山核桃林下不同植物配置模式水土保持功能的比较研究

郑友苗，王云南，岳春雷，王珺，李贺鹏，杨 乐

（1. 国家林业局竹子研究开发中心，浙江 杭州 310012；2. 浙江省水利厅，浙江 杭州 310009；3. 浙江省林业科学研究院，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较研究

郑友苗1，王云南2，岳春雷3，王珺3，李贺鹏3，杨 乐3

（1. 国家林业局竹子研究开发中心，浙江 杭州 310012；2. 浙江省水利厅，浙江 杭州 310009；3. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

为构建山核桃（Carya cathayensis）林下高效水土保持植被，针对缓坡和陡坡两种不同立地条件，2011年开展了山核桃林下不同配置模式水土保持功能的试验研究。2013测定结果表明，山核桃林下配置植被均能不同程度地减轻水土流失，改善土壤理化性状。与林下无植被相比，土壤流失减轻77% ~ 85%，土壤孔隙率增加6% ~ 15%，土壤抗剪强度增加18% ~ 49%，土壤有机质、水解氮、有效磷、速钾含量分别提高3% ~ 25%、3% ~ 20%、8% ~ 51%、4% ~ 18%。在立地条件较好的缓坡，山核桃＋芥菜、山核桃＋石蒜具有较高的水土保持效果；在立地条件较差的陡坡，山核桃＋大野豌豆＋紫云英、山核桃＋紫云英＋黑麦草、山核桃＋紫穗槐＋黑麦草的水土保持功能较好。

山核桃；配置模式；水土保持；侵蚀模数

山核桃（Carya cathayensis）为我国特有的高档干果和木本油料树种，主要分布在浙皖交界的天目山系[1]。2011年，山核桃林栽培面积89.3万hm2[2]。但在生产过程中，为了果实采摘方便，大量施用草甘膦除草剂，林下灌木、杂草消失殆尽，原有的山核桃复层林转变为单层林，从而使土壤裸露，水土流失严重，林地土壤受到中度至剧烈侵蚀，侵蚀模数在1 157 ~ 3 887 t/(km2·a)[3]。山核桃生态化经营已刻不容缓。

林下植被作为森林生态系统的一个重要组成部分，在改良土壤、促进土壤养分循环、保持水土、涵养水源等方面具有独特的功能和作用，尤其在结构过于简单的经济林中显得尤为重要[4]。针对山核桃强度经营导致林地水土流失，相关学者开展了山核桃林下植被调查、植物种类筛选、种植技术等研究[5~8]，在一定程度上改善了林地的生态环境，但对山核桃林下不同模式的水土保持效果没有进行定量评价。本文通过野外对比试验，筛选能有效降低土壤及养分流失、改良土壤的优良配置模式，以期为山核桃林的生态化经营提供技术支撑。

1 研究方法

1.1 试验区概况

试验区位于临安市湍口镇。属中亚热带湿润型季风气候，年平均气温16.4℃，极端最高气温41.7℃，极端最低气温－13.3℃，年均降水量1 613.9 mm，无霜期237 d。在土层较厚、立地条件较好的缓坡（坡度20°）和土层瘠薄、立地条件较差的陡坡（坡度40°）各设立一个试验区。试验区内土壤均为石灰土，山核桃林树龄30 ~ 40 a，密度为300棵/hm2，郁闭度为0.7。由于长期施用除草剂，试验区山核桃林下灌木、草本层已缺失。

1.2 试验设计

2011年10月，针对立地条件的差异，分别在2个试验区各设计5个配置模式，并进行种植。采用单因素随机区组设计，每个模式的试验小区面积为100 m2，3个重复，并设置对照区（林下无植被）。

1.2.1 缓坡试验区 模式1：山核桃＋芥菜（Brassica jucea）。山核桃林下套种芥菜，芥菜种子45 kg/hm2；模式2：山核桃＋白车轴草（Trifolium repens），山核桃林下套种白车轴草，白车轴草种子用量45 kg/hm2；模式3：山核桃＋石蒜（Lycoris radiata），山核桃林下套种石蒜，种植密度为25株/m2；模式4：山核桃＋条叶榕（Ficus pandurata var. angustifolia）＋紫云英（Astragalus sinicus），山核桃林下套种条叶榕和紫云英，条叶榕沿等高线水平带状种植，种植宽度1 m，株间距为50 cm，带间隔为2.5 m，紫云英种子用量45 kg/hm2；模式5：山核桃＋杨桐（Adinandra millettii）＋黑麦草，山核桃林下套种杨桐和黑麦草（Lolium perenne），杨桐种植密度为2 500株/hm2，黑麦草种子45 kg/hm2。

1.2.2 陡坡试验区 模式1：山核桃＋大野豌豆（Vicia gigantea），山核桃林下套种大野豌豆，大野豌豆种子用量45 kg/hm2；模式2：山核桃＋大野豌豆＋紫云英，山核桃林下套种大野豌豆和紫云英，大野豌豆和紫云英的种子用量各为22.5 kg/hm2；模式3：山核桃＋黑麦草，山核桃林下套种黑麦草，黑麦草种子用量37.5 kg/hm2；模式4：山核桃＋紫云英＋黑麦草，山核桃林下套种紫云英和黑麦草，紫云英和黑麦草种子用量各为22.5 kg/hm2；模式5：山核桃＋紫穗槐（Amorpha fruticosa）＋黑麦草，紫穗槐沿等高线水平带状种植，种植宽度1 m，株间距为50 cm，带间隔为2.5 m，黑麦草种子37.5 kg/hm2。

