油茶林不同水保措施径流及产沙特征研究

黄雍容，高伟，黄石德，李建民，林捷

(福建省林业科学研究院，福建 福州 350012)

油茶(Camelliaoleifera)是我国重要的经济林树种之一，在南方地区在增加林农经济收入中占有相当重要的地位[1，2]。目前，长汀县油茶林面积超过7 000 hm2，同时在长汀县中轻度侵蚀区进行油茶林的经营开发，也具有很大的风险，不合理的油茶林的经营模式，往往会产生新的水土流失，恶化当地的生态环境，无益于地方经济的可持续发展[3]。而在坡地上修筑梯田，是我国主要的水土保持工程措施，它能有效减缓地面坡度，减少径流冲刷，增加降水就地入渗与拦蓄[4,5]。因此，本文通过建立径流小区进行5年的野外定位观测，研究油茶不同水保措施的产流产沙特征，为南方红壤侵蚀区开展油茶林的经营开发利用提供技术支撑。

1 研究区概况

研究区位于福建省长汀县河田镇，25°33′—25°48′ N，116°18′—116°31′ E。位于武夷山脉南段，属中亚热带季风性气候，冬季受冷高压影响，偏北风强劲，干燥少雨，夏季受副热带高压控制，多偏南风，湿润多雨，常受台风影响，干湿两季分明，灾害性天气较多。多年平均降雨量1 737 mm，年均蒸发量1 444 mm，降雨主要集中在5—7月，11—12月降雨量最少。年均气温18.79 ℃，7月和8月的平均气温在全年中最高，分别为27.4 ℃和27.5 ℃。该地区土壤为粗晶花岗岩风化发育的山地丘陵红壤，含沙量大，从剖面看，缺少腐殖质层，绝大部分山地露出淀积层，有的甚至露出母质层和基岩层。据1983年调查，该镇水土流失面积占44.65%，其中强度流失面积占流失总面积的58.93%，是我国南方花岗岩地区最典型的水土流失地之一[6]。

2 研究方法

2.1 径流小区的布设

研究区坡度为23°，坡向西南，海拔325 m。本研究共设置了6个径流小区，每个小区规格为20 m×5 m，水平投影面积100 m2，均以水泥预制板作为边界，预制板露出地表20～25 cm，埋深为15～20 cm。下坡边筑集水槽，集水槽的内径尺寸：深20 cm，顶宽30 cm，底宽20 cm。小区下设一个径流池和一个分流池，径流池长宽深分别为2.5 m、0.8 m和1.0 m，设10个分流孔，分流池长宽深为1.5 m、0.8 m和1.0 m，假设下渗率30%，设计的最大降雨量为200 mm。所有样地前期均为强度侵蚀区，于2003年马尾松飞播造林，由于2010年发生火灾形成火烧迹地。所有类型样地均于2011年环山等高按株行距2 m×3 m定点，将定点位置1.2 m×1.2 m范围内树根、草根等彻底挖除，翻到外沿垫起作为支撑，形成一个1.2 m×1.2 m的小平台。所有类型样地均为2012年种植油茶，栽植密度为2 m ×3.2 m。

本文布设的6个径流小区分别为前埂后沟+梯壁不种草(A)、前埂后沟+梯壁种草(B)、内斜式平台+梯壁不种草(C)、内斜式平台+梯壁种草(D)、正常小平台+梯壁不种草(E)和内斜式平台+梯壁种草(F)。其中A和B模式于2013年4月在小平台内侧挖深宽均为30 cm的蓄水沟，外侧作埂，埂高15 cm；C和D模式于2013年4月对小平台进行改造，梯面内斜、内斜坡度5°；B、D和F模式于2013年4月在梯壁植百喜草。其样地概况具体见表1所示。

表1 油茶幼林不同水保措施试验地的基本概况

2.2 径流小区产流产沙观测

在径流小区内设置HOBO雨量计自动记录试验区的降水量，2014年1月1日—2018年12月31日，降雨结束或期间进行径流量测并记录径流量，每次采样时，先用清洁竹竿充分搅匀径流水，然后进行不同部位多点采样，转入清洁广口瓶中，贴上标签，供分析测试用。取完水样后，拧开每个径流池底排水凹槽处连通管的盖子，抽排径流水，排完后将将径流池底的淤泥进行全部称重，并取样供干。完成后将径流池清洗干净，按常规方法开始测定径流量和泥沙量。

