全 文 ：土壤垦复对山地麻竹林地表养分流失动态的影响*
邱尔发1* * 陈卓梅2 郑郁善3 洪 伟3 尤志达4
( 1 中国林业科学研究院林业研究所,北京 100091; 2浙江省林业科学院,杭州 310023; 3福建农林大学林学院,
南平 353001; 4 福建南靖国有林场,南靖 363600)
摘要 为了比较山地麻竹笋用林不同土壤垦复措施对养分流失动态的影响, 在福建南靖国有林场设置
径流场, 进行了 1 年的观测、取样和氮磷钾浓度分析. 结果表明, 3 种土壤垦复措施的氮、磷、钾流失量具有
明显的季节性, 4~ 9 月 3 种养分流失量占全年 90%以上, 且都呈现全翻> 带翻> 对照, 但 3种经营措施间
氮、磷的年流失量差异均不显著,全翻的钾流失量差异水平达显著,带翻与对照间差异不显著.
关键词 土壤垦复 麻竹 山地 养分流失
文章编号 1001- 9332( 2005) 06- 1017- 05 中图分类号 S725 文献标识码 A
Effects of stand condition improvement on surface soil nutrient losses of hilly land Dendrocalamus latif lorus
plantations. QIU Erfa1, CH EN Zhuomei2, ZHENG Yushang3, HONG Wei3, YU Zhida4 ( 1 Resar ch Institute of
For estry, Chinese A cademy of For estry , Beij ing 100091, China ; 2Zhej iang Academy of Fores tr y , Hangz hou
310029, China; 3College of Forestr y , Fuj ian Agricultur e and Forestr y University , Nanp ing 353001, China;
4StateOw ned For estry Farm of Nanj ing in Fuj ian Prov ince, Nanj ing 363600, China ) . Chin. J . A pp l .
Ecol . , 2005, 16( 6) : 1017~ 1021.
A comparative study on t he soil nutr ient losses of hilly land shootused Dendrocalamus latif lorus plantations at
the Nanjing statedow ned forest farm, Fujian Province show ed that the losses o f soil N, P and K under three
treatments of stand condit ion improvement v ar ied w ith season, and 90% or more of these losses appear ed from
Apr il to September, w ith the o rder of ov erall ploughing> strip ploughing> contro l. There w as no significant dif
ference of N and P losses among t he three treatments, w hile the K loss was markedly higher under overall
ploughing than the contr ol.
Key words Stand condition improvement, Dendrocalamus latif lorus , Hilly land, Nutr ient loss.
* 国家! 十五∀科学技术攻关资助项目( 2002BA516A15) .
* * 通讯联系人.
2004- 05- 10收稿, 2004- 07- 19接受.
1 引 言
生态系统的养分循环过程是养分在生态系统各
分室间流动和养分不同状态之间相互转化的动态过
程.从目前生态系统的养分循环研究上,国内外对木
本植物和不同林分的养分循环进行了较大量的研
究[ 11, 18, 22~ 25, 28, 30] . Bockheim 等[ 1]和 Grubb等[ 5]研
究了 营养 元素 浓度 的空 间 变异; Cuevas[ 3]、
Klinge
[ 9]、Tanner[ 20]研究了森林凋落物的分解失重
及养分的释放; Jordan [ 8]、Nancy [ 15]研究了林分养分
的淋溶归还.然而,有关竹林生态系统养分循环的研
究颇少,目前主要有毛竹林生态系统养分循环的研
究[ 2] ,对麻竹林的研究主要集中在引种育苗、丰产
栽培 措 施 生 产 性 总 结 和 生 物 量 的 研 究
上[ 4, 10, 13, 26, 31] ,而麻竹林生态系统养分循环方面的
报道较少见[ 18] .
麻竹( Dendrocalamus latif lor us )为我国的重要
经济竹种.麻竹栽培已从过去河滩、四旁零散种植发
展到现在的山地规模培育, 其生长的土壤环境也发
生了很大的变化, 土壤养分较为缺乏.麻竹经营的关
键是养分协调供应, 维持竹林持续丰产、优质、高效
的经营. 土壤垦复作为一种改良土壤理化性质的重
要措施, 在丰产栽培上已取得明显的成效[ 14, 21, 27] .
