川南馬尾松低效林改造初期產(chǎn)流產(chǎn)沙特征及水土保持功能評價

川南馬尾松低效林改造初期產(chǎn)流產(chǎn)沙特征及水土保持功能評價我國人工林在經(jīng)營過程中,由于長期純林經(jīng)營或經(jīng)營措施不當(dāng)?shù)纫蛩?普遍存在的生物多樣性喪失嚴重,生產(chǎn)效率低下、生態(tài)功能普遍不高、水土流失嚴重等生態(tài)安全問題。采用珍貴鄉(xiāng)土用材樹種改造現(xiàn)有低產(chǎn)低效人工林是提高人工林生產(chǎn)效益和生態(tài)防護功能的重要途徑。但在進行人工林改造過程中由于采用不同的改造模式或進行不同方式的整地技術(shù),不可避免的導(dǎo)致改造初期水土流失加劇和土壤抗蝕性下降的現(xiàn)象。本文以川南低山丘陵區(qū)馬尾松低效人工林為研究對象,采用設(shè)置4種不同大小林窗以及林窗內(nèi)建立5個人工徑流小區(qū)的方法,從枯落物持水功能、土壤抗蝕性變化以及地表產(chǎn)流產(chǎn)沙等方面入手,對馬尾松低效林不同模式改造初期坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征及演變過程、枯落物持水、土壤抗蝕性變化及相應(yīng)的土壤水土保持功能進行了系統(tǒng)研究,探索馬尾松低效林不同改造模式下林地水土保持功能演變規(guī)律,以期為當(dāng)?shù)氐托斯ち指脑旌透?及森林可持續(xù)經(jīng)營提供理論和技術(shù)支撐。經(jīng)過試驗取得以下研究結(jié)果:(1)、試驗區(qū)降雨多集中于6～9月份,年均降水總量約1000mm。試驗期2.5a內(nèi)最小降雨量為1.2mm,最小產(chǎn)流降雨量為6.9mm,最大降雨量為93.8mm。徑流小區(qū)試驗開始一年后,各小區(qū)徑流系數(shù)下降幅度超過30%,皆伐小區(qū)達到50%左右。降雨量與地表徑流量相關(guān)系數(shù)在0.905以上。(2)、2012年下半年徑流小區(qū)產(chǎn)沙次數(shù)均超過2013年和2014年全年產(chǎn)沙次數(shù),產(chǎn)沙降雨由最初超過50%降至20%左右。5個徑流小區(qū)產(chǎn)沙量大小與受人為擾動程度一致,Ⅲ號皆伐小區(qū)最高,Ⅰ號最低。冬季由于降雨量較少,無產(chǎn)沙現(xiàn)象發(fā)生。試驗初始階段各徑流小區(qū)侵蝕模數(shù)均在6000t/km2·a以上,2014年時降至700t/km2·a以下。(3)、選取中雨、大雨、暴雨3種類型共計9次典型次降雨,對比不同次降雨條件下徑流小區(qū)產(chǎn)流、產(chǎn)沙特征。2014年Ⅰ～Ⅴ號徑流小區(qū)各雨量級次降雨產(chǎn)流量分別比2012年降低-6.44%,-10.51%,20.95%,13.28%,12.73%;產(chǎn)沙總量降低58.4%,56.38%,77.72%,78.16%,79.68%。降雨量與產(chǎn)流量之間線性關(guān)系擬合程度較好,R2為0.9536;與產(chǎn)沙量擬合后R2為0.4647。表明坡面徑流大小主要受降雨量影響,而產(chǎn)沙量大小則是由多種因素共同決定。產(chǎn)流量與產(chǎn)沙量擬合后R2達到0.6356,說明二者存在較密切關(guān)系。(4)、不同大小林窗未分解層枯落物比例大小為CK>L30>L20>L40>QK>L10,已分解層的比例大小排序為L20>L10>L40>QK>L30>CK?？萋湮镒畲蟪炙偭看笮∨判驗長30>QK>L10>L20>L40>CK。林窗和QK兩種改造措施下枯落物有效攔蓄量處于8.85t/hm2～11.14t/hm2之間,均高于CK(7.64t/hm2),有效攔蓄量大小排序為L30>QK>L10>L20>L40>CK。枯落物層持水量與浸水時間存在以下關(guān)系:w=alnt+b[249],R2均在0.86以上。4種不同大小林窗改造模式下枯落物吸水速率大小排序為未分解層>半分解層>已分解層;QK大小排序為半分解層>未分解層>已分解層;CK大小排序為半分解層>已分解層>未分解層。(5)、CK在6種類型樣地中土壤持水能力表現(xiàn)最佳;表層土壤(0～20cm)最大持水量和田間持水量等指標(biāo)均好于第二層(20～40cm)。兩種改造模式土壤總孔隙度和毛管孔隙度兩項指標(biāo)均比CK樣地土壤低,非毛管孔隙度則高于CK。表層土壤毛管孔隙度大于第二層,非毛管孔隙度對比后結(jié)果則相反。表層土壤容重大小排序為L30-1(1.50g/cm3)>L40-1(1.37g/cm3)>L20-1(1.36g/cm3)>L10-1(1.34g/m3)>CK-1、QK-1(1.33g/cm3);第二層容重大小排序為L20-2(1.58g/cm3)>L10-2、QK-2(1.50g/cm3)>L30-2(1.45g/cm3)>CK-2(1.40g/cm3)>L40-2(1.39g/cm3)。隨著改造時間推移,規(guī)格小于30m的林窗2～5mm粒徑團聚體比例呈現(xiàn)上升趨勢,0.5～1mm和1～2mm粒徑團聚體比例呈下降趨勢。各粒級水穩(wěn)性團聚體比例多數(shù)都隨時間推移而減小。CK樣地的土壤平均重量直徑(MWD)均顯著高于其他樣地。0～20cm土層MWD值隨林窗面積增大而減少。各樣地間MWD差異不顯著。除L10樣地0～20cm土層團聚體破壞率有小幅下降以外,其余樣地該指標(biāo)均有不同程度增加。與CK相比,不同改造模式表層土壤有機質(zhì)含量明顯降低,但下層變化幅度不大,從改造模式看,皆伐模式低于林窗,大林窗低于小林窗。不同類型樣地土表層土壤有機質(zhì)含量差異極顯著,而第二層土壤除CK與L10和L40與QK之間有機碳含量差異不顯著以外,其余為極顯著。(6)、選取土壤不同層次最大持水量、土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、容重、平均重量直徑、團聚體破壞率、可蝕性因子K、有機碳含量等9個指標(biāo),采用主成分分析法得到兩個主成分回歸方程:F1=0.01X1+0.127X2+0.182X3-0.245X4+0.114X5+0.136X6-0.179X7-0.178X8+0.111X9;F2=0.346X1+0.068X2-0.071X3+0.408X4-0.502X5+0.067X6+0.044X7+0.041X8+0.092X9。并推算出水土保持功能綜合評價指數(shù)F=0.797F1+0.203F2。結(jié)果顯示CK綜合指數(shù)最高,L10和L20分列二、三位,且兩者水土保持功能差別不大,好于L30、L40和QK樣地。綜上所述:馬尾松低效人工林改造初期隨著植被的恢復(fù),地表產(chǎn)流、產(chǎn)沙明顯降低。但土壤持水能力、水穩(wěn)性團聚體、有機質(zhì)含量及土壤抗蝕性等均呈下降趨勢,且隨干擾程度的增加而