全 文 ：　　1995—05—03收稿。
　　何贵平助理研究员,陈益泰(中国林业科学研究院亚热带林业研究所　浙江富阳　311400) ;蔡宏明,封剑文,关志山(福
建省邵武市林业委员会)。
* 本研究系世界银行贷款国家造林项目科研推广课题的一部分。水土养分含量分析得到亚林所裴致达高级工程师等人
的帮助,谨表感谢。
杉木幼林地水土流失动态研究*
何贵平　陈益泰　蔡宏明　封剑文　关志山
　　关键词　杉木、幼林地、水土—养分流失、预测模型
　　杉木( Cunninghamia lanceolata ( Lamb. ) Hook)是我国南方的主要用材树种,常以营造纯
林为主,整地方式又以全垦挖大穴或火烧炼山后挖大穴较常见。由于南方雨量充沛,且常有大
雨、暴雨出现,容易造成水土流失。近年来,随着杉木速生丰产林面积的不断扩大,幼林地水土
流失问题,已引起人们的关注[ 1～3]。本研究对福建省邵武市水北镇三都村 1992年春在针阔次
生林迹地上营造的杉木纯林,进行了 3年的水土流失观测研究,旨在通过此研究,了解杉木幼
林地水土流失的动态变化, 为制定合理的营林措施, 减少水土流失,防止地力衰退提供科学依
据。
1　试验区概况及研究方法
　　试验点设在福建省邵武市水北镇三都村, 1992年 2月下旬新造的杉木林地。该点常年平
均降雨量为 1 799. 3 mm ( 1961～1986年) ,年内降雨分配不均,以春夏两季较为集中,且暴雨
时有发生。林地原为针阔混交林。土壤为花岗斑岩发育而成的红黄壤, pH 值在 4～6之间,土
层深厚,腐殖质层厚度 3～5 cm ,土壤疏松,透水性能良好。林地坡度为 23. 0～26. 4°,坡向东
南。经火烧炼山后,穴状整地( 50 cm×50 cm×50 cm ) ,造林密度2 m×2 m。郁闭前,每年培土、
抚育 2～3次,同时进行水平梯状扩带,以保持水土。
在林地旁空地上安装一台自记雨量计,进行降雨量观测。水土流失量是在林地内设置径流
场进行实测, 径流场设施及数据观测计算同参考文献[ 1]。
2　结果与分析
2. 1　幼林地水土流失的年变化
炼山挖大穴造林的杉木林地和炼山未造林地 3年的地表径流量和泥沙悬移质量有较大的
差异(表 1) ,未造林地的地表径流量和泥沙悬移质量逐年都有较大幅度减少, 到第 3年时, 径
流量很小,也几乎没有淤泥形成。因未造林地第 1年经炼山后,地表裸露,容易被雨水冲刷,形
成较大的地表径流并带走大量的地表土;而到了第 3年, 未造林地基本上被杂灌木及杂草覆
盖,雨水降落地面后受到地表覆盖物吸附阻滞, 从而减少了地表冲刷。未造林地第 1年的地表
林业科学研究　1996, 9( 5) : 544～548
F or est Res earch 　　 　　
径流量和泥沙悬移质量分别占 3 a 总流失量的 69. 37%和 74. 93%。造林地上前两年的地表径
流和泥沙悬移质量均较小, 而且表现出明显的下降趋势。第 1、2年造林地的地表径流量和泥沙
悬移质量是未造林地的 1/ 4、1/ 3和 1/ 5、1/ 2, 其泥沙流失量大大低于本地区的土壤允许流失
量 10 t·hm - 2·a- 1的水平[ 4] ,与土壤自然侵蚀量相近。因前两年实施了水平带的梯状抚育、培
土,大大减轻了水土流失。而第 3年, 地表径流量和泥沙悬移质量则表现出明显的上升趋势,与
未造林地相比,分别是未造林地的 5. 7和 24. 8倍。据这年的降雨情况获知,出现了几次强度特
大的降雨, 平均降雨强度> 10 mm/ h,有的超过 30 mm/ h。另外,这年未采用水平带的梯状抚
育、培土,使得地表径流和泥沙流失量增大。由此看来,造林后林地的抚育方式将对幼林地水土
流失起着至关重要的作用, 造林后实施水平带梯状抚育、培土, 是减少幼林地水土流失的一个
较好的营林措施。
表 1　造林后前 3年的地表径流量和泥沙悬移质量
项　　目 未　造　林　地 造　　林　　地 比　　　　值第 1年 第 2年 第 3年 小计 第 1年 第 2年 第 3年 小计 第 1年第 2年第 3年 小计
地表径流量
( t·hm- 2) 1 297. 13 488. 29 84. 32 1 869. 74 335. 03 190. 50 478. 08 1 003. 61 3. 87 2. 56 0. 18 1. 86
泥沙悬移质量
