退化板栗园不同枯落物及封育年限对土壤持水效能的影响

(丹东市水土保持局，辽宁 丹东 118000)

枯落物层是指地表土上层由落叶与枯死植被常年累积所形成的死亡有机物质层，其结构松散，具有较强吸水及排水性能，对水土保持、净化地表水质、提高土壤中有机物含量均具有重要作用。辽东山区是全国著名的板栗生产基地，但近年来该地区板栗园生态功能退化问题日益严重，影响了当地农村经济，因此，必须及时采取相关措施进行治理。

1 退化板栗园概况

辽东山区是全国著名的板栗生产基地，其生产的板栗畅销全球。但辽东山区板栗园具有坡度陡、土层薄等缺点，加之长时间无节制开垦，造成大面积水土流失。据相关部门统计：截至2018年底，仅丹东板栗经济林水土流失累计面积就超过5.30万hm2，占板栗林总面积的77.80%，年表土流失量为735.28万t。这造成板栗园土壤结构变差，肥力下降，严重影响了板栗产量、果实品质，而且对整个生态系统造成极大破坏。本文分析退化板栗园不同枯落物层对土壤持水能力的影响，以便为后期生态恢复措施提供参考数据。

2 不同枯落物层对土壤持水效能的影响分析

2.1 不同枯落物层的持水能力分析

枯落物层的持水能力是对土壤生态恢复的最重要功能之一，主要评判依据为最大持水量和最大持水率。根据很多学者研究成果可知：影响枯落物层持水能力的主要因素包括枯落物种类、腐烂程度、累积厚度等。在此分析对比丹东地区退化板栗园所采取的不同枯落物恢复措施(将传统清耕和池台田板栗林作为对照组)[1]。

2.1.1 持水过程分析

在分析枯落物层持水过程时，得出单位重量下的枯落物层其持水量Q主要取决于浸水时间t，具体计算见式(1)，描绘曲线见图1、图2[2]。

Q=aln(t)+b

(1)

式中：a为不同枯落物影响系数，取值见表1；b为常数项，取值见表1。

表1 项a、b的取值

续表

图1 枯落物未分解层吸水量与浸水时间的关系

图2 枯落物半分解层吸水量与浸水时间的关系

根据图1和图2可以明显发现，不同枯落物层的吸水量存在较大差别，差异由大到小依次为：紫穗槐穿带>自然生草>池台田>板栗套红松>传统清耕，其中在未分解层中传统清耕落后较大；同种枯落物，其半分解层比未分解层的吸水量最大值平均高出1000g/kg，说明分解程度高有助于提高持水量；在前8h时间内，枯落物层吸水量在持续增加，之后趋于饱和状态，吸水量不再增加[3]。

2.1.2 最大持水量和最大持水率分析

根据丹东地区退化板栗园采取的不同恢复措施，罗列出枯落物类别及最大持水量和最大持水率(见表2)。

表2 不同枯落物层的持水能力对比分析

由表2数据可知，不同枯落物层其最大持水量相差较大，变动范围为15.61～43.54t/hm2，最大持水量高者是低者的近3倍；任一枯落物层的最大持水量均高于传统清耕；在枯落物层中，最大持水量由高到低依次为：紫穗槐穿带>自然生草>板栗套种红松，且均大于池台田和传统清耕。

以上数据说明：采取紫穗槐穿带和自然生草的板栗园生态恢复措施比较好。

2.2 不同枯落物层的吸水速率分析

结合其他学者研究经验可知，枯落物层的吸水速率主要取决于浸水时间。不同枯落物层的浸水时间和吸水速率的关系[4]见图3、图4。

图3 枯落物未分解层吸水速率与浸水时间的关系

图4 枯落物半分解层吸水速率与浸水时间的关系

由图3和图4可知，枯落物未分解层或半分解层，其吸水速率和浸水时间成反比关系，即浸水时间越长，吸水速率越小；枯落物半分解层的吸水速率相对于未分解层，其起点较高，在2500～3000g/(kg·h)，后者在2000～2500g/(kg·h)；在最初的0.5h内，不同枯落物层吸水速率均较大，之后在4.0h之前一直处于急速下降阶段，在24.0h后均达到饱和状态。以上数据说明：当板栗园雨水积存超过24.0h后，应及时排水，因为枯落物层已经饱和，不会再吸收多余水分[5]。

3 不同封育年限枯落物层对土壤持水效能的影响分析

针对水土流失严重区域，丹东市相关部门决定采取封育措施治理，而封育年限是最重要参数。若时间太短，枯落物层无法有效形成，生态环境难以恢复；时间太长，大面积经济林闲置，严重损害当地经济发展。因此，结合前面的分析结果，以“紫穗槐枯落物层”作为分析对象分析最佳封育年限。

3.1 不同封育年限枯落物层储量估算

结合其他项目区封育经验，在此设计3个不同封育年限(9年、12年、21年)进行对比分析，将不采取封育措施作为对照组，其他条件均一致。

通过估算每年紫穗槐的积累量，估算得出封育9年、12年、21年的枯落物层累积量依次为7.9t/hm2、8.4t/hm2、8.7t/hm2，对照组为3.7t/hm2，具体情况见图5[6]。

图5 不同封育时间紫穗槐枯落物的积累量

由图5分析可知，随着封育时间增长，枯落物累积量逐步增加，但增加趋势逐步缓慢；随着封育年限增长，半分解层和未分解层含量逐步趋向于平衡，都占总量的50%左右，这样就能够保持枯落物层的总体稳定。总体分析：封育9年基本可达到恢复生态的目的，且关键数据与封育12年和21年相差在10%以内，对总体影响不大，因此从枯落物储量上考虑，9年是较为理想的封育时间。

3.2 不同封育年限枯落物层的持水能力分析

不同封育年限对枯落物的组成有较大影响，该项目通过试验并结合经验数据，得出封育9年、12年、21年的紫穗槐枯落物层最大持水量，见图6。

图6 不同封育时间紫穗槐枯落物的最大持水量

由图6分析可知，随着封育年限增长，紫穗槐枯落物层的最大持水量是逐步上升的，且均大幅领先对照组；半分解层的最大持水量高于未分解层，与之前的分析结果一致；封育9年与12年其枯落物层最大持水量相差1t/hm2，占总量的10%左右，与封育21年相差2t/hm2，占总量的20%左右，虽然数据在扩大，但相差时间很长。从最大持水量分析：封育9年，其枯落物层最大持水量已经达到较好水平，延长封育年限并不能对最大持水量带来明显提升，因此建议封育年限定为9年。

4 结 语

丹东地区退化板栗园生态治理措施的分析结果表明，“紫穗槐穿带”对于恢复土壤肥力、优化土壤结构效果更好；可知任一枯落物层的吸水饱和时间为24h，且半分解枯落物相对于未分解枯落物吸水能力更高，因此，当积水超过24h应及时排水；封育9年对恢复水土流失严重区域是较为理想的封育时间。