黃土丘陵半干旱區檸條林密度對土壤水分和檸條生長的影響

張文文, 郭忠升, 寧 婷, 白冬妹

1 中國科學院水利部水土保持研究所, 楊凌 712100 2 中國科學院大學, 北京 100049 3 西北農林科技大學水土保持研究所, 楊凌 712100

黃土丘陵半干旱區檸條林密度對土壤水分和檸條生長的影響

張文文1,2, 郭忠升1,3,*, 寧 婷1,2, 白冬妹3

1 中國科學院水利部水土保持研究所, 楊凌 712100 2 中國科學院大學, 北京 100049 3 西北農林科技大學水土保持研究所, 楊凌 712100

研究密度對土壤水分和植物生長的影響對森林植被恢復和生態建設具有重要的意義。以黃土丘陵半干旱區人工檸條為研究對象，對相同立地條件下不同密度檸條林生長與林地土壤水分進行了長期定位觀測和分析。研究表明，1—5年生檸條不同密度林地土壤水資源量差異顯著，從第3年開始，土壤水資源量隨著密度增加而增加；10—12年生檸條密度越低土壤水資源量越高(Treatment4除外，T4)，不同密度之間水資源量差異不顯著。1—3年生檸條密度越高會促進其株高生長；從第四年開始，檸條密度過高會抑制其株高生長；1—5年生檸條密度越高基徑生長越快，不同密度生長差異不顯著；10—12年生密度過高(Treatment1，T1)或過低(T4)均會抑制檸條株高與基徑生長。在檸條播種后第5年，高密度試驗小區(T1和Treatment2，T2)檸條林地最大入滲深度土壤水資源量降到水資源利用限度，此時需要依據土壤水分植被承載力通過平茬來降低林分密度，以達到減少土壤水分消耗和可持續利用土壤水資源之目的。

植物密度; 土壤水資源; 生長; 水資源利用限度

檸條(CaraganakorshinskiiKom.)屬于豆科錦雞兒屬，落葉灌木。萌蘗力和再生能力極強、易繁殖；根系發達，吸水能力強；抗逆性強，耐旱耐寒[1]，還可以改善土壤物理性質[2]，培肥土壤[3- 4]。此外，檸條還具有一定的經濟價值，可做蜜源、入藥以及薪炭[5]，并且是一種食用蛋白質資源[6]和飼料原料[7- 8]。檸條林能防風固沙、攔泥蓄水、減少地表徑流，從而達到減少土壤養分及水分流失，保持水土之目的[9- 10]，發揮良好的環境效益。

在黃土高原地區，生態環境脆弱，自然資源匱乏。有研究發現植被恢復對黃土丘陵半干旱地區的生態保護具有重要的意義[11- 14]，在植被恢復的過程中，一般通過增加樹種的初植密度來達到迅速覆蓋地表的目的，但是密度過高易引起土壤水分供需矛盾[15]。在黃土丘陵干旱半干旱地區，密度對土壤水分的影響僅次于降雨[16]，且密度對于水分緊缺地區具有重要意義，目前關于植物密度對土壤水分影響的研究已經引起廣泛的關注[15,17- 22]。如賈海坤等研究了皇甫川流域植被蓋度與土壤水分的關系[15]，潘占兵等對寧夏鹽池地區不同種植密度的檸條林土壤水分進行研究[19]。在半干旱黃土丘陵地區，植物生長的限制因子是水分，尤其指土壤水分，林分密度對土壤水分的影響進一步影響植物生長，林分密度變化對植物生長影響吸引了大量研究[20,23- 25]。目前關于半干旱黃土丘陵區造林密度變化對不同林齡階段檸條生長與土壤水分影響的系統性研究較少，本文通過對黃土丘陵半干旱區不同密度人工檸條林多年土壤容積含水量和生長定位觀測和分析，系統地研究密度變化與土壤水資源和檸條生長的影響，為當地森林植被恢復和生態建設過程中密度調控提供科學依據。

