黑龍江省西部低山丘陵區(qū)水土保持林模式構(gòu)建及效益

孫學(xué)順，王力剛，趙嶺

（1.黑龍江省雙城市幸福鄉(xiāng)政府，黑龍江 哈爾濱150131；2.黑龍江省森林與環(huán)境科學(xué)研究院，黑龍江 齊齊哈爾161005）

1 試驗(yàn)區(qū)域及概況

本項(xiàng)試驗(yàn)選在黑龍江省西部半干旱三北工程區(qū)，地理位置為44°04′—48°58′N，122°24′—128°19′E。包括哈爾濱、齊齊哈爾、大慶、綏化全部或部分地區(qū)，區(qū)域面積10.4萬km2，占全省總面積的22.9%。地形三面環(huán)山，南面臨江，中間凹陷，輕緩向南傾斜，海拔30～500m。

該區(qū)氣候?qū)儆谥袦貛?、半干旱大陸性季風(fēng)氣候。熱量分布從西南向東北遞增，水分由西向東遞增，是該省熱量最高而降水又較少的地區(qū)，具有半干旱區(qū)特征。年均氣溫0.7～4.2℃，年均降水量368～573mm，≥10℃積溫2 383～2 900℃，無霜期120～150d。

該區(qū)主體為長白植物區(qū)系。近年來，隨著天保工程的實(shí)施，封山育林使得該區(qū)的次生植被有所恢復(fù)，次生林規(guī)模在逐年增加。在廣大農(nóng)區(qū)則營造了大面積的人工林，主要為各類人工選育的優(yōu)良楊柳品種和落葉松、樟子松、云杉、灌木柳等。

全區(qū)人口1 609.5萬人，占全省總?cè)丝诘?4.6%，是全省政治經(jīng)濟(jì)文化的集中地區(qū)，是東北老工業(yè)基地的重要組成部分，這一地區(qū)為國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮著重要作用［1］。

2 水土保持林試驗(yàn)?zāi)Ｊ綐?gòu)建

本試驗(yàn)選擇甘南縣中興鄉(xiāng)興久村的白虎山作為試驗(yàn)?zāi)Ｊ綐?gòu)建核心區(qū)，其地理坐標(biāo)47°40′30″～47°44′30″N，123°03′30″～123°32′E，該山海拔257m，坡度12～15°，是典型的低山丘陵區(qū)地勢(shì)地貌。由于人為的強(qiáng)烈干擾，植被破壞嚴(yán)重，水土流失日益加劇。因而，以此山為樣板，構(gòu)建該區(qū)水土保持林示范模式。

首先根據(jù)坡向、坡位、立地條件、水土流失狀況的不同將白虎山劃分了4個(gè)立地類型區(qū)：（1）灌木林區(qū)——山脊部及山下溝壑區(qū)；（2）喬灌混交林區(qū)――陽坡中部；（3）針葉喬木混交林區(qū)——陰坡中部；（4）闊葉喬木純林區(qū)——山下緩坡土層深厚區(qū)。同時(shí)根據(jù)樹種生物生態(tài)學(xué)特性合理配置相應(yīng)造林樹種，從而構(gòu)建水土保持林試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑涸谏郊古渲妹晒派臣?，陽坡中部配置樟子松蒙古沙棘混交林，陽坡中下部配置樟子松純林，陰坡中下配置落葉松云杉混交林，坡下部緩坡區(qū)配置小黑楊純林，溝壑區(qū)及低洼區(qū)配置灌木柳。

水土保持林試驗(yàn)?zāi)Ｊ礁髁址N密度及規(guī)模見表1。試驗(yàn)造林采用魚鱗坑整地，規(guī)格為40cm×40 cm，添加客土。造林苗木規(guī)格，樟子松采用5年生容器苗，紅皮云杉采用6～8年生帶土坨移植苗，長白落葉松采用2年實(shí)生苗，沙棘采用2年實(shí)生苗，小黑楊采用2根一干苗，灌木柳采用穴狀插穗，每穴4株，呈菱形扦插，株間距20cm。

