遼河三角洲鹽堿地不同樹種配置模式對土壤溫濕度和鹽分質量分數的影響1)

劉 平

(沈陽農業大學，沈陽，110866)

魏忠平 潘文利

(遼寧省林業科學研究院)

王玉濤

(沈陽農業大學)

遼河三角洲位于遼河平原的南端，靠近渤海沿岸，地勢平坦，整個三角洲灘涂面積達33萬hm2，而且還不斷淤積新的灘涂。灘涂中的土壤質地為黏壤、輕黏壤，鹽分質量分數為 0.52% ～1.58%[1]。因此，如何有效地改良和利用這類土地，對于區域的經濟發展、生態建設和社會進步有深遠意義。目前，鹽堿地改良仍是一個復雜的工程，國內外對鹽堿地治理技術有很多研究，主要集中在耐鹽性植物的篩選[2－4]、廢棄水資源灌溉[5－7]、覆蓋改良[8－10]、施加改良劑[11－12]等方面，但對不同樹種配置模式改良鹽堿地土壤方面的研究還比較少。為探索改造遼河三角洲重鹽堿土的最佳樹種配置模式，筆者選擇營造在遼河三角洲濱海鹽堿土上的多年生樹種配置模式對土壤不同深度的溫度、水分和土壤鹽分質量分數的變化規律進行研究，從而揭示不同樹種配置模式對土壤的改良效果，以期為遼河三角洲鹽堿地生物改良中適地適樹的選擇、林分結構的配置提供科學的依據。

1 試驗地概況

試驗地選擇在錦州凌海市娘娘宮南凌村、建業鄉建業村、建業鄉河屯村。凌海市位于遼寧西南部，地處遼西走廊，南臨渤海，坐落于渤海退海河流沖積平原之上，屬溫帶季風大陸性氣候，四季分明，雨熱統計，日照充足。年平均氣溫8.5℃，降水量550～650 mm，無霜期160～180 d。年均日照時數為2700 h，多風，有風天數平均可達200 d。地勢平坦，交通便利。凌海市海岸線長83.7 km，沿海灘涂1.7萬hm2，多數近海灘涂土壤鹽堿化程度較高，難以種植利用。

2 材料與方法

2.1 試驗林分

本研究選取1998年在娘娘宮南凌村營造的小胡楊(Populus simonii×P.euphratica)純林、刺槐(Robinia pseudoacacia)純林、小胡楊刺槐行狀混交3種樹種配置模式，1992年在建業鄉建業村營造的109柳(Salixב109’)樹純林、群眾楊(Populus popularis)純林、白榆(Ulmus pumila)純林、白蠟(Fraxinus chinensis)純林4種樹種配置模式，1993年在建業鄉河屯村營造的白榆刺槐行狀混交林、白蠟沙棗(Elaeagnus angustifolia)行狀混交林、白蠟刺槐行狀混交林、白蠟小胡楊樹行狀混交林4種樹種配置模式，共計11種樹種配置模式來研究不同樹種配置模式對土壤的改良效果，同時在每一試驗區域設置空地作為對照。每一樹種配置模式株行距均為2 m×2 m，面積均為1500 m2。于2011年7—8月份分別對各樹種配置模式改良土壤效應進行了調查，各造林模式概況如表1所示。

表1 不同造林模式林分概況

2.2 研究方法

于2011 年的7 月20、21、22 號和8 月16、17、18號，每天選擇上午、中午和下午3個時段，使用PR2土壤水分速測儀和2225FS便攜式鹽分計分別在各樹種配置模式林分內和對照空地隨機選擇5個點，測量0＜d≤10 cm、10 cm＜d≤20 cm、20 cm＜d≤40 cm、40 cm＜d≤60 cm、60 cm＜d≤80 cm 各土層的土壤溫度、土壤含水量和土壤電導率，并通過公式y=0.0182+0.309x(式中 y 為電導率，ds/m;x 為鹽分質量分數，g/kg)計算土壤各層次的鹽分質量分數[13]。將每一土壤層次分別測定的90個土壤含水量、土壤溫度和土壤鹽分質量分數的數據，取其平均值進行不同造林模式下的對比分析。

