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韦振道，伍琪，任世奇
桉树人工林地表水土流失研究现状
韦振道，伍琪，任世奇*
(广西壮族自治区林业科学研究院/南宁桉树森林生态系统广西野外科学观测研究站/广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002)
桉树作为我国三大速生树种之一，对我国的木材供应起到了举足轻重的作用。由于传统桉树人工林在经营过程采取不合理的经营措施，导致出现水土流失等生态问题。本文总结了近年来我国有关桉树人工林水土流失的研究现状，通过探讨影响桉树人工林地表水土流失的因子，并就目前存在的问题和今后研究的发展方向提出建议。
桉树人工林；
地表；
水土流失
水土流失是在水力、重力、风力等外营力作用下，水土资源和土地生产力遭受的破坏和损失，包括土地表层侵蚀及水的损失，广义上常将土壤侵蚀等同于水土流失[1]。根据水利部2019年开展的全国水土流失动态监测数据显示，全国共有水土流失面积271.08万km2，其中水力侵蚀面积113.47万km2[2]。森林生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，具有保持水土、涵养水源等功能。森林按起源可分为天然林和人工林，人工林因其生产周期相对较短、个体水平分布相对均匀统一，不仅缓解了我国木材资源短缺的情况，同时在生态环境建设中也起到了重要作用。根据2014—2018中国森林资源报告显示，我国人工林面积占比36.45%，蓄积占比19.86%[3]。在大力发展人工林的过程中，因立地条件和林分不同，存在不同程度的水土流失现象，需要采取合理的营林方式减少水土流失，研究表明抚育间伐能有效地改善杉木()、湿地松()和柳杉()林地土壤水文效应，减小土壤的水土流失[4]。此外，水土流失还与林龄等因子有关，如王燕[5]的研究结果显示马尾松()林从幼龄到中龄阶段，土壤抵抗侵蚀能力降低，易造成严重水土流失；
成熟林土壤抵抗降雨侵蚀和地表径流的能力提高。总之，影响人工林水土流失的因素复杂多样且相互之间关系密切，研究时应综合考虑。桉树(spp.)人工林作为我国三大速生树种之一[3]，因其生长快、适宜性强、周期短、产量高、用途广和效益高的特点，被世界各地广泛引进种植[6]。随着桉树人工林种植面积不断扩大，其在生态方面的作用引起了广大研究者的重视，而水土流失规律作为生态方面重要的一环也受到普遍的关注，许多科研工作者从不同角度对桉树人工林的水土流失规律进行研究。本文概括了近年不同季节、林分结构、营林措施以及土壤的结构和理化性质对桉树人工林水土流失的影响，总结水土流失研究现状，分析当前存在的问题以及提出相应对策，以期为桉树生态建设和可持续发展经营提供参考。
1.1 不同季节和降雨量级对水土流失的影响
不同季节决定了降雨量级的不同，从而影响了水土流失。一般来说，夏季是水土流失量最大的季节，而最小出现在冬季，春、秋两季的水土流失量大小并非固定。如黄承标等[7]在比较了不同植被之间的水土及其养分流失量后发现，水土流失量的季节变化程度从大到小为夏>春>秋>冬(与同期降雨量相符)。韦中绵等[8]分析了桉树纯林和桉树-珍贵树种混交林水土流失量随季节的变化规律，结果表现较为一致，皆为夏>秋>春>冬。降雨直接影响径流的大小，而降雨量对水土流失的影响尤为明显，多数研究由此展开。梁宏温等[9]指出大量级降水是桉树人工林产生较高坡面径流量和泥沙流失量的主要原因之一，坡面产流量和泥沙流失量与降水量间均呈极显著线性正相关(=0.743 ～ 0.953)。李仁山[10]的研究表明，地表径流和土壤流失与降雨量之间以及地表径流与土壤流失之间均有极显著二次抛物线关系，降雨量和养分流失之间相关性不明显。苏晓琳[11]同样认为不同林分坡面径流与降雨量存在着二次抛物线的回归关系。李博等[12]的研究结论为径流与降雨量呈现对数关系。钟瀚涛[13]发现不同雨量级的地表径流量和泥沙流失量差异极显著(<0.01)，均呈现大暴雨>暴雨>大雨>中雨>小雨的规律。另有研究表明，不同范围的降雨强度，影响产生水土流失的因子也会有所变化。如李仁山[10]对广西南部1 ～ 3年生桉树人工林的研究表明林地地表径流主要由大雨及以上的降雨产生。苏晓琳[11]研究了长周期的人工林改造为桉树林后土壤水文功能的变化，结果表明不同林分调节径流的差异主要发生在强降雨的情况下，影响坡面径流的最主要因子为降雨强度和土壤入渗速率，其次是植被类型；
