黃雍容，高偉，黃石德，李建民，林捷

(福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012)

油茶(Camelliaoleifera)是我國重要的經(jīng)濟(jì)林樹種之一，在南方地區(qū)在增加林農(nóng)經(jīng)濟(jì)收入中占有相當(dāng)重要的地位[1，2]。目前，長汀縣油茶林面積超過7 000 hm2，同時(shí)在長汀縣中輕度侵蝕區(qū)進(jìn)行油茶林的經(jīng)營開發(fā)，也具有很大的風(fēng)險(xiǎn)，不合理的油茶林的經(jīng)營模式，往往會(huì)產(chǎn)生新的水土流失，惡化當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，無益于地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[3]。而在坡地上修筑梯田，是我國主要的水土保持工程措施，它能有效減緩地面坡度，減少徑流沖刷，增加降水就地入滲與攔蓄[4,5]。因此，本文通過建立徑流小區(qū)進(jìn)行5年的野外定位觀測(cè)，研究油茶不同水保措施的產(chǎn)流產(chǎn)沙特征，為南方紅壤侵蝕區(qū)開展油茶林的經(jīng)營開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省長汀縣河田鎮(zhèn)，25°33′—25°48′ N，116°18′—116°31′ E。位于武夷山脈南段，屬中亞熱帶季風(fēng)性氣候，冬季受冷高壓影響，偏北風(fēng)強(qiáng)勁，干燥少雨，夏季受副熱帶高壓控制，多偏南風(fēng)，濕潤多雨，常受臺(tái)風(fēng)影響，干濕兩季分明，災(zāi)害性天氣較多。多年平均降雨量1 737 mm，年均蒸發(fā)量1 444 mm，降雨主要集中在5—7月，11—12月降雨量最少。年均氣溫18.79 ℃，7月和8月的平均氣溫在全年中最高，分別為27.4 ℃和27.5 ℃。該地區(qū)土壤為粗晶花崗巖風(fēng)化發(fā)育的山地丘陵紅壤，含沙量大，從剖面看，缺少腐殖質(zhì)層，絕大部分山地露出淀積層，有的甚至露出母質(zhì)層和基巖層。據(jù)1983年調(diào)查，該鎮(zhèn)水土流失面積占44.65%，其中強(qiáng)度流失面積占流失總面積的58.93%，是我國南方花崗巖地區(qū)最典型的水土流失地之一[6]。

2 研究方法

2.1 徑流小區(qū)的布設(shè)

研究區(qū)坡度為23°，坡向西南，海拔325 m。本研究共設(shè)置了6個(gè)徑流小區(qū)，每個(gè)小區(qū)規(guī)格為20 m×5 m，水平投影面積100 m2，均以水泥預(yù)制板作為邊界，預(yù)制板露出地表20～25 cm，埋深為15～20 cm。下坡邊筑集水槽，集水槽的內(nèi)徑尺寸：深20 cm，頂寬30 cm，底寬20 cm。小區(qū)下設(shè)一個(gè)徑流池和一個(gè)分流池，徑流池長寬深分別為2.5 m、0.8 m和1.0 m，設(shè)10個(gè)分流孔，分流池長寬深為1.5 m、0.8 m和1.0 m，假設(shè)下滲率30%，設(shè)計(jì)的最大降雨量為200 mm。所有樣地前期均為強(qiáng)度侵蝕區(qū)，于2003年馬尾松飛播造林，由于2010年發(fā)生火災(zāi)形成火燒跡地。所有類型樣地均于2011年環(huán)山等高按株行距2 m×3 m定點(diǎn)，將定點(diǎn)位置1.2 m×1.2 m范圍內(nèi)樹根、草根等徹底挖除，翻到外沿墊起作為支撐，形成一個(gè)1.2 m×1.2 m的小平臺(tái)。所有類型樣地均為2012年種植油茶，栽植密度為2 m ×3.2 m。

