遼西丘陵山地果園水土流失規(guī)律及防治技術研究

段忠奎

(遼寧省朝陽市大凌河風景區(qū)管理處，遼寧 朝陽 122000)

遼西地區(qū)屬低山丘陵地貌，區(qū)內5°以上的低山丘陵面積為23897.9km2，占總面積的47.69%，這部分土地生產力較低，發(fā)展果園可帶動山區(qū)農村經濟發(fā)展，目前遼西4市(朝陽、阜新、錦州、葫蘆島)果樹種植面積達35.47萬hm2，山地果業(yè)發(fā)展已成為區(qū)域農村經濟發(fā)展的重要支柱[1]。然而，有些地區(qū)在開發(fā)山地資源中，往往忽視對原有生態(tài)系統的保護，未采取科學有效的水土保持措施，產生嚴重的水土流失，破壞了區(qū)域生態(tài)環(huán)境，進而影響了丘陵山地果園的經濟效益以及社會的可持續(xù)發(fā)展[2]。遼西丘陵山地果園建設與生產中存在的主要問題為：①果園土壤管理采用傳統清耕和粗放的果園土壤管理模式，使其土壤疏松、地表裸露，加劇了水土流失并破壞了天敵昆蟲的棲息環(huán)境，土壤生態(tài)系統被簡單化和資源配置劣化，果園病蟲害由于其天敵種群和有益微生物的減少而直線上升，果樹自然災害和各種病蟲害的抵御能力降低，惡化果園生態(tài)環(huán)境[3]；②無機化肥為了提高產量和經濟效益被大量施用，土壤養(yǎng)分平衡被打破，降低了土壤生產能力，惡化土壤生態(tài)系統環(huán)境[4]；③在病蟲害防治上大量施用毒性大、殘效期長的化學農藥，殺死了害蟲天敵，破壞了果園昆蟲、微生物和植物之間的生態(tài)平衡，導致藥劑投入增加與病蟲害發(fā)生嚴重的惡性循環(huán)，隨著化肥、農藥的大量施用，果園有毒、有害物質增多和富集，不僅造成果園的土壤、地下水體等面源污染的生態(tài)環(huán)境問題，還因果品農藥殘留超標，危害了果品的安全生產[5]；④由于水土防治技術的缺失，使得土層沙化現象嚴重，土壤肥力下降明顯，出現嚴重的水土流失，果樹生產的環(huán)境基礎遭到不同程度的影響，果樹種植經濟收益比嚴重下降[3]。從果園的整個生態(tài)系統而言，科學有效的山地果園管理和生態(tài)系統建設，對于遼西果園生態(tài)系統的改善和區(qū)域水土流失防治具有重要的生態(tài)意義；吸收傳統農業(yè)善于利用生物多樣性的優(yōu)點與現代農業(yè)技術結合，并實施可持續(xù)集約經營，這是今后果樹種植發(fā)展的重要方向。對遼西丘陵山地果園水土流失防治工作，不僅僅是果園生態(tài)環(huán)境問題，同時也是振興當地經濟、實現共同富裕的有效途徑，符合產業(yè)興旺、生活富裕、生態(tài)宜居的鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略總要求。為此本文運用野外試驗調查、室內分析的方法，對遼西丘陵不同山地果園水土流失特點及其規(guī)律進行分析，創(chuàng)新性地針對丘陵山地果園土壤侵蝕提出徑流調控工程措施，并對不同山地果園水土流失治理效益進行綜合比對分析，提出效果最優(yōu)的水土流失防治技術。研究成果可為遼西丘陵地區(qū)水土流失防治技術提供重要的參考價值。

1 研究方法

通過調查分析與定點實驗相結合的方式，研究遼西山地果園水土流失主要誘因、水土流失特點以及山地果園水土流失所表征出來的規(guī)律，為其水土流失防治打下堅實的理論基礎。具體研究方法為：

