退化板栗園不同枯落物及封育年限對土壤持水效能的影響

(丹東市水土保持局，遼寧 丹東 118000)

枯落物層是指地表土上層由落葉與枯死植被常年累積所形成的死亡有機物質層，其結構松散，具有較強吸水及排水性能，對水土保持、凈化地表水質、提高土壤中有機物含量均具有重要作用。遼東山區(qū)是全國著名的板栗生產基地，但近年來該地區(qū)板栗園生態(tài)功能退化問題日益嚴重，影響了當?shù)剞r村經濟，因此，必須及時采取相關措施進行治理。

1 退化板栗園概況

遼東山區(qū)是全國著名的板栗生產基地，其生產的板栗暢銷全球。但遼東山區(qū)板栗園具有坡度陡、土層薄等缺點，加之長時間無節(jié)制開墾，造成大面積水土流失。據(jù)相關部門統(tǒng)計：截至2018年底，僅丹東板栗經濟林水土流失累計面積就超過5.30萬hm2，占板栗林總面積的77.80%，年表土流失量為735.28萬t。這造成板栗園土壤結構變差，肥力下降，嚴重影響了板栗產量、果實品質，而且對整個生態(tài)系統(tǒng)造成極大破壞。本文分析退化板栗園不同枯落物層對土壤持水能力的影響，以便為后期生態(tài)恢復措施提供參考數(shù)據(jù)。

2 不同枯落物層對土壤持水效能的影響分析

2.1 不同枯落物層的持水能力分析

枯落物層的持水能力是對土壤生態(tài)恢復的最重要功能之一，主要評判依據(jù)為最大持水量和最大持水率。根據(jù)很多學者研究成果可知：影響枯落物層持水能力的主要因素包括枯落物種類、腐爛程度、累積厚度等。在此分析對比丹東地區(qū)退化板栗園所采取的不同枯落物恢復措施(將傳統(tǒng)清耕和池臺田板栗林作為對照組)[1]。

2.1.1 持水過程分析

在分析枯落物層持水過程時，得出單位重量下的枯落物層其持水量Q主要取決于浸水時間t，具體計算見式(1)，描繪曲線見圖1、圖2[2]。

Q=aln(t)+b

(1)

式中：a為不同枯落物影響系數(shù)，取值見表1；b為常數(shù)項，取值見表1。

表1 項a、b的取值

續(xù)表

圖1 枯落物未分解層吸水量與浸水時間的關系

圖2 枯落物半分解層吸水量與浸水時間的關系

根據(jù)圖1和圖2可以明顯發(fā)現(xiàn)，不同枯落物層的吸水量存在較大差別，差異由大到小依次為：紫穗槐穿帶>自然生草>池臺田>板栗套紅松>傳統(tǒng)清耕，其中在未分解層中傳統(tǒng)清耕落后較大；同種枯落物，其半分解層比未分解層的吸水量最大值平均高出1000g/kg，說明分解程度高有助于提高持水量；在前8h時間內，枯落物層吸水量在持續(xù)增加，之后趨于飽和狀態(tài)，吸水量不再增加[3]。

2.1.2 最大持水量和最大持水率分析

根據(jù)丹東地區(qū)退化板栗園采取的不同恢復措施，羅列出枯落物類別及最大持水量和最大持水率(見表2)。

表2 不同枯落物層的持水能力對比分析

由表2數(shù)據(jù)可知，不同枯落物層其最大持水量相差較大，變動范圍為15.61～43.54t/hm2，最大持水量高者是低者的近3倍；任一枯落物層的最大持水量均高于傳統(tǒng)清耕；在枯落物層中，最大持水量由高到低依次為：紫穗槐穿帶>自然生草>板栗套種紅松，且均大于池臺田和傳統(tǒng)清耕。

