CN111108837B - 一种促进坡地阔叶林形成均匀枯落物和腐殖质层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种促进坡地阔叶林形成均匀枯落物和腐殖质层的方法，其包括：措施一：疏伐或修枝透光，引导林下灌木和草本生长；措施二：设置生物拦挡，阻止落叶顺坡而下；措施三：开挖存储沟，蓄积枯落物，加速分解；存储沟挖在所述生物拦挡朝向坡上一侧。本发明通过引入人为措施增加光照条件、引导林下灌草生长，增加下垫面阻滞吸纳能力，阻止落叶顺坡而下，挖沟加大地面枯落物的储存和保持能力，且沟面在径流的掏蚀作用下，沟壁坍塌进而对沟内枯落物进行自然覆盖、压实，与枯落物接触、混合，有助于土壤微生物与枯落物的充分接触，促进腐烂和坡地腐殖质的形成，加速枯落物分解，提高枯落物返还土壤养分的速度和能力，对森林土壤的培肥和可持续利用有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及森林土壤可持续利用领域，具体涉及一种促进坡地阔叶林形成均匀枯落物和腐殖质层的方法。
背景技术
众所周知，森林枯落物和腐殖质在森林生态系统物质和能量循环中占有重要地位，枯落物返还是森林土壤养分元素的主要来源，是森林改善土壤质量的重要途径，是森林土壤可持续利用的物质基础。森林土壤长期得不到枯落物分解的有效补充，势必造成林地土壤持续退化，对当前国土绿化的重要任务——森林质量提升极为不利。另外，枯落物及腐殖质层在调节森林水文、保持水土资源等方面也发挥着极其重要的作用。因此，我国北方地区的坡地阔叶林形成均匀的枯落物和腐殖质层在森林的可持续经营中是极其重要的。
栎类(蒙古栎、辽东栎、栓皮栎、槲栎等)、白桦、刺槐、山杨等阔叶乔木树种在我国北方有大面积的分布，且主要分布于山地。以河北省为例，以上几类是河北的主要阔叶乔木生态树种，大部分集中于冀北山地和太行山区，这些山地和山区很多坡度都＞15°。相对于针叶树，这些阔叶树种的落叶质地轻，叶片表面积大，加之立地坡度大，在林下灌草植被缺乏的情况下落叶随风顺坡而下，集中于坡脚或地势低洼的沟谷地带，有一部分还会被径流、溪流、洪水带走。这种情况下落叶不容易在林下均匀蓄积，而是在低洼地带堆积，且堆积厚度较大，相对于均匀蓄积与土壤的接触面积成倍缩小，土壤微生物进入枯落物的接触面也相应缩小，这种蓄积形态严重影响了枯落物的分解速率和返还土壤养分的均匀程度，造成养分贫瘠带始终得不到补充，而养分富集带却又持续补充的恶性循环，不能形成均匀稳定的腐殖质层。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种促进坡地阔叶林形成均匀枯落物和腐殖质层的方法，能够解决坡地阔叶林枯落物林下蓄积不均以及由此带来的一系列土壤质量恢复问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种促进坡地阔叶林形成均匀枯落物和腐殖质层的方法，其包括：
措施一：疏伐或修枝透光，引导林下灌木和草本生长；
措施二：设置生物拦挡，阻止落叶顺坡而下；
措施三：开挖存储沟，蓄积枯落物，加速分解；存储沟挖在所述生物拦挡朝向坡上一侧。
根据本发明的方法，其中：措施一中，对于阔叶林郁闭度≥70％的森林，采用网格状操作带进行疏伐，使疏伐后阔叶林的郁闭度保留在60％～65％；对于阔叶林郁闭度65％＜郁闭度＜70％的森林，采用网格状操作带进行修枝透光，使修枝后阔叶林的郁闭度保留在60％～65％。