(1)水土流失規(guī)律：通過調查分析與定點實驗相結合的方式，在遼寧西部地區(qū)朝陽縣、興城市、凌源市選取典型坡面果園進行調研與觀測。采用Excel、Spss等軟件對獲取的數據進行綜合性分析，以此研究遼西山地果園水土流失主要誘因、水土流失特點以及山地果園水土流失特征規(guī)律。

(2)土壤含水量測定：鋁盒取樣烘干法測定，取樣深度分別為0～20cm、20～40cm、40～60cm，土樣用土鉆獲取，去除雜質放入鋁盒，在生長季(4—10月)每月的上、中、下旬連續(xù)取樣觀測。

(3)土壤抗蝕性指標的測定：分別按照0～20cm、20～40cm、40～60cm深度采用環(huán)刀法進行取樣，樣品采用5點混合法在試驗區(qū)按照按“S”形進行選取，在室內采用Rise-2006激光粒徑分析儀和ZIK-2001土壤團粒分析儀測定土壤粒徑組成和水穩(wěn)性團聚體含量，現場采用TJSD-750土壤緊實度儀進行土壤緊實度的測定。

(4)土壤養(yǎng)分測定：在測試區(qū)按“S”形選取5點組成混合樣品進行分析，取樣深度分別為0～20cm、20～40cm、40～60cm。采用外加熱法選用重鉻酸鉀(K2Cr2O7)進行土壤有機質含量的測定，采用開氏法選用半微量進行全N含量的測定，采用碳酸鈉熔融法進行全K、全P的測定。采用Olsen法進行速效P的測定。對速效K、有效鈣、有效鎂、有效鋅、有效鐵含量采用原子吸收光譜儀使用火焰石墨爐進行測定。有效硼采用甲亞銨比色法測定，土壤碳酸鈣含量采用氣量法測定。

(5)水土保持效果研究：采用徑流小區(qū)法研究不同措施控制徑流、氮、磷等流失效果及土壤理化性質變化情況。

2 試驗區(qū)概況

在興城市頭道溝布設試8個試驗小區(qū)，各小區(qū)面積為100m2，試驗小區(qū)的長度和寬度分別為20m和5m，土壤類型主要為棕壤，試驗區(qū)坡度為15°。在徑流場下方擋水墻處設置集水槽和集水池用于徑流的收集。分別在3個小區(qū)分別按照果樹梯田、果樹臺田以及無工程果園進行密度為2.5m×3.0m梨樹的栽植，第4個試驗小區(qū)為水平槽栽植密度為2.5m×3.0m杏樹的栽植，各小區(qū)內均栽植14株。

3 遼西山地果園水土流失主要特點及規(guī)律

3.1 水土流失的主要誘因

(1)坡地高強度開發(fā)與低效利用引發(fā)水土流失加劇。從整個遼西范圍看，山地果園規(guī)模較大，管理粗放，而產品單一、產果量少、效益相對較低，又引發(fā)坡面開發(fā)強度增大，進而加劇坡面水土流失。目前，遼西地區(qū)果品主要以蘋果、梨、桃、杏、李、棗為主(設施果園除外)，各類果樹種植面積達35.47萬hm2。多數果品未形成規(guī)?；a業(yè)，品牌影響力較弱，以數量創(chuàng)效益的思維依然根深蒂固。

(2)園地水土保持方面科技支撐較弱，果農生態(tài)環(huán)境意識不強。水土保持行為、水土保持措施實施并未成為果園建設和日常管理的重要組成部分，從而部分導致或加劇了水土流失。為追求產量，片面地增加水肥投入、忽視對原有生態(tài)環(huán)境保護的現象依舊存在。坡地果園減蝕、減污方面科普較少。

