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板栗林生态功能恢复对土壤水文影响

2021-06-30 10:48 来源:生态系统论文 人参与在线咨询

摘要:为了恢复板栗经济林生态系统功能,促进生态系统良性发展,以辽东山区丹东板栗园为例,分析板栗园修筑池台田、板栗套种红松、紫穗槐穿带、自然生草覆盖等水土保持技术对板栗经济林土壤水文特性的影响。结果表明,在板栗园实施不同措施,不仅改善了板栗园土壤水文功能,也有效地改善了土壤物理性质,降低了土壤密度,增加了孔隙度,有利于土壤水分入渗,提高了蓄水保土能力,促进板栗经济林的生态系统向良性转变。

关键词:板栗经济林;生态功能;恢复技术;土壤水文特性

丹东市的板栗栽培历史悠久,已成为全国板栗生产和出口的重要基地。近年来,由于受果农传统生产习惯和不合理的人为活动影响,板栗经济林地水土流失问题加剧,生态功能逐渐退化,生态环境不断恶化,严重影响了板栗果实产量与品质,阻碍了板栗产业的高效、可持续发展。本研究针对板栗经济林生态退化和生态功能逆向发展的问题,采取板栗园修筑池台田、板栗套种红松、紫穗槐穿带、自然生草覆盖等水土保持措施,分析不同治理措施对板栗园土壤水文特性的影响。研究结果对恢复板栗经济林生态系统功能、改善板栗园土壤理化性质、促进生态系统良性发展以及保护和可持续利用丹东市板栗资源具有重要意义。

1研究区概况

辽宁省是我国板栗主产区之一,分布范围主要是鸭绿江流域、辽东半岛、渤海湾西侧和长城沿线,因为上述区域的土壤、雨量及气候条件适宜板栗树生长,特别是辽东山区腹地的丹东市更是为板栗的生长提供了优越的环境。目前,丹东市板栗总面积已突破10万hm2,8000多万株,年产量达到8.3万t,年产值4.8亿元,总产量占辽宁省的95%、全国的8%。

2板栗经济林生态功能恢复技术体系

2.1板栗园果树池台田技术。板栗园多分布在坡度较陡、土层相对较厚的区域,目前水土流失和生态退化较为严重,为了保护土地资源、恢复其生态系统功能、改善生态环境、提高栗园产量,选择修筑果树池台田。田面长为沿原坡面横向相邻两田埂之间的距离。如确定果树的株距为3m,田面长度可为3m或6m,一般不超过8m,大于8m时应修新的竹节田块。因果树品种的不同,田面毛宽(M)也有所不同,一般为3~4m。按当地10a一遇24h最大降水量设计田埂高度,田埂高度一般为0.25~0.35m,田埂顶宽为0.2~0.3m,坡比为1∶0.5~1∶1。竹节梯田的田坎最大高度一般不超过1.8m,实际施工中微地形不规则地块的坡度大多为8°~15°,田坎高度为0.6~1.1m。在设计田坎坡度时,要考虑土体的内摩擦角、田坎高度和土壤密度等影响因素,一般要求竹节梯田的坡角不超过60°。板栗园池台梯田立体示意图,如图1所示。

2.2板栗套种红松技术。红松是丹东市山区地带性经济林优势树种,既是保持水土、涵养水源的最佳树种,也是优良的用材树种和经济树种,是更新替代丹东市板栗经济林和改造老板栗园的主要树种。鱼鳞坑整地是治理坡耕地水土流失的重要措施,鱼鳞坑的断面尺寸和密度应根据径流量和造林密度确定[1]。设计时按照10a一遇最大3~6h暴雨标准设计。根据当地降雨特征值计算鱼鳞坑断面为半圆形,短半径为0.75m,深为0.5m。鱼鳞坑密度与红松的造林密度相同,株行距2.0m×2.0m,上下行品字型排列。

2.3植物篱穿带技术。植物篱穿带技术是减少坡面土壤侵蚀,改良土壤理化性质的重要技术手段[2-4]。该技术通过缩短坡长、增加地表糙度、减弱水流的流速和携沙能力,有效减少土壤和养分的流失。同时该技术兼具造价低、操作简便的优点。本研究选取紫穗槐(多年生的小灌木,根系发达,并有大量的根瘤菌)作为带状间植植物。株距定为0.1m,双排品字排列。坡地带状间植带间距的确定由公式(L=4H/sin2α)计算得出。本研究选取的地面坡度为3.5°、5°、10°、15°,计算得出其地埂带状间植带间距分别为29.4、21.0、10.5、7.0m。实际应用时应以此为依据,同时考虑板栗树分布,对带间距理论值进行调整。实施时,需在板栗园中沿等高线挖深0.25m、宽0.25m的单行栽植沟,并按品字型将紫穗槐苗靠两侧沟壁放在沟内,覆土踩实。