在低雨强(<1.0 mm·min‒1)下，林地土壤侵蚀变化不大，但当雨强大于1.0 mm·min‒1时，桉树林地土壤侵蚀情况与造林前林地差异较大，影响侵蚀的主要因子为降雨强度、径流深和枯枝落叶现存量；
在一定雨强范围内，轮伐周期较长的人工林改造成桉树林后坡面径流减少，径流产生时间延后。总体而言，虽然不同的研究者得出的函数关系有所差异，但水土流失大小会基本上均是随降雨量增加而增加，同时在不同范围的雨强下，影响因子的侧重也有所不同。
1.2 不同桉树林分结构对水土流失的影响
森林通过其林冠、树木茎干、灌草、枯落物、根系及土壤结构等调节森林水文的组分分配和季节分配，达到对降雨进行再分配和减缓地面径流等效果[14]。林分结构是指内部结构特征，包括树种组成、林冠层次、年龄、郁闭度、起源、地位级或地位指数等[15]。林分结构不同，对于雨水的截留能力和水土保持能力有所不同，从而影响了森林水文过程。
不同的树种组成其郁闭度、地面枯落物数量和根系固土能力因子等有所差异，这些差异导致了水土流失的不同。一般来说，混交林在减少水土流失方面作用要比桉树人工林要好。郭晋川等[16]以桉树林和马尾松林两种不同林分的集水区为研究对象，分析强降雨和连续降雨对径流过程的影响，认为马尾松林的水源涵养功能明显优于桉树林。李博等[12]认为相对于针阔混交林来说，结构单一的人工林控制水土流失的能力较差。罗兴录等[17]探讨了桉树林、龙眼()和混交林对水土流失的影响，认为混交林保持水土的作用最好。王会利等[18]对广林巨尾桉(×)人工林土壤侵蚀量和养分流失量的观测表明桉树林土壤侵蚀量和养分流失量较荒地而言有所增加。有研究指出，桉树人工林的水土流失和其他树种对比并不是各方面都表现理想或一致的。如黄承标等[7]在比较了厚荚相思()人工林、尾巨桉(×)人工林和灌草坡三种不同植被的水土及其养分流失量后发现，流失量在各植被之间差异不显著。孙聃等[19]在研究多种不同树种的纯林和混交林恢复过程中的水土流失特征发现，桉树林无论是短期还是长期，其在减少地表径流量方面都比较明显，但在减少推移质方面效果不理想。杨钙仁[20]研究桉树人工林对林区地表水的影响时发现，桉树人工林的产流量要比混交林少60.9％，径流模数和径流系数均小于混交林，但桉树林在久旱后的首次暴雨(50 mm以上)中易于产生地表径流。王华等[21]对海南不同林分地表径流特征的分析表明桉树人工林的地表径流大小和次生林相比并不是绝对的。
地面植被减少了雨水对土壤的直接冲刷，使表层土壤的结构更为牢固，从而降低了水土流失。地面覆盖植被包括原生的杂草灌木植物和复合经营模式下的人工种植植物，而复合经营模式的水土保持作用要优于纯林。覃其云等[22]对比了桉树纯林和桉树+桂牧1号象草两种不同植被的地表径流量和土壤侵蚀量，结果显示两种植被的地表径流量差异明显，土壤侵蚀量不显著。王会利等[23]对比了桉树纯林和桉树×牧草复合经营模式的地表径流量和土壤侵蚀量后得出桉树×牧草地地表径流量和土壤侵蚀量均小于桉树纯林，认为间种牧草更有利于促进桉树林地的可持续经营。梁英彩等[24]在探索桉树林下间种牧草后发现，间种牧草促进了桉树的生长，减少了水土流失，保护了生态环境。