当前麻竹土壤垦复措施普遍采用扩穴经营,尚无人
对全翻、带翻等较常用的垦复措施进行有益的尝试.
评价一种竹林经营措施的可行性除了经济产量外,
对养分流失的影响也是一个重要因素, 甚至是一个
决定性因素,因为其与竹林是否能持续丰产、林地是
否能持续利用、对环境是否会造成富营养化的影响
等等有关.
由上可知,鉴于当前麻竹林发展形势及研究的
薄弱,探索山地麻竹林持续丰产培育措施,揭示不同
土垦复措施对山地麻竹林养分流失的影响,了解土
壤矿质营养元素供应状况、肥力变化动态,不仅可以
丰富竹林生态系统的理论,同时也可为竹林持续高
效的丰产经营、林地持续利用, 提供理论依据,为当
应 用 生 态 学 报 2005 年 6 月 第 16 卷 第 6 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Jun. 2005, 16( 6)#1017~ 1021
前麻竹逐步规模化发展发挥重要的指导作用.
2 研究地区与研究方法
21 研究地区概况
研究地位于福建省漳洲市南靖国有林场小山城工区, 属
南亚热带季风气候区( 117∃20%E, 24∃27%N) , 海拔 280 m 左
右,属闽南低山丘陵地带. 年平均温度为 2 1 & , 7 月平均气
温 28 & ,极端最低温度为- 20 & ,极端最高温度 40 5 & ,
∋10 & 的活动积温 7 476 & , 终年无雪, 平均年无霜期 320
d,霜期短. 该地区气候温暖多雨, 年降雨量 1 720 mm, 雨量
分布不均,较集中于春夏两季 ;年日照时数 2 052 h, 是麻竹
生长的最适区.土壤以砂岩土质发育的山地红壤为主, 土层
深厚.植被以芒萁( Dicranop ter dichotoma)、五节芒( M iscant
hus f lor idulus )、桃金娘 ( Rhodomyr tus tomentosa ) 和蕨类
( Pter idophyta)为主.
22 研究方法
221 供试材料 于 1996 年春移栽母竹造林, 株行距为 5 m
( 5 m,即密度为 400 株)hm- 2 .竹林管理为: 造林前期(造林
后 1~ 3 年)每年春季施肥、除草 1 次; 4~ 5 年每年春除草 1
次,施肥 3 次,分别于 3、6 和 8 月初进行. 竹林每丛留 3 株,
分别为 1 年竹 2 株, 2 年竹 1 株.
222 试验设计 2000 年 5 月, 在同一坡面(东面坡)、坡度
( 223∃) , 选择具有代表性的麻竹林分,设置不同土壤垦复措
施的径流小区 3 个[ 17] , 即采取全面锄草深翻,隔 1 m 带状深
翻(深度 20 cm) , 及对照(即按常规经营扩穴, 不深翻) 3 种不
同的经营措施.
径流小区为长方形,长 20 m、宽 5 m, 水平面积 100 m2 ,
长边顺坡垂直于等高线, 短边与等高线平行. 小区四周用砖
砌成截水墙,并用水泥抹面, 小区上方及两侧均开排水沟. 小
区下端设倒梯形集水槽, 下设积流主池和分池. 主池长、宽、
高均为 1 m, 在距池底 1 m 处的前面, 安装 9 个等高的分流
孔,在距池底 1 m 处的左侧也安装 1 个等高的分流孔, 下设
1 分池, 以承接主池容纳不下时的分流, 分流池长 1 m、宽
05 m、高 08 m.
223 地表径流测定 测定时间为 2000 年 6月至 2001 年 5
月.每次降雨后观测地表径流量,过堰时水量可由下面公式
计算: Q = 1 + 10x ( x 为单孔分流量 ) , 并混合取水样测
定[ 6, 12] .
224 水样测定 浓缩后按土样分析方法测定全氮、全磷和
全钾[ 7, 16] .
