摘要：掌握馬尾松 Pinus massoniana林轉(zhuǎn)換為香榧Torreya grandis 林對(duì)地表徑流及氮磷流失的影響，可為人工林經(jīng)營(yíng)管理提供一定的基礎(chǔ)。在浙江省東陽(yáng)市林業(yè)總場(chǎng)設(shè)置馬尾松林、香榧幼齡林和香榧中齡林3種處理徑流小區(qū)，全面監(jiān)測(cè)2023年地表徑流量，分析徑流水中不同形態(tài)氮、磷濃度，并計(jì)算養(yǎng)分流失量。結(jié)果表明：地表徑流量大小為馬尾松林（218.0 m3·hm?2）＞香榧幼齡林（206.0 m3·hm?2）＞香榧中齡林（157.0 m3·hm?2）；地表氮流失量大小為香榧幼齡林（806.56 g·hm?2）＞香榧中齡林（582.80 g·hm?2）＞馬尾松林（159.89 g·hm?2），磷流失量大小為香榧幼齡林（265.55 g·hm?2）＞香榧中齡林（183.57 g·hm?2）＞馬尾松林（48.72 g·hm?2）。與馬尾松林相比，香榧幼、中齡林地表徑流量分別減少了5.5%和22.5%，而氮流失量增加了4.04倍和2.65倍，磷流失量增加了4.45倍和2.77倍。綜上，馬尾松林改造成香榧林后降低了地表徑流，但增加氮、磷流失量，隨著香榧林齡的增大，地表徑流及氮、磷流失量隨之降低。

關(guān)鍵詞：地表徑流；氮；磷；馬尾松林；香榧林

中圖分類(lèi)號(hào)：S157文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：0253?2301（2024）04?0034?05

DOI：10.13651/j.cnki.fjnykj.2024.04.006

Impact of the Transformation of Pinus Massoniana into Torreya grandis Forest on the Surface

Runoff and the Loss of Nitrogen and Phosphorus

HU Wen-cui1 ，TANG Zhang-xuan2 ，LI Yong-lei1 ，YUAN Zheng-liang1 ，HE Ming1 ，WU Jia-sen2 ，JIANG Tao1*

（1. Forestry General Farm inDongyang City， Dongyang， Zhejiang 32210， China;2. School of Environmental andResource Sciences， Zhejiang A & F University， Hangzhou， Zhejiang 311300， China）

Abstract： Mastering the impact of converting Pinus massoniana forest to Torreya grandis forest on the surface runoffand the nitrogen and phosphorus loss could provide a certain foundation for the artificial forest management. Threetypes of runoff treatment plots， namely Pinus massoniana forest， youngTorreya grandis forest， and middle-agedTorreya grandis forest， were set up at the Forestry General Farm in Dongyang City， Zhejiang Province. The surfacerunoff in 2023 was comprehensively monitored， and the concentrations of different forms of nitrogen and phosphorusin the runoff were analyzed， and the nutrient loss was calculated. The results showed that the amount of surface runoffwas as follows： Pinus massoniana forest （218.0 m3·hm?2）＞young Torreya grandis forest （206.0 m3·hm?2）＞middle-aged Torreya grandis forest （157.0 m3·hm?2）. The amount of surface nitrogen loss was as follows： young Torreyagrandis forest （806.56 g·hm?2）＞middle-aged Torreya grandis forest （582.80 g·hm?2）＞Pinus massoniana （159.89g·hm?2）， while the amount of phosphorus loss was as follows： young Torreya grandis forest （265.55 g·hm?2）＞middle-aged Torreya grandis forest （183.57 g·hm?2）＞Pinus massoniana forest （48.72 g·hm?2）. Compared with the Pinus massonianaforest， thesurface runoff of youngand middle-agedTorreya grandisforestsdecreased by 5.5% and 22.5%， respectively， while the nitrogen loss increased by 4.04 and 2.65 times， and phosphorus loss increased by 4.45 and 2.77 times. In summary， the transformation of Pinus massoniana forest into Torreya grandis forest reduced the surface runoff， but increased the loss of nitrogen and phosphorus. As the age of Torreya grandis forest increased， the amount of surface runoff and nitrogen and phosphorus loss decreased.