( kg·hm - 2) 7 563. 80 2 399. 73 131. 04 10 094. 57 1 549. 43 1 058. 18 3 254. 78 5 862. 39 4. 88 2. 27 0. 04 1. 72
径流系数( % ) 7. 03 3. 55 0. 54 - 　 1. 84 1. 39 3. 05 - 　 3. 82 2. 55 0. 18 -
2. 2　幼林地水土养分流失量年变化
降雨在林地上形成地表径流,带走了地表的泥沙,同时也带走了大量的土壤养分,造林地
与未造林地 3年的水土养分流失量与前述地表径流量和泥沙悬移质量变化趋势相似(表 2、
3) ,即未造林地水土流失中各养分流失量均为逐年大幅度下降,造林地前两年也表现出下降趋
势,而第 3年则为上升, 但上升幅度没有地表径流和泥沙悬移质量那样大,这可能主要是因为
径流场未施肥,地表各养分含量每年都有所下降之故。在总的养分流失中,以有机质损失量最
大,未造林地和造林地 3年的损失分别占各养分损失总量的 88. 85%和 89. 20% ,而前者则为
后者的 2. 6倍。其次养分损失较大的就是 K 素和 N素,其中K 素包括全钾、速效钾和水解钾;
N 素包括全氮、速效氮和可溶性无机氮( NO -3 、NH+4 )等。P 素损失量为最小。
表 2　泥沙悬移质中各年度养分损失量 (单位: kg·hm- 2)
项　目 未　造　林　地 造　　林　　地 比　　　　值第 1年 第 2年 第 3年 小计 第 1年 第 2年 第 3年 小计 第 1年 第 2年 第 3年 小计
全 N 23. 372 1 5. 881 7 29. 253 8 4. 184 7 2. 124 1 5. 340 6 11. 649 4 5. 59 2. 77 - 2. 51
全 P( P2O 5) 11. 648 3 1. 655 8 无 13. 304 1 2. 435 5 0. 805 0 2. 069 7 5. 310 2 4. 78 2. 06 - 2. 51
全 K 43. 113 7 11. 278 7 淤 54. 392 4 9. 307 9 6. 133 0 2. 318 7 17. 759 6 4. 63 1. 84 - 3. 06
有机质 873. 240 7 221. 471 1 泥 1 094. 711 8157. 131 0 73. 234 4 188. 327 4 418. 692 8 5. 56 3. 02 - 2. 61
速效N 　1. 907 6　0. 392 5 形 2. 300 1 0. 333 0 0. 157 7 0. 341 5 0. 832 2 5. 73 2. 49 - 2. 76
速效P 　0. 044 7　0. 049 3 成 0. 049 3 0. 005 6 0. 002 1 0. 010 6 0. 018 3 7. 98 2. 19 - 2. 69
速效K 　2. 153 4　0. 843 7 2. 997 1 0. 846 4 0. 352 7 0. 586 7 1. 785 8 2. 54 2. 39 - 1. 68
5455 期　　　　　　　　　　　　何贵平等: 杉木幼林地水土流失动态研究
表 3　径流液中各年度养分流失量 (单位: kg·hm- 2)
项　目 未　造　林　地 造　　林　　地 比　　　　值第 1年 第 2年 第 3年 小计 第 1年 第 2年 第 3年 小计 第 1年第 2年第 3年 小计
P( PO3-4 ) 0. 491 6 0. 082 0 0. 010 6 0. 584 2 0. 156 9 0. 046 9 0. 056 7 0. 260 5 3. 13 1. 75 0. 19 2. 24
K+ 23. 374 2 3. 466 9 0. 269 8 27. 110 9 7. 116 1 1. 615 0 2. 323 6 11. 054 7 3. 28 2. 15 0. 12 2. 45
NO-3 - N 1. 052 0 0. 128 4 0. 012 2 1. 192 6 0. 291 5 0. 046 3 0. 085 3 0. 423 1 3. 61 2. 77 0. 14 2. 82
NH+4 - N 5. 966 8 0. 182 6 0. 010 6 6. 160 0 1. 425 1 0. 104 8 0. 073 9 1. 603 8 4. 19 1. 74 0. 14 3. 84
2. 3　幼林地径流液和悬移泥沙中养分浓度的年变化