根据本发明的方法，其中：措施一中，所述网格状操作带的各个网格为正方形网格，正方形网格的边框所在位置为操作带，边框所框围的部分为保留带；沿着所述操作带进行疏伐或修枝，所述保留带不作疏伐或修枝；所述网格状操作带的底边与坡地的等高线平行，所述网格状操作带沿所述坡地的平行面的方向铺开。
根据本发明的方法，其中：措施一中，所述正方形网格的边长为8-15米，根据坡地的坡度大小不同，所述正方形网格的边长不同。坡地坡度越大，正方形网格的边长越小；反之，坡地坡度越小，正方形网格的边长越大。优选地，当坡地的坡度小于15度时，正方形网格的边长为15米；15度≤坡地的坡度＜20度，正方形网格的边长为10-15米；20度≤坡地的坡度＜30度，正方形网格的边长为8-10米；坡地的坡度≥30度，正方形网格的边长为8米。
根据本发明的方法，其中：措施二中，利用疏伐或修枝产生的枯枝设置生物拦挡，所述生物拦挡的俯视图形状呈月牙形，且使月牙形的内弧朝向坡上。
根据本发明的方法，其中：措施二中，所述生物拦挡沿坡地的等高线首尾相邻成排分布，且同一排的两个生物拦挡之间具有间距，而相邻前后两排生物拦挡呈交错分布，使该间距对应的前排和后排均设有生物拦挡。
根据本发明的方法，其中：措施二中，所述间距等于所述生物拦挡的长度，生物拦挡的长度为1.5-3米、高度为0.5-0.8米，所述相邻前后两排生物拦挡间的距离为5-8米。
根据本发明的方法，其中：措施二中，所述生物拦挡的墙体采用枯枝按照纵横排列编织成格栅状，格栅孔的短边不大于阔叶林树叶叶片的大小；或者，所述生物拦挡的墙体采用枯枝进行编织，下部形成大孔格栅，上部形成小孔格栅，小孔格栅的孔短边不大于阔叶林树叶叶片的大小，并在制作好下部的大孔格栅后，将收集的枯落物倾斜集中堆放在大孔格栅朝向上坡的一侧再覆土。
根据本发明的方法，其中：措施二中，所述生物拦挡的墙体还包括竖向固定桩和横向拦挡条，所述竖向固定桩为直径3cm以上的枝桠，底端削成斜切口便于砸入地下，砸入地下深度控制在20～40cm；横向拦挡条为直径2cm以上的枝桠，通过绳子或钉子与所述竖向固定桩固定或者将横向拦挡条直接堆放在竖向固定桩的朝坡上一侧。
根据本发明的方法，其中：措施二中，在所述所述生物拦挡的墙体朝坡下一侧，距离所述生物拦挡的墙体10～30cm的位置均匀种植一排灌木，灌木品种为当地适生品种，高度0.5～1.0m，间距0.5～1.0m。
根据本发明的方法，其中：措施三中，所述存储沟的长度与生物拦挡同长，所述存储沟的宽度为30～50cm，深度30～50cm。
根据本发明的方法，其中：所述存储沟的开沟时间为秋季落叶之前，优选为每年7-8月。
根据本发明的方法，其中：所述存储沟的挖成反坡沟或立坡沟，所述反坡沟是指沟侧壁与沟底面形成小于90°的夹角，所述立坡沟是指沟侧壁与沟底面形成等于90°；所述沟底面为与水平面平行。
根据本发明的方法，其中：所述反坡沟的沟侧壁与沟底面形成的角度以开挖后不易自然坍塌为准，优选为75°-85°。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明的方法，通过引入人为措施，包括：通过对阔叶林进行疏伐或修枝，增加光照条件、引导林下灌草生长，增加下垫面的阻滞(阻挡枯落物沿坡地滑移流失，使枯落物滞留)和吸纳能力；通过布设生物拦挡，进一步阻止落叶等枯落物顺坡而下；通过开挖存储沟，加大地面对枯落物的储存和保持能力，而沟壁在坡面径流的掏蚀作用下，沟壁坍塌形成的土壤进而对沟内枯落物进行自然覆盖、压实；另外，径流携带的土壤也首先与上层枯落物接触、混合，有助于土壤中微生物与枯落物的充分接触，促进枯落物的快速腐烂和坡地腐殖质的形成速度，加速枯落物返还土壤养分的速度、提高枯落物返还土壤养分的能力，对森林土壤的培肥和可持续利用有重要意义。