(3)部分果園反復除草，導致地表裸露，管理過程中反復擾動地表，形成松散易蝕土層。受傳統管理思維影響，多數山地果園林下草本植物大面積被清除，降低了其和果樹爭水爭肥，土壤中更多的養(yǎng)分可以利用果樹進行汲取。但長期的清耕由于降水和地形影響會使得土壤肥力下降，出現板結現象。園地水土流失問題凸顯，進而破壞果園生態(tài)環(huán)境。反復的清耕擾動，使表層土壤毛管孔隙、非毛管孔隙遭到不同程度的破壞。山地果園能攔蓄雨水并能長時間的調節(jié)，主要是依靠毛管孔隙；非毛管水孔隙(飽和水孔隙)對攔蓄大雨至暴雨的徑流能起一定的暫時性作用。對比實驗顯示清耕處理的果園其土壤毛管水孔隙度和飽和水孔隙度分別比植草處理的山地果園土壤減少2.4%～4.9%和5.1%～10.2%。樹盤、田埂的填筑引發(fā)園地微地形變化，在坡地果園形成人為的易蝕堆積體坡面。果園建設過程中，針對單棵樹體需要堆筑樹盤，行間需要堆筑田埂，這種在原生坡面形成的人為堆筑體，沒有植被的保護很容易造成水土流失。

3.2 山地果園水土流失特點

(1)水土流失形式以水蝕為主，同時伴隨著過量化學肥料、藥劑散失。因地表植被蓋度低，肥料、藥劑施用數量掌控不精確，過量的化肥、藥劑等不能被進一步利用，遭遇降雨、徑流沖刷，會隨地表徑流擴散至周邊土地、水體。引發(fā)農業(yè)污染。通過清耕條件下徑流、泥沙樣中全磷、有效磷、全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等指標均高于生草果園。

(2)地形、擾動強度、降雨強度與歷時對遼西山地果園水土流失存在較大影響。降雨強度、降雨歷時同樣是山地果園水土流失的主要影響因素，它們與地形因素、地表擾動強度共同作用于遼西山地果園，左右著水土流失的發(fā)生、發(fā)展。

(3)流失形式以淺溝侵蝕結合面蝕，流失土壤沿坡頂向坡腳方向運動，并在下坡段樹盤、地埂處有淤積停留。受限于遼西地區(qū)光、水、熱條件，果樹品種以蘋果、桃、李、杏等耐寒、抗旱型果樹為主，從建園至產果需要近5年時間，而且因為對樹型等的要求，需要進行冬、夏二季修剪，這就導致樹體冠層減少，對林下土體覆蓋率降低。降雨多數從冠層空隙直接落地，濺蝕、匯流向遠端流失；其余經冠層攔截并匯流落地，引發(fā)細溝侵蝕。

3.3 山地果園水土流失特點

(1)雨季是園地水土流失多發(fā)期，強度隨管理活動的增加而增強。進入雨季，中耕除草、松土、淺施化肥；雨季末期(9月末，10月初)深施有機肥。以上管理措施均在雨季進行，這就導致整個雨季對園地表層土壤擾動頻繁、對地表植被破壞嚴重，由此導致水土流失加劇，而且每年管理措施相近、實施時間相同，因此，雨季是遼西山地果園水土流失集中高發(fā)期。

(2)強水蝕多發(fā)生在灌溉后降雨或連續(xù)降雨。在遼西地區(qū)由于降雨分布及其不均，根據果園土壤墑情變化，需要不定期的灌溉，灌溉后土壤持水量接近飽和，此時降雨極易產生地表徑流，引發(fā)侵蝕。連續(xù)多日的降雨同樣誘發(fā)土壤持水情況發(fā)生改變，土壤持水性能下降，產流量增加，引發(fā)水土流失。

