油茶林不同水保措施徑流及產沙特征研究

黃雍容，高偉，黃石德，李建民，林捷

(福建省林業科學研究院，福建 福州 350012)

油茶(Camelliaoleifera)是我國重要的經濟林樹種之一，在南方地區在增加林農經濟收入中占有相當重要的地位[1，2]。目前，長汀縣油茶林面積超過7 000 hm2，同時在長汀縣中輕度侵蝕區進行油茶林的經營開發，也具有很大的風險，不合理的油茶林的經營模式，往往會產生新的水土流失，惡化當地的生態環境，無益于地方經濟的可持續發展[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進行5年的野外定位觀測，研究油茶不同水保措施的產流產沙特征，為南方紅壤侵蝕區開展油茶林的經營開發利用提供技術支撐。

1 研究區概況

研究區位于福建省長汀縣河田鎮，25°33′—25°48′ N，116°18′—116°31′ E。位于武夷山脈南段，屬中亞熱帶季風性氣候，冬季受冷高壓影響，偏北風強勁，干燥少雨，夏季受副熱帶高壓控制，多偏南風，濕潤多雨，常受臺風影響，干濕兩季分明，災害性天氣較多。多年平均降雨量1 737 mm，年均蒸發量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 ℃。該地區土壤為粗晶花崗巖風化發育的山地丘陵紅壤，含沙量大，從剖面看，缺少腐殖質層，絕大部分山地露出淀積層，有的甚至露出母質層和基巖層。據1983年調查，該鎮水土流失面積占44.65%，其中強度流失面積占流失總面積的58.93%，是我國南方花崗巖地區最典型的水土流失地之一[6]。

2 研究方法

2.1 徑流小區的布設

研究區坡度為23°，坡向西南，海拔325 m。本研究共設置了6個徑流小區，每個小區規格為20 m×5 m，水平投影面積100 m2，均以水泥預制板作為邊界，預制板露出地表20～25 cm，埋深為15～20 cm。下坡邊筑集水槽，集水槽的內徑尺寸：深20 cm，頂寬30 cm，底寬20 cm。小區下設一個徑流池和一個分流池，徑流池長寬深分別為2.5 m、0.8 m和1.0 m，設10個分流孔，分流池長寬深為1.5 m、0.8 m和1.0 m，假設下滲率30%，設計的最大降雨量為200 mm。所有樣地前期均為強度侵蝕區，于2003年馬尾松飛播造林，由于2010年發生火災形成火燒跡地。所有類型樣地均于2011年環山等高按株行距2 m×3 m定點，將定點位置1.2 m×1.2 m范圍內樹根、草根等徹底挖除，翻到外沿墊起作為支撐，形成一個1.2 m×1.2 m的小平臺。所有類型樣地均為2012年種植油茶，栽植密度為2 m ×3.2 m。

本文布設的6個徑流小區分別為前埂后溝+梯壁不種草(A)、前埂后溝+梯壁種草(B)、內斜式平臺+梯壁不種草(C)、內斜式平臺+梯壁種草(D)、正常小平臺+梯壁不種草(E)和內斜式平臺+梯壁種草(F)。其中A和B模式于2013年4月在小平臺內側挖深寬均為30 cm的蓄水溝，外側作埂，埂高15 cm；C和D模式于2013年4月對小平臺進行改造，梯面內斜、內斜坡度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地的基本概況

2.2 徑流小區產流產沙觀測

在徑流小區內設置HOBO雨量計自動記錄試驗區的降水量，2014年1月1日—2018年12月31日，降雨結束或期間進行徑流量測并記錄徑流量，每次采樣時，先用清潔竹竿充分攪勻徑流水，然后進行不同部位多點采樣，轉入清潔廣口瓶中，貼上標簽，供分析測試用。取完水樣后，擰開每個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行全部稱重，并取樣供干。完成后將徑流池清洗干凈，按常規方法開始測定徑流量和泥沙量。

3 結果與分析

3.1 氣溫及降雨分布特征

3.1.1 氣溫及降雨年際動態變化 如圖1所示，試驗地2014—2018年均氣溫為19.51±0.06 ℃，其變異系數(即年均氣溫的標準差除以年均氣溫)為0.66%。從試驗地氣溫的年內動態變化來看，其氣溫年內變化呈現單峰曲線，其月均最高溫度出現在7月(27.6 ℃)，而月最低溫出現在1月(9.8 ℃)。試驗地2014—2018年均降雨量為1 932±192 mm，其變異系數(即年均降雨量的標準差除以年均降雨量)為22.19%。試驗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在2016年，達到2 537 mm；而年均降雨量最低出現在2014年，僅為1 467 mm，最高降雨量是最低降雨量的1.73倍。從試驗地降雨量的年內動態變化來看，其月降雨量峰值出現在5月，達到329 mm，而月降雨量谷值則出現在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動態變化。總體來說，試驗地降雨量主要集中在春夏兩季，其合計占年降雨量的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 試驗樣地2014—2018年氣溫和降雨量月動態變化

3.1.2 產流產沙降雨特征 如表2所示，監測期間共計降雨825次，其中引起小區產流的230次，占總降雨次數的27.88%。其中2016年產流次數最多，達到了57次；而2018年產流次數最少，為40次，相差17次。觀測期間(2014—2018)年均產流降雨量為1647±197 mm，占觀測期間年降雨量的85.26%±2.42%。年均產流降雨量峰值與谷值出現的時間與降雨量出現的時間基本一致，產流降雨量峰值出現在2016年(2 345 mm)，谷值出現在2014年(1 204 mm)。觀測期間產流降雨量主要集中在春夏季節，兩季占年產流降雨量的72.96%；而秋冬兩季產流降雨量較少，僅占年產流降雨量的27.04%，這與觀測期內降雨量的季節變化特征一致。

表2 引起產流的降雨特征

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%。表明觀測期間模式A有最小的產流量，同時隨著施用時限的延長，該模式緩減產流的效果更為明顯。采取梯壁植草后的模式B、模式D和模式F觀測期間的平均產流量分別為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%，這也進一步表明了梯壁植草措施長期應用對減少產流仍然效果明顯。

圖2 不同水保措施徑流量及徑流系數的動態變化

觀測期間模式A、模式C和模式E的平均徑流系數分別為9.6%、10.8%和11.9%。與2014年相比，2018年上述模式徑流系數分別減少了35.1%、27.7%和21.4%。表明觀測期間模式A徑流系數最小。采取梯壁植草后的模式B、模式D和模式F觀測期間的平均徑流系數分別為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，觀測期間模式A、模式C和模式E的平均土壤侵蝕模數分別為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分別減少了24.9%、12.4%和9.9%。表明觀測期間模式A有最小的土壤侵蝕模數，同時隨著施用時限的延長，該模式緩減產沙的效果更為明顯。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%，這也進一步表明了梯壁植草措施長期應用對減少產沙仍然效果明顯。

圖3 不同水保措施土壤侵蝕模數的動態變化

4 小結

試驗小區內年際降雨、年內季節降雨分布不均，降雨量主要集中在春夏兩季，約占全年總量的70%以上。本研究產流降雨峰值和谷值出現的時間與降雨出現的時間基本一致，表明降雨量的季節動態變化是主要的驅動力。

與其他水保措施相比，前埂后溝模式有最小的產流產沙量、徑流系數，其次為內斜式模式，正常小平臺則最大，這與張靖宇等(2014)報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論相符[7]。此外，對不同水保措施產流產沙量的動態分析，也發現前埂后溝模式對產流產沙的削弱作用最為明顯，也進一步證明了前埂后溝模式應用效果的穩定性。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。