Key words： Surface runoff；Nitrogen；Phosphorus；Pinus massoniana forest ；Torreya grandis forest

地表徑流是森林水文過(guò)程的表征，也是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的氮、磷來(lái)源之一，因此受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的持續(xù)關(guān)注。森林地表徑流氮、磷的流失受降水、地形、森林類(lèi)型等多重因素的綜合影響[1]，其中森林類(lèi)型中由于樹(shù)種組成、郁閉度、經(jīng)營(yíng)措施等的不同，導(dǎo)致地表徑流氮、磷濃度和流失量的差異。與針葉林、針闊混交林相比，常綠闊葉林可以有效降低地表徑流量和氮輸出[2]；闊葉林地表磷流失量顯著高于針葉林[1]；間伐顯著降低了杉木林和闊葉林地表徑流，而對(duì)氮、磷流失的影響不顯著[3]；蒙古櫟間伐強(qiáng)度為25%的徑流量為最大[4]；與割草相比，翻耕除草的梨園徑流氮、磷流失量顯著增加了68.4%和85.7%[5]。毛竹林下種植香榧、南方紅豆杉、朱砂根后顯著降低了地表徑流及氮、磷流失量[6]；而有關(guān)森林轉(zhuǎn)換對(duì)地表徑流及氮、磷流失的影響則鮮有報(bào)道。

香榧Torreya grandis cv.Merrillii為我國(guó)特有的珍稀干果和木本糧油常綠樹(shù)種，原產(chǎn)于東陽(yáng)、嵊州、諸暨、柯橋等地。21世紀(jì)初，香榧種植具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，栽培面積逐年增大，有較多的天然次生林和馬尾松林被改造成為香榧林。已有研究表明天然次生林改造成香榧林后土壤有機(jī)碳下降了27.2%～50.5%[7]，毛竹林轉(zhuǎn)換為香榧林后土壤有效磷含量顯著增加[8]，而有關(guān)馬尾松林改造成香榧林后地表徑流及氮、磷流失特征尚不明晰，不同林齡香榧林地表徑流氮、磷流失規(guī)律也尚不清楚。因此，本研究通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)，定位監(jiān)測(cè)馬尾松林和香榧幼、中齡林地表徑流，研究森林轉(zhuǎn)換對(duì)地表徑流氮、磷輸出的影響，以期掌握香榧人工林氮、磷流失規(guī)律，為人工林的經(jīng)營(yíng)管理提供一定的基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

位于浙江省東陽(yáng)市林業(yè)總場(chǎng)黃皮嶺分場(chǎng)（29°17′28"N ，120°40′24"E），屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。年均溫度為15.2℃ ， 最熱月7月平均溫度25.6℃ ， 最冷月1月平均溫度4.1℃ ， 極端最高和最低氣溫分別為36.9℃、?11.6℃ ， 年均相對(duì)濕度80.4%。土壤為發(fā)育于花崗巖的紅壤土類(lèi)。2023年不同月份降雨量及氣溫見(jiàn)圖1。