附图说明
图1为本发明对阔叶林进行疏伐或修枝的网格状操作带的示意图一。
图2为网格状操作带沿坡面的平行面铺展的示意图。
图3为生物拦挡的分布和俯视示意图。
图4为在生物拦挡下部的大孔格栅一侧倾斜集中堆放枯落物再覆土的操作示意图。
图5为在生物拦挡朝向下坡一侧种植一排灌木的灌木示意图。
图6A-图6B为本发明在生物拦挡朝向上坡一侧开挖的存储沟的两种形式。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
需要说明的是，本领域技术人员可理解的，本申请中所述的“垂直”、“平行”都是指代近于垂直或近于平行，并非是指精确的垂直和平行。
本发明提供一种促进坡地阔叶林形成均匀枯落物和腐殖质层的方法，其方法包括：措施一：疏伐或修枝透光，引导林下灌木和草本生长；措施二：设置生物拦挡，阻止落叶顺坡而下；措施三：开挖存储沟，蓄积枯落物，加速分解；存储沟挖在所述生物拦挡朝向坡上一侧。
其中，措施一，通过对阔叶林进行疏伐或修枝，增加光照条件、引导林下灌草生长，增加下垫面的阻滞(阻挡枯落物沿坡地滑移流失，使枯落物滞留)和吸纳能力。措施二，利用措施一产生的大量树桠布设生物拦挡，进一步阻止落叶等枯落物顺坡而下。措施三，通过开挖存储沟，加大地面对枯落物的储存和保持能力，而沟壁在坡面径流的掏蚀作用下，沟壁坍塌形成的土壤进而对沟内枯落物进行自然覆盖、压实；有利于土壤与上层枯落物接触、混合，促进土壤中微生物与枯落物的充分接触，加快枯落物腐烂和坡地腐殖质的形成速度，加速枯落物返还土壤养分的速度、提高枯落物返还土壤养分的能力，促进坡地阔叶林形成均匀的腐殖质层，腐殖质层有利于土壤肥沃度的培养和水分的保持，以保证各块区域、每棵树都可得到较均匀的营养和水分，有利于坡地阔叶林保持繁茂、提高抗病虫害能力，进而增加水土保持效果。
以下分别对措施一、措施二和措施三进行描述如下：
如图1-2所示，措施一：对于阔叶林郁闭度≥70％的森林，采用网格状操作带进行疏伐，使疏伐后阔叶林的郁闭度保留在60％～65％；对于阔叶林郁闭度65％＜郁闭度＜70％的森林，采用网格状操作带进行修枝透光，使修枝后阔叶林的郁闭度保留在60％～65％。
具体地，按照图1所示的网格状操作带进行上述的疏伐或修枝透光。如图1所示，网格状操作带10的各个网格为正方形网格，正方形网格的边框所在位置为操作带10A(对应
)，边框所框围的部分为保留带10B(对应
)。疏伐或修枝时，是沿着操作带10A进行，而保留带10B不作疏伐或修枝。网格状操作带10的底边与坡地M的等高线平行，网格状操作带沿坡地M的平行面的方向铺开(如图2所示)。
优选地，正方形网格的边长为8-15米。通常情况下，需根据坡地的坡度大小不同，边长也不同。坡地坡度越大，正方形网格的边长越小；反之，坡地坡度越小，正方形网格的边长越大。关于坡度和该网格状操作带10的边长，可按照如表1所示的表格来确定。
表1网格边长与坡度对照表
| 坡度S/(°) | S＜15 | 15≤S＜20 | 20≤S＜30 | S≥30 |
| 网格边长L/m | 15 | 10～15 | 8～10 | 8 |
这种网格状的疏伐，通过增加疏伐带的光照条件，使阳光可穿过疏阀操作带的孔隙照射到林下灌木丛中，以引导林下灌草生长，形成近似于网格状的均匀生长的林下灌草带，这种灌草网格有利于阻滞吸纳枯落物，使其比较均匀地蓄积于林下。