本文布設(shè)的6個(gè)徑流小區(qū)分別為前埂后溝+梯壁不種草(A)、前埂后溝+梯壁種草(B)、內(nèi)斜式平臺(tái)+梯壁不種草(C)、內(nèi)斜式平臺(tái)+梯壁種草(D)、正常小平臺(tái)+梯壁不種草(E)和內(nèi)斜式平臺(tái)+梯壁種草(F)。其中A和B模式于2013年4月在小平臺(tái)內(nèi)側(cè)挖深寬均為30 cm的蓄水溝，外側(cè)作埂，埂高15 cm；C和D模式于2013年4月對(duì)小平臺(tái)進(jìn)行改造，梯面內(nèi)斜、內(nèi)斜坡度5°；B、D和F模式于2013年4月在梯壁植百喜草。其樣地概況具體見表1所示。

表1 油茶幼林不同水保措施試驗(yàn)地的基本概況

2.2 徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙觀測(cè)

在徑流小區(qū)內(nèi)設(shè)置HOBO雨量計(jì)自動(dòng)記錄試驗(yàn)區(qū)的降水量，2014年1月1日—2018年12月31日，降雨結(jié)束或期間進(jìn)行徑流量測(cè)并記錄徑流量，每次采樣時(shí)，先用清潔竹竿充分?jǐn)噭驈搅魉缓筮M(jìn)行不同部位多點(diǎn)采樣，轉(zhuǎn)入清潔廣口瓶中，貼上標(biāo)簽，供分析測(cè)試用。取完水樣后，擰開每個(gè)徑流池底排水凹槽處連通管的蓋子，抽排徑流水，排完后將將徑流池底的淤泥進(jìn)行全部稱重，并取樣供干。完成后將徑流池清洗干凈，按常規(guī)方法開始測(cè)定徑流量和泥沙量。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣溫及降雨分布特征

3.1.1 氣溫及降雨年際動(dòng)態(tài)變化 如圖1所示，試驗(yàn)地2014—2018年均氣溫為19.51±0.06 ℃，其變異系數(shù)(即年均氣溫的標(biāo)準(zhǔn)差除以年均氣溫)為0.66%。從試驗(yàn)地氣溫的年內(nèi)動(dòng)態(tài)變化來看，其氣溫年內(nèi)變化呈現(xiàn)單峰曲線，其月均最高溫度出現(xiàn)在7月(27.6 ℃)，而月最低溫出現(xiàn)在1月(9.8 ℃)。試驗(yàn)地2014—2018年均降雨量為1 932±192 mm，其變異系數(shù)(即年均降雨量的標(biāo)準(zhǔn)差除以年均降雨量)為22.19%。試驗(yàn)地年均降雨量的變異明顯高于氣溫，2014—2018年間，年均降雨量最高出現(xiàn)在2016年，達(dá)到2 537 mm；而年均降雨量最低出現(xiàn)在2014年，僅為1 467 mm，最高降雨量是最低降雨量的1.73倍。從試驗(yàn)地降雨量的年內(nèi)動(dòng)態(tài)變化來看，其月降雨量峰值出現(xiàn)在5月，達(dá)到329 mm，而月降雨量谷值則出現(xiàn)在2月，僅為63 mm，月降雨量峰值是谷值的5.26倍，表明其降雨量有明顯的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化?？傮w來說，試驗(yàn)地降雨量主要集中在春夏兩季，其合計(jì)占年降雨量的71.68%，而秋冬兩季則較為干旱，僅分別占年降雨量的15.72%和12.60%。

圖1 試驗(yàn)樣地2014—2018年氣溫和降雨量月動(dòng)態(tài)變化

3.1.2 產(chǎn)流產(chǎn)沙降雨特征 如表2所示，監(jiān)測(cè)期間共計(jì)降雨825次，其中引起小區(qū)產(chǎn)流的230次，占總降雨次數(shù)的27.88%。其中2016年產(chǎn)流次數(shù)最多，達(dá)到了57次；而2018年產(chǎn)流次數(shù)最少，為40次，相差17次。觀測(cè)期間(2014—2018)年均產(chǎn)流降雨量為1647±197 mm，占觀測(cè)期間年降雨量的85.26%±2.42%。年均產(chǎn)流降雨量峰值與谷值出現(xiàn)的時(shí)間與降雨量出現(xiàn)的時(shí)間基本一致，產(chǎn)流降雨量峰值出現(xiàn)在2016年(2 345 mm)，谷值出現(xiàn)在2014年(1 204 mm)。觀測(cè)期間產(chǎn)流降雨量主要集中在春夏季節(jié)，兩季占年產(chǎn)流降雨量的72.96%；而秋冬兩季產(chǎn)流降雨量較少，僅占年產(chǎn)流降雨量的27.04%，這與觀測(cè)期內(nèi)降雨量的季節(jié)變化特征一致。

