產(chǎn)量下降，陡坡林地倒竹、翻蔸現(xiàn)象普遍，不但造成林相景觀功能下降，也對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能發(fā)揮產(chǎn)生不利影響。針對(duì)集約經(jīng)營(yíng)措施，以林地墾復(fù)翻耕為控制因素，在緩坡地分別塊狀墾復(fù)、沿等高線帶狀墾復(fù)、全墾等3種墾復(fù)方式，設(shè)置地表徑流場(chǎng)，分析地表徑流與墾復(fù)措施、覆蓋條件、土壤理化性質(zhì)及地形因素之間的關(guān)系，為雷竹林的合理經(jīng)營(yíng)方式選擇提供依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況和樣地設(shè)置

1.1.1 研究區(qū)概況

浙江寧波奉化市山地總面積約801.58 km2，竹林資源十分豐富。試驗(yàn)樣地設(shè)置在奉化市大堰鎮(zhèn)、具有20多年雷竹經(jīng)營(yíng)歷史的萬竹西堡岙村，該區(qū)地處北緯29°24′31″—29°24′33″、東經(jīng)121°19′28″—121°20′31″，屬于天臺(tái)山和四明山脈的交匯地帶，試驗(yàn)區(qū)距離奉化、寧波市區(qū)分別為19 km和51 km。試驗(yàn)區(qū)域?qū)僦衼啛釒夂騾^(qū)，多年平均氣溫14.8～17.7 ℃，年均降水量為1 257～1 380 mm。當(dāng)?shù)乩字窳值慕?jīng)營(yíng)年限約為20～30年，約有40%～60% 的山坡雷竹林進(jìn)行以施肥、墾復(fù)、林下除雜等措施的集約化經(jīng)營(yíng)。

1.1.2 樣地設(shè)置

雷竹純林密度約850～1 070株/667 m2，郁閉度0.8～0.9，不進(jìn)行鉤梢處理，3年進(jìn)行1次擇伐。根據(jù)雷竹林墾復(fù)方式、經(jīng)營(yíng)年限和坡地條件，選擇不同墾復(fù)方式的雷竹林為試驗(yàn)樣地。調(diào)查雷竹林近年來的施肥狀況，尤其是氮肥主要是尿素、碳銨和復(fù)合肥的施用情況，磷肥主要是過磷酸鈣、復(fù)合肥等施用情況。林地墾復(fù)主要在每年9月至10月間進(jìn)行，主要目的是清除林下灌木和草本植物，改變林地土壤結(jié)構(gòu)狀況，為冬季施肥、覆蓋創(chuàng)造條件，同時(shí)也能改善土壤環(huán)境，為鞭根生長(zhǎng)提供良好的水肥氣熱環(huán)境。樣地基本情況見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.2.1 坡地徑流場(chǎng)建造

根據(jù)坡地雷竹林分布、經(jīng)營(yíng)狀況、立竹密度等選擇不同坡向、坡位林地，建立沿山坡長(zhǎng)20 m、沿等高線寬10 m的坡地徑流場(chǎng)[1]，共建設(shè)4只標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)。

1.2.2 坡地雷竹林墾復(fù)試驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)雷竹林經(jīng)營(yíng)習(xí)慣和施肥、墾復(fù)方式，采用塊狀墾復(fù)、沿等高線條狀墾復(fù)、全墾等3種墾復(fù)方式作為試驗(yàn)處理，以粗放經(jīng)營(yíng)雷竹林作為對(duì)照樣地(CK)。

表1 雷竹林樣地基本情況

1.2.3 地表徑流量和泥沙量收集

根據(jù)林內(nèi)降雨特性和徑流產(chǎn)生特征，對(duì)每一徑流場(chǎng)進(jìn)行全年監(jiān)測(cè)，選擇觀測(cè)時(shí)段和采樣階段。本文研究徑流和輸沙的監(jiān)測(cè)時(shí)間段分別為：2016-05-12—2016-07-27，共77 d。在觀測(cè)階段的最后一天，在流水堰的外池通過閥門放出所有徑流液，現(xiàn)場(chǎng)用大量筒測(cè)量體積后，取出1 000 mL裝入集水瓶，加入2～3滴甲醛防腐，當(dāng)天攜帶回實(shí)驗(yàn)室，及時(shí)進(jìn)行過濾，烘干稱重，通過按徑流體積和取樣水分體積之比，以及樣品中的含沙量進(jìn)行換算，求出徑流含沙量，加上徑流池內(nèi)的泥沙沉積量，累加作為該觀測(cè)階段的產(chǎn)沙量。