3 結果與分析

3.1 不同樹種配置模式對土壤溫度的影響

對不同樹種配置模式下土壤0＜d≤10 cm、10 cm＜d≤20 cm、20 cm＜d≤40 cm、40 cm＜d≤60 cm、60 cm＜d≤80 cm層次的土壤溫度進行比較(見表2)。可以看出，在南凌村、建業村和河屯村3個造林區域營建的小胡楊純林、刺槐純林、小胡楊刺槐混交林、白榆刺槐混交林、白蠟沙棗混交林、白蠟刺槐混交林、白蠟小胡楊混交林、109柳純林、群眾楊純林、白榆純林、白蠟純林等11種樹種配置模式與對照的空地相比均明顯降低了土壤不同層次的溫度。這對于減輕鹽堿地土壤蒸發、降低土壤鹽分具有顯著的作用，同時抑制了林木遭受鹽分的脅迫，極大提升了林木對鹽堿地降鹽效能的發揮。另外，隨著土壤深度的增加，各樹種配置模式的土壤溫度都呈逐漸降低的趨勢。對比不同樹種配置模式土壤溫度下降幅度和比例來看，小胡楊純林與對照相比平均降低土壤溫度為2.2℃，降低比例為8.7%;刺槐純林土壤溫度降低了2.5℃，降低比例為9.5%;小胡楊刺槐混交林土壤溫度降低了2.0℃，降低比例為7.7%;白榆刺槐混交林土壤溫度降低了3.7℃，降低比例為14.9%;白蠟沙棗混交林土壤溫度降低了3.4℃，降低比例為13.5%;白蠟刺槐混交林土壤溫度降低了3.2℃，降低比例為12.9%;白蠟小胡楊混交林土壤溫度降低了2.9℃，降低比例為11.5%;109柳純林土壤溫度降低了2.1℃，降低比例為8.7%;群眾楊純林土壤溫度降低了1.3℃，降低比例為6.0%;白榆純林土壤溫度降低了1.0℃，降低比例為4.4%;白蠟純林土壤溫度降低了1.1℃，降低比例為4.7%。不同樹種配置模式對土壤溫度降低比例大小依次為白榆刺槐混交林14.9%＞白蠟沙棗混交林13.5%＞白蠟刺槐混交林12.9%＞白蠟小胡楊混交林11.5%＞刺槐純林9.5%＞小胡楊純林8.7%和109柳純林8.7%＞小胡楊刺槐混交林7.7%＞群眾楊純林6.0%＞白蠟純林4.7%＞白榆純林4.4%。因而，在夏季時，呈現出混交林要比純林對鹽堿地土壤溫度降低幅度大的趨勢。

表2 不同樹種配置模式對土壤溫度的影響 ℃

本研究的11種樹種配置模式對土壤溫度影響可以分為2類，一類是白蠟沙棗混交林、白榆刺槐混交林、白蠟刺槐混交林、白蠟小胡楊混交林和白蠟小胡楊混交林，它們降低土壤溫度的比例最高，在12% ～16%;第二類是刺槐純林、小胡楊純林、群眾楊純林、109柳純林、白榆純林、白蠟純林，它們降低土壤溫度的比例較低，在5% ～12%。

3.2 不同樹種配置模式對土壤水分的影響

分別在干旱和雨季對不同樹種配置模式下土壤0＜d≤10 cm、10 cm＜d≤20 cm、20 cm＜d≤40 cm、40 cm＜d≤60 cm、60 cm＜d≤80 cm 層次的土壤含水量進行了測定(見表3)。可以看出，在干旱季節時，隨著土壤深度的增加，不同樹種配置模式土壤含水量呈雙峰曲線變化，在0＜d≤10 cm土壤含水量最大，10 cm＜d≤40 cm處含水量下降，40 cm＜d≤80 cm處含水量又逐漸升高。其中對照樣地土壤不同層次的平均含水量為31.6%，小胡楊純林的含水量為28.6%，比對照下降9.6%;刺槐純林的含水量基本與對照樣地的持平為31.7%;小胡楊刺槐混交林的含水量為23.4%，比對照下降26.1%。不同樹種配置模式下各土壤層次的平均含水量大小依次為對照≥刺槐純林＞小胡楊純林＞小胡楊刺槐混交林。因而，在干旱季節時，營造小胡楊刺槐混交林降低土壤含水量效果最明顯，有效地降低了土壤地下水位的深度，從而減輕土壤鹽分質量分數的上升和集聚，達到了控制土壤鹽分質量分數上升的趨勢。