(3)坡面果園水土流失從坡頂到坡腳呈“流失→流失、停淤→向遠端流失”的動態(tài)變化規(guī)律。一次侵蝕性降雨，坡面土壤均不同程度的遭受濺蝕、徑流侵蝕的影響，園地上部以流失為主，遭受的侵蝕比較嚴重；中部發(fā)生土壤侵蝕的同時，上部損失的泥沙流在此有一個部分停淤的過程，另一部分繼續(xù)向下運動；流失的土壤隨降雨徑流經果園下部進入溝道，進而向果園以外的其他區(qū)域流失。從流失土壤的運移軌跡來看，一次侵蝕性降雨，并不是所有產生位移的泥沙全部流失到果園以外的區(qū)域，而是經過多次侵蝕性降雨之后，新產生的泥沙與前次停淤的部分泥沙共同向果園以外的區(qū)域損失。尤其在“清耕制”的果園，與有草本植物生長的果園相比其徑流量增加約58%，徑流泥沙量增加約85%，總氮流失量增加約50%，總磷流失量增加61%。

4 山地果園水土流失防治徑流調控影響

4.1 典型工程措施

水土流失是山地果園的主要生態(tài)問題。果園按照水土保持技術標準并結合坡地的坡度、地形、果樹種類等特點，進行果樹梯田、果樹臺田、水平槽等徑流調控工程措施，最大程度地蓄積利用天然降雨，提高果園的抗旱能力，防止土壤沖刷，避免土壤流失、增強地力。

(1)果樹梯田整地

在修筑梯田面時，田面向內傾斜，即樹的下坡比樹的上坡高10～12cm，造成外高里低的表面，在梯田埂下方挖底寬20cm、深30cm、上口寬40cm的排(蓄)水溝，使梯田面能保蓄一定的水量，水量過多時又能從梯田內側的排(蓄)水溝排出。栽植坑為穴狀，規(guī)格為長×寬×高為100cm×100cm×60cm。

(2)果樹臺田整地

果樹臺田主要是根據地勢條件，以單株或多株果樹為單元修成帶有邊埂反坡的池田，不同單元的池臺田田面高程不同。與果樹梯田相比其可充分利用地勢條件，動用土方少。池田一般在3m2，田面粗平，修成里低外高，盡量用生土筑??；用熟土回填樹坑、修整邊埂，邊埂頂寬0.25～0.3m，邊坡坡比為1∶1。

(3)水平槽整地

水平槽工程采取等高布設與二次回填土的方法，也就是水平溝與臺田、梯田相結合的水土保持坡面工程，由截水埂、蓄水槽和換土槽3部分組成。斷面尺寸根據土質及地形確定，蓄水槽取寬深均為0.6m，換土槽寬0.4m，單個水平槽長1.6m，2個水平槽間埂寬按設計行距設置。

4.2 對水土流失影響分析

分別在3種徑流調控工程措施——果樹梯田、果樹臺田、水平槽和無工程果園(對照)徑流小區(qū)觀測徑流泥沙情況，2016—2021年連續(xù)觀測6年。2016年觀測到產流降雨6次，產流雨量355.20mm；2017年觀測到產流降雨4次，產流雨量280.20mm；2018年觀測到產流降雨5次，產流雨量193.60mm；2019年觀測到產流降雨9次，產流雨量408.00mm；2020年觀測到產流降雨7次，產流雨量249.80mm；2021年觀測到產流降雨6次，產流雨量351.50mm；以2021年試驗數據為例，對2021年2021年徑流調控工程措施水土流失情況進行分析，見表1，此外對比了2016—2021年與無工程果園相比徑流調控工程措施水土流失變化情況，見表2。

從表1中可看出，相比于無工程措施的果園，其他工程措施下的徑流量和泥沙量均得到明顯減少，其中果樹梯田的下降比例最高，其次為果樹臺田，水平槽工程措施下的徑流量和泥沙量下降程度相對較低。從表2看出，相比于無工程果園，相同產流雨量下其他調控措施下的水土流失變化率均高于50%，果樹梯田的各年份的徑流量和含沙量下降率均值分別為-73.85%和-83.17%，果樹臺田方式下的徑流量和含沙量下降率均值分別為-72.65%和-81.03%，水平槽方式下的徑流量和含沙量下降率均值分別為-69.90%和-75.63%，果樹梯田下的水土流失遞減率最高，其次為果樹臺田和水平槽方式。