1.2研究方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)基于國(guó)有林場(chǎng)森林經(jīng)營(yíng)檔案和全面踏查的基礎(chǔ)上，選擇馬尾松林及由該林分改造而來(lái)的香榧幼齡林（9年）和中齡林（22年）等3種森林類(lèi)型作為樣地，不同樣地的坡度、坡向、海拔相似，基本情況見(jiàn)表1。2021年7月，在各樣地中分別設(shè)置長(zhǎng)20.0 m 、寬5.0 m 的徑流小區(qū)，在小區(qū)的上坡邊與兩長(zhǎng)邊用水泥隔板砌成擋水墻（高出地表20 cm），下坡邊筑集水溝并連接到徑流池（2 m ×1 m×1 m），用于收集地表徑流[9]。為減少建設(shè)過(guò)程中土壤擾動(dòng)對(duì)地表徑流的影響，標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)建成后，試運(yùn)行1年半，于2023年開(kāi)始正式定位監(jiān)測(cè)。香榧林每年施肥2次，分別于3月中旬和10月上旬進(jìn)行，年施肥量為有機(jī)肥（N ︰P2O5︰ K2O=2.5︰2.0︰1.0）2250 kg·hm?2，復(fù)合肥（N ︰ P2O5︰ K2O=18.0︰18.0︰18.0）750 kg·hm?2。每年于10月中旬在果實(shí)采收前割草1次。馬尾松林則處于天然狀態(tài)，不進(jìn)行人為干擾。

1.2.2采樣與分析待降雨產(chǎn)生徑流后，測(cè)量徑流池水深，然后將池中的水?dāng)嚢杈鶆?，取水?000 mL；采樣后放干池中水并洗凈，用于下一次降雨時(shí)收集徑流。

將水樣帶回實(shí)驗(yàn)室后分成兩份，一份直接用于測(cè)定總氮（TN）、總磷（TP）濃度，另一份用0.45μm 濾膜抽濾后用于測(cè)定銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3?-N）、可溶性磷（DP）濃度。采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定總氮濃度，鉬酸銨分光光度法測(cè)定總磷濃度，流動(dòng)分析儀法測(cè)定 NH4+-N 、NO3?-N 、DP [10]濃度。

氮=磷流失量=∑ni-1 Ci根 Vi

式中： Ci 為第 i 次徑流水中總氮/總磷的濃度； Vi 為第 i 次徑流水的體積。

1.2.3數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用 SPSS 22進(jìn)行方差分析和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，使用 Excel 2016作圖。

2結(jié)果與分析

2.1不同林分地表徑流量分析

由圖2可知，2023年6月至9月共產(chǎn)生6次地表徑流，7月11日的地表徑流量較大，而8月21日的徑流量則較少，年地表徑流量大小表現(xiàn)為馬尾松林（218.0 m3·hm?2）＞香榧幼齡林（206.0 m3·hm?2）＞香榧中齡林（157.0 m3·hm?2）。與馬尾松林相比，香榧幼齡林和中齡林的年地表徑流量分別減少了5.5%和22.5%。

2.2不同林分地表徑流氮濃度分析

由圖3可知，不同林分地表徑流水中總氮、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮濃度在一年中的變化規(guī)律基本相似，香榧幼、中齡林氮濃度以6月24日最高，馬尾松林氮濃度則保持相對(duì)穩(wěn)定，介于0.69～0.79 mg·L?1，不同形態(tài)平均氮濃度大小均表現(xiàn)為香榧幼齡林＞香榧中齡林＞馬尾松林，總氮平均濃度分別為3.86、3.65、0.74 mg·L?1。

2.3不同林分地表徑流磷濃度分析

由圖4可知，不同林分地表徑流水中總磷和可溶性磷濃度以8月24日為最高?？偭灼骄鶟舛却笮橄汩加g林（1.30 mg·L?1）＞香榧中齡林（1.16 mg·L?1）＞馬尾松林（0.22 mg·L?1），可溶性磷平均濃度大小的排序與總磷相同，其濃度分別為0.31、0.28、0.05 mg·L?1。

2.4不同林分地表徑流氮、磷損失分析

由圖5可知，不同林分地表徑流總氮流失量大小表現(xiàn)為香榧幼齡林（806.56 g·hm?2）＞香榧中齡林（582.80 g·hm?2）＞馬尾松林（159.89 g·hm?2），總磷流失量大小為香榧幼齡林（265.55 g·hm?2）＞香榧中齡林（183.57 g·hm?2）＞馬尾松林（48.72 g·hm?2）。與馬尾松林相比，香榧幼齡林和中齡林氮流失量增加了4.04倍和2.65倍，磷流失量增加了4.45倍和2.77倍。