3 结果与分析
31 地表径流的氮素动态
311地表径流的氮浓度 地表径流是穿透水到达
地面后的表层再分配, 其大小受水的流势和地表状
况的影响[ 29] . 地表径流养分浓度不仅与径流量有
关,而且与土壤的质地、人为经营活动及麻竹自身的
生长规律有关.从地表径流的氮浓度来看, 2000年 6
~ 8月及 2001年 3~ 5月是 1年中高浓度期. 这是
因为分别于 3月中旬、6月上旬和 7 月下旬对竹林
施用尿素,使土壤氮含量显著提高,从而地表径流的
氮浓度也显著提高,且持续影响到下月,另一方面可
能与雨量有一定的关系.
2000年 11 月至 2001 年 2 月为闽南地区少雨
期,没有形成地表径流,故 3种垦复措施都没有养分
流失;从其余有形成地表径流的各月看, 3 种不同经
营措施麻竹林地表径流氮浓度除了 2000年 9月和
2001年 3月外,其它月份全翻处理径流的氮浓度高
于带翻和对照.各月地表径流氮浓度最大值,全翻出
现在 2000年 6 月, 带翻和对照则分别出现在 2000
年 8月和 2000年 9月(图1a) .这主要是由不同垦复
措施地表径流量不同形成的.由于对照林分地表径
流量小,养分流失速度较慢,养分较多地残留在土壤
中,造成氮浓度峰值出现滞后.
图 1 不同垦复措施林地地表径流氮( a)、磷 ( b)和钾( c)浓度的月动
态
Fig. 1 Monthly N ( a) , P( b) and K( c) concent rat ion of overland f low in
different treatments.
312 地表径流的氮流失量 土壤养流失量是地表
径流养分流失浓度与径流量相叠加的结果. 3 种不
同垦复措施林地的地表径流氮流失量, 以全翻为最
大,达 29930 kg)hm- 2, 分别是带翻和对照的 916
1018 应 用 生 态 学 报 16卷
倍和 2077倍. 各月地表径流氮流失量的最大值, 全
翻出现在 2000 年 6月, 带翻和对照出现在 2000 年
8月.其中,全翻 2000年 6月的地表径流氮流失量
高达 20470 kg)hm- 2, 占年流失量的 6839% (表
1) .可见, 全翻地表径流不论是养分浓度还是养分流
失量峰值期的出现, 均比带翻和对照早,其年径流氮
流失量也是 3 种措施中最大的. 这是因为闽南地区
在 5~ 8月有较大雨量或台风雨,而全面深翻措施由
于地表疏松,又无灌木草本层和枯落物的覆盖,土壤
中释放的有效养分及人工施入的养分易随地表径流
流失,即林地保肥效果较差,致使养分流失速度和数
量都大于带翻和对照林分.
由表 1还可以看出, 竹林养分流失主要集中在
4~ 9月, 全翻、带翻和对照 3 种措施氮流失量分别
占全年的 9975%、9642%和 9167% ,这是由于该
时期雨量较大, 且麻竹施肥主要集中在这一时期所
致.因此, 麻竹林经营如何在这一时期做好保水保肥
工作,是实现林地持续利用的关键.
表 1 不同垦复措施麻竹林地表径流氮流失量
Table 1 Loss of N in overland flow in different treatments( kg)hm- 2)
时间
T ime( yr)m) 全翻Overall
plough
带翻
St rip
plough
对照
Cont rol
平均
M ean
20006 20470 01068 00074 07204
20007 01061 00100 00086 00416
20008 06727 01650 00757 03045
20009 00286 00171 00282 00246
200010 00076 00076 00082 00078
200011 00000 00000 00000 00000
200012 00000 00000 00000 00000
20011 00000 00000 00000 00000
20012 00000 00000 00000 00000
20013 00000 00041 00039 00026
20014 01073 00079 00082 00411
20015 00237 00084 00039 00120
20006~ 9; 20014~ 5 29854 03152 01321 11442
全年 One year 29930 03269 01441 11546
32 地表径流的磷素动态
321地表径流的磷浓度 磷是闽南红壤极度缺乏
的元素,如何补充和保持土壤中的磷素具有特别重
要的意义. 由图 1b 可以看出, 3种垦复措施磷流失
高浓度期与氮基本相似, 主要出现在 3~ 8 月, 这主
要是由林分施肥时间及雨量所决定的.