以上數(shù)據(jù)說明：采取紫穗槐穿帶和自然生草的板栗園生態(tài)恢復措施比較好。

2.2 不同枯落物層的吸水速率分析

結合其他學者研究經驗可知，枯落物層的吸水速率主要取決于浸水時間。不同枯落物層的浸水時間和吸水速率的關系[4]見圖3、圖4。

圖3 枯落物未分解層吸水速率與浸水時間的關系

圖4 枯落物半分解層吸水速率與浸水時間的關系

由圖3和圖4可知，枯落物未分解層或半分解層，其吸水速率和浸水時間成反比關系，即浸水時間越長，吸水速率越??；枯落物半分解層的吸水速率相對于未分解層，其起點較高，在2500～3000g/(kg·h)，后者在2000～2500g/(kg·h)；在最初的0.5h內，不同枯落物層吸水速率均較大，之后在4.0h之前一直處于急速下降階段，在24.0h后均達到飽和狀態(tài)。以上數(shù)據(jù)說明：當板栗園雨水積存超過24.0h后，應及時排水，因為枯落物層已經飽和，不會再吸收多余水分[5]。

3 不同封育年限枯落物層對土壤持水效能的影響分析

針對水土流失嚴重區(qū)域，丹東市相關部門決定采取封育措施治理，而封育年限是最重要參數(shù)。若時間太短，枯落物層無法有效形成，生態(tài)環(huán)境難以恢復；時間太長，大面積經濟林閑置，嚴重損害當?shù)亟洕l(fā)展。因此，結合前面的分析結果，以“紫穗槐枯落物層”作為分析對象分析最佳封育年限。

3.1 不同封育年限枯落物層儲量估算

結合其他項目區(qū)封育經驗，在此設計3個不同封育年限(9年、12年、21年)進行對比分析，將不采取封育措施作為對照組，其他條件均一致。

通過估算每年紫穗槐的積累量，估算得出封育9年、12年、21年的枯落物層累積量依次為7.9t/hm2、8.4t/hm2、8.7t/hm2，對照組為3.7t/hm2，具體情況見圖5[6]。

圖5 不同封育時間紫穗槐枯落物的積累量

由圖5分析可知，隨著封育時間增長，枯落物累積量逐步增加，但增加趨勢逐步緩慢；隨著封育年限增長，半分解層和未分解層含量逐步趨向于平衡，都占總量的50%左右，這樣就能夠保持枯落物層的總體穩(wěn)定?？傮w分析：封育9年基本可達到恢復生態(tài)的目的，且關鍵數(shù)據(jù)與封育12年和21年相差在10%以內，對總體影響不大，因此從枯落物儲量上考慮，9年是較為理想的封育時間。

3.2 不同封育年限枯落物層的持水能力分析

不同封育年限對枯落物的組成有較大影響，該項目通過試驗并結合經驗數(shù)據(jù)，得出封育9年、12年、21年的紫穗槐枯落物層最大持水量，見圖6。

圖6 不同封育時間紫穗槐枯落物的最大持水量

由圖6分析可知，隨著封育年限增長，紫穗槐枯落物層的最大持水量是逐步上升的，且均大幅領先對照組；半分解層的最大持水量高于未分解層，與之前的分析結果一致；封育9年與12年其枯落物層最大持水量相差1t/hm2，占總量的10%左右，與封育21年相差2t/hm2，占總量的20%左右，雖然數(shù)據(jù)在擴大，但相差時間很長。從最大持水量分析：封育9年，其枯落物層最大持水量已經達到較好水平，延長封育年限并不能對最大持水量帶來明顯提升，因此建議封育年限定為9年。

4 結 語

丹東地區(qū)退化板栗園生態(tài)治理措施的分析結果表明，“紫穗槐穿帶”對于恢復土壤肥力、優(yōu)化土壤結構效果更好；可知任一枯落物層的吸水飽和時間為24h，且半分解枯落物相對于未分解枯落物吸水能力更高，因此，當積水超過24h應及時排水；封育9年對恢復水土流失嚴重區(qū)域是較為理想的封育時間。