何紹浪,何小武,李鳳英,郭小君
(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源與環(huán)境學(xué)院,江西 南昌 330045)
南方紅壤區(qū)林下水土流失成因及其治理措施
何紹浪,何小武,李鳳英,郭小君
(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源與環(huán)境學(xué)院,江西 南昌 330045)
林下水土流失;類型;成因;治理措施;南方紅壤區(qū)
經(jīng)查閱相關(guān)資料和實地考察,發(fā)現(xiàn)南方紅壤區(qū)林下水土流失主要分布在馬尾松林、杉木林、桉樹林及山地茶果園,而樹種結(jié)構(gòu)單一、林下植被匱乏、人為干擾頻繁是當(dāng)前造成林下水土流失的主要原因。針對南方林下水土流失的特點及原因,總結(jié)了復(fù)合經(jīng)營、人工補植、施肥改良等林下水土流失治理措施。
南方紅壤區(qū)是我國典型的水力侵蝕區(qū),水土流失嚴(yán)重,曾一度被稱為“紅色沙漠”,已成為我國水土流失重點治理區(qū)域之一[1]。研究表明,我國南方紅壤區(qū)森林覆蓋率平均達到52.87%,但由于林下灌木或草本稀疏,土壤表面裸露程度很高,易造成中度甚至強烈以上的水土流失,呈現(xiàn)“遠看青山在,近看水土流”的現(xiàn)象,帶來嚴(yán)重的“林下流”的惡果[2]。其中,福建省長汀縣2009年林地(含荒草地)水土流失面積268.96 km2,占全縣水土流失面積的83.4%[3]。林下水土流失不僅破壞人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境,而且阻礙廣大農(nóng)村經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,已成為我國南方水土保持關(guān)注的熱點和焦點之一。因此,為了更好地促進我國生態(tài)文明建設(shè),應(yīng)該對林下水土流失進行系統(tǒng)研究。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合實地考察,綜合分析了南方主要林分林下水土流失的特點和成因,并總結(jié)了復(fù)合經(jīng)營、人工補植、施肥改良等林下水土流失治理措施,旨在為推動林下水土流失治理研究提供依據(jù)。
1.1 馬尾松林
20世紀(jì)80年代初我國南方馬尾松林面積已達到14.2萬km2,在全國針葉林中占首位,是最具代表性的森林類型之一[4]。在自然和人為擾動等影響下,20世紀(jì)90年代末,近1/4的馬尾松林群落存在著不同程度的水土流失,形成了許多名副其實的“老頭松”[5]。馬尾松林下水土流失主要發(fā)生在飛播造林和人工挖穴造林的低山丘陵區(qū),以馬尾松中、幼齡為主。由于飛播地的立地條件較差,林下植被稀少或無,加之南方降雨量大且集中,因此易形成水土流失,其侵蝕強度一般在中度以上,土壤侵蝕模數(shù)較正常林地高出1 169.7 t/(km2·a)以上[6]。以福建省長汀縣為例[7],河田生態(tài)園和三洲鄉(xiāng)20多年的馬尾松林林木高僅2.5~3.0 m,林地年均土壤侵蝕模數(shù)分別達到4 800和4 300 t/km2,是南方紅壤丘陵區(qū)年土壤容許流失量500 t/km2的9倍左右,土壤侵蝕強度屬于中度;而寧化淮土和方田鄉(xiāng)“老頭松”的植被覆蓋度僅10%,年均土壤侵蝕模數(shù)達9 031 t/km2,水力侵蝕強度為強烈到極強烈之間。
1.2 杉木林
杉木是重要的商品用材樹種,在南方得到廣泛種植。就目前而言,南方9省(區(qū))杉木林面積占全國杉木林總面積的93.1%[8]。大面積營造杉木林在帶來經(jīng)濟效益的同時也加劇了林地的水土流失。杉木林下水土流失以純林為主,其整地方式又以全墾挖穴或火燒煉山后挖穴較常見。南方雨量充沛,常有大雨、暴雨出現(xiàn),容易造成地表徑流侵蝕和養(yǎng)分流失,水土流失大多發(fā)生在幼齡林內(nèi),并呈季節(jié)性分布。吳擢溪[9]研究表明,杉木幼林地水土流失隨降雨侵蝕力增大而增加,煉山的杉木林地水土流失隨降雨的年分布特點而呈明顯的季節(jié)性變化,雨季為嚴(yán)重水土流失期,雨季后期為中度水土流失期,旱季為輕度水土流失期。