幼林地的水土流失,随着时间的推移, 不仅量上有所变化, 而且质上也会发生变化。表 4为
各年度林地径流液和悬移泥沙中养分浓度的变化情况。各养分含量的年变化较明显,除造林地
中速效P 在第 3年里有所增加外,其余均呈现出逐年下降的趋势, 说明径流使林地地表各养分
下降很快,特别是第1年,土壤养分状况较好,易造成较大养分损失。而表 4径流液中各年的养
分浓度变化是,造林地与未造林地前两年各养分浓度变化趋势相近,而第 3年则造林地较未造
林地高,说明造林地的养分流失还有较高水平, 而未造林地表面基本上被杂灌草覆盖,养分不
易被带走。
表 4　径流液和泥沙悬移质中各年度单位体积养分含量变化
项　　　目 未　造　林　地 造　　林　　地第 1年 第 2年 第 3年 第 1年 第 2年 第 3年
径流液
泥沙悬移质
P( PO 3-4 ) ( m g/ L) 0. 379 0. 168 0. 126 0. 468 0. 243 0. 119
NH+4 - N( mg / L) 4. 60 0. 374 0. 126 4. 138 0. 562 0. 155
NO-3 - N( mg/ L ) 0. 811 0. 263 0. 145 0. 875 0. 243 0. 179
K+ ( mg /L ) 18. 02 7. 1 3. 2 21. 17 8. 5 4. 85
有机质( g/ kg) 115. 45 92. 29 101. 88 69. 14 57. 86
全 N ( g/ k g) 3. 09 2. 45 无 2. 71 2. 01 1. 64
全 P(P2O 5) ( g/ kg) 1. 54 0. 69 淤 1. 57 0. 76 0. 64
全 K( g/ kg) 5. 70 4. 70 泥 6. 01 5. 81 4. 85
速 N( mg/ kg) 252. 2 163. 5 形 215. 4 149. 0 105. 0
速 P(m g/ kg) 5. 91 1. 9 成 3. 61 2. 0 3. 26
速 K( mg/ kg) 284. 7 351. 6 545. 0 333. 4 180. 0
2. 4　影响幼林地水土流失因素分析及预测模型建立
影响幼林地水土流失因子中有定性和定量因子, 故采用混合数量化模型 I 进行回归分
析[ 5]。以地表径流量和泥沙悬移质量为因变量, 结合本试验区条件,选取降雨量( X 1 )、平均降
雨强度 ( X 2 )、郁闭度 [ 0%～35%( X 31 )、35%～70%( X 32 )、70%～100%( X 33 ) ]、未造林地
( X 41)、造林地( X 42)、抚育方式〔不抚育( X 51)、常规抚育( X 52)、水平带梯状抚育( X 53 )〕、林地透
水性〔透水性一般( X 61 )、透水性较好( X 62 )、透水性良好( X 63)〕、1 h最大降雨强度( X 7 )、30 m in
最大降雨强度( X 8 )、前期降雨量[ ( 2 d) X 9]等 9个项目 16个类目作为自变量,共收集样本 362
个,进行回归分析。经计算机处理,得如下结果(表 5)。
546 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　9 卷
表 5　地表径流量、泥沙悬移质量各预测方程关系值
项　　　　目 地 表 径 流 量 泥 沙 悬 移 质 量
bi 偏相关系数 偏相关 t 值 bi 偏相关系数 偏相关 t 值
X 1 0. 429 0. 748 15. 255 3. 587 0. 727 13. 892
X 2 0. 171 0. 335 1. 572 0. 545 0. 160 0. 545
X 33 - 18. 339 - 0. 483 11. 320 - 117. 502 - 0. 360 7. 906
X 52 15. 507 0. 358 1. 698 108. 606 0. 258 1. 297
X 53 - 13. 689 - 0. 314 1. 561 - 80. 997 - 0. 237 1. 007
X 62 5. 051 0. 122 0. 576 8. 816 0. 096 0. 110
X 63 - 2. 995 - 0. 102 0. 342 - 39. 502 - 0. 120 0. 491
X 8 0. 343 0. 433 2. 674 1. 369 0. 260 1. 163
