松材线虫重度危害区水土保持植被恢复技术与推广

刘文忠,赖如万,刘 俊,林传丰

(兴国县水土保持中心,江西 兴国 342400)

位于江西省中南部的兴国县经过几十年的水土流失综合治理,生态环境得到了明显改善,水土流失严重的现象基本得到控制,昔日的“江南沙漠”已经披上绿装。但是兴国县大部分山地植被仍以马尾松为主,近年来受松材线虫危害,马尾松林受到严重破坏,尤其是在花岗岩山地破坏现象更为突出。花岗岩山地地表土壤未完全发育,土壤结构松散,缺少腐殖质,如果马尾松林遭到破坏,草灌植物将因失去马尾松的保护而生长不良,现有生态平衡将被打破,导致水土流失加剧,因此必须加强对马尾松林的保护管理及更替改造。

为了践行“绿水青山就是金山银山”的生态理念,满足生态立县和可持续发展的要求,不断提高水土流失防治水平,大力推进兴国县水土保持高质量发展先行区建设,兴国县水土保持中心与赣州市水土保持中心合作,在江西省兴国县塘背水土保持科技示范园开展松材线虫重度危害区水土保持植被恢复重建技术推广应用研究。该研究工作自2021年10月开始,2022年12月获得初步成果,并从2023年2月开始在兴国县龙口镇、永丰镇、隆坪乡、埠头乡、杰村乡等地推广应用,取得了良好的生态效益和社会效益。

1 研究基地和研究背景

塘背水土保持科技示范园位于兴国县龙口镇都田村,中心地理坐标为115°17′30.79″E、 26°14′9.98″N,海拔180.7 m,地质地貌以花岗岩风化壳所形成的砂质山地为主,土壤贫瘠,造林条件较差,现有的森林植被以马尾松纯林和芒萁草灌为主,树种结构单一,森林生态功能等级低。

兴国县塘背小流域在20世纪七八十年代曾经是个不毛之地,被称为“江南沙漠”。1981—1990年水利部派出长江水利委员会专家组,在这里开展了长达10 a的水土保持小流域综合治理试点研究,试点期间探索出的《南方花岗岩剧烈侵蚀区塘背小流域综合治理研究》等系列成果,于1991年获水利部科技进步二等奖,1992年获国家科技进步三等奖,还被列为国家科学技术委员会(现科学技术部)“九五”期间科技推广项目,在南方地区进行了全面推广。随着时间的推移,一些地方的基本情况发生了变化,因此继续深入研究松材线虫重度危害区水土保持植被恢复重建技术,对于兴国县水土流失治理仍具有现实意义。

2 研究目的

目前在兴国县松材线虫重度危害区,治理方式以针叶林补阔为主,缺少能实现地面快速覆盖的有效方法。为研究松材线虫重度危害区水土保持植被快速恢复重建技术,笔者在分析相关文献和技术资料的基础上,对《南方花岗岩剧烈侵蚀区塘背小流域综合治理研究》等成果进行了试验和调整,以寻求最优技术模式,之后结合赣州市开展的小流域综合治理工程,选择适宜的区域进行了试验成果推广应用。

3 植被恢复技术

针对兴国县松材线虫危害山地马尾松林,尤其是花岗岩地区水土流失严重的问题,综合考虑适应性强、生长速度快、覆盖效果好的乔灌草品种搭配、播种方法和整地方式,通过分析各种乔灌草品种搭配形式对山地水土流失和养分流失的影响,结合水土流失治理需求,最终选择采取竹节水平沟整地、生物有机肥料改良土壤、乔灌草播种技术,在塘背水土保持科技示范园开展松材线虫重度危害区水土保持植被恢复重建技术试验,研究植被快速恢复及其水土保持效果。

3.1 竹节水平沟整地改良土壤结构

竹节水平沟是指在山坡上沿等高线每隔一定距离修建的截流、蓄水沟(槽),其沟(槽)内间隔一定距离培筑横向土挡,使沟(槽)被截成竹节样的蓄水坑。竹节水平沟能起到蓄水保水的作用,对于防汛、抗旱都具有重要意义,是南方红壤侵蚀区调控水量的重要措施之一[1]。竹节水平沟能拦截蓄存地表径流,有效消减地表径流的侵蚀动力;拦截蓄存坡面泥沙,有效保护土壤资源;拦截蓄存植被更替工程中的枯枝落叶,增加土壤有机质含量,改良土壤肥力。

园区竹节水平沟整地规格要求:采用人工方式开挖,沟口上宽70 cm,底宽50 cm,沟深60 cm(沟深以外侧沟壁平均深计算,新挖出的虚土堆积而成的沟埂不予计入);施工按照定线、保留表土、挖沟、留节、平整沟埂及沟底等工序进行。