随着林龄增加，郁闭度逐渐变大，同时地面枯落物渐渐积累、根系和土壤之间的结构更为稳固，在有关研究中，整体表现为水土流失随着林龄的增加而逐年减少。黄承标等[7]在比较了不同植被之间的水土及其养分流失量后发现，流失量在造林当年、造林后2 ～ 3年和造林后4 ～ 5年几个时间段呈现出从高峰期到减缓期再趋于稳定的变化趋势。李仁山[10]对广西南部1 ～ 3年生桉树人工林初步探讨的结果表明桉树营林后第一年水土流失较为严重，之后迅速降低，第2年比第1年各指标降低65%以上。王纪杰[25]对不同林龄的桉树人工林进行了较为系统的研究后发现，土壤水土保持功能在轮伐期内随林龄的增加而降低。王会利等[18]对广林巨尾桉人工林土壤侵蚀量和养分流失量的观测表明巨尾桉人工林的土壤侵蚀量和养分流失量逐年降低。孙聃等[19]探讨不同植被恢复过程中水土保持效应时发现桉树人工林径流系数和推移质呈现逐年降低并趋于平缓的趋势，而成熟林的径流系数和推移质表现为稳定且较低的水平。也有部分研究显示水土流失的差异随林龄的增加变化并不明显或与之不完全一致。如韦中绵等[8]对比了桉树纯林和桉树-珍贵树种观光木()、顶果树()、灰木莲()混交林的水土流失量随年份的变化规律，结论为1 ～ 3年生桉树纯林和桉-珍贵珍贵树种混交林的水土流失特征量较接近，水土流失量较小，差异不显著。王纪杰等[26]对不同林龄的巨尾桉人工林土壤水土保持功能进行了研究，结果表明不同林龄桉树人工林土壤水土保持功能排序为：0.3年<2年<3年<4年<1年<6年。
1.3 不同营林措施水土流失特征比较
营林过程中对林地的清理、采取不同的整地抚育措施和更新类型都会对水土流失造成影响。黄承标等[27]讨论了不同更新方式巨尾桉人工林的水土流失规律，结果为年平均地表径流量为植苗林<萌芽林，年均土壤侵蚀量为植苗林>萌芽林；
梁宏温等[9]探讨不同造林抚育措施对桉树人工林坡面径流特征的影响，得出桉树人工林产生较高坡面径流量和泥沙流失量的主要原因有火烧清理林地、植苗更新、化学除草、施基肥和追肥等耕作活动。钟瀚涛[13]分析了不同造林抚育措施干扰下桉树林地的水土流失规律，结果表明采取火烧炼山后植苗造林和化学除草抚育措施后地表径流量和泥沙流失量以及养分流失量均为最大，而桉树萌芽3年生成林最小。王志超[28]研究了穴垦、带垦和炼山全垦3种不同整地措施对桉树幼林林地环境变化，综合结果及各项因子，认为带垦这一整地措施能够在保证生态效益的同时又能取得较好的经济效益，因此更有利于桉树人工林的可持续经营。综上所述，整理措施上选择带垦和人工割除草灌木、造林方式上选择萌芽造林更有利于对水土的保持。此外，在桉树人工林生产过程中，人为活动的影响也不可忽视，包括大型机械整地、桉树的轮伐作业过程中林道修建和木材运输等活动，其往往对土壤形成较大的扰动，特别在雨季时往往造成明显的水土流失。王一佩等[29]对采伐后1年的桉树人工林集水区内水土流失进行监测，结果表明集水区河水泥沙年均含量采伐前高近两倍，土壤侵蚀模数是采伐前的15倍。杨静学等[30]基于遥感数据对库区桉树轮伐区的植被覆盖度、土壤侵蚀模数以及水土保持作用系数进行反演和统计分析，结果显示库区桉树林的轮伐行为将导致植被覆盖度下降，土壤侵蚀模数上升，水土保持作用系数下降，扰动期长达11个月，产生较严重的水土流失影响。
1.4 土壤结构和理化性质对水土流失的影响
土壤结构是指土壤颗粒(包括团聚体)的排列与组合形式[31]，不同粒径含量的土壤质地不同，直接影响了土壤物理性质，进而影响土壤的抗侵蚀能力；
而土壤理化性质也决定了土壤在结构上的差异，两者互相作用、紧密联系。土壤理化性质包括物理性质和化学性质，其中物理性质包括容重、团聚体组成、孔隙度和渗透率等，而化学性质包括pH值和各种养分含量等。在水土流失过程中，往往还伴随着养分的流失。通常以径流、养分流失、土壤抗蚀性和抗冲性等指标来评价土壤结构和理化性质与水土流失的关系；
由于水土流失多发生在土壤表层，因此有关研究也是针对土壤表层的结构和理化性质而开展。王纪杰[25]认为影响土壤的水土保持功能大小的物理因素主要有土壤含水量、容重、孔隙度以及粘粒含量；
养分因素主要是全磷、全钾、水解氮。李仁山[10]分析了桉树林地水土流失和土壤物理性质之间的相关性，结果表明非毛管孔度和渗透率与径流系数相关性尤为明显，非毛管孔隙通过增加雨水下渗来减少径流，渗透率大的土壤减缓地表径流的效果明显；