1 研究方法

1.1 研究區概況

試驗地位于黃土丘陵半干旱區的上黃生態試驗站(寧夏固原)，該站位于35°59′—36°02′N，106°26′—106°30′E范圍內，海拔高度約1534—1824m。降水年內分配不均，主要集中在6—9月份，雨季降水量占年降水的70%以上。自有數據記載以來，降水變化在259.9mm(1991年)—634.7mm(1984年)之間，降水的年際變化較大。土壤類型為黃綿土，植被類型為森林草原向典型草原過渡型。試驗區為檸條林，林下主要植物種類有長芒草(Stipabungeana)、阿爾泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)、茭蒿(Artemisiagiraldi)、百里香(Thymusmongolicus)等。

1.2 研究方法與觀測項目

1.2.1 試驗設計

2002年6月24日在立地條件比較均一的地段，進行翻土、平整土地和撒播檸條，建立5個面積為100m2(20m×5m)的標準徑流觀測場，試驗播量分別為2.0、1.5、1.0、0.5kg/100m2和多年撂荒地(對照)。小區海拔約1650m，坡度約為8°，5個小區位于南北向同一水平線上。在每個徑流場中心地帶各安置兩個相距1m且長為4m的中子儀鋁合金套管作為兩個重復進行水分觀測，鋁合金套管外露10cm，用橡皮蓋封口減少因蒸發或降雨對觀測數據的干擾。安置鋁合金套管前取土樣，測定土壤水分，然后再用中子儀測定土壤水分，進行對比、分析和校對。測定深度為0—390cm，除測點5 cm代表深度0—10cm，其他測點代表深度為測點深度±10cm。測定前對中子儀進行了標定，標定方程為:

y=55.76x+1.89

式中,y為土壤容積含水量，x為中子儀讀數。2011年對徑流觀測場及其徑流桶等野外設備進行維護和檢修，更換了10年生不同密度小區4m的鋁合金中子管為8m的PVC管后，2011—2013年測定深度增加到0—770cm。測量換管前后兩種不同材質下土壤容積含水量,基于鋁管測量的土壤容積含水量值Y1與基于PVC管測量的土壤容積含水量值Y2存在關系：

Y2=0.64Y1+1.58

1.2.2 氣象資料

降水量等氣象資料來源于距試驗地西北50m的上黃生態試驗站氣象站和試驗地附近安置的雨量器記錄觀測。

試驗地歷年降水量平均值為415.6mm(1983—2001年)。2002年到2006年期間，除2003年降水量(623.3mm)超過多年平均值外，其余4a降水量(2002年降水量為384.8mm，2004年降水量為328.3mm，2005年降水量為379mm，2006年降水量為303.5mm)均低于多年平均值。2011年到2013年降水量差異較大，這3a僅有2013年降水量(543.1mm)超過多年平均值，2011年與2012年均出現了干旱，其中2011年干旱嚴重，降水量僅為279.4mm(其中1—4月份為預測值)，2012年全年降水量僅為370.9mm。根據國內較常用的降水年型劃分標準[26]對監測年份進行降水年型劃分，監測年份中僅2003年和2013年為豐水年，2002年和2005年為平水年，2004、2006、2011年和2012年均為干旱年。

1.2.3 檸條林地剖面土壤水分觀測

由于中子儀測定土壤水分精度高[27]，便于連續定位觀測，故采用CNC503A(DR)型智能中子水分儀定期測定剖面土壤水分。用中子儀測定時，每20cm記錄1次，中子計數時間為16s。對土壤水分進行定期和不定期測量，每年從檸條開始萌發的4月中旬開始(第1年為播種時)到落葉(10月中旬)之前，每隔15d測定1次，11月到次年3月于每月月初測定1次。同時，非定期的進行降雨前和降雨后土壤水分觀測，測定次降雨土壤水分入滲深度。

1.2.4 檸條林生長調查

于2002年9月和2012年5月采用樣線法調查不同播量檸條幼林密度。2002年調查時在每個小區中部(分別距兩邊邊緣1m)沿小區長軸方向選擇2條樣線，沿這條線從0.5m開始，每隔1m布設一個樣方，每個小區共調查18個樣方，樣方面積為1m×1m。并設立固定樣方，在試驗小區上半部和下半部各選接近平均高和基徑的20株檸條，用紅漆對檸條基徑進行標定(距地表2cm處)，用于生長狀況和保存率調查。2012年在不同密度小區分別選擇可代表平均高和基徑的40株檸條，用紅漆標定觀測位置用于生長狀況和保存率調查。各小區播量及密度見表1。在生長季對檸條林生長和不同密度剖面土壤水分進行全年測定。觀測周期內，檸條生長季每15d測定1次基徑和株高。其中基徑用游標卡尺測量，以標記位置為準；株高用米尺測量，以地表至頂芽高度為準。