2.4自然生草覆盖。生草覆盖是改善果园土壤内部结构,保水保肥行之有效的方法。实施果园自然生草覆盖技术,即果园内有什么品种的草,就利用这样的草,与此同时对那些肥水能力长期消耗强、植株高大的恶性生长杂草品种进行有效地管理控制,在2~3a之后,选育出能够适合在果园内生草覆盖的优势品种。在各种植物生长的初期,让这种草在果园内自然生长,当草长到20~30cm时进行刈割,刈割后覆盖在地面上,用以控制草的生长,在1a内刈割3~4次,同时覆盖,形成稳定的草被[5]。

2.5传统清耕模式。传统的清耕模式是为了经营管理方便,每年在板栗生长季对板栗园林下植被进行2~3次的刈割,刈割掉的植物残体清出板栗园。

3研究结果与分析

3.1不同措施土壤密度。土壤密度是非常重要的参数,因为它能够反映土壤物理性质。若土壤密度偏小,则表明土壤较为疏松多孔、结构性良好,反之,则表明土壤较为紧实板结,缺少团粒结构[6]。由表1可知,在0~40cm土层内,土壤密度由小到大依次为板栗套种红松、池台田板栗林、紫穗槐穿带、自然生草覆盖、传统清耕。传统清耕密度不论是均值还是各层值都是最大的,0~10cm为1.43g/cm3,20~40cm为1.46g/cm3;板栗套种红松密度最小,0~10cm的为1.33g/cm3,20~40cm的密度为1.36g/cm3。

3.2不同措施土壤孔隙度。土壤的孔隙度是能够反映土壤物理性质非常重要的参数之一,是土壤中所含水、气和微生物的重要活动场所和迁移的通道[7]。由表1可知,在0~40cm土层内5种措施的板栗林地土壤毛管孔隙度为板栗套种红松>池台田板栗林>紫穗槐穿带>自然生草覆盖>传统清耕。土壤的毛管孔隙度越大,表明土壤中所含的能够用于树木本身生长发育的有效水分贮存量也越大。不同措施板栗园的土壤非毛管孔隙度大小顺序与毛管孔隙度一致。非毛管孔隙度越大的林分,其土壤的通透性也就越高,就越有利于自然降水下渗,从而也就有效减少地表径流量,能够充分发挥涵养水源的重要作用。不同措施板栗园土壤总孔隙度的变化趋势与毛管孔隙度一致,结果表明不同林分土壤总孔隙度的变化趋势与土壤密度的变化趋势相反。

3.3不同措施土壤蓄水能力。板栗林地土壤的蓄水能力是可以评价植物涵养水源的重要指标,其能力大小与土壤的厚度和土壤孔隙度的状况有直接关系。因此,不同措施板栗林地土壤的非毛管孔隙度不同,其蓄水能力也会有所差异。根据表1可知,不同措施土壤的蓄水性能存在一定差异,而且各措施土壤的蓄水性能均随土层深度增加呈现出慢慢减少趋势,从每10cm土壤厚度饱和持水量看,由大到小的顺序依次是板栗套种红松>池台田板栗林>紫穗槐穿带>自然生草覆盖>传统清耕,板栗套种红松土壤贮蓄水分潜力是传统清耕的1.39倍。土壤有效持水量的大小取决于土壤的非毛管孔隙度大小,从每10cm土壤厚度的有效持水量看,其由大到小的顺序与蓄水能力一致。

3.4不同措施土壤入渗特征地表径流量的大小,可以反映土壤渗透性的好坏,地表的径流量越少,表明土壤的渗透性能越好,土壤侵蚀量也就越少。表2为5种措施土壤的入渗特性指标,可以看出不同措施初渗速率相差较大,其中板栗套种红松的初渗速率最大,为14.39mm/min,传统清耕最小,为7.11mm/min,板栗套种红松的初渗速率是传统清耕的2.02倍。随着时间推移,入渗速率会慢慢减小,一段时间后便会趋于稳渗状态,稳渗速率为0.45~3.12mm/min,大小顺序为板栗套种红松>紫穗槐穿带>池台田板栗林>自然生草覆盖>传统清耕。从水分入渗过程看,紫穗槐穿带达到稳渗的时间最长,其次是板栗套种红松和修筑池台田措施,传统清耕用时最短,仅7.82min。入渗速率与入渗时间之间存在着幂函数关系。

4结语

本研究以辽东山区丹东板栗园为研究区,针对板栗经济林生态退化和生态功能逆向发展的问题,采取板栗园修筑池台田、板栗套种红松、紫穗槐穿带、自然生草覆盖等水土保持措施,分析了不同治理措施对板栗园土壤水文特性的影响,对恢复板栗经济林生态系统功能、改善板栗园土壤理化性质、促进生态系统良性发展及丹东市板栗资源保护和可持续利用具有重要意义。

[参考文献]

[1]胡淑萍,余新晓,岳永杰.北京百花山森林枯落物层和土壤层水文效应研究[J].水土保持学报,2008,22(1):146-150.

[2]鲁绍伟,陈波,潘青华,等.北京山地不同海拔人工油松林枯落物及其土壤水文效应[J].水土保持研究,2013,20(6):54-58,70.

[3]陈光.东北黑土区水土流失综合防治技术体系[J].水土保持应用技术,2008(1):33-34.

作者:胡迪 单位:辽宁省水利事物服务中心

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