表1 各林種密度及規(guī)模統(tǒng)計(jì)

3 效益觀測(cè)項(xiàng)目

3.1 徑流觀測(cè)

在白虎山水土保持林模式區(qū)分別于小黑楊林分、落葉松云杉混交林分、灌木柳林分、坡耕地、樟子松林分、荒坡地等地選擇具有相同坡度各設(shè)徑流觀測(cè)場(chǎng)1處，面積0.067hm2，測(cè)定自然降雨條件下的徑流量、土壤和土壤肥料流失量。徑流量的測(cè)定是在測(cè)量小區(qū)下游安裝自由流20°三角形薄壁量水堰的徑流槽，觀測(cè)徑流量［2，3］。

水位觀測(cè)：采用維爾達(dá)式水位計(jì)或在堰口壁上安裝水尺，觀測(cè)水位的變化過程，根據(jù)記錄繪制水位變化過程圖，據(jù)圖用下式計(jì)算其徑流總量：

W＝QT＝0.25H2.5T

式中：W—過堰徑流總量（m3）

Q—每秒過堰流量（m3／s）

T—過堰徑流歷時(shí)（s）

H—過堰水位（m）

3.1.1 土壤流失量的測(cè)定

取樣：在注入徑流槽的水舌處，用取樣瓶直接接取法取水樣。在發(fā)生徑流期間每2min取一次水樣，每次取1 000mL。

水樣處理：采取沉淀過濾法并計(jì)算出徑流中的含沙量及輸沙量，即為小區(qū)內(nèi)的土壤流失量，然后再換算出每hm2土壤流失量（干質(zhì)量）。

3.1.2 土壤肥料流失量的測(cè)定 在徑流觀測(cè)小區(qū)內(nèi)，隨機(jī)取0～10cm深的表土為土樣（2次重復(fù)），并進(jìn)行土壤肥料化學(xué)分析，然后根據(jù)土壤流失量和土壤肥料含量換算出肥料流失量。

3.1.3 林木提高土壤肥力的測(cè)定 在白虎山水保林模式內(nèi)落葉松云杉混交林分、樟子松沙棘混交林分、小黑楊林分內(nèi)選取典型取樣點(diǎn)各5處，與造林前對(duì)應(yīng)比較0～20cm深度混合取樣土壤養(yǎng)分的變化，來確定水保林模式各林分提高土壤肥力的程度。

3.2 侵蝕溝調(diào)查

按溝系逐條進(jìn)行實(shí)測(cè)長、寬、深，平均寬和深是取溝的中點(diǎn)實(shí)測(cè)值。

4 結(jié)果與分析

調(diào)查結(jié)果表明：興久試驗(yàn)區(qū)水土保持試驗(yàn)?zāi)Ｊ搅挚傮w成活率87%，保存率82%，小黑楊及柳樹已郁閉，其他各樹種也已呈現(xiàn)郁閉態(tài)勢(shì)，水土保持林模式按照設(shè)計(jì)已基本形成雛形（見表2），白虎山及其相關(guān)下部水土流失區(qū)林木覆蓋度已達(dá)70%，形成了從山上到山下及周邊針闊混交、喬灌結(jié)合的水土保持林復(fù)合模式，開始發(fā)揮效益。

表2 興久水土保持林模式各樹種生育調(diào)查統(tǒng)計(jì)

表3 白虎山區(qū)域綠化前后侵蝕溝調(diào)查統(tǒng)計(jì)

4.1 侵蝕溝變化情況

據(jù)調(diào)查（見表3），曾經(jīng)從山上到山下水流溝19條，其中15條處于發(fā)展階段，模式成型后基本上得到固定，發(fā)展溝已經(jīng)不見，大的水流溝變小或得以固定，山下的侵蝕溝不再發(fā)展，與模式建立前相比，水流溝15條發(fā)展溝都轉(zhuǎn)為穩(wěn)定溝，或趨于穩(wěn)定溝。

4.2 水文效應(yīng)

