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(píng)價(jià)

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(píng)價(jià)我國(guó)人工林在經(jīng)營(yíng)過程中,由于長(zhǎng)期純林經(jīng)營(yíng)或經(jīng)營(yíng)措施不當(dāng)?shù)纫蛩?普遍存在的生物多樣性喪失嚴(yán)重,生產(chǎn)效率低下、生態(tài)功能普遍不高、水土流失嚴(yán)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(hù)功能的重要途徑。但在進(jìn)行人工林改造過程中由于采用不同的改造模式或進(jìn)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(duì)象,采用設(shè)置4種不同大小林窗以及林窗內(nèi)建立5個(gè)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(duì)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(jìn)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(yíng)提供理論和技術(shù)支撐。經(jīng)過試驗(yàn)取得以下研究結(jié)果:(1)、試驗(yàn)區(qū)降雨多集中于6～9月份,年均降水總量約1000mm。試驗(yàn)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(yàn)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(dá)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(gè)徑流小區(qū)產(chǎn)沙量大小與受人為擾動(dòng)程度一致,Ⅲ號(hào)皆伐小區(qū)最高,Ⅰ號(hào)最低。冬季由于降雨量較少,無產(chǎn)沙現(xiàn)象發(fā)生。試驗(yàn)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(shí)降至700t/km2·a以下。(3)、選取中雨、大雨、暴雨3種類型共計(jì)9次典型次降雨,對(duì)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(hào)徑流小區(qū)各雨量級(jí)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(dá)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?yàn)長(zhǎng)20>L10>L40>QK>L30>CK?？萋湮镒畲蟪炙偭看笮∨判?yàn)長(zhǎng)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?yàn)長(zhǎng)30>QK>L10>L20>L40>CK?？萋湮飳映炙颗c浸水時(shí)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?yàn)槲捶纸鈱?gt;半分解層>已分解層;QK大小排序?yàn)榘敕纸鈱?gt;未分解層>已分解層;CK大小排序?yàn)榘敕纸鈱?gt;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(xiàng)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(duì)比后結(jié)果則相反。表層土壤容重大小排序?yàn)長(zhǎng)30-1(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?yàn)長(zhǎng)20-2(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(shí)間推移,規(guī)格小于30m的林窗2～5mm粒徑團(tuán)聚體比例呈現(xiàn)上升趨勢(shì),0.5～1mm和1～2mm粒徑團(tuán)聚體比例呈下降趨勢(shì)。各粒級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體比例多數(shù)都隨時(shí)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(tuán)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(jī)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(jī)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(jī)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(tuán)聚體破壞率、可蝕性因子K、有機(jī)碳含量等9個(gè)指標(biāo),采用主成分分析法得到兩個(gè)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(píng)價(jià)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(tuán)聚體、有機(jī)質(zhì)含量及土壤抗蝕性等均呈下降趨勢(shì),且隨干擾程度的增加而