從表3中看出，雨季時，河屯村對照空地的土壤含水量隨土壤深度的增加呈單峰型變化，在20 cm＜d≤40 cm處土壤含水量最低，為22.6%。而營造白榆刺槐混交林、白蠟沙棗混交林、白蠟刺槐混交林和白蠟小胡楊混交林后土壤含水量隨土壤深度的增加均呈雙峰曲線變化，在10 cm＜d≤20 cm處土壤含水量達到最低;隨著土壤深度的增加，土壤含水量又呈上升的趨勢。其中對照樣地土壤不同層次的平均含水量為28.4%，白榆刺槐混交林的平均土壤含水量為35.9%，比對照增加26.4%;白蠟沙棗混交林的平均含水量為36.0%，比對照增加26.9%;白蠟刺槐混交林的平均土壤含水量為36.2%，比對照增加了27.5%;白蠟小胡楊混交林平均含水量為35.9%，比對照增加了26.5%。建業村營造的109柳純林、群眾楊純林、白榆純林、白蠟純林與對照空地一樣，不同層次土壤含水量的變化基本呈單峰型，土壤含水量的最小值出現在10 cm＜d≤20 cm處，之后土壤含水量又逐漸上升。109柳純林的不同土壤層次平均含水量為36.8%，比對照增加了9.8%;群眾楊純林不同土壤層次的含水量為34.7%，比對照增加了3.7%;白榆純林含水量為34.9%，比對照增加了4.1%;白蠟純林含水量為35.0%，比對照增加了4.4%。這主要是由于在河屯村和建業村測定數據的前一天剛下過一場中雨。在鹽堿地營造林分，夏季可降低林內的土壤溫度，加上林下植被的覆蓋，從而減弱林內土壤的蒸發，增加了土壤的含水量，達到洗鹽降堿的功效。綜上所述，從不同樹種配置模式對土壤水分改變效果來看，白榆刺槐混交林、白蠟沙棗混交林、白蠟刺槐混交林、白蠟小胡楊混交林、小胡楊刺槐混交林對土壤含水量的改變最大，變化輻度在26.1% ～27.5%，小胡楊純林、白榆純林、白蠟純林、109柳純林、刺槐純林對土壤含水量的改變較小，變化輻度在4.1% ～9.8%。