结合图3、图4、图5，措施二中利用疏伐或修枝产生的枯枝设置生物拦挡20，所述生物拦挡20的俯视图形状呈月牙形，且使月牙形的内弧朝向坡上。生物拦挡分布在阔叶林的疏伐/修枝的保留带10B中也可设在操作带10A中。设置月牙形的生物拦挡20，可以阻止落叶顺坡而下，使其均匀集中于原地进行分解腐烂。
如图3所示，生物拦挡20沿坡地的等高线首尾相邻(但不相接)成排分布，且同一排的两个生物拦挡20之间具有间距H，而相邻前后两排生物拦挡20呈交错分布，使该间距H对应的前排和后排均设有生物拦挡20。如此可使，生物拦挡20沿等高线按照“品”字型均匀布置在保留带10B内。图3所示，朝上的一侧为坡上方向，底部为坡下方向。其中，间距H等于一个生物拦挡20的长度，生物拦挡20的长度约为1.5-3米、高度为0.5-0.8米，相邻前后两排生物拦挡间的距离为5-8米。
在制作生物拦挡20的墙体时，可采用枯枝按照纵横排列编织成格栅状，格栅孔的短边应视植物叶片的大小而定，通常应不大于阔叶林树叶叶片的大小。而有时或者为了省时省工，生物拦挡20的墙体可采用枯枝进行编织，且下疏上密。即下部形成大孔格栅，上部形成小孔格栅，小孔格栅的孔短边不大于阔叶林树叶叶片的大小，并在制作好下部的大孔格栅后，将收集的枯落物倾斜集中堆放在大孔格栅朝向上坡的一侧再覆土。如图4所示，覆土高度30cm。
如图5所示，为了进一步加固生物拦挡20的结构强度，生物拦挡20的墙体还包括竖向固定桩21和横向拦挡条22。竖向固定桩21为直径3cm以上的枝桠，底端削成斜切口便于砸入地下，砸入地下深度控制在20～40cm；横向拦挡条22为直径2cm以上的枝桠，通过绳子23或钉子24与竖向固定桩21固定或者：在枯枝较多的地方也可以将若干根横向档条22直接采取堆放的方式，堆放在竖向固定桩21的朝坡上一侧。生物拦挡材料本身取自森林，为生物有机残体，腐烂分解后对土壤养分也是有益补充，不存在外来物质污染土壤的风险。
如图5所示，由于上述采用疏伐和修枝产生的枯枝比较易腐烂，本发明进一步采用了替补的方式形成第二道生物拦挡。
即如图5所示，在所述所述生物拦挡20的墙体朝坡下一侧(月牙形的凸弧一侧)，距离所述生物拦挡20的墙体10～30cm的位置均匀种植一排灌木30，灌木品种为当地适生品种(适应当地土壤、雨水、阳光、温度条件)，高度0.5～1.0m，间距0.5～1.0m。这样，在生物拦挡20腐朽溃烂后，灌木30组成的灌木丛可以继续阻挡溃烂构件和枯枝落叶，继续发挥生物拦挡的作用，成为防止枯落物在径流冲击作用、风力、重力等自然因素作用下流失的第二道防线。
本发明的措施三中，开挖存储沟40，蓄积枯落物，加速分解；存储沟40挖在生物拦挡20朝向坡上一侧。
优选地，存储沟40的长度与生物拦挡20同长，存储沟40的宽度为30～50cm，深度30～50cm。开挖枯落物存储沟40的开沟时间以秋季落叶前为佳，一般选在7～8月。各个不同地区，阔叶林集中落叶的时间略有不同，可根据实际情况调整。
结合图6A和图6B所示：存储沟40可以挖成反坡沟(图6A)或立坡沟(图6B)，反坡沟是指沟侧壁与沟底面形成小于90°的夹角，立坡沟是指沟侧壁与沟底面形成等于90°，两种沟的沟底面都与水平面平行(近似于平行)。开挖存储沟40，加大地面对枯落物的储存和保持能力。将枯落物的存储沟40开挖成反坡或立坡形状，这样在坡面径流的掏蚀作用下，沟壁坍塌进而对沟内枯落物进行自然覆盖、压实，另外，径流携带的土壤也首先与上层枯落物接触、混合，有助于土壤微生物与枯落物的充分接触，促进枯枝落叶的腐烂形成腐殖质层。