據(jù)在模式區(qū)內(nèi)徑流觀測(cè)結(jié)果表明，相同條件下，模式建立成型后較對(duì)照減少地表徑流量39.7%～95.9%，減少土壤流失量63.7%～99.5%，減少肥料流失量63.9%～99.5%（見表4），水文效應(yīng)十分顯著。同時(shí)不同試驗(yàn)林區(qū)的水文效應(yīng)存在一定差異，調(diào)查顯示灌木柳林區(qū)地表徑流最小，土壤與肥料流失量也最小，樟子松純林則相應(yīng)較大，總體上看都較對(duì)照有較大程度的減少量。

表4 白虎山水保林模式區(qū)建立前后的水文效應(yīng)

4.3 增肥效應(yīng)

由于已經(jīng)初步成型的水土保持林模式內(nèi)每年形成大量枯枝落葉，隨著枯落物的不斷分解，使模式區(qū)林地表層的土壤肥力得到提高。通過調(diào)查模式區(qū)內(nèi)3種林分固定樣地的土壤養(yǎng)分含量，與造林前土壤養(yǎng)分含量相比，模式區(qū)有機(jī)質(zhì)含量提高46%～59%，有機(jī)氮提高24%～52.2%，有效磷提高48.6%～60.7%（見表5）。

表5 不同林分下土壤養(yǎng)分狀況

4.4 生物多樣性變化

另據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)，白虎山水保林除了產(chǎn)生了顯著的水土保持功能外，對(duì)該區(qū)植被恢復(fù)及動(dòng)物遷徙繁衍產(chǎn)量了良好的促進(jìn)作用。隨著林木大量植入及生長發(fā)育，改變了白虎山區(qū)域近地層許多生態(tài)因子，如地表溫度、表層大氣濕度、土壤水分、及近地層光照，為其他物種的侵入及生長創(chuàng)造了適宜的環(huán)境條件，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及走訪調(diào)查顯示，草本植物品種由模式成型前3～4種·m-2增加目前的5～6種·m-2，模式區(qū)內(nèi)草的高度較建設(shè)前提高120%以上（由平均26 cm增加到57.7cm）（見表6）。木本植物如春榆、野山楂等也陸續(xù)侵入，且種群逐漸擴(kuò)大，生長量明顯提高（見表7）。

由于植被蓋度的增加及高度的增大，為許多動(dòng)物創(chuàng)造了適宜的棲息環(huán)境，據(jù)當(dāng)?shù)鼐用穹从?，野兔、野雞、狐貍、狼多年不見或很少見的野生動(dòng)物較之前出現(xiàn)頻率明顯增高，種群數(shù)量增大，一個(gè)進(jìn)展演替的植被恢復(fù)模式類型正在形成。

綜上所述白虎山水土保持林模式的建設(shè)從根本上改善了白虎山荒山禿嶺生態(tài)環(huán)境，為該區(qū)荒山綠化及水土保持林營建提供了可供借鑒的示范模式。

表6 草本植物調(diào)查

表7 野生春榆、山楂天然更新及生長調(diào)查

5 小結(jié)

在興久試驗(yàn)區(qū)白虎山試驗(yàn)構(gòu)建的水土保持林示范模式，起到了顯著的水土保持效應(yīng)，原來的19條水流溝中15條發(fā)展溝已轉(zhuǎn)為穩(wěn)定溝；地表徑流、土壤流失量均得到有效控制，土壤養(yǎng)分均有不同程度的提高，同時(shí)促進(jìn)了試驗(yàn)區(qū)的植被恢復(fù)與環(huán)境改善，為該區(qū)荒山綠化及水土保持林營建提供了可供借鑒的示范模式。

［1］沈積坤.黑龍江省三北防護(hù)林建設(shè)［M］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，1989：1-4

［2］于宗國，李懷甫，吳演楫，等.小流域森林水文觀測(cè)方法［M］.北京：學(xué)苑出版社，1992

［3］王禮先，朱金兆.水土保持學(xué)［M］2版.北京：中國林業(yè)出版社，2005