表3 不同樹種配置模式對土壤水分的影響 %

3.3 不同樹種配置模式對土壤鹽分質量分數的影響

對不同樹種配置模式下土壤0＜d≤10 cm、10 cm＜d≤20 cm、20 cm＜d≤40 cm、40 cm＜d≤60 cm、60 cm＜d≤80 cm層次處的土壤鹽分質量分數進行測定(見表4)。可以看出，營造小胡楊純林、刺槐純林和小胡楊刺槐混交林13a后土壤不同層次的鹽分質量分數與對照空地相比均顯著下降。小胡楊刺槐混交林對土壤鹽分質量分數的改變最大，在0＜d≤60 cm土層處，鹽分質量分數由10 g/kg降低為2 g/kg以下;刺槐純林在0＜d≤40 cm土層處，小胡楊在0＜d≤20 cm土層處鹽分質量分數降為2 g/kg以下。土壤基本變為農田，可以適合大豆、小麥等農作物的種植[14]。小胡楊純林的土壤平均鹽分質量分數由造林 前的9.77g/kg降低為3.34g/kg，降低比例為65.9%;刺槐降低為1.99 g/kg，降低比例為 79.7%;小胡楊刺槐混交林降低為1.20 g/kg，降低比例為87.7%。土壤鹽分質量分數降低的順序依次為小胡楊刺槐混交林＞刺槐純林＞小胡楊純林。從圖8可以看出，營造白榆刺槐混交林，白蠟沙棗混交林，白蠟刺槐混交林，白蠟小胡楊混交林18 a后，在0＜d≤10 cm、10 cm＜d≤20 cm、20 cm＜d≤40 cm、40 cm＜d≤60 cm、60 cm＜d≤80 cm處土壤鹽分質量分數也均顯著下降。在0＜d≤40 cm土層處，營造白榆刺槐混交林、白蠟沙棗混交林、白蠟刺槐混交林、白蠟小胡楊混交林后土壤的平均鹽分質量分數由對照空地的7.71 g/kg降低到2 g/kg之內，土壤基本改造為農田，適合種植任何的農作物和根系分布較淺的灌木和喬木。在40 cm＜d≤80 cm土層之內，土壤的鹽分質量分數由對照樣地的7.94g/kg降低到3.21～5.66 g/kg，土壤由重度鹽堿地變為輕到中度鹽堿。營造白榆刺槐混交林后，土壤不同層次的平均鹽分質量分數由對照空地的7.80 g/kg降低到2.76 g/kg，降低了64.6%;白蠟沙棗混交林降低到 2.59 g/kg，降低了66.7%;白蠟刺槐混交林降低到 3.05 g/kg，降低了60.93%;白蠟小胡楊混交林降低到3.25 g/kg，降低了58.34%。土壤鹽分質量分數降低的順序依次為白蠟沙棗混交林＞白榆刺槐混交林＞白蠟刺槐混交林＞白蠟小胡楊混交林。從圖9可以看出，營造109柳純林、群眾楊純林、白榆純林、白蠟純林19 a后，與對照空地樣地相比，土壤由原來的重鹽堿地，鹽分質量分數為8.33 g/kg，變為中度鹽堿地，鹽分質量分數3.55～6.44 g/kg。而且這些純林模式對不同深度土層的鹽分質量分數改變基本一致，109柳純林與對照樣地相比降低了54.5%，群眾楊純林降低了42.1%，白榆純林降低了43.7%，白蠟純林降低了22.7%，降低土壤鹽分質量分數的能力大小順序依次為109柳純林＞白榆純林＞群眾楊純林＞白蠟純林。綜合對比這11種樹種配置模式對土壤鹽分質量分數的改變效果來看，營造小胡楊刺槐混交林、白榆刺槐混交林、白蠟沙棗混交林，白蠟刺槐混交林、白蠟小胡楊混交林降低土壤鹽分質量分數的比例最大，在60% ～87%。而且營造混交林以后，在0＜d≤40 cm深度的土壤由重鹽堿地改變為能夠適合農作物生長的農田地。營造小胡楊純林、109柳純林、群眾楊純林、白榆純林、白蠟純林和刺槐純林后，土壤鹽分質量分數比營造混交林降低的幅度小，在20% ～60%，由重度鹽堿地改變為中度鹽堿地，造林后的改變效果較差，只能營造一些較耐鹽堿的灌木或喬木。

4 結論

營造混交林比營造純林在夏季對鹽堿地土壤溫度的降低作用更大，在11種樹種配置模式中，對土壤溫度的改變效果可以分為2類，一類是白蠟沙棗混交林、白榆刺槐混交林、白蠟刺槐混交林、白蠟小胡楊混交林和白蠟小胡楊混交林，它們降低土壤溫度的比例最高，在12% ～16%;第二類是刺槐純林、小胡楊純林、群眾楊純林、109柳純林、白榆純林、白蠟純林，它們降低土壤溫度的比例較低，在5% ～12%。在鹽堿地營造林分能有效改善土壤水分含量，在干旱的時候，林分能夠降低土壤的含水量，降低土壤地下水位深度;在土壤過澇時，林分能夠提高土壤的含水量，從而達到洗鹽的目的。另外，從改善土壤含水量這一目的來看，營造混交林要比營造純林效果明顯得多，所以，在鹽堿地要提倡營造混交林。營造混交林降低土壤鹽分質量分數的比例最大，在60% ～87%，而且營造混交林后，土壤在0＜d≤40 cm深度的土壤由重鹽堿地改變為能夠適合農作物生長的農田地。營造純林比營造混交林降低土壤鹽分質量分數的幅度小，幅度在20% ～60%，由重度鹽堿地改變為中度鹽堿地，造林后的改變效果較差，只能營造一些較耐鹽堿的灌木或喬木。

表4 不同樹種配置模式對土壤鹽分質量分數的影響10－3

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