R = 0. 847 4* * , F= 74. 080 9* * R = 0. 786 9* * , F= 47. 299* *
T = 18. 76* * T = 18. 76* *
由表 5可知, 影响地表径流量和泥沙悬移质量的首要因子均为降雨量( X 1) ,因其 t 值均最
大,根据偏相关 t 值的大小,可知影响地表径流的主要因子依次为郁闭度( X 3)、30 min最大降
雨强度( X 8 )、抚育方式( X 5 )、平均降雨强度( X 2)和透水性( X 6) ;泥沙悬移质量的主要因子则依
次为郁闭度、抚育方式、30 min最大降雨强度、平均降雨强度和透水性。根据各因子的贡献大
小,优化模型后,建立了本试验条件下单次降雨的水土流失估测模型:
Y 1= 0. 429X 1 + 0. 171X 2- 18. 339X 33+ 15. 507X 52- 13. 689X 53+ 5. 051X 62- 2. 995X 63+
0. 343X 8
Y 2= 3. 587X 1+ 0. 545X 2- 117. 502X 33+ 108. 606X 52- 80. 997X 53+ 8. 816X 62- 39. 502X 63
+ 1. 369X 8
Y 1、Y 2分别为地表径流量和泥沙悬移质量。根据上述两个预测方程,求得部分样本回归值
Y
∧
1、Y∧2 与实测值Y 1、Y 2对比列于表 6。可以看出,回归值与实测值较接近。方程经 F 和 T 检验,
回归方程均达到极显著水平。由上两方程还可看出, 较大的林地郁闭度、水平带梯状抚育,以及
良好的土壤透水性,能大大减少地表径流量和泥沙悬移质量。而较大的降雨量、较大的平均降
雨强度、较大的 30 min降雨强度以及常规抚育方法和透水性能不佳都将增大水土流失量。
表 6　地表径流量、泥沙悬移质量部分样本回归值 Y∧与实测值 Y 的比较
(单位: Y1 为 t·hm- 2, Y 2为 k g·hm- 2)
样　　本 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Y 1 4. 5 8. 5 0. 48 7. 5 7. 0 0. 36 0. 8 44. 0 63. 0 10. 8
Y
∧
1
4. 435 8. 642 0. 452 7. 916 6. 824 0. 380 0. 864 46. 024 60. 108 10. 125
Y 1- Y
∧
1
0. 065 - 0. 142 0. 028 - 0. 416 0. 178 - 0. 02 - 0. 064 - 2. 024 2. 892 0. 675
Y 2 15. 93 30. 09 1. 33 20. 7 13. 72 0. 71 1. 75 368. 228 525. 9 16. 2
Y
∧
2
15. 628 32. 18 1. 318 21. 960 13. 312 0. 745 1. 872 380. 824 511. 648 14. 914
Y 2- Y
∧
2
0. 302 - 2. 09 0. 012 - 1. 26 0. 408 - 0. 035 - 0. 122 - 12. 544 14. 252 1. 286
3　结论
　　幼林地前两年因实施了水平带梯状抚育、培土, 水土流失量较低, 土壤流失量只与自然侵
蚀量相近, 第 3年只进行常规抚育管理, 使得水土流失量增大, 但年土壤流失量只有本区土壤
5475 期　　　　　　　　　　　　何贵平等: 杉木幼林地水土流失动态研究
允许流失量的1/ 3。未造林地的水土流失量呈逐年大幅度下降,第 3年水土流失量极低,但其 3
年的水土流失总量分别是造林地的 1. 86倍和 1. 72倍。造林地与未造林地水土养分流失与水
土流失趋势相似, 养分浓度逐年下降。在养分流失中, 以有机质损失最大, 占总养分损失的
89%左右,其次为 K 素和 N 素, P 素较少。
3年里未造林地和造林地土壤流失量分别为 10 094. 57 kg·hm - 2和 3 862. 39 kg·hm - 2,
养分流失则是, 有机质分别为 1 094. 711 8 kg·hm- 2和 418. 692 8 kg·hm - 2, K 素分别为
84. 500 4 kg·hm - 2和 30. 300 1 kg·hm- 2 , N 素分别为 38. 906 5 kg·hm- 2和14. 508 5 kg·