1.2.5 試驗數據處理

試驗數據采用Excel 2010進行預處理，用SPSS16.0統計軟件對數據進行分析。土壤水資源量計算公式為:

式中,DW為土壤水資源量(mm)，VSWC為每層土壤容積含水量(%)，H代表土層厚度(cm)，i為土層序數，n為土層總數。本試驗H=20cm，n=20，地面處5cm測量點實際代表深度0—10cm，此時H=10。

2 結果與討論

2.1 檸條林地密度變化

由表1可知，隨著時間變化，10a間檸條密度變化較大。與2002年相比，2012年T1、T2、T3、T4檸條密度分別減少了29、22、24、2株/m2，降低幅度為43.3%、33.8%、47.1%、8%。由此可見，高密度小區由于密度過高，可能由于林木對水肥競爭激烈，個體死亡較多，因此檸條數量在十年內變化較大；低密度小區(T4)則因為有足夠大的播種初期營養面積，個體對水肥的競爭不太激烈，因此個體死亡較少，密度變化較小。

表1 2002年與2012年檸條林密度調查表Table 1 Density of Caragana forest in 2002 & 2012

2.2 密度對土壤水分的影響

撂荒地(對照)土壤水分變化主要受降雨和蒸發的影響，多年撂荒地在檸條生長期始末剖面土壤容積含水量垂直變化情況見圖1、圖2。由圖看出，撂荒地剖面土壤水分在一定時期內差異不顯著(P>0.05)。受蒸發和降雨的影響，土壤水分變化主要發生在180cm土層內，在最大降雨入滲深度(290cm)內[28]。因此，撂荒地受蒸散發造成的土壤水分損失可以通過降水補給得到恢復。

圖1 2002年撂荒地生長期始末土壤容積含水量Fig.1 Volumetric soil water content of abandoned land at the beginning and end of the growing season in 2002

圖2 2012年撂荒地生長期始末土壤容積含水量Fig.2 Volumetric soil water content of abandoned land at the beginning and end of the growing season in 2012

土壤水資源是可更新資源，儲存在土壤孔隙中的土壤水只有被植物吸收利用之后才能蓄存新一輪的雨水，否則會造成土壤水資源浪費，但是植物不能無限制地利用土壤水資源。植物利用土壤水資源可以降低土壤容積含水量，增加土壤顆粒吸水力，有利于提高降水的初滲速率和入滲量，減少地表徑流，使土壤水資源得到合理的利用[16,29- 30]。由表2看出，播種當年除T4小區外，其他3個樣地土壤水資源顯著高于撂荒地。2003年雨水充足，不同密度小區土壤水資源均出現富余，各小區土壤水資源量之間差異不顯著(除T4小區外)。3—5年生檸條林地土壤水資源除T1小區低于T2小區外，總體隨著密度增大而增加，不同密度對土壤水資源量造成的差異達顯著水平。由于T4小區蓋度較低，因蒸散發造成的水分損耗較多加上檸條生長對水分消耗，1—5年生檸條林T4小區的土壤水資源量顯著低于其他4個小區。10—12年生檸條林除T4小區土壤水資源量低于T3小區土壤水資源量外，10—12年生檸條林土壤水資源量總體呈現出“密度低的小區土壤水資源量高，密度高的小區土壤水資源量低”的趨勢，撂荒地土壤水資源量顯著高于其他4個處理小區，10—12年生不同密度檸條林之間的的水資源量差異不顯著。總體看來，在檸條幼齡時期不同密度檸條小區土壤水資源之間差異較顯著，中齡期土壤水資源之間差異不顯著。

表2 不同密度小區土壤水資源歷年變化Table 2 Changes of soil water resources in different density plot over the years

同行相同字母表示差異不顯著(P>0.05),同行字母不同表示差異顯著(P<0.05)