1.3 桉樹林
目前全國桉樹人工林面積有2.6萬km2以上,80%分布在廣西、廣東、海南、福建、江西、湖南等省(區(qū)),是南方地區(qū)發(fā)展最為迅速的人工林[10]。據(jù)研究,2~6年的桉樹純林林地年土壤侵蝕模數(shù)為1 382~2 308 t/km2,年均土壤侵蝕模數(shù)為1 845 t/km2,屬于輕度侵蝕[11]。王會利等[12]通過徑流場觀測發(fā)現(xiàn),煉山后種植桉樹第一年在無任何管護措施情況下土壤侵蝕量達35 000 t/km2,土壤侵蝕強度為劇烈,第二年土壤侵蝕量為650 t/km2,屬輕度侵蝕;與荒地相比桉樹人工林種植4年內(nèi)土壤侵蝕量增加了18.86%~146.15%,土壤侵蝕量隨桉樹的生長呈逐年降低的變化趨勢。周國逸等[13]通過對廣東小良水土保持試驗站桉樹林的研究發(fā)現(xiàn),桉樹林下土壤孔隙度小、結(jié)構(gòu)致密、持水量低,平均徑流侵蝕率為1.725 t/(km2·mm),是混交林的2.8倍,林下水土流失較為嚴(yán)重??梢?,桉樹林地水土流失也主要分布在造林初期,以幼林為主。
1.4 山地茶果園
福建省和江西省是南方紅壤區(qū)茶果園水土流失典型地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計,2003年福建省茶園和果園水土流失面積分別高達635.0、1 742.5km2,分別占各自種植總面積的46.62%、31.82%,其中近一半的茶園存在水土流失[14]。山地茶果園開發(fā)導(dǎo)致大面積不同程度的水土流失,尤以新開墾茶果園為主。陳小英等[15]研究表明,幼齡茶園年土壤流失量達4 500 t/km2以上,土壤侵蝕強度為中度甚至極強烈,而且同一茶園山腳土壤侵蝕較山頂、山腰嚴(yán)重,年土壤侵蝕量高達17 250 t/km2。孫永明等[16]研究發(fā)現(xiàn),贛南臍橙果園水土流失總面積1 097 km2,占果園總面積的92%;輕度、中度、強烈流失面積各占53.92%、33.62%、12.46%,其中輕度、中度流失主要發(fā)生在3年以上的果園,而1~3年果園水土流失以強烈為主。
2.1 人為干擾頻繁
人為活動是造成林下水土流失的主要原因之一。一方面煉山造林對林地的破壞極大,致使土壤理化性質(zhì)惡化,林地水土流失加劇,尤其在造林初期林地水土流失最為嚴(yán)重。研究表明,在杉木幼林階段林地徑流量大,煉山后第一、二年杉木林地土壤侵蝕量遠大于該區(qū)土壤允許侵蝕量,而不煉山情況下均屬于微度侵蝕[17]。張玉榮等[18]研究也發(fā)現(xiàn),煉山挖穴的第一年土壤流失量達2 200~2 800 t/km2,第二年由于林地植物覆蓋度不大,降水直接沖刷表土,加上全墾撫育松動了表土層,因此水土流失量仍較大。
人為活動另一方面體現(xiàn)在陡坡開荒和不合理的經(jīng)營管理上。農(nóng)民為了追求短暫利益,盲目在陡坡開荒種植商品林,且林地管理多沿用傳統(tǒng)耕作方式,比如順坡耕作及對商品林進行全面除草,林下幾乎全年無草覆蓋,使得林下土壤容易受雨水沖刷。此外,長期施用化肥,使得林地土壤酸化、板結(jié),土壤結(jié)構(gòu)破壞,導(dǎo)致土壤抗侵蝕能力下降。左長清等[19]研究發(fā)現(xiàn),果園清耕、順坡耕作、橫坡耕作年均土壤侵蝕量分別為7 432.77、3 673.18、1 550.45 t/km2,分別為強烈侵蝕、中度侵蝕、輕度侵蝕,這充分體現(xiàn)了不同耕作措施水土保持效應(yīng)差異很大。
2.2 林分結(jié)構(gòu)單一
