长期以来，中国南方丘陵区过度砍伐森林和毁林开荒，森林植被遭受极大程度的破坏，引发了严重的土壤侵蚀及旱涝等生态灾难，该地区生态环境被严重破坏，严重阻碍了区域经济发展(余作岳等，1996；赵平等，2000；杨玉盛等，1998；彭少麟，1996)。杜仲(Eucommia ulmoides)和油桐(Vernica fordii)是中国南方重要的经济树种，在工业和医药行业中发挥了重要的经济效益(白立炜等，2003；胡金家等，2001；马柏林等，1999；杜红岩等，2004)，作为中国南方红壤丘陵山区退耕还林的主要树种也发挥了重要的生态效益(钟晓青等，1996；何宗明等，1996; 聂朝俊等，2003)。目前，有关油桐和杜仲人工林水土流失状况研究还很少。不同的森林类型由于其树种生物学特性与林分结构不同，其涵养水源的效应也存在一定的差异(陈卓梅等，2002；潘紫重等，2002)。本文通过2002—2005年对杜仲和油桐2种人工林水土流失状况及土壤水分的连续定位监测，比较研究了2种人工林的水土保持效应，对于了解杜仲和油桐人工林的水源涵养功能具有重要的意义，可为今后山区的水土保持工作提供参考。

1 研究地概况

研究地位于湖南省张家界市慈利县两溪村国家长江防护林生态效益监测站(29°30′N, 110°10′ E)，流域面积2.81 km²，最低海拔210 m，最高海拔917 m。母岩主要为砂岩、石灰岩，土壤为山地红黄壤。研究区属于亚热带湿润季风气候，年均降雨量为1 347.0 mm，年均气温16.7 ℃，7月最热，平均气温28.5 ℃；1月最冷，平均气温4.8 ℃，全年无霜期269 d (李锡泉等，2003)。

2种林分类型土壤均为砂岩发育而成的砂质红黄壤。油桐人工林草本层的常见植物主要包括刺齿凤尾蕨(Pteris dispar)、扁穗莎草(Cyperus compressus)、柳叶牛膝(Achyranthes longifolia)、狼尾草(Pennisetum alopecuroides)、山莓(Rubus cor chorifolius)、阔鳞鳞毛蕨(Dryopteris championii)、细叶莎草(Cyperus compressus)等。杜仲人工林草本层主要包括阔莎草(Cyperus rotundus)、繁缕(Stellaria media)、扛板归(Polygonum perfoliatum)等。2种林地林分状况及土壤物理性质状况见表 1。

2 研究方法 2.1 径流小区设计

径流小区均设置在30°东坡的下坡，面积10 m×10 m，四周设有水泥边界，下设沉沙池，每个林地沿坡向连续设置3个径流小区。

2.2 降雨量测定及降雨侵蚀力的计算

用王万忠等(1995)简易求算公式计算降雨侵蚀力R₃₀：

(1)

(2)

式中：P为降雨量(mm)，利用虹吸式自记雨量计测定；I₃₀为最大30 min雨强(mm·h^-1)，根据虹吸式自计雨量计记录结果求得。

2.3 产流产沙量测定

降雨后测定径流池中的径流量，搅拌均匀后取500 mL水，过滤后烘干测定泥沙含量，计算土壤侵蚀量。2002—2005年对2种人工林的产流产沙情况系统监测4年。

2.4 土壤含水量测定

使用时域反射仪(time domain reflectometry，简称TDR)测定土壤体积含水量(%)的变化。在每个径流小区中部并排埋设2根导波管，埋设3个月后开始测定，每个月测定3~5次，监测时间为2004年7月至2005年7月，测定深度为0~140 cm。土壤蓄水量(mm)＝体积含水量(%)×土层厚度(mm)。