3 结果与分析

3.1 气温及降雨分布特征

3.1.1 气温及降雨年际动态变化 如图1所示，试验地2014—2018年均气温为19.51±0.06 ℃，其变异系数(即年均气温的标准差除以年均气温)为0.66%。从试验地气温的年内动态变化来看，其气温年内变化呈现单峰曲线，其月均最高温度出现在7月(27.6 ℃)，而月最低温出现在1月(9.8 ℃)。试验地2014—2018年均降雨量为1 932±192 mm，其变异系数(即年均降雨量的标准差除以年均降雨量)为22.19%。试验地年均降雨量的变异明显高于气温，2014—2018年间，年均降雨量最高出现在2016年，达到2 537 mm；而年均降雨量最低出现在2014年，仅为1 467 mm，最高降雨量是最低降雨量的1.73倍。从试验地降雨量的年内动态变化来看，其月降雨量峰值出现在5月，达到329 mm，而月降雨量谷值则出现在2月，仅为63 mm，月降雨量峰值是谷值的5.26倍，表明其降雨量有明显的季节动态变化。总体来说，试验地降雨量主要集中在春夏两季，其合计占年降雨量的71.68%，而秋冬两季则较为干旱，仅分别占年降雨量的15.72%和12.60%。

图1 试验样地2014—2018年气温和降雨量月动态变化

3.1.2 产流产沙降雨特征 如表2所示，监测期间共计降雨825次，其中引起小区产流的230次，占总降雨次数的27.88%。其中2016年产流次数最多，达到了57次；而2018年产流次数最少，为40次，相差17次。观测期间(2014—2018)年均产流降雨量为1647±197 mm，占观测期间年降雨量的85.26%±2.42%。年均产流降雨量峰值与谷值出现的时间与降雨量出现的时间基本一致，产流降雨量峰值出现在2016年(2 345 mm)，谷值出现在2014年(1 204 mm)。观测期间产流降雨量主要集中在春夏季节，两季占年产流降雨量的72.96%；而秋冬两季产流降雨量较少，仅占年产流降雨量的27.04%，这与观测期内降雨量的季节变化特征一致。

表2 引起产流的降雨特征

3.2 油茶林不同水保措施径流特征

如图2所示，观测期间模式A、模式C和模式E的平均径流量分别为15.8、17.9和19.5 m3。与2014年相比，2018年上述模式径流量分别减少了18.0%、8.6%和0.6%。表明观测期间模式A有最小的产流量，同时随着施用时限的延长，该模式缓减产流的效果更为明显。采取梯壁植草后的模式B、模式D和模式F观测期间的平均产流量分别为13.5、15.4和17.4 m3，分别比模式A、模式C和模式E分别减少了14.9%、13.8%和10.6%，这也进一步表明了梯壁植草措施长期应用对减少产流仍然效果明显。

图2 不同水保措施径流量及径流系数的动态变化

观测期间模式A、模式C和模式E的平均径流系数分别为9.6%、10.8%和11.9%。与2014年相比，2018年上述模式径流系数分别减少了35.1%、27.7%和21.4%。表明观测期间模式A径流系数最小。采取梯壁植草后的模式B、模式D和模式F观测期间的平均径流系数分别为8.2%、9.4%和10.6%，分别比模式A、模式C和模式E分别减少了14.9%、13.4%和10.8%。

3.3 油茶林不同水保措施输沙量特征

如图3所示，观测期间模式A、模式C和模式E的平均土壤侵蚀模数分别为1 521.3、1 708.4和1 858.0 t·km-2·a-1。与2014年相比，2018年上述模式土壤侵蚀模数分别减少了24.9%、12.4%和9.9%。表明观测期间模式A有最小的土壤侵蚀模数，同时随着施用时限的延长，该模式缓减产沙的效果更为明显。采取梯壁植草后的模式B、模式D和模式F观测期间的平均径流量分别为1 266.9 、1 465.1和1 623.6 m3，分别比模式A、模式C和模式E分别减少了16.7%、14.2%和12.6%，这也进一步表明了梯壁植草措施长期应用对减少产沙仍然效果明显。

图3 不同水保措施土壤侵蚀模数的动态变化

4 小结

试验小区内年际降雨、年内季节降雨分布不均，降雨量主要集中在春夏两季，约占全年总量的70%以上。本研究产流降雨峰值和谷值出现的时间与降雨出现的时间基本一致，表明降雨量的季节动态变化是主要的驱动力。

与其他水保措施相比，前埂后沟模式有最小的产流产沙量、径流系数，其次为内斜式模式，正常小平台则最大，这与张靖宇等(2014)报道赣北红壤坡地前埂后沟水平梯田有最好的减流效益的结论相符[7]。此外，对不同水保措施产流产沙量的动态分析，也发现前埂后沟模式对产流产沙的削弱作用最为明显，也进一步证明了前埂后沟模式应用效果的稳定性。另一方面，不同水保措施采用梯壁植草措施均有明显的减流减沙的效果。