反坡沟的沟侧壁与沟底面形成的角度以开挖后不易自然坍塌为准，一般应控制在优选为75°-85°。存储沟本身具有收集坡面径流和减少水土流失的作用，这样沟内蓄积的枯落物含水量会增加，有利于加速其分解腐烂，尽快补充土壤养分。
应用实例及应用效果
本发明分别在河北省张家口市的小五台山自然保护区和保定市易县的蔡家峪林场进行应用，分别为白桦林和蒙古栎林。在以上两块试验地按照本发明方法进行施工，并在相邻未布置措施地块分别设置对照样地CK(CK1为试验地1的对照，CK2为试验地2的对照)，具体立地情况及应用方式见表1。
按本发明的方法在试验地实施6年后，对试验地和对照地CK进行调查。调查内容包括枯落物层厚度及其变异系数、腐殖质层厚度及其变异系数、表土层有机质含量和林下灌草植被情况。
按照均匀布点的方法在试验地及其对照地中分别抽取50个样点测定枯落物层和腐殖质层厚度，并分别计算其厚度变异系数；变异系数Cv＝标准差/平均值，用以表征某一指标值的离散程度。均匀布设20个样点取样测定0-20cm表土层有机质含量；均匀布设10m×10m样方10个调查灌木种类、灌木数量和灌草盖度；调查及计算结果见表2。
表1应用地基本情况及应用方式
表2实施本方法6年后的恢复效果
由表2可见，实施本方法6年后，试验地1白桦林郁闭度64％，相比对照89％下降了25％。林下植被情况发生显著变化，灌木种类由9种增加到20种，灌木数量更是由625株/hm2增加到1725株/hm2，增加了1.76倍；灌草盖度由25％增加到了63％。枯落物平均厚度较对照增加10.2cm，厚度变异系数由对照的1.89下降到0.29；腐殖质层平均厚度较对照增加1.3cm，厚度变异系数由对照的3.03下降到0.34；也就是说试验地1枯落物和腐殖质层厚度不仅显著增加，各样点间厚度差异也更小。
实施本方法6年后，试验地2蒙古栎林郁闭度66％，相比对照90％下降了24％。林下植被情况也发生了显著变化，灌木种类较对照增加11种，灌木数量达到了1546株/hm2，较对照增加了1.94倍；灌草盖度由20％增加到了53％。枯落物平均厚度较对照增加7.7cm，厚度变异系数由对照的2.05下降到0.32；腐殖质层平均厚度增加1.2cm，厚度变异系数由对照的3.30下降到0.22；试验地2枯落物和腐殖质层厚度显著增加，且分布更为均匀。
以上两块试验地林下灌草、枯落物、腐殖质层的显著变化，所带来的有益效果是土壤有机质含量的增加，经测定白桦林表土层(0-20cm)有机质含量由对照的14.61g/kg增加到19.67g/kg，蒙古栎林表土层有机质含量由11.83g/kg增加到15.24g/kg，且标准差较对照都有收敛，表明表土层有机质在水平分布上更为均匀。
由于有机质的补充对森林土壤的自我维持具有重要作用，如果森林枯落物一味输出，而不能在林下蓄积、腐烂、分解，补充土壤有机质及各种养分元素的话，森林土壤势必走上持续退化的恶性循环，必然对森林质量的提升造成严重影响。经实地试验，本发明的方法对培肥森林土壤具有明显作用，有助于促进森林生态系统的健康、稳定和可持续；同时，本发明的方案也具有就地取材、绿色环保，一次投入，长期受益的优点。
Claims (9)
1.一种促进坡地阔叶林形成均匀枯落物和腐殖质层的方法，其特征在于，其包括：
措施一：疏伐或修枝透光，引导林下灌木和草本生长；
措施二：设置生物拦挡，阻止落叶顺坡而下；利用疏伐或修枝产生的枯枝设置生物拦挡，俯视图形状呈月牙形，且使月牙形的内弧朝向坡上；所述生物拦挡沿坡地的等高线首尾相邻成排分布，且同一排的两个生物拦挡之间具有间距，而相邻前后两排生物拦挡呈交错分布，使该间距对应的前排和后排均设有生物拦挡；
