段忠奎

(遼寧省朝陽市大凌河風(fēng)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(nèi)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(chǎn)力較低，發(fā)展果園可帶動山區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)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(dá)35.47萬hm2，山地果業(yè)發(fā)展已成為區(qū)域農(nóng)村經(jīng)濟(jì)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(tǒng)的保護(hù)，未采取科學(xué)有效的水土保持措施，產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失，破壞了區(qū)域生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而影響了丘陵山地果園的經(jīng)濟(jì)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(shè)與生產(chǎn)中存在的主要問題為：①果園土壤管理采用傳統(tǒng)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(tǒng)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(zāi)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(jī)化肥為了提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益被大量施用，土壤養(yǎng)分平衡被打破，降低了土壤生產(chǎn)能力，惡化土壤生態(tài)系統(tǒng)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(xué)農(nóng)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(dǎo)致藥劑投入增加與病蟲害發(fā)生嚴(yán)重的惡性循環(huán)，隨著化肥、農(nóng)藥的大量施用，果園有毒、有害物質(zhì)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(nóng)藥殘留超標(biāo)，危害了果品的安全生產(chǎn)[5]；④由于水土防治技術(shù)的缺失，使得土層沙化現(xiàn)象嚴(yán)重，土壤肥力下降明顯，出現(xiàn)嚴(yán)重的水土流失，果樹生產(chǎn)的環(huán)境基礎(chǔ)遭到不同程度的影響，果樹種植經(jīng)濟(jì)收益比嚴(yán)重下降[3]。從果園的整個生態(tài)系統(tǒng)而言，科學(xué)有效的山地果園管理和生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)，對于遼西果園生態(tài)系統(tǒng)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(tǒng)農(nóng)業(yè)善于利用生物多樣性的優(yōu)點(diǎn)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)結(jié)合，并實施可持續(xù)集約經(jīng)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(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、實現(xiàn)共同富裕的有效途徑，符合產(chǎn)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(yùn)用野外試驗調(diào)查、室內(nèi)分析的方法，對遼西丘陵不同山地果園水土流失特點(diǎn)及其規(guī)律進(jìn)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(diào)控工程措施，并對不同山地果園水土流失治理效益進(jìn)行綜合比對分析，提出效果最優(yōu)的水土流失防治技術(shù)。研究成果可為遼西丘陵地區(qū)水土流失防治技術(shù)提供重要的參考價值。

1 研究方法

通過調(diào)查分析與定點(diǎn)實驗相結(jié)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(diǎn)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(chǔ)。具體研究方法為：

(1)水土流失規(guī)律：通過調(diào)查分析與定點(diǎn)實驗相結(jié)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(jìn)行調(diào)研與觀測。采用Excel、Spss等軟件對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)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(zhì)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(biāo)的測定：分別按照0～20cm、20～40cm、40～60cm深度采用環(huán)刀法進(jìn)行取樣，樣品采用5點(diǎn)混合法在試驗區(qū)按照按“S”形進(jìn)行選取，在室內(nèi)采用Rise-2006激光粒徑分析儀和ZIK-2001土壤團(tuán)粒分析儀測定土壤粒徑組成和水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，現(xiàn)場采用TJSD-750土壤緊實度儀進(jìn)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(diǎn)組成混合樣品進(jìn)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(jìn)行土壤有機(jī)質(zhì)含量的測定，采用開氏法選用半微量進(jìn)行全N含量的測定，采用碳酸鈉熔融法進(jìn)行全K、全P的測定。采用Olsen法進(jìn)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(jìn)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(zhì)變化情況。

2 試驗區(qū)概況

在興城市頭道溝布設(shè)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(shè)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(jìn)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(nèi)均栽植14株。

3 遼西山地果園水土流失主要特點(diǎn)及規(guī)律

3.1 水土流失的主要誘因

(1)坡地高強(qiáng)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(chǎn)品單一、產(chǎn)果量少、效益相對較低，又引發(fā)坡面開發(fā)強(qiáng)度增大，進(jìn)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(shè)施果園除外)，各類果樹種植面積達(dá)35.47萬hm2。多數(shù)果品未形成規(guī)?；a(chǎn)業(yè)，品牌影響力較弱，以數(shù)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(nóng)生態(tài)環(huán)境意識不強(qiáng)。水土保持行為、水土保持措施實施并未成為果園建設(shè)和日常管理的重要組成部分，從而部分導(dǎo)致或加劇了水土流失。為追求產(chǎn)量，片面地增加水肥投入、忽視對原有生態(tài)環(huán)境保護(hù)的現(xiàn)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(fù)除草，導(dǎo)致地表裸露，管理過程中反復(fù)擾動地表，形成松散易蝕土層。受傳統(tǒng)管理思維影響，多數(shù)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(jìn)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(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象。園地水土流失問題凸顯，進(jìn)而破壞果園生態(tài)環(huán)境。反復(fù)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(diào)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(shè)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(hù)很容易造成水土流失。

3.2 山地果園水土流失特點(diǎn)