3討論

3.1林分改造對(duì)地表徑流的影響

馬尾松林改造為香榧林后地表徑流量減少了5.5%～22.5%，其中以香榧中齡林的徑流量為最少。這主要是林分類(lèi)型的轉(zhuǎn)變改變了森林生態(tài)系統(tǒng)的喬灌草層和土壤特征，這些特性顯著影響著森林地表徑流的發(fā)生和大小。喬灌草層具有截留降雨，降低和減小雨滴速度和擊濺力[11]。本研究中香榧中齡林的郁閉度為65%，比馬尾松林和香榧幼齡林高25%，高郁閉度的林冠有效降低了雨水對(duì)林地的直接沖擊，減少了徑流的產(chǎn)生，因此香榧中齡林的地表徑流量為最少，比馬尾松林減少了22.5%。土壤越疏松，越不容易產(chǎn)生地表徑流[12]，馬尾松林改造為香榧林及后期經(jīng)營(yíng)過(guò)程中的整地、松土等人為經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的實(shí)施，對(duì)土壤起到較好的疏松作用，有利于水分下滲，減少了地表徑流的產(chǎn)生，因此香榧幼齡林的地表徑流量略低于馬尾松林。本研究區(qū)林分的地表徑流量略低于福建省三明市的常綠闊葉林[1]，而與浙江省建德市常綠闊葉林和杉木林的地表徑流量[3]基本持平。

3.2林分改造對(duì)地表徑流氮、磷流失的影響

地表徑流是氮、磷流失主要載體[2]，流失量大小受地表徑流量、徑流水中養(yǎng)分濃度影響。本研究結(jié)果表明，香榧幼齡林、中齡林的地表徑流水不同形態(tài)氮、磷濃度均顯著高于馬尾松林，這與肥料施用顯著提高了山核桃林和雷竹林地表徑流水的氮、磷濃度[13?14]的研究結(jié)果相似。香榧人工林在經(jīng)營(yíng)過(guò)程中每年施用有機(jī)肥2250 kg·hm?2、復(fù)合肥750 kg·hm?2，施入的肥料一部分被香榧吸收利用和土壤固持外，其余則溶于水中隨地徑流流失，因此馬尾松林改造為香榧林后，地表徑流水中的氮、磷濃度顯著增大。雖然馬尾松林改造為香榧林后地表徑流有所下降，但養(yǎng)分濃度卻明顯升高，從而造成氮、磷流失量明顯高于馬尾松林，與馬尾松林相比，氮流失量增加了2.65～4.04倍，磷流失量增加了2.77～4.45倍，且幼齡林高于中齡林。該研究中馬尾松林地表徑流氮磷流失量低于浙江省建德市的杉木林和闊葉林[3]，磷流失量也低于福建省三明市的常綠闊葉林[1]，香榧林地表徑流氮、磷流失量低于雷竹林[13]、茶園[15]，和翻耕除草的梨園[5]，而高于山核桃林[14]，這可能是不同人工林的特性、施肥量及土壤類(lèi)型的差異所導(dǎo)致。

4結(jié)論

馬尾松林改造為香榧人工林后地表徑流量降低了5.5%～22.5%，氮磷流失量則分別增加了2.65～4.04、2.77～4.45倍，隨著林齡的增大，氮、磷流失量趨向于減少，在香榧林經(jīng)營(yíng)過(guò)程中需進(jìn)行測(cè)土配方施肥，從源頭上減少農(nóng)林業(yè)面源污染發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。本研究?jī)H進(jìn)行了1年的觀測(cè)，今后還需長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)施肥、除草等措施對(duì)氮磷流失的影響，進(jìn)一步研究馬尾松林改造為香榧林后土壤、枯落物的水源涵養(yǎng)功能，以期為林分改造對(duì)森林水文的影響提供數(shù)據(jù)支撐。

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（責(zé)任編輯：柯文輝）