hm- 2 , P 素分别为 13. 937 6 kg·hm - 2和 5. 589 0 kg·hm- 2。
应用混合数量化模型 I 对影响林地水土流失的因子分析表明,降雨量是林地水土流失的
首要因子,较大的林地郁闭度,水平带梯状抚育、培土,以及良好的土壤透水性能大大减少林地
水土流失。建立了本试验条件下单次降雨的林地水土流失预测模型。
参　考　文　献
　　1　何贵平,陈益泰,封剑文.杉木新造林地水土流失规律研究初报.林业科学研究, 1993, 6( 6) : 686～690.
　　2　俞新妥,柯玉盛,何智英.杉木幼林地水土流失规律的研究.林业科学, 1993, 29( 1) : 25～32.
　　3　柯克比 M J ,摩根 R P C(王礼先,吴文武,洪惜英译) .土壤侵蚀.北京:水利电力出版社, 1987.
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Study on the Dynamics of Lost Amount of Soil and Water
in Young Forest of Chinese Fir
H e Guip ing　Chen Yitai　Cai H ongming　Feng J ianw en　Guan Zhishan
　　Abstract　T he stat ionar y observat ion on so il and w ater for thr ee year s in young forest
of Chinese f ir show ed that the lost amount of so il and w ater and nutr ient w as low ered down
gr eat ly af ter tending and piling up soil around the lev el terrace and decr eased w ith the in-
crease of t ime. T he yearly lost amount of soil w as almost the same as the natural soil erosion
amount . Lost amount of soil w ater and nutrient in non-fo rested land obv iously decreased w ith
t ime. T he nutrient concentrat ion of the soil and w ater decreased w ith t ime. Lost amount o f
so il of non-forest land is 1. 72 t imes as that of the young forest land. The facto rs o f ef fect on
losses o f soil and water fr om young for est land were analy sed through apply ing model I o f
mix ed quant ificat ion, and the pr edict ion equations o f lost amount of soil and w ater w er e es-
tablished.
　　Key words　Chinese fir , y oung forest land, lo ss of so il w ater and nutrient , predict ing
models
　　He Guiping, Ass istan t Profes sor, Chen Yitai ( T he Resear ch Inst itute of Sub tr opical Forest ry, CAF　Fuyang, Zh ejiang
　311400) ; Cai Hongmin g, Feng Jianwen, Guan Zhishan( Th e For est ry Commis sion of Sh aow u City, Fuj ian Province) .
548 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　9 卷