1.2.4 徑流水中氮素養(yǎng)分測(cè)定與數(shù)據(jù)處理

測(cè)定徑流水樣中的全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、酸堿度(pH值)、總酸度等指標(biāo)以及泥沙含量。具體測(cè)定方法為：全氮含量測(cè)定采用半微量凱氏法；銨態(tài)氮含量測(cè)定采用鈉氏試劑比色法；硝態(tài)氮含量測(cè)定采用酚二磺酸比色法；酸堿度用電位法測(cè)定，總酸度測(cè)定采用中和滴定法[1-2]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2003整理歸類后，應(yīng)用DPSV7.05版統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行回歸分析、方差分析和多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1 坡地徑流產(chǎn)生量和氮素養(yǎng)分流失量

地表徑流量受林分結(jié)構(gòu)、林分類型、立地環(huán)境、土壤質(zhì)地和經(jīng)營(yíng)措施等多種因素的影響[3-4]。雷竹林不同墾復(fù)方式的徑流量和氮素流失量的測(cè)定結(jié)果見表2。從表2不難發(fā)現(xiàn)，墾復(fù)在一定程度上減少了地表徑流的產(chǎn)生，與未墾復(fù)林地比較，塊狀墾復(fù)減少幅度最大，平均達(dá)到23.49%；沿等高線2 m間隔的帶狀墾復(fù)次之，為18.93%；全墾略有減少，但是減少幅度僅為7.52%。徑流水樣的pH值變化范圍是6.02～6.65，屬于微酸性至中性范圍；水樣總酸度變化區(qū)間為0.056～0.085 mmol/L，其中全墾徑流水樣總酸度最高，未墾復(fù)林地高于塊墾和帶墾，pH值的變化規(guī)律與總酸度基本一致。墾復(fù)林地地表徑流中全氮養(yǎng)分的變動(dòng)范圍為0.004 10～0.005 32 mg/kg，其中全墾徑流全氮含量最高，帶墾次之，塊墾最小，未墾復(fù)高于塊墾。因此，從全氮養(yǎng)分維持來說，塊墾效果優(yōu)于帶墾，帶墾好于全墾。林地墾復(fù)與否對(duì)徑流中銨態(tài)氮含量的影響不大，而不同墾復(fù)方式間徑流中銨態(tài)氮含量有一定差異，全墾高于帶墾，帶墾又大于塊墾，但差異未達(dá)到顯著水平(P<0.05)。徑流中硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)帶墾>全墾>塊墾>未墾復(fù)對(duì)照的特征，方差分析顯示，帶墾與全墾差異不顯著，它們分別與塊墾差異顯著，帶墾、全墾、塊墾與對(duì)照未達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

由于調(diào)查試驗(yàn)的雷竹林普遍采用夏季5—6月施用有機(jī)肥，秋冬季施無機(jī)肥經(jīng)營(yíng)模式，輸入土壤的有機(jī)肥料較多，通過有機(jī)質(zhì)的腐殖化過程增加土壤養(yǎng)分。與徑流中的銨態(tài)氮相比，硝態(tài)氮高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，可能與施用硝態(tài)氮肥如硝酸鉀、含硝復(fù)合肥較多有關(guān)。另外，也與林地墾復(fù)促使林地硝化細(xì)菌活躍、分解更多的硝酸鹽離子有關(guān)，徑流水樣中氮素的變化對(duì)水質(zhì)量產(chǎn)生影響。

表2 雷竹林地表徑流量及徑流中的氮素養(yǎng)分含量

注：樣地1、2分布在大堰西堡岙后山東北坡，樣地3、4、5分布在后山東坡，觀測(cè)時(shí)段和采樣時(shí)間相同，水樣化學(xué)分析當(dāng)天測(cè)定完成。

2.2 徑流輸沙量及變化

大尺度的土地利用和森林植被變化對(duì)流域降雨產(chǎn)水、產(chǎn)沙產(chǎn)生明顯影響[5]，小尺度的林分結(jié)構(gòu)、經(jīng)營(yíng)措施和地面覆被狀況也對(duì)林地產(chǎn)沙量產(chǎn)生影響。地表徑流攜帶輸沙是造成土壤侵蝕、質(zhì)量下降的直接原因，經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度越高，坡度越大，地表覆被越低，在持續(xù)強(qiáng)降雨的外力驅(qū)動(dòng)下，極易誘發(fā)水土流失。分析顯示(表3)，塊墾方式徑流的輸沙量平均為44.132 kg/hm2，帶墾平均為45.404 kg/hm2，全墾為49.362 kg/hm2。徑流輸沙量由大到小的順序?yàn)椋喝珘?未墾復(fù)(對(duì)照)>帶墾>塊墾；全墾高出對(duì)照2.07%，帶墾較對(duì)照減少6.12%，塊墾較對(duì)照減少8.74%，塊墾較帶墾減少2.80%；塊墾、帶墾2種墾復(fù)方式分別較全墾減少?gòu)搅鬏斏?0.60%和8.02%，林地的水土保持效益十分明顯。說明帶墾和塊墾方式均有利于減少侵蝕發(fā)生，全墾不利于土壤保持。