(1)水土流失形式以水蝕為主，同時伴隨著過量化學(xué)肥料、藥劑散失。因地表植被蓋度低，肥料、藥劑施用數(shù)量掌控不精確，過量的化肥、藥劑等不能被進(jìn)一步利用，遭遇降雨、徑流沖刷，會隨地表徑流擴(kuò)散至周邊土地、水體。引發(fā)農(nóng)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(biāo)均高于生草果園。

(2)地形、擾動強(qiáng)度、降雨強(qiáng)度與歷時對遼西山地果園水土流失存在較大影響。降雨強(qiáng)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(qiáng)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(jié)合面蝕，流失土壤沿坡頂向坡腳方向運(yùn)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(chǎn)果需要近5年時間，而且因為對樹型等的要求，需要進(jìn)行冬、夏二季修剪，這就導(dǎo)致樹體冠層減少，對林下土體覆蓋率降低。降雨多數(shù)從冠層空隙直接落地，濺蝕、匯流向遠(yuǎn)端流失；其余經(jīng)冠層攔截并匯流落地，引發(fā)細(xì)溝侵蝕。

3.3 山地果園水土流失特點(diǎn)

(1)雨季是園地水土流失多發(fā)期，強(qiáng)度隨管理活動的增加而增強(qiáng)。進(jìn)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(jī)肥。以上管理措施均在雨季進(jìn)行，這就導(dǎo)致整個雨季對園地表層土壤擾動頻繁、對地表植被破壞嚴(yán)重，由此導(dǎo)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(qiáng)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(jù)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(chǎn)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(chǎn)流量增加，引發(fā)水土流失。

(3)坡面果園水土流失從坡頂?shù)狡履_呈“流失→流失、停淤→向遠(yuǎn)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(yán)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(yùn)動；流失的土壤隨降雨徑流經(jīng)果園下部進(jìn)入溝道，進(jìn)而向果園以外的其他區(qū)域流失。從流失土壤的運(yùn)移軌跡來看，一次侵蝕性降雨，并不是所有產(chǎn)生位移的泥沙全部流失到果園以外的區(qū)域，而是經(jīng)過多次侵蝕性降雨之后，新產(chǎn)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(diào)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合坡地的坡度、地形、果樹種類等特點(diǎn)，進(jìn)行果樹梯田、果樹臺田、水平槽等徑流調(diào)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(qiáng)地力。

(1)果樹梯田整地

在修筑梯田面時，田面向內(nèi)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(nèi)側(cè)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(jù)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?。挥檬焱粱靥顦淇?、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(shè)與二次回填土的方法，也就是水平溝與臺田、梯田相結(jié)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(jù)土質(zhì)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(shè)計行距設(shè)置。

4.2 對水土流失影響分析

分別在3種徑流調(diào)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(chǎn)流降雨6次，產(chǎn)流雨量355.20mm；2017年觀測到產(chǎn)流降雨4次，產(chǎn)流雨量280.20mm；2018年觀測到產(chǎn)流降雨5次，產(chǎn)流雨量193.60mm；2019年觀測到產(chǎn)流降雨9次，產(chǎn)流雨量408.00mm；2020年觀測到產(chǎn)流降雨7次，產(chǎn)流雨量249.80mm；2021年觀測到產(chǎn)流降雨6次，產(chǎn)流雨量351.50mm；以2021年試驗數(shù)據(jù)為例，對2021年2021年徑流調(diào)控工程措施水土流失情況進(jìn)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(diào)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(chǎn)流雨量下其他調(diào)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(diào)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(diào)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(jié)合試驗區(qū)各山地果園調(diào)控措施下的氮和磷養(yǎng)分測定值，與無工程果園方式下進(jìn)行對比，以2021年為例，對其徑流調(diào)控措施下的氮和磷流失情況進(jìn)行分析，結(jié)果見表3，并統(tǒng)計分析2016—2021年與無工程果園方式下的氮磷流失率，結(jié)果見表4。

表3 2021年徑流調(diào)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(diào)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(chǎn)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(diào)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(yùn)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(biāo)通過大于等于0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體、土壤容重、緊實度及孔隙度進(jìn)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(diào)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(tuán)聚體含量。

表5 土壤抗蝕性指標(biāo)

與對照無工程果園相比徑流調(diào)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(tuán)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(tuán)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(tuán)聚體含量增加了3.18%～4.82%。經(jīng)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(tuán)聚體含量差異顯著；不同土層深度間除土壤緊實度表現(xiàn)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(tuán)聚體含量表現(xiàn)為差異顯著；3種整地處理間差異不顯著。

5 結(jié)語

(1)遼西山地果園水土流失規(guī)律較為明顯，即強(qiáng)度隨管理活動的增加而增強(qiáng)，其侵蝕過程從坡頂?shù)狡履_呈現(xiàn)“侵蝕→侵蝕+停淤→向遠(yuǎn)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(yīng)盡量向內(nèi)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(diào)控措施的影響成因未進(jìn)行研究，存在不足，在后續(xù)的研究中還應(yīng)針對其物理成因進(jìn)行重點(diǎn)探討。