相比之下，土壤流失和养分流失与各物理性质指标之间均没有良好的相关性。张兵[32]的研究结果表现为：在原有桉树林中，氮磷流失量和径流量两者关系满足三次曲线方程。苏成西等[33]分析了退耕改植桉树后的土壤抗冲性大小规律发现，土壤抗冲模数(衡量土壤抗冲性大小的指标)与土壤有机质含量呈极显著负相关，与>0.5 mm和>0.25 mm土壤团聚体含量呈显著负相关；
土壤抗冲模数与非毛管孔隙度呈极显著负相关，与毛管孔隙度和总孔隙度呈显著负相关,与容重呈显著正相关。李灵[34]认为土壤抗蚀性影响因子中以土壤最大持水量、毛管持水量、总孔隙度和土壤全N及毛管孔隙度对土壤抗蚀性的影响较大。杨玉梅[35]认为土壤内在的物理性质对抗蚀性的影响较为明显，有机质与抗蚀性指标呈显著或极显著正相关。机械组成、微团聚体组成与抗蚀性相关系数达显著或极显著水平。而土壤抗冲性主要受土壤容重、总孔隙度、微团聚体组成、大于5 mm和1 ～ 2 mm团聚体稳定性影响。也有的研究结论为孔隙度和土壤抗蚀性关系不明显，如周桂香[36]认为土壤抗蚀性的影响因素有容重、有机质和入渗等；
虽然土壤孔隙度、团聚体保存几率、pH值和N、P、K含量与土壤抗蚀性相关性不显著，但评价土壤抗蚀性时，必须结合研究区实际情况综合考虑。
2.1 桉树人工林水土流失的监测过程
桉树人工林水土流失监测过程主要包括了林地背景数据调查、根据研究因子在林地布置监测点和定期采集数据。背景的调查主要从地貌、土壤、植被、降水和造林情况等几个方面入手，来源为实地调查和公开资料相结合，例如调查植被类型是桉树纯林还是混交亦或是复合经营，更新方式为萌芽林还是植苗林，研究区域的土壤气候类型、年平均气温和年降雨量等。监测方式分为地面监测和遥感监测，其中大多数的研究以地面监测为主，即在地面应用各种监测技术开展的研究；
遥感监测以卫星或无人机绘制建立林区影像数据，然后计算因子模型，分析时空变化，尺度较为宏观，但局限于云雾影响和只能获取植被冠层顶端的光谱属性[30]，在桉树的水土流失研究中不常应用。地面监测点的基本设备设施包括雨量筒、径流场或集水区，目的是为了记录降雨量、径流量和泥沙流失量。水力作用一般来源于自然降雨，也有的是人工模拟降雨(水量由人为控制)，如苏晓琳[11]通过人工模拟降雨试验探讨桉树造林对林地土壤水文功能和养分流失的影响。常用的径流量测定方法有刻度尺手动测量和水位记录仪或翻斗式流量计自动记录，手动测量得到的结果较为直观准确，但工作量会有所增加，而自动记录可以得到连续变化的数据，缺点是仪器易受外界影响。泥沙和养分流失包含在浑水和淤泥中，通常是收集后在室内进行有关分析。此外，了解造林前后土壤的结构和理化性质也是很有必要的，常用的土壤采样方法有剖面取样和环刀取样。
2.2 桉树人工林水土流失的评价指标
评价桉树人工林水土流失的指标一般包括地表径流、泥沙流失和养分流失，三者与水土流失呈现正相关的关系。地表径流是降雨经林冠截留及土壤吸收渗透等过程之后剩余的雨水[37]，降雨量是直接影响地表径流大小的因素，桉树林冠截留量接近降雨总量的1/3[38]，而土壤吸收水分的多少与其饱和持水量有关，可以以地表径流系数(产流总量占降雨量比率)来反映桉树人工林涵养水源的效益[13]。在桉树人工林水土流失的研究中，泥沙流失和土壤侵蚀常作为同一个概念进行分析，土壤侵蚀是土壤及其母质和其他地面组成物质，在水力、风力冻融及重力等外营力作用下的破坏、剥蚀、搬运和沉积过程[39]，桉树研究中一般考虑的是水力作用，并不直接讨论重力作用引起的侵蚀，土壤的侵蚀程度可用土壤侵蚀模数(单位面积年泥沙流失量)来衡量。水土流失同时还会带来养分的流失，从而造成土壤肥力下降，地表径流和泥沙作为养分流失的载体，意味着当它们增加时，养分的流失也会随之增加，桉树人工林水土流失中通常检测的养分是有机质和氮磷钾等成分，而其他微量元素则涉及不多，养分含量的前期调查和抚育中施肥的情况是检测工作中必须要考虑的内容。此外，与水土流失现象相关的研究还包括了水源涵养和水土保持能力，后两者更多地侧重于探讨土壤结构和理化性质对该能力的影响，三者之间有一定的交叉关系，土壤水源涵养和水土保持能力越强，意味着其水土流失现象越不明显。