措施三：开挖存储沟，蓄积枯落物，加速分解；存储沟挖在所述生物拦挡朝向坡上一侧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，措施一中，对于阔叶林郁闭度≥70％的森林，采用网格状操作带进行疏伐，使疏伐后阔叶林的郁闭度保留在60％～65％；对于阔叶林郁闭度65％＜郁闭度＜70％的森林，采用网格状操作带进行修枝透光，使修枝后阔叶林的郁闭度保留在60％～65％。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，措施一中，所述网格状操作带的各个网格为正方形网格，正方形网格的边框所在位置为操作带，边框所框围的部分为保留带；沿着所述操作带进行疏伐或修枝，所述保留带不作疏伐或修枝；所述网格状操作带的底边与坡地的等高线平行，所述网格状操作带沿所述坡地的平行面的方向铺开。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，措施一中，所述正方形网格的边长为8-15米，根据坡地的坡度大小不同，所述正方形网格的边长不同；坡地坡度越大，正方形网格的边长越小；反之，坡地坡度越小，正方形网格的边长越大。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，措施二中，所述间距等于所述生物拦挡的长度，所述生物拦挡的长度为1.5-3米、高度为0.5-0.8米，所述相邻前后两排生物拦挡间的距离为5-8米。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，措施二中，所述生物拦挡的墙体采用枯枝按照纵横排列编织成格栅状，格栅孔的短边不大于阔叶林树叶叶片的大小；或者，所述生物拦挡的墙体采用枯枝进行编织，下部形成大孔格栅，上部形成小孔格栅，小孔格栅的孔短边不大于阔叶林树叶叶片的大小，并在制作好下部的大孔格栅后，将收集的枯落物倾斜集中堆放在大孔格栅朝向上坡的一侧再覆土。
7.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，措施二中，所述生物拦挡的墙体还包括竖向固定桩和横向拦挡条，所述竖向固定桩为直径3cm以上的枝桠，底端削成斜切口便于砸入地下，砸入地下深度控制在20～40cm；横向拦挡条为直径2cm以上的枝桠，通过绳子或钉子与所述竖向固定桩固定或者将横向拦挡条直接堆放在竖向固定桩的朝坡上一侧。
8.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，措施二中，在所述所述生物拦挡的墙体朝坡下一侧，距离所述生物拦挡的墙体10～30cm的位置，均匀种植一排灌木，灌木品种为当地适生品种，高度0.5～1.0m，间距0.5～1.0m。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，措施三中，所述存储沟的长度与生物拦挡同长，所述存储沟的宽度为30～50cm，深度30～50cm；所述存储沟的开沟时间为秋季落叶之前，所述存储沟的挖成反坡沟或立坡沟，所述反坡沟是指沟侧壁与沟底面形成小于90°的夹角，所述立坡沟是指沟侧壁与沟底面形成等于90°；所述沟底面为与水平面平行。
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