表1 2021年徑流調控工程措施水土流失情況

表2 2016—2021年與無工程果園相比徑流調控工程措施水土流失變化情況

4.3 對土壤養(yǎng)分的影響

結合試驗區(qū)各山地果園調控措施下的氮和磷養(yǎng)分測定值，與無工程果園方式下進行對比，以2021年為例，對其徑流調控措施下的氮和磷流失情況進行分析，結果見表3，并統計分析2016—2021年與無工程果園方式下的氮磷流失率，結果見表4。

表3 2021年徑流調控工程措施氮磷流失情況

表4 2016—2021年與無工程果園相比徑流調控工程措施氮磷流失率變化情況

從表3可看出，相比無工程果園，相同產流雨量下果樹梯田的氮和磷流失量減少程度最高，其次為果樹臺田，水平槽下的氮和磷流失量減少程度相對最低。這主要是因為采用山地果園調控措施后其水土流失量明顯減少，而土壤中的氮和磷主要以徑流和含沙量為運移的載體，因此其氮和磷的流失量也下降較為明顯，從而增加了土壤養(yǎng)分。從2016—2021年的無果園對照方式下各年份的氮磷流失率可看出，果樹梯田方式下的各年份氮和磷流失率均值分別為-83.19%和-82.20%，果樹臺田方式下的各年份氮和磷流失率均值分別為-81.07%和-82.20%和-81.0%，而水平槽方式下的各年份氮和磷流失率均值分別-75.68%和-75.83%。

4.4 土壤抗蝕性影響

土壤保水、保土、抗蝕性能的重要指標通過大于等于0.25mm水穩(wěn)性團聚體、土壤容重、緊實度及孔隙度進行反映，孔隙度越大、密實度越低其土壤容重越小，透水性能更佳，越高的土壤保水抗蝕性能。表5為試驗區(qū)2018年水土保持徑流調控工程措施土壤容重、孔隙度、緊實度及大于等于0.25mm水穩(wěn)性團聚體含量。

表5 土壤抗蝕性指標

與對照無工程果園相比徑流調控工程措施0～20cm土層土壤容重降低了5.26～8.27%、土壤總孔隙度增加9.38～13.83%、土壤緊實度降低了14.01～14.95%、大于等于0.25mm水穩(wěn)性團聚體含量增加了7.65～9.35%；20～40cm土層土壤容重降低了4.49～5.13%、土壤總孔隙度增加7.94～11.76%、土壤緊實度降低了13.69%～14.83%、大于等于0.25mm水穩(wěn)性團聚體含量增加了3.39%～4.82%；40～60cm土層土壤容重降低了1.31～2.61%、土壤總孔隙度增加6.26%～11.55%、土壤緊實度降低了13.69%～14.95%、大于等于0.25mm水穩(wěn)性團聚體含量增加了3.18%～4.82%。經顯著性分析(p在0.05水平)，工程整地與無工程果園相比土壤總孔隙度、緊實度、容重及大于等于0.25mm水穩(wěn)性團聚體含量差異顯著；不同土層深度間除土壤緊實度表現差異不顯著外，土壤總孔隙度、容重及大于等于0.25mm水穩(wěn)性團聚體含量表現為差異顯著；3種整地處理間差異不顯著。

5 結語

(1)遼西山地果園水土流失規(guī)律較為明顯，即強度隨管理活動的增加而增強，其侵蝕過程從坡頂到坡腳呈現“侵蝕→侵蝕+停淤→向遠端流失”的動態(tài)變化趨勢。

(2)在遼西山地丘陵區(qū)，果園梯田方式對于區(qū)域水土流失效果最為顯著，在修筑梯田面時，田面應盡量向內傾斜，即樹的下坡比樹的上坡高10～12cm，造成外高里低的表面。

(3)本文對不同山地果園水土流失調控措施的影響成因未進行研究，存在不足，在后續(xù)的研究中還應針對其物理成因進行重點探討。