从各垦复措施看,在 2000年 3~ 6月,全翻和带
翻地表径流磷浓度形成一个峰值期, 2000年 7月后
磷浓度明显下降,进入低浓度期.对照地表径流的磷
浓度则呈齿状变化趋势, 分别在 2000年 6 和 8月、
2001年 3 月形成峰值. 这可能磷素与土壤结合形
态、不同垦复措施保水保肥及雨量有关.
322 地表径流磷流失量比较 由表 2可见,磷素
流失主要集中在 4~ 9 月. 这一时期全翻、带翻和对
照 3 种措施磷流失量分别占全年的 9825%、
9660%和 9500%, 与氮的流失规律基本一致. 这
主要是该时期地表径流较大,竹林施肥所致.但从不
同垦复措施磷流失量最大时间来看, 全翻和带翻都
出现在 6月,而对照出现在 8月,这进一步说明磷素
与土壤的结合形态与氮、钾的不同,可能影响其流失
速率,但具体原因有待进一步研究.
从 3 种垦复措施的地表径流磷年流失量来看,
与氮素流失量基本相似, 以全翻为最大,达 00343
kg)hm- 2,分别是带翻和对照的 167和 245倍.
表 2 不同土壤垦复措施麻竹林地表径流磷流失量
Table 2 Loss of P in overland flow in different treatments( kg)hm- 2)
时间
Time(yrm) 全翻Overall
plough
带翻
S trip
plough
对照
Control
平均
Mean
20006 00216 00117 00046 00216
20007 00012 00006 00008 00012
20008 00053 00021 00052 00053
20009 00021 00008 00011 00021
200010 00006 00006 00005 00006
200011 00000 00000 00000 00000
200012 00000 00000 00000 00000
20011 00000 00000 00000 00000
20012 00000 00000 00000 00000
20013 00000 00002 00002 00001
20014 00016 00020 00010 00016
20015 00019 00026 00006 00019
20006~ 9; 20014~ 5 00337 00199 00133 00337
全年 One year 00343 00206 00140 00343
33 地表径流的钾素动态
331 地表径流的钾浓度 由图 1c可以看出, 在 3
种垦复措施都有产生径流的月份, 钾流失浓度最高
的为全翻,其次为带翻, 对照流失浓度最小. 3 种不
同垦复措施麻竹林地表径流钾浓度最大的月份均出
现在 2000年 8月.这主要是因为 7月下旬林地施入
钾肥,且钾元素在土壤中呈游离状态,极易流失.
332 地表径流的钾流失量 从不同月份钾流失动
态来看, 3种垦复措施具有较相似的变化规律,最大
的月份都出现在 8月, 其次为 6月,并且钾的流失与
氮和磷相似, 4~ 9月是钾流失的主要时期,全翻、带
翻和对照分别占全年流失量的 9547%、9542%和
9038% .这是由于该时期降雨较多且施肥主要集中
在这一时期,而钾极易流失所致.
从钾全年流失量来看, 全翻的钾素流失量最大,
年流失量达 38364 kg)hm- 2,分别比带翻和对照增
加 2181%和 10670% .
10196 期 邱尔发等:土壤垦复对山地麻竹林地表养分流失动态的影响
表 3 不同土壤垦复措施麻竹林地表径流钾流失量
Table 3 K loss of overland flow in different treatments( kg)hm- 2)
时间
T ime( yr)m) 全翻Overall
plough
带翻
St rip
plough
对照
Cont rol
平均
M ean
20006 11702 09752 04607 08687
20007 02427 01970 01413 01937
20008 13306 10806 05892 10001
20009 04192 03541 01997 03243
200010 01739 01322 01623 01561
200011 00000 00000 00000 00000
200012 00000 00000 00000 00000
20011 00000 00000 00000 00000
20012 00000 00000 00000 00000
20013 00000 00120 00162 00094
20014 02141 01753 01721 01872
20015 02856 02234 01145 02078
20006~ 9; 20014~ 5 36625 30055 16775 27818
全年 One year 38364 31497 18560 29474
34 不同垦复措施的养分流失量
不同土壤垦复措施氮、磷、钾流失量具有一定的
差异.为了进一步比较 3种垦复措施对养分流失的
差异程度,进行了方差分析.结果表明, 各经营措施
之间地表径流的氮、磷流失量差异不显著( FN =
191, F P= 142< F005( 2, 22) = 344) ; 钾的流失量
差异显著( F K= 429< F 005( 2, 22) = 344) ,其中全
翻与对照差异显著 ( F全翻- 对照 = 0165 > F =
0145) , 全翻与带翻, 带翻与对照差异不显著
( F全翻- 带翻 = 0057 < F带翻- 对照 = 0108 < F =
0145) .