南方紅壤區(qū)林分結(jié)構(gòu)單一很大程度體現(xiàn)在林地針葉化嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計,江西省以針葉純林為主,針葉林面積占全省森林面積的64.7%,其中馬尾松林水土流失最為突出[20]。就福建省而言,1987—1997年間營造的人工林中針葉林(杉木和馬尾松)占造林面積的97.25%[21]。大面積的林地針葉化影響土壤質(zhì)量、生物多樣性和森林水文生態(tài)效益,表現(xiàn)為土壤酸化、地力衰退、林分生產(chǎn)力下降和病蟲害等,使得水土保持功能下降,林下水土流失加劇[22]。吳彩蓮[23]針對福建省安溪縣官橋鎮(zhèn)林地的大面積針葉化研究發(fā)現(xiàn),馬尾松純林地土壤保持量最小,比闊葉林地多流失土壤7 442.7 t/(km2·a),且隨著林地針葉化,地表裸露,土壤沙化,土壤抗蝕性下降,土壤養(yǎng)分含量較混交林地和闊葉林地分別降低了62.31%和88.61%。楊一松等[24]通過對15°紅壤坡地11種利用模式10年土壤侵蝕的研究,認(rèn)為林作系統(tǒng)中水土保持效果以常綠闊葉林最好,其次為混交林、毛竹林和針葉林。
2.3 林下植被匱乏
林下植被作為森林生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分,在防止雨滴擊濺和徑流沖刷地表土壤,改善土壤理化性質(zhì)等方面具有重要作用[25]。林下植被匱乏一方面體現(xiàn)在紅壤退化嚴(yán)重,土壤生產(chǎn)力低,植被生長緩慢甚至無法生長,使得大量林地出現(xiàn)“空中綠化”現(xiàn)象;另一方面說明部分樹種具有化感作用,比如馬尾松、桉樹等的皮、葉和根系會分泌含有抑制其他生物生長的水溶性或揮發(fā)性物質(zhì)。曾群英等[26]研究表明,桉樹林下化感作用明顯,化感作用最強區(qū)域為5~10倍胸徑范圍,其中含羞草、山芝麻和桃金娘對化感作用較為敏感。段劍[27]研究發(fā)現(xiàn)馬尾松根系分泌物造成其林下植物群落組成單一及分布稀疏,主要表現(xiàn)為抑制周邊植物種子的萌發(fā)及幼苗生長。
此外,眾多南方農(nóng)村地區(qū)存在農(nóng)民收割林下植被和枯枝落葉現(xiàn)象。這不僅直接減少了土壤有機物料和養(yǎng)分的輸入量,還改變了林地地表覆蓋度,影響土壤溫濕度和土壤有機質(zhì)礦化,進而影響土壤養(yǎng)分積累,導(dǎo)致土壤貧瘠,加劇了林地土壤侵蝕和養(yǎng)分流失。
南方林下水土流失嚴(yán)重破壞森林生態(tài)環(huán)境,影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,阻礙我國生態(tài)文明建設(shè)。因此,林下水土流失治理是當(dāng)前水土保持工作的重點。針對當(dāng)前林下水土流失的特點及原因,筆者結(jié)合前人的研究,總結(jié)了南方林下水土流失的治理措施體系,詳見圖1。
3.1 馬尾松林水土流失治理措施
南方馬尾松林大多屬于飛播林,長期的水土流失使土壤貧瘠化。通過人為的補植改造、施加有機肥、封山育林可以改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤肥力,有效治理林下水土流失,其中補植改造包括草灌補植、闊葉樹補植。對于侵蝕強度較高的地區(qū),則應(yīng)該結(jié)合工程措施和補植改造等措施進行治理,比如水平溝、水平臺地等。例如,閩東南沿海丘陵區(qū)大面積的馬尾松疏林經(jīng)過15年的封山育林,植被覆蓋度從35.0%提高到91.4%,林分涵蓄水分能力提高56%以上,年均土壤侵蝕模數(shù)減少2 054 t/km2[28]。小區(qū)觀測試驗也表明,林地封育、人工補植年均減流率分別為47.5%、44.2%,年均減沙率分別為67.8%、62.3%,均有較好的減流減沙效果[29]。
圖1 南方林下水土流失治理措施體系
3.2 杉木林水土流失治理措施