试验区种植的草本植物枯萎后不进行收割，产生的种子供第二年自然繁育，不需重复播种。试验区不施肥，不使用除草剂。

1.3 分析方法

1.3.1 土壤侵蚀模数测定 在坡面设置简易水土流失观测场，采用测钎法测定土壤流失厚度。将直径0.5 ~ 1 cm、长50 ~ 100 cm类似钉子状的钢钎，按一定距离分上中下、左中右纵横3排、共9根布设。定期观测钢钎出露地面的高度。将土壤流失厚度换算为土壤侵蚀模数，计算公式：

式中，M为侵蚀模数，Z为年均土壤侵蚀厚度（mm/a），r为土体容重（g/cm3）。

1.3.2 土壤物理性状测定 测定指标包括土壤容重、土壤孔隙度、土壤抗剪强度。在各试验小区和对照，于2013年9月进行随机取样，每个取样点用环刀取5个原状土样。土壤容重用环刀法；土壤孔隙组成采用浸水法；土壤抗剪强度采用土工试验规程SL237-1999规定进行测定。

1.3.3 土壤养分测定 2013年9月在不同小区，按“S”型布点，分别采集5个点的表层（0 ~ 20 cm）土样，将其混合，然后采用四分法分取样品1 kg左右带回实验室，去除石块和植物根系等杂物，自然风干后用于土壤养分的测定。测定指标包括土壤有机质、水解氮、有效磷、速钾。有机质用硫酸-重铬酸钾外加热法；水解氮采用碱解扩散法；有效磷用盐酸氟化铵浸提—分光光度法；速效钾用乙酸铵浸提—火焰光度。

2 结果与分析

2.1 不同植物配置模式的固土效果

山核桃林下植被减弱了降雨对土表的直接冲击和侵蚀，山核桃和林下植物根系在土中交织，盘根错节。因此，各个模式均能不同程度地起到固土的作用。对照(林下无植被)由于经常进行除草，土壤坡面对雨水的冲刷几乎没有屏蔽，水土流失非常严重。在无林下植被条件下，缓坡和陡坡的土壤侵蚀模数分别达880 t/(km2·a)和1 240 t/(km2·a)。与对照相比，各个模式的固土效果均十分显著（表1），土壤流失减轻77% ~ 85%。在缓坡的6个模式中，固土效果最佳的模式为山核桃＋石蒜，与对照相比土壤侵蚀模数下降了84.43%，其次为山核桃＋条叶榕＋紫云英；在陡坡的5个模式中，固土效果最佳的模式为山核桃＋大野豌豆＋紫云英，与对照相比土壤侵蚀模数下降了84.60%，其次为山核桃＋紫穗槐＋黑麦草、核桃＋紫云英＋黑麦草。

表1 山核桃林下不同植物配置模式下的土壤侵蚀模数和物理性状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状

随着林下植被的不断生长，其根系向垂直和水平方向的不断延伸，不但疏松了土壤，同时提高了土壤孔隙度，从而改善了林地土壤蓄水能力。不同模式下的土壤物理性状见表 1。各个模式下的土壤容重与对照相比差别不大，均略有下降。与对照相比，各个模式下的土壤孔隙率提高了6% ~ 15%。在缓坡的6个模式中，土壤孔隙率最大的模式为山核桃＋石蒜，与对照相比提高了13.54%，其次为山核桃＋芥菜、山核桃＋条叶榕＋紫云英；在陡坡的5个模式中，土壤总孔隙率最大的模式为山核桃＋大野豌豆＋紫云英，与对照相比提高了14.75%，其次为山核桃＋紫云英＋黑麦草、山核桃＋大野豌豆。与对照相比，各个植物模式下的土壤抗剪强度增加幅度为18% ~ 49%。在缓坡的5个模式中，土壤抗剪强度最大的模式为山核桃＋条叶榕＋紫云英，其次为山核桃＋石蒜、山核桃＋杨桐＋黑麦草；在陡坡的5个模式中，土壤抗剪强度最大的模式为山核桃＋紫穗槐＋黑麦草，其次为山核桃＋紫云英＋黑麦草、山核桃＋大野豌豆＋紫云英。

2.3 不同植物配置模式的土壤养分状况

由于山核桃林下植被根系的生长和枯落物的积累分解，林地土壤养分含量都得到了明显改善（表 2）。与对照相比，不同模式的有机质、水解氮、有效磷、速钾增加幅度分别为3% ~ 25%、3% ~ 20%、8% ~ 51%、4% ~ 18%。