3.2 施放发酵生物有机肥料增加土壤微生物活性

有机肥料营养元素齐全,能够改良土壤,改善因使用化肥而造成的土壤板结,不仅可提供作物生长所需要的各类营养物质,而且能改良土壤结构、增强土壤保水保肥能力。有机肥料分解后能产生腐殖酸、维生素、抗生素和各种酶,改善了作物根系的营养环境,促进了作物根系及地上部分的生长发育,提高了作物对养分的吸收能力,有机质分解所产生的有机酸还可提高土壤中微量元素的有效性。

生物有机肥料因所含微生物的种类不同,所起作用也不同,主要有以下几方面的作用:①固氮作用。以根瘤菌和固氮菌为例,它们在适宜环境条件下可以固定空气中的氮,为作物生长提供氮素营养。②养分释放作用。微生物能把土壤中一些难以被作物吸收利用的物质分解转化为能被作物吸收利用的有效养分。比如,硅酸盐细菌不仅能分解土壤中钾长石和云母等难分解的矿物,把其中固定的钾释放出来,而且能促使土壤中难溶性的磷转化为作物可以利用的形态。③促生作用。土壤中施入微生物肥料后,不仅增加了土壤中的养分含量,而且促进了各种维生素、酶及其他有利于作物生长的物质合成,有利于植物生长。④抗病作用。土壤中接种微生物后,微生物在作物根部大量繁殖,在一段时期内成为作物根际的优势菌,抑制或减少了病原微生物的繁殖机会,有的微生物还会对病原微生物产生抵抗作用。⑤促进根系生长作用。生物有机肥料能促进植物根系生长,但是生物有机肥料施入土壤后,其中的微生物会被土壤中的微生物吃掉,若不能保证稳定成活,则其促生效果就会大打折扣。为了达到预期效果,可以先将有益菌种加到发酵后的有机肥料里,发酵有机肥料本身是扩大培养基,能使有益菌种大量增殖,之后再将微生物有机肥料施入土壤中,有助于有益菌种迅速在土壤中形成优势种群,进而促进植物根系生长。

3.3 乔灌草混播混种快速恢复植被

采用乔灌草混播混种能使土壤根系更加发达,比使用单纯草本植物更有利于稳定土壤边坡[2]。采用乔灌草相结合的植被防护技术,一方面恢复了人工林生态环境,促进其与周边环境景观的协调;另一方面有利于增加生物多样性,恢复水土流失山地原有生态系统结构,实现生态平衡[3]。园区乔木采取木荷、枫香等多种乡土乔木阔叶树种混交;灌木采取木豆、多花木蓝、胡枝子等多种豆科灌木种子混播;草本采取宽叶雀稗、马唐、高羊茅等多种草籽混播。

1)栽植阔叶树。栽植前选择苗木发育良好、根系完整、基茎粗壮、无病虫害、苗龄和苗木生长状况一致的苗木。苗木在运输、栽植过程中要保持根部湿润,防止受冻和风吹日晒。栽植方法采用穴植法,行株距为3 m×2 m,种植穴规格为0.4 m×0.4 m×0.4 m,栽植深度一般以最后回填松散土覆盖树苗根茎2～3 cm为宜。肥料用量为每穴施用2 kg生物肥、0.2 kg复合肥。所有苗木栽植都要在植树节(3月12日)前完成。

2)撒播灌草。播草前先对土壤进行轻翻,再采用直接播撒种子法,在春季雨后直播。播种方法是在水平沟埂及沟埂外坡均匀撒播,即先水平条带式松土整地,再将种子掺肥料拌和撒播。草种撒播好后应立即扫土覆盖,覆盖土厚0.5～1.0 cm,可用细齿耙或竹扫把往返耙松表土,使草籽被土均匀覆盖。草籽肥料用量为每公顷撒播草籽90 kg,每公斤草籽拌施生物肥20 kg、复合肥6 kg。养护管理要在出苗半个月后及时追肥,选择下雨前直接均匀撒播复合肥即可。播草要在清明节前后的1个月内完成。

3)养护管理。在植被恢复初期,植物尚处于生长初期的适应和缓苗阶段,因此需要加强养护和管理,以便之后顺利进入到免养护的自然发展阶段。栽植树苗之后,在每次暴雨过后应及时巡查,检查初步存活率情况,是否有雨水冲毁栽植堆的情况,是否有动物或人为损坏苗木的情况,并及时培土、扶正苗木、补栽补种。撒播灌草之后,在每次暴雨过后要及时巡查,查看灌草种子发芽情况,是否有雨水冲毁情况及动物或人为损坏情况,并及时补播。待草苗高度到达10 cm后,选择在雨前或雨中及时追施叶面肥,每公顷施用尿素60 kg。