杉木林是典型的人工林,在造林方式和管理方式上改變是防治林下水土流失的重點。免耕萌芽更新避免了傳統(tǒng)的煉山造林對林地的干擾和破壞,而復(fù)合經(jīng)營可提高林下植被覆蓋度,有效防治林下水土流失,改善土壤肥力。此外,適度間伐可降低林分密度,改善杉木人工林群落結(jié)構(gòu),提高生物多樣性,維護土壤肥力。張鼎華等[30]研究表明,杉木-油桐-仙人草復(fù)合經(jīng)營模式不僅能有效防止水土流失,改善土壤肥力,還能促進杉木生長,節(jié)約營林投資和提高經(jīng)濟收入。李素艷等[31]對大崗山的人工杉木林研究發(fā)現(xiàn),適度間伐后林分郁閉度降低,但林下植被發(fā)展迅速,林下覆蓋度增加,徑流系數(shù)較未間伐的林地小,間伐樣地的徑流含沙量明顯低于未間伐樣地。
3.3 桉樹林水土流失治理措施
根據(jù)對人工桉樹林的水土流失特點及其成因的分析,桉樹林地應(yīng)該從改善造林方式和增加生物多樣性角度減輕水土流失,推進桉樹產(chǎn)業(yè)又好又快發(fā)展。與傳統(tǒng)造林方式相比,桉樹萌芽更新和復(fù)合經(jīng)營可以增加林地生物多樣性,減少土壤養(yǎng)分流失,其中復(fù)合經(jīng)營水土保持效果明顯。而對局部土壤極其貧瘠的桉樹林地,應(yīng)適當(dāng)施肥以改良土壤肥力,才有利于桉樹自身的生長及對林地的固土作用。王會利等[32]研究表明,桉樹+木薯復(fù)合經(jīng)營模式與桉樹純林相比,年徑流量減少33.91%~38.71%,年土壤侵蝕量減少58.31%~94.74%,不僅提高了林地利用率,而且有效地控制了林下水土流失。
3.4 山地茶果園水土流失治理措施
發(fā)展茶果園是南方農(nóng)民致富的途徑之一,但山地茶果園的水土流失治理是茶果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。對于新建茶園,應(yīng)該依照地方標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)建園,采取套種、間作等復(fù)合經(jīng)營模式和免耕法等改進耕作。而早期建的茶果園,特別是陡坡地改建的茶果園,需要結(jié)合工程措施等進行綜合治理。朱頌茜等[33]研究表明,茶果園采用以坡改梯和果—草—牧—沼—菌循環(huán)利用、分層立體種植為主的綜合治理模式后,植被覆蓋度可達到80%以上,無明顯土壤流失現(xiàn)象。
[1] 張會茹,鄭粉莉,耿曉東.地面坡度對紅壤坡面土壤侵蝕過程的影響研究[J].水土保持研究,2009,16(4):52-54.
[2] 趙其國.我國南方當(dāng)前水土流失與生態(tài)安全中值得重視的問題[J].水土保持通報,2006,26(2):1-8.
[3] 徐義保.南方紅壤丘陵區(qū)馬尾松林下水土流失過程研究[D].福州:福建師范大學(xué),2012:1-2.
[4] 汪邦穩(wěn),段劍,王凌云,等.紅壤侵蝕區(qū)馬尾松林下植被特征與土壤侵蝕的關(guān)系[J].中國水土保持科學(xué),2014,12(5):9-16.
[5] 莫江明,彭少麟,BROWN S,等.鼎湖山馬尾松林群落生物量生產(chǎn)對人為干擾的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報,2004,24(2):193-200.
[6] 何圣嘉,謝錦升,楊智杰,等.南方紅壤丘陵區(qū)馬尾松林下水土流失現(xiàn)狀、成因及防治[J].中國水土保持科學(xué),2011,9(6):65-70.
[7] 陳宏榮,岳輝,彭紹云,等.侵蝕地劣質(zhì)馬尾松林改造效果分析[J].中國水土保持科學(xué),2007,5(4):62-65.
[8] 俞新妥.杉木栽培學(xué)[M].福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社,1997:4-5.
[9] 吳擢溪.杉木幼林地水土流失與降雨特性關(guān)系研究[J].福建林學(xué)院學(xué)報,1996,16(4):304-309.
[10] 黃國勤,趙其國.廣西桉樹種植的歷史、現(xiàn)狀、生態(tài)問題及應(yīng)對策略[J].生態(tài)學(xué)報,2014,34(18):5142-5152.
[11] 王震洪.桉樹作為云南省水土保持林主要樹種的思考[J].中國水土保持,1992(1):35-38.