2.5 土壤物理性质的测定

土壤密度、土壤持水量、土壤孔隙度及土壤水分渗透速率的测定方法详见《森林土壤定位研究方法》 (张万儒等，1986)。

2.6 林冠持水容量测定

使用浸水法，计算林冠的枝叶(刚从树上采回来的鲜叶和鲜枝)浸入水中24 h后的质量与其鲜质量之差。

2.7 林地凋落物吸水容量测定

使用浸水法，计算林地凋落物泡水0.5、1、4、12和24 h的质量变化。

3 结果与分析 3.1 2002—2005年降雨分布特征

对2002—2005年单次降雨(降雨间隔时间在6 h以上的算做2次降雨) (Mikhailova et al.，1997；谢云等，2001)作统计分析，结果显示(表 2)：在研究时期内，4—8月平均降雨量占总降雨量的72.1%。在不同降雨量级下，2002和2003年以降雨量>50 mm的降雨为主，分别占当年降雨量的58.5%和53.6%；2004年以降雨量>50 mm和 < 25 mm的降雨为主，占总降雨量的80.0%；2005年以降雨量 < 25 mm的降雨为主，占降雨量的62.1%。从降雨次数来看，4年均以降雨量 < 25 mm的降雨为主(占总数的83.7%)。在不同雨强下，研究区主要以雨强 < 5 mm·h^-1的降雨为主，占总降雨次数的9 2.7%，其雨量占总降雨量的72.2%。因此，研究区主要以降雨量 < 25 mm、雨强 < 5 mm·h^-1的降雨为主。

3.2 2种林地类型径流量比较

据图 1和图 2所示，2002—2004年径流主要集中在4—8月，分别占全年径流量的87.8%和86.3%；2005年径流主要集中在8月，分别占全年径流量的94.6%和85.6%。因此，杜仲和油桐人工林地4年径流流失主要集中在4—8月，平均径流25.7和66.7 mm，分别占年均径流量的89.2%和88.7%。这一现象可能与降雨主要集中在这一时段有关，高频率的降雨使得土壤具有较高的含水量，降雨入渗少，加上4—6月又是杜仲和油桐树及其林下草本层器官建成发展阶段，对降雨的截留少，因而产生较多的径流。径流深与侵蚀性降雨量(王万忠，1984)之间具有显著的线性相关性(P < 0.05；杜仲人工林的相关系数R²=0.750；油桐人工林的相关系数R²=0.757) (图 3)。

3.3 2种林地类型泥沙流失比较

2002—2005年2种林地类型泥沙流失量在年内和年间均具有显著性差异(P < 0.05)。油桐人工林林地2002年8月泥沙流失量(占全年流失量的34.8%)远大于其他月份(图 4)；2种人工林2003—2004年泥沙流失变化规律与径流规律相似，即泥沙流失主要集中在降雨较多的4—8月，杜仲人工林和油桐人工林分别占全年泥沙流失量的92.6%和89.8%；2005年泥沙流失有2个高峰(5月和8月)，分别占全年泥沙流失量的80.8%和87.0%。2005年2个林地的泥沙流失量较2004年均增加，这是由于降雨量的分布不均引起的。2005年降雨主要集中在5月(356.1 mm)和8月(280.9 mm)，分别占全年降雨量的26.0%和20.5%，降雨天数分别达到20 d和15 d，持续高强度降雨是导致泥沙大量流失的主要原因。

2002—2005年油桐林地年平均土壤侵蚀模数达到19.6 t·km^-2，是杜仲林地的2.9倍。其原因可能在于杜仲林地具有较高的盖度，并且其林冠呈多层次的分布，能够对降雨进行多次截留，因而能够多次削减雨滴动能，减少降雨对土壤的溅蚀作用(Ellison，1944)。与杜仲林地相比较，油桐林冠表现为单一结构层次，由于其叶片较大，且叶间空隙较多，对降雨的截留少，因而对雨滴动能的削减相对就少；虽然油桐林地的草本层盖度大于杜仲林地，但是研究区的降雨(尤其是侵蚀性降雨)主要集中在每年的4—7月，而该时段正是草本植物器官建成发展阶段，因而其对降雨的截留作用尚处于低级阶段，所以，油桐林地的土壤侵蚀模数高于杜仲林地。说明杜仲林比油桐林具有更好的保持林地表层土壤的功能。2种林地类型土壤侵蚀模数与侵蚀性降雨量、径流量及降雨侵蚀力均具有极显著的相关性(P < 0.01)。但是在侵蚀性降雨量(图 6)、径流量(图 7)及降雨侵蚀力(图 8)相同的条件下，油桐林地的土壤侵蚀模数线性斜率均大于杜仲林地，说明在相同降雨条件下，油桐林地的土壤侵蚀情况较杜仲林地严重，即杜仲林地具有较高的抗侵蚀能力。