3.4 试验效果分析

基于上述技术措施,兴国县水土保持中心于2021年在塘背水土保持科技示范园开展了松材线虫重度危害区水土保持植被恢复重建技术试验示范,治理松材线虫危害严重的水土流失山地面积6.6 hm2。根据2 a多的研究观测,栽植的枫香、木荷长势良好,存活率为83.5%,受观测时间较短影响,林木郁闭覆盖效果一般,但地表草灌长势较好,地表覆盖效果良好,混合灌草播种地面覆盖率91.4%,综合植被覆盖率达93.2%。

经初步观测,园区试验区山地水土流失强度由原来的强烈变为轻度,松材线虫带来的危害得到了有效控制。试验区内地面径流系数由0.5下降为0.35,年拦蓄地表径流量1.485万m3,土壤侵蚀模数由5 650 t/(km2·a)下降为650 t/(km2·a),年减少土壤流失量330 t,泥沙下泄量显著减少,径流调控和防灾减灾能力有所提高。通过松材线虫重度危害区采伐迹地水土保持生态恢复治理试验示范,试验区内林地生态系统服务功能得到提升,再经过土壤改良、植物调节、微生物净化等综合作用,有效改善了林地生态结构,加强了抵御疫情灾害能力,提高了生态、经济效益,试验示范效果良好。试验研究成果于2023年开始在兴国县永丰镇焦溪村、荷岭村松材线虫重度危害区推广应用。

4 推广应用

试验推广应用工作主要选在高铁、高速、国道沿线可视范围内松材线虫危害严重山地内开展,首期在永丰镇焦溪村、荷岭村完成推广应用治理面积33.82 hm2,于2022年12月开始清理病树,2023年1月底完成清理工作,2023年2月底完成植被恢复造林整地工作,2023年3月上旬完成造林补阔栽植工作,2023年4月下旬完成裸露地面播草工作。

1)永丰镇焦溪村松材线虫危害严重山地水土保持植被重建技术推广应用基地。永丰镇焦溪村松材线虫危害严重山地水土保持综合治理工程位于永丰镇焦溪村、G356国道南侧,距兴国县高铁西站直线距离450 m,距兴国县城8.1 km。兴国县水土保持中心筹集巩固拓展脱贫攻坚成果衔接推进乡村振兴(水保)项目资金180万元,于2022年12月至2023年4月实施治理面积22.56 hm2,包括建设竹节沟18 304.6 m,种植枫树20 054株、木荷4 850株、油茶2 190株,撒播混合灌草22.56 hm2,施放生物有机肥148.996 t。

2)永丰镇荷岭村松材线虫危害严重山地水土保持植被重建技术推广应用基地。永丰镇荷岭村松材线虫危害严重山地水土保持综合治理工程位于永丰镇荷岭村、G356国道南侧,距兴国县高铁西站直线距离1.5 km,距离兴国县城8.6 km。兴国县水土保持中心筹集巩固拓展脱贫攻坚成果衔接推进乡村振兴(水保)项目资金160万元,于2022年12月至2023年4月实施治理面积11.26 hm2,包括建设竹节沟7 161.1 m,种植枫树10 240株、木荷2 706株、大果红花油茶3 340株,撒播混合灌草11.26 hm2,施放生物有机肥138.85 t。

目前两个推广应用基地枫香、木荷长势良好,存活率82.3%,因项目实施时间短,乔木林的郁闭覆盖效果一般,但地表草灌长势、覆盖良好,混合灌草播种地面覆盖率90.6%,综合植被覆盖率达91.4%,沙(裸)地面积显著减少,林草植被覆盖率平均提高了19.7%,水土流失现象明显减轻。

5 结束语

通过对《南方花岗岩剧烈侵蚀区塘背小流域综合治理研究》成果进行试验和调整,探索了松材线虫重度危害区水土保持植被恢复重建技术,采取竹节水平沟整地、生物有机肥料改良土壤、乔灌草播种技术在塘背水土保持科技示范园开展试验研究并获得成功,随后在兴国县永丰镇焦溪村、荷岭村巩固拓展脱贫攻坚成果衔接推进乡村振兴(水保)项目中进行推广应用。从推广应用现场调查观测情况来看,推广应用地区植被恢复措施总体有效,植被个体及群落指标发展较好,生态恢复和自然景观效果明显。结果表明,本研究成果在推广地区的应用是非常成功的,有效改善了松材线虫造成的森林生态退化,为实现生态环境的可持续发展提供了良好的生态基础。