自檸條播種后，生長較好、迅速達到較高蓋度，有利于減弱光照和風速對地表的作用，減少土壤水分蒸發，有效蓄存降雨進而使檸條地土壤水資源增加，加之2003年是豐水年，因此第一年檸條林地土壤水資源呈上升趨勢。隨著檸條的生長，植物對土壤水資源的消耗也逐漸增加，高蓋度帶來的優勢無法彌補因生長造成的土壤水資源的消耗，因此在檸條林地土

壤水資源達到最高時開始下降，個體之間因為競爭水資源而出現自疏現象[31]，林地密度發生較大變化，直到檸條進入中齡階段，檸條林土壤水資源趨于穩定，此時土壤水資源主要受降雨影響。對表2中每列數據進行分析發現土壤水資源隨著時間總體呈現下降趨勢，需要注意的是，在多年生人工檸條林內，降雨會造成短期內土壤水資源的突然回升，這與土壤水資源量總體降低趨勢是不矛盾的[11]。

2.3 密度對檸條生長的影響

關于密度對植物生長影響的研究很多。有的學者認為密度對植物高生長有影響，但比較弱[32]；有的認為密度對植物高生長無影響[33]，對胸徑影響顯著[34]；有些研究認為密度與高生長呈負相關關系，林分密度越大，高生長表現越差[35]；也有研究認為樹木高生長隨著密度的增大而增加，兩者是正相關關系[36]。本研究認為密度變化對林木生長的影響是一個隨林齡而變化的復雜過程。

如表3所示，在播種初期，高密度小區的檸條幼林抵抗不良環境的能力強，檸條生長較好。檸條播種后3年內，密度越高株高生長越好，播種后兩年內不同密度之間株高生長差異不顯著，直到第三年T1小區株高生長顯著高于T3小區。從第4年生長季開始，密度最高的小區高生長出現生長不良的現象，高密度所帶來的生長優勢開始減弱，表3顯示T2小區株高顯著高于T4小區，而T1小區株高生長比T2小區差，說明3—5年生檸條林在一定的密度范圍內(低于65株/m2)，增加造林密度會促進檸條高生長，密度過大對高生長又起抑制作用[39]。10—12年生檸條T1小區與T4小區株高生長均顯著低于其他兩個小區。T1小區生長最差，原因是該小區0—290cm土層的土壤水資源過早達到水資源利用限度，高密度使檸條之間水分競爭激烈，從而使檸條生長受到限制。T4小區生長緩慢的原因是林分密度過低難以達到較高的蓋度，因此林內水分蒸發嚴重。因此只有保持適宜密度和承載力水平，才會保證檸條有較好生長。

表3 不同密度檸條林地生長變化Table 3 Growth variation of Caranaga woodland with different plant density

密度與基徑也存在密切的關系，由表3可知，1—5年生檸條密度越高，其基徑生長越好；密度越小基徑生長越差，不同密度小區基徑生長差異不顯著；10—12年生檸條T3小區基徑生長顯著高于其他3個小區。對10—12年生檸條來說，密度過高過低均會抑制基徑生長。除T4小區外，檸條密度越低基徑生長越好，不同密度檸條小區基徑生長差異較顯著。

2.4 不同密度檸條林地土壤水資源與土壤水資源利用限度

隨著檸條生長，檸條對土壤水分的利用就會過度，導致土壤中水分含量低于萎蔫系數，造成多年生人工林草地最大入滲深度以下出現嚴重的土壤旱化現象，會形成土壤干層，即永久土壤干層。在人工林草地，表面以下至降水最大入滲深度范圍內，當所有土層的土壤含水量等于萎蔫系數，則最大入滲深度內所有土層成為干層時的殘留土壤儲水量稱為土壤水資源利用限度(SWRUL)[11,37]。因此，為了可持續利用水資源緊缺地區的土壤水資源，必須確保植物對土壤水資源的利用不能超過土壤水資源利用限度。在本文研究區內，降水最大入滲深度為290cm。

圖3 2006年檸條林地土壤水資源年變化Fig.3 Variation of Soil Water resources in 0—290cm soil layers in 2006