35 不同垦复措施的 3种元素流失总量
由表 4可以看出,年地表径流养分流失量最大
的是全翻林地, 达 68637 kg)hm- 2, 带翻居中, 为
34971 kg) hm- 2, 最小为对照, 只有 20141 kg)
hm- 2. 3种元素中, 又以钾的流失量最大, 3 种垦复
措施的平均年流失量达 29474 kg)hm- 2, 占全年
氮、磷、钾总流失量的 7145%,而磷只占 056%.
表 4 不同土壤垦复措施麻竹林地表径流氮、磷和钾流失总量
Table 4 N, P and K loss of overland flow in different treatments ( kg)
hm- 2)
时间
T ime( yr)m) 全翻Overall
plough
带翻
St rip
plough
对照
Cont rol
平均
M ean
20006 32388 10937 04727 16017
20007 03500 02076 01507 02361
20008 20086 12477 06701 13088
20009 04499 03720 02290 03503
200010 01821 01405 01710 01645
200011 00000 00000 00000 00000
200012 00000 00000 00000 00000
20011 00000 00000 00000 00000
20012 00000 00000 00000 00000
20013 00000 00162 00203 00121
20014 03230 01852 01813 02298
20015 03112 02344 01190 02215
20006~ 9; 20014~ 5 66816 33405 18229 39483
全年 One year 68637 34971 20141 41250
从各月养分流失动态来看, 2000年 6和 8月地
表径流的养分含量明显高于其它月份; 4~ 9 月养分
流失总量最大,全翻、带翻和对照分别占全年养分流
失量的 9735%、9552%和 9051% ,这主要是闽南
地区较大降雨和林分施肥都在这一时期, 所以在麻
竹林经营中应加强该时期的水土保持措施,以达到
保水保肥,提高林地持续生产力.
4 讨 论
3种土壤垦复措施的氮、磷、钾流失浓度和流失
量具有明显的季节性, 以 3~ 8月较大,其中 4~ 9月
半年中, 3种养分流失量占全年 90%以上,因此该时
期是水土保持的关键时期. 3种垦复措施养分流失
浓度在各月份中具有一定的波动, 总体上以全翻措
施流失浓度较大. 3 种土壤垦复措施中, 全翻林地
氮、磷和钾的年流失量最大, 其次是带翻和对照, 但
3种经营措施间氮、磷的年流失量差异均不显著,全
翻的钾流失量差异水平达显著, 带翻与对照间差异
不显著.
林分经营措施是影响地表径流量和流失养分浓
度的重要因素.山地麻竹养分主要通过地表径流流
失.麻竹垦复, 使林地表面土壤疏松, 具有利和弊的
两面性: 一方面有利于改善麻竹林地土壤理化性
状,增加土壤养分的有效性, 促进竹根对养分的吸
收,从而提高竹笋产量;但另一方面, 不同垦复措施,
由于破土面积不同,而我国南亚热带和热带,年降雨
量较大,且较集中于夏季, 尤其是台风雨, 无疑地破
土面积较大的全翻措施将使水土流失加重,不利于
林地的持续利用, 同时也容易造成河流等水体环境
产生富营养化.因此,麻竹垦复措施的选择应综合考
虑,适当减小破土面积,从而有利于减少养分流失,
维持林地的长期生产力.
另外, 麻竹林生态系统水分和养分的流失比一
般林木和竹林林地小, 这主要是麻竹林具有较庞大
和密集的根系,固土能力较强,这也说明麻竹是一种
较好的水土保持竹种.
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作者简介 邱尔发, 男, 1968 年生, 博士, 副研究员. 主要从
事森林培育及生态学教学和科研工作, 已发表论文 30 余篇.
Email: efqiu@ 163. com
10216 期 邱尔发等:土壤垦复对山地麻竹林地表养分流失动态的影响