表2 引起產(chǎn)流的降雨特征

3.2 油茶林不同水保措施徑流特征

如圖2所示，觀測(cè)期間模式A、模式C和模式E的平均徑流量分別為15.8、17.9和19.5 m3。與2014年相比，2018年上述模式徑流量分別減少了18.0%、8.6%和0.6%。表明觀測(cè)期間模式A有最小的產(chǎn)流量，同時(shí)隨著施用時(shí)限的延長，該模式緩減產(chǎn)流的效果更為明顯。采取梯壁植草后的模式B、模式D和模式F觀測(cè)期間的平均產(chǎn)流量分別為13.5、15.4和17.4 m3，分別比模式A、模式C和模式E分別減少了14.9%、13.8%和10.6%，這也進(jìn)一步表明了梯壁植草措施長期應(yīng)用對(duì)減少產(chǎn)流仍然效果明顯。

圖2 不同水保措施徑流量及徑流系數(shù)的動(dòng)態(tài)變化

觀測(cè)期間模式A、模式C和模式E的平均徑流系數(shù)分別為9.6%、10.8%和11.9%。與2014年相比，2018年上述模式徑流系數(shù)分別減少了35.1%、27.7%和21.4%。表明觀測(cè)期間模式A徑流系數(shù)最小。采取梯壁植草后的模式B、模式D和模式F觀測(cè)期間的平均徑流系數(shù)分別為8.2%、9.4%和10.6%，分別比模式A、模式C和模式E分別減少了14.9%、13.4%和10.8%。

3.3 油茶林不同水保措施輸沙量特征

如圖3所示，觀測(cè)期間模式A、模式C和模式E的平均土壤侵蝕模數(shù)分別為1 521.3、1 708.4和1 858.0 t·km-2·a-1。與2014年相比，2018年上述模式土壤侵蝕模數(shù)分別減少了24.9%、12.4%和9.9%。表明觀測(cè)期間模式A有最小的土壤侵蝕模數(shù)，同時(shí)隨著施用時(shí)限的延長，該模式緩減產(chǎn)沙的效果更為明顯。采取梯壁植草后的模式B、模式D和模式F觀測(cè)期間的平均徑流量分別為1 266.9 、1 465.1和1 623.6 m3，分別比模式A、模式C和模式E分別減少了16.7%、14.2%和12.6%，這也進(jìn)一步表明了梯壁植草措施長期應(yīng)用對(duì)減少產(chǎn)沙仍然效果明顯。

圖3 不同水保措施土壤侵蝕模數(shù)的動(dòng)態(tài)變化

4 小結(jié)

試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)年際降雨、年內(nèi)季節(jié)降雨分布不均，降雨量主要集中在春夏兩季，約占全年總量的70%以上。本研究產(chǎn)流降雨峰值和谷值出現(xiàn)的時(shí)間與降雨出現(xiàn)的時(shí)間基本一致，表明降雨量的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化是主要的驅(qū)動(dòng)力。

與其他水保措施相比，前埂后溝模式有最小的產(chǎn)流產(chǎn)沙量、徑流系數(shù)，其次為內(nèi)斜式模式，正常小平臺(tái)則最大，這與張靖宇等(2014)報(bào)道贛北紅壤坡地前埂后溝水平梯田有最好的減流效益的結(jié)論相符[7]。此外，對(duì)不同水保措施產(chǎn)流產(chǎn)沙量的動(dòng)態(tài)分析，也發(fā)現(xiàn)前埂后溝模式對(duì)產(chǎn)流產(chǎn)沙的削弱作用最為明顯，也進(jìn)一步證明了前埂后溝模式應(yīng)用效果的穩(wěn)定性。另一方面，不同水保措施采用梯壁植草措施均有明顯的減流減沙的效果。