如圖3所示，以5年生檸條林地0—290cm土壤水資源量年內變化與土壤水資源利用限度的關系為例來說明不同密度檸條達到土壤水分利用的限度的時間差異。由圖3可知，T1小區在2006年6月1日地表至最大入滲深度范圍內的土壤水資源量低于土壤水資源利用限度(221.6mm)，在2006年6月15日，T2小區0—290cm土層內土壤水資源量也出現低于土壤水資源利用限度的現象(222.5mm)，此時應該及時依據土壤水分植被承載力進行調控，這不僅可以抑制土壤水分消耗、生產部分薪柴或飼料，也可以促進保留木生長[11]。直到2006年末T3小區和 T4小區均未發現土壤水資源量低于水資源利用限度，說明T3小區與T4小區林地土壤水資源達到土壤水分利用限度較晚。

理論上，調控植物水關系方法有兩種方案。一種是以需定水，即按照植物需水量，通過灌溉補水滿足其生長需要；另一種是以水定需，即依據土壤水分狀況，減少植物的密度和單位面積枝葉量，擬制植物生長，減少蒸騰耗水[38]。以需定水在黃土高原地區難以全面實現，而以水定需方案對黃土高原地區等水資源緊缺地區林地土壤水資源管理更有意義和具有可操作性。如平茬可以有效地抑制林分生長；還可以以土壤水分植被承載力為標準，通過降低林分密度進而減少植物對水分過多消耗[39]。在對半干旱黃土丘陵區人工檸條地研究發現，10年生檸條林地土壤水分承載力為48株/m2，11年生與12年生檸條土壤水分植被承載力均為43株/m2[11]。結合試驗地保存密度調查和土壤水分植被承載力研究，受降水量的影響，在2011—2013年檸條林地土壤水資源承載植被能力較高，不需對檸條密度進行調控。

3 結論

(1)自播種后第3年開始，除T1小區外，檸條林地土壤水資源隨著林分密度增加而增加，不同密度之間差異達顯著水平；除T4小區外，10—12年生檸條林地土壤水資源隨著密度增加而減少，不同密度之間的差異不顯著。

(2)檸條密度變化對株高與基徑的影響與林齡有關。密度增加對1—3年生檸條株高起促進作用，從第4年開始密度過高會抑制株高生長；1—5年生檸條密度越高基徑生長越好；10—12年生檸條密度過高過低均會抑制其株高與基徑生長。檸條生長初期不同密度小區生長差異不顯著，隨著林齡增加不同密度生長差異逐漸顯著。

(3)隨著檸條林生長，林地土壤水資源將下降到土壤水資源利用限度。不同密度小區林地土壤水資源下降到土壤水資源利用限度的時間存在差異：高密度小區(T1小區和T2小區)在第5年先后達到土壤水資源利用限度，低密度小區(T3小區和T4小區)超過5a。為了不影響檸條生長，此后就需要依據土壤水分植被承載力對檸條密度進行調控(平茬)，以實現土壤水資源可持續利用。

[1] 朱岷, 張義智, 焦陽. 檸條在庫爾勒的適應性分析. 草業科學, 2008, 25(8): 148- 149.

[2] 周玉珍. 檸條林對黃土丘陵區土壤物理性質和肥力的影響分析. 太原理工大學學報, 2008, 39(6): 620- 322.

[3] Jia G M, Liu B R, Wang G, Zhang B L. The microbial biomass and activity in soil with shrub (CaraganakorshinskiiK.) plantation in the semi-arid loess plateau in China. European Journal of Soil Biology, 2010, 46(1): 6- 10.

[4] Yang Z P, Zhang Q, Wang Y L, Zhang J J, Chen M C. Spatial and temporal variability of soil properties under Caraganamicrophylla shrubs in the northwestern Shanxi Loess Plateau, China. Journal of Arid Environments, 2011, 75(6): 538- 544.

[5] 左忠, 王金蓮, 張玉萍, 牛創民, 楊潤霞, 王寧庚. 寧夏檸條資源利用現狀及其飼料開發潛力調查--以鹽池縣為例. 草業科學, 2006, 23(3): 17- 22.

[6] 晁中彝. 錦雞兒屬種子蛋白的營養. 中國油脂, 1987, (5): 30- 32.

[7] 王峰, 溫學飛, 張浩. 檸條飼料化技術及應用. 西北農業學報, 2004, 13(3): 143- 147.