目前关于桉树人工林地表水土流失机制研究已取得明显成果，研究的切入点日益多样化，但同时也存在一些不足，主要表现在：(1)与其他人工林树种相比，桉树轮伐期比较短，缺乏了与其他人工林树种长期的对比；
(2)缺少营林活动前后对土壤扰动程度的量化指标，因此在苗木生长初期得到的观测结果可能很大程度源于人为因素，而这恰恰是水土流失最大的时期；
(3)目前采用的监测方法大多数是通过建立径流场进行监测，对于小团队研究而言，不仅工程量大、耗费较多的人力物力，尺度也相对较小，不利于促进水土流失研究的开展。针对上述问题，未来研究建议从以下方面着手：(1)加强合作，以桉树人工林生态站为中心，建立多个监测点，长期连续监测不同立地条件和不同林分结构下的水土流失特征；
(2)结合无人机和卫星遥感监测技术，扩大监测范围，参考固定点径流场监测数据，建立水土流失模型，量化人为因素对水土流失的影响。
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Current Status of Surface Water and Soil Loss inplantations
WEI Zhendao, WU Qi, REN Shiqi*
()
As one of the three most widely planted forest plantation species in China,plays an important role in China"s timber supply. However, in the process offorest production, unreasonable management measures like short cutting cycles may have caused ecological problems in some places. Yet, water and nutrient conservation and sustainable management ofplantations is readily achievable given good management which can minimise soil and water loss. This summarises research work undertaken in recent years onplantation soil and water loss in China, and discusses key factors impacting surface soil and water loss ofplantations. Meanwhile, views and suggestions are put forward about the existing problems and development direction of future research.
plantation; surface; water and soil loss
S718.5
A
10.13987/j.cnki.askj.2022.04.012
广西科技基地与人才专项(桂科AD20325008)；
广西林业科技推广示范项目(〔2021〕GT15号)；
广西林业科技推广示范项目(桂林科研〔2021〕28号)
韦振道(1994— )，男，本科，从事森林环境科学研究。E-mail:3431239139@qq.com
任世奇(1984— )，男，博士，高级工程师，从事人工林培育与生态系统生态学研究。E-mail:renshiqi200709@aliyun.com
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