在缓坡的5个模式中（表2），土壤有机质含量最高的模式为山核桃＋石蒜，与对照相比，提高了4.39 g/kg，提高幅度为13.21%，其次为山核桃＋条叶榕＋紫云英和山核桃＋杨桐＋黑麦草。山核桃＋芥菜模式土壤水解氮含量最高，比对照增加了15.07 mg/kg，其次为山核桃＋条叶榕＋紫云英和山核桃＋杨桐＋黑麦草；土壤有效磷含量最高的模式为山核桃＋石蒜，比对照高4.8 mg/kg，增加幅度40.81%，其次为山核桃＋芥菜、山核桃＋条叶榕＋紫云英；山核桃＋石蒜模式的速钾含量最高，其次为山核桃＋条叶榕＋紫云英、山核桃＋芥菜。综合分析各模式的土壤养分指标，缓坡保肥效果较好的模式为山核桃＋石蒜、山核桃＋条叶榕＋紫云英、山核桃＋芥菜。

在陡坡的5个模式中（表2），山核桃＋石蒜，土壤有机质含量最高的模式为山核桃＋紫穗槐＋黑麦草，与对照相比提高了24.58%，其次为山核桃＋大野豌豆＋紫云英、山核桃＋紫云英＋黑麦草；土壤水解氮含量最高的模式为山核桃＋紫云英＋黑麦草，与对照相比提高了19.83%，其次为山核桃＋大野豌豆＋紫云英、山核桃＋紫穗槐＋黑麦草；土壤有效磷含量最高的模式为山核桃＋紫云英＋黑麦草，与对照相比提高了50.93%，其次为山核桃＋大野豌豆＋紫云英、山核桃＋紫穗槐＋黑麦草；速钾含量最高的模式为山核桃＋大野豌豆＋紫云英，其次为山核桃＋紫云英＋黑麦草、山核桃＋大野豌豆。综合分析以上各土壤养分指标，陡坡保肥效果较好的模式为山核桃＋大野豌豆＋紫云英、山核桃＋紫云英＋黑麦草、山核桃＋紫穗槐＋黑麦草。

表2 山核桃林下不同植物配置模式的土壤养分状况Table 2 Soil nutrient under C. cathayensis forest with different plant compositions

3 结论与讨论

山核桃分布的立地类型多种多样。针对不同立地类型，构建山核桃林下植被时，应采用不同的植物种类和配置模式。对于生长在缓坡、土层深厚的山核桃林，优先采用生态经济型的植物种类及配置模式，把山核桃林水土流失治理与发展林下经济紧密结合，在治理水土流失的同时，产生良好的经济收益。在立地条件较好的缓坡试验区，设计的配置模式多数能产生直接经济效益，如林下套种的条叶榕、石蒜、芥菜、杨桐等植物均具有良好的经济价值。本文仅对各个模式的水土保持效果进行了比较，没有对各个模式的经济收益进行测定。因此，在以后的研究中，应从生态和经济方面对山核桃林下配置模式进行全面评价。

（1）山核桃林下植被均能不同程度地减轻水土流失，改善土壤理化性状。与林下无植被相比，土壤流失减轻77% ~ 85%，土壤孔隙率增加6% ~ 15%，土壤抗剪强度增加18% ~ 49%，土壤有机质、水解氮、有效磷、速钾分别提高3% ~ 25%、3% ~ 20%、8% ~ 51%、4% ~ 18%。

（2）山核桃＋芥菜、山核桃＋条叶榕＋紫云英、山核桃＋石蒜在土层深厚、立地条件较好的缓坡水土保持较好；山核桃＋大野豌豆＋紫云英、山核桃＋紫云英＋黑麦草、山核桃＋紫穗槐＋黑麦草在土壤瘠薄、立地条件较差的陡坡水土保持较好。

[1] 陈世权，黄坚钦，黄兴召，等. 不同母岩发育山核桃林地土壤性质及叶片营养元素分析[J]. 浙江林学院学报，2010，27（4）：572－578.

[2] 王正加，黄兴召，唐小华，等. 山核桃免耕经营的经济效益和生态效益[J]. 生态学报，2011，31（8）：2281－2289.

[3] 王云南. 浙江省典型经济林水土流失特征分析与防治措施优化设计[D]. 杭州：浙江大学，2011.

[4] Wilson S M，Pyatt D G，Malcolm D C，et a1. The use of ground vegetation and humus type as indicators of soil nutrient regime for an ecological site classification of British forests[J]. For Ecol Manage，2001，140（2/3）：101－1l6.

[5] 吕秋萍，祝霞，赵伟明，等. 山核桃人工林生物多样性研究，广东林业科技，2009，29（4）：24－30.

[6] 夏为，严江明，朱爱国. 综合防治山核桃林地水土流失的技术研究[J]. 浙江水利水电专科学校学报，2007，19（4）：70－73.

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[8] 余琳，陈军，陈丽娟，等. 山核桃投产林林下套种绿肥效应[J]. 林业科技开发，2011，25（3）：92－95.

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

省院合作项目“山核桃林下高效水土保持植被构建关键技术研究与示范”（2011SY05）；浙江省水利厅“浙江省水土保持项目效益检测评价和可持续治理模式研究”

郑友苗（1979－），女，浙江温州人，工程师，从事援外培训、林业经济究。