[12] 王會利,楊開太,黃開勇,等.廣林巨尾桉人工林土壤侵蝕和養(yǎng)分流失研究[J].西部林業(yè)科學(xué),2012,41(4):84-87.
[13] 周國逸,余作岳,彭少麟.廣東小良水保站三種生態(tài)系統(tǒng)地表侵蝕的研究[J].熱帶亞熱帶植物學(xué)報,1995,3(2):70-76.
[14] 王維明,林敬蘭,陳文祥,等.福建省山地水土流失現(xiàn)狀及其防治對策[J].中國水土保持,2005(7):28-29.
[15] 陳小英,查軒,陳世發(fā).山地茶園水土流失及生態(tài)調(diào)控措施研究[J].水土保持研究,2009,16(1):51-54.
[16] 孫永明,葉川,王學(xué)雄,等.贛南臍橙果園水土流失現(xiàn)狀調(diào)查分析[J].水土保持研究,2014,21(2):67-71.
[17] 俞新妥,楊玉盛,何智英.杉木幼林地水土流失規(guī)律的研究[J].林業(yè)科學(xué),1993,29(1):25-32.
[18] 張玉榮,鐘武洪.湖南省大圍山杉木新造幼林水土流失的研究[J].林業(yè)科學(xué),1999,35(增刊1):68-72.
[19] 左長清,馬良.紅壤坡地果園不同耕作措施的水土保持效應(yīng)研究[J].水土保持學(xué)報,2004,18(3):12-15.
[20] 胡建民,宋月君,楊潔,等.南方紅壤區(qū)馬尾松林下水土流失與降雨量關(guān)系研究[J].水資源與水工程學(xué)報,2013(6):82-87.
[21] 查軒,黃少燕,林金堂.林地針葉化對土壤微生物特征影響研究[J].水土保持學(xué)報,2003,17(4):18-21.
[22] 林金堂.福建省林地針葉化及其對生態(tài)環(huán)境的影響[D].福州:福建師范大學(xué),2002:1-3.
[23] 吳彩蓮.林地針葉化對土壤侵蝕特征及生態(tài)環(huán)境影響研究[D].福州:福建師范大學(xué),2005:36-38.
[24] 楊一松,王兆騫,陳欣,等.南方紅壤坡地不同利用模式的水土保持及生態(tài)效益研究[J].水土保持學(xué)報,2004,18(5):84-87.
[25] 何小武,李鳳英.防治南方土壤侵蝕的新途徑——貼地表覆被[J].水土保持學(xué)報,2001,15(6):50-52.
[26] 曾群英,劉素青,周元滿,等.桉樹林下植被他感作用與植物多樣性分析[J].防護林科技,2010(4):18-20.
[27] 段劍.馬尾松根系分泌物的化學(xué)組成及其化感作用研究[D].南昌:江西農(nóng)業(yè)大學(xué),2014:34-46.
[28] 郭志民,黃傳偉.閩東南沿海丘陵區(qū)小流域生態(tài)修復(fù)效果[J].中國水土保持科學(xué),2004,2(3):103-105.
[29] 李桂靜,崔明,周金星,等.南方紅壤區(qū)林下土壤侵蝕控制措施水土保持效益研究[J].水土保持學(xué)報,2014,28(5):1-5.
[30] 張鼎華,范必有,危林廷.杉木油桐仙人草復(fù)合經(jīng)營模式的研究[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報,1998,4(2):141-144.
[31] 李素艷,黃瑜,張建國.人工杉木林間伐對水土流失影響的研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008,30(3):120-123.
[32] 王會利,蔣燚,曹繼釗,等.桉樹復(fù)合經(jīng)營模式的水土保持效益分析[J].中國水土保持科學(xué),2012,10(4):104-107.
[33] 朱頌茜,龔潔,林恩標(biāo),等.南方丘陵區(qū)林下水土流失特點及防治措施探討[J].亞熱帶水土保持,2013,25(3):24-30.
(責(zé)任編輯 徐素霞)
國家自然科學(xué)基金項目(31300594)
S157
A
1000-0941(2017)03-0016-04
何紹浪(1990—),男,江西興國縣人,碩士研究生,從事水土保持研究工作;通信作者何小武(1970—),男,江西石城縣人,副教授,博士,從事土壤侵蝕與水土保持等方面的研究工作。
2016-09-19