[8] 左忠, 張浩, 王峰, 郭永忠, 劉旭宇. 檸條飼料加工利用技術研究. 草業科學, 2005, 22 (3): 30- 35.

[9] 賈麗, 曲式曾. 豆科錦雞兒屬植物研究進展. 植物研究, 2001, 21(4): 515- 518.

[10] Zhang G H, Liu G B, Wang G L. Effects ofCaraganaKorshinskiiKom. cover on runoff, sediment yield and nitrogen loss. International Journal of Sediment Research, 2010, 25(3): 245- 257.

[11] 郭忠升. 土壤水分植被承載力的理論與實踐. 北京: 科學出版社, 2014.

[12] 李裕元, 邵明安, 陳洪松, 霍竹, 鄭紀勇. 水蝕風蝕交錯帶植被恢復對土壤物理性質的影響. 生態學報, 2010, 30(16): 4306- 4316.

[13] 楊磊, 衛偉, 莫保儒, 陳利頂. 半干旱黃土丘陵區不同人工植被恢復土壤水分的相對虧缺. 生態學報, 2011, 31(11): 3060- 3068.

[14] 張建軍, 李慧敏, 徐佳佳. 黃土高原水土保持林對土壤水分的影響. 生態學報, 2011, 31(23): 7056- 7066.

[15] 賈海坤, 劉穎慧, 徐霞, 王昆, 高瓊. 皇甫川流域檸條林地水分動態模擬——坡度、坡向、植被密度與土壤水分的關系. 植物生態學報, 2005, 29(6): 910- 917.

[16] 郭忠升, 邵明安. 黃土丘陵半干旱區檸條錦雞兒人工林對土壤水分的影響. 林業科學, 2010, 46(12): 1- 7.

[17] Guo Z S, Shao M A. Impact of afforestation density on soil and water conservation of the semiarid Loess Plateau, China. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 68(5): 401- 410.

[18] 舒維花, 蔣齊, 王占軍, 何建龍. 寧夏鹽池沙地不同密度人工檸條林土壤水分時空變化分析. 干旱區資源與環境, 2012, 26(12): 172- 176.

[19] 潘占兵, 李生寶, 郭永忠, 王占軍, 溫學飛. 不同種植密度人工檸條林對土壤水分的影響. 水土保持研究, 2004, 11(3): 265- 267.

[20] Toillon J, Fichot R, Dallé E, Berthelot A, Brignolas F, Marron N. Planting density affects growth and water-use efficiency depending on site inPopulusdeltoides×P.nigra. Forest Ecology and Management, 2013, 304: 345- 354.

[21] 石元亮, 秦裕波, 孫毅, 朱平, 王晶. 土壤水分與玉米種植密度及產量的相關性研究. 土壤通報, 2008, 39(4): 792- 796.

[22] 郭德亮, 樊軍, 米美霞. 黑河中游綠洲區不同土地利用類型表層土壤水分空間變異的尺度效應. 應用生態學報, 2013, 24(5): 1199- 1208.

[23] 楊文斌, 王晶瑩, 王曉江, 劉立城, 魏永新. 科爾沁沙地楊樹固沙林密度、配置與林分生長過程初步研究. 北京林業大學學報, 2005, 27(4): 33- 38.

[24] 周志宇, 李鋒瑞, 陳亞明, 吳彩霞, 傅華, 李雪瑞. 阿拉善荒漠不同密度白沙蒿人工種群生長、繁殖與土壤水分的關系. 生態學報, 2004, 24(5): 895- 899.

[25] 李勃, 德永軍, 韋勤, 王一, 王艷兵, 包玉泉. 3種密度對興安落葉松人工林生長的影響. 內蒙古農業大學學報: 自然科學版, 2013, 34(2): 65- 68.

[26] 陶林威, 馬洪, 葛芬莉. 陜西省降水特性分析. 陜西氣象, 2000, (5): 6- 9.

[27] 王貴彥, 史秀捧, 張建恒, 梁衛理. TDR法、中子法、重量法測定土壤含水量的比較研究. 河北農業大學學報, 2000, 23(3): 23- 26.

[28] 郭忠升, 邵明安. 半干旱區人工林地土壤入滲過程分析. 土壤學報, 2009, 46(5): 953- 958.

[29] 郭忠升. 半干旱區檸條林利用土壤水分深度