表3 雷竹林不同墾復(fù)方式的徑流輸沙量

根據(jù)2016年5月12日至2016年7月27日期間觀測(cè)的林內(nèi)降水量、徑流量及徑流輸沙量數(shù)據(jù)分析顯示，徑流量與降水量呈線性正相關(guān)(Q=0.378P+5.12，R2=0.765)，徑流輸沙量與降水量、徑流量呈現(xiàn)線性相關(guān)(S=-0.024P+0.285Q-0.873，R2=0.813)，輸沙量與觀測(cè)期徑流量關(guān)系更密切，而與降水量關(guān)聯(lián)不密切。由此看出，不同經(jīng)營(yíng)方式尤其是土壤耕作措施對(duì)于地表徑流及輸沙量影響深刻，總體上表現(xiàn)為林地小斑塊狀的耕翻，保留間隔帶的墾復(fù)能增加水土保持能力，有利于增加地面粗糙度和植被覆蓋，減少漫流發(fā)生，增加水分入滲透，減少土壤沖刷。不同墾復(fù)方式與土壤物理、化學(xué)環(huán)境的變化有關(guān)，其變化的機(jī)制可能與土壤通氣狀況、熱量變化及微生物活動(dòng)有一定關(guān)系。

3 小結(jié)與討論

丘陵坡地植被覆蓋率增加、坡耕地減少在一定程度上可以減輕小流域產(chǎn)流、產(chǎn)沙和輸沙現(xiàn)象的發(fā)生，雷竹林作為江浙蘇皖等亞熱帶丘陵山區(qū)的重要經(jīng)濟(jì)林種[6]，在產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)，也發(fā)揮了水源涵養(yǎng)和水土保持等多種功能。土壤作為雷竹鞭根、筍芽生長(zhǎng)更新的物質(zhì)基礎(chǔ)和養(yǎng)分供給載體，其土壤保持和水源涵養(yǎng)功能與經(jīng)營(yíng)方式有著密切關(guān)系。土壤氮素含量是表征土壤生產(chǎn)力和養(yǎng)分水平高低的重要尺度，而徑流損失和強(qiáng)度則是水土保持和水源涵養(yǎng)能力的直接綜合表現(xiàn)，與林分結(jié)構(gòu)、植被經(jīng)營(yíng)狀況和立地條件有密切關(guān)系。

目前，關(guān)于土壤侵蝕的研究成果較多，主要涉及不同類型植被和土地覆被狀況[7-8]。不同森林和經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，林分的經(jīng)營(yíng)管理措施、耕作方式也對(duì)土壤徑流產(chǎn)生深刻影響，人為經(jīng)營(yíng)干擾下的雷竹林，隨著經(jīng)營(yíng)年限的增加，尤其是在多年連續(xù)集約經(jīng)營(yíng)措施實(shí)施下，改變了土壤的微生物、物理環(huán)境，對(duì)于土壤侵蝕的特征產(chǎn)生深刻影響，甚至?xí)鹜寥佬再|(zhì)劣變、土壤流失、養(yǎng)分失衡現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而影響其林地質(zhì)量和林分可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。

定位研究表明，坡地雷竹林徑流和氮素?fù)p失特征具有季節(jié)性, 同時(shí)與經(jīng)營(yíng)方式關(guān)系密切。對(duì)比不同墾復(fù)方式對(duì)于徑流量及土壤侵蝕量、氮素養(yǎng)分狀態(tài)的損失影響，得出塊狀墾復(fù)減少地表徑流的幅度最大，平均達(dá)到23.49%；沿等高線2 m間隔的帶狀墾復(fù)次之，為18.93%；全墾僅為7.52%。全墾徑流全氮含量最高，帶墾次之，塊墾最小，未墾復(fù)高于塊墾。水樣總酸度變化區(qū)間為0.056～0.085 m mol/L，徑流中全氮養(yǎng)分的變動(dòng)范圍為0.004 10～0.005 32 mg/kg，從徑流量、輸沙量與林內(nèi)降水量、林地墾復(fù)方式等之間的變化關(guān)系，揭示出徑流量與降水量呈線性正相關(guān)(Q=0.378P+5.12，R2=0.765)，徑流輸沙量與降水量、徑流量呈現(xiàn)線性相關(guān)(S=-0.024P+0.285Q-0.873，R2=0.813)。從氮素養(yǎng)分的損失可反映土壤肥力演變，研究結(jié)果可為改良雷竹林分經(jīng)營(yíng)方式、合理施肥和坡耕地管理提供理論參考。

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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)

Phyllostachyspraecox, tillage manners, stands reclamation, surface runoff, nitrogen nutrient

2016年度寧波市自然科學(xué)基金項(xiàng)目“雷竹筍用林土壤酸度演變特征及其反饋機(jī)制的研究”(編號(hào)：2016A610037)。

高志勤，男，副教授，博士，研究方向?yàn)樯?、觀賞植物培育與利用。E-mail: 996974867@qq.com。

10.13640/j.cnki.wbr.2017.03.002