3.4 2种林地类型土壤涵养水源功能比较

林地土壤是水分贮蓄的主要场所，土壤水分变化具有时空变异性(龚元石等，1998；邱扬等，2000；2001)。2种林分类型土壤蓄水量变化(图 9)均呈双峰曲线变化趋势。杜仲林地和油桐林地的土壤蓄水量最大值均出现在2004年的7月，0~140 cm土层的蓄水量分别达到305.7和325.3 mm；杜仲林地土壤蓄水量最小值出现在2004年的10月，其次是2005年的7月，分别为158.9和173.9 mm；油桐林地土壤蓄水量最小值出现在2005年的7月，其次是2004年的10月，其值分别为139.2和189.3 mm。5—8月(降雨集中月份，占全年降雨量的67%)土壤蓄水量变异系数(油桐人工林为29.3%，杜仲人工林为19.9%)大于其他月份(油桐人工林为10.4%，杜仲人工林为16.9%)。这与黄志宏等(2003)的桉树人工林雨季土壤蓄水量变异系数大于干季的研究结果类似。

由图 9可知，在11月至次年6月，油桐林地的土壤蓄水量低于杜仲林地，其他月份油桐林地的土壤蓄水量高于杜仲林地，其差异性达到显著水平(P < 0.05)。其原因可能在于同期杜仲林冠持水容量极显著(P < 0.01)大于油桐林冠持水容量(表 3)，且杜仲林地凋落物的吸水容量(吸水时间 < 12 h)大于油桐林地凋落物吸水容量。虽然油桐林地凋落物的饱和吸水容量(吸水时间24 h)大于杜仲，但是研究地主要以持续降雨时间 < 12 h的降雨为主(2002—2005年占总降雨次数的80.1%)，所以杜仲林地凋落物截留的降雨量大于油桐林地。总的来说，在相同的自然环境条件下，杜仲林地的年蓄水量要高于油桐林地，即杜仲林地土壤蓄水量线性斜率大于油桐林地。

4 讨论与结论

坡面产流产沙是降雨因子、坡面因子及植被因子共同作用的结果，其中降雨因子是原动力，但是降雨事件具有随机性且降雨特征具有时空异质性(常福宣等，2002)。土壤结构影响雨滴动能对土壤的溅蚀；土壤密度、土壤最大持水量、土壤水分渗透速率和毛管孔隙度及持水量等土壤物理特性通过调控土壤水分状况来影响地表径流的产生及其夹沙能力(Truman et al., 1990；Deuchras et al., 1999)。本研究中杜仲林的土壤最大持水量、毛管孔隙度和土壤水分渗透速率均高于油桐林(表 2)，对于林地涵养水源的功能而言，杜仲林优于油桐林。植被覆盖是控制径流产生的重要因素，在植被带状分布的情况下，这种作用尤其突出(Thornes et al., 1999)。不同的森林类型，由于植被垂直结构和水平空间分布与配置的不同，也会导致其水土保持功能明显差异。国内在森林空间结构对水土保持功能影响的研究已有很多报导(王棣等，1996)。林地植被空间结构复杂，能够对降雨进行多层次的截留，削减降雨动能，降低降雨对地表的侵蚀作用，减少地表径流，从而减少泥沙流失(Ellison，1944)。本研究中杜仲林枝叶繁茂，其密度及盖度均高于油桐林，因而其控制水土流失的效果比油桐林好。通过系统定位研究得出如下结论：

1) 2002—2005年油桐人工林年均径流75.1 mm，是杜仲人工林的2. 6倍。油桐林地(平均径流系数0.047)径流量大于杜仲林地(平均径流系数0.018)，说明杜仲人工林比油桐人工林具有更好的减少地表径流的功能。

2) 2002—2005年油桐林地年均土壤侵蚀模数达到19.6 t·km^-2, 是杜仲林地的2.9倍，说明杜仲人工林比油桐人工林具有更好的保持林地表层土壤的功能。土壤侵蚀模数与侵蚀性降雨量、径流流失量及降雨侵蚀力之间均具有极显著的线性相关性，油桐林地的土壤侵蚀模数线性斜率大于杜仲林地，说明杜仲林地具有较高的抗侵蚀能力。

3) 杜仲人工林林冠持水容量及林地凋落物吸水容量均高于油桐人工林。2种林地类型土壤蓄水量变化均呈双峰曲线变化趋势，与降雨量表现为显著的线性相关性，杜仲林地0~140 cm土层年均土壤蓄水量达到239.7 mm，高出油桐林地4.1%，说明杜仲人工林比油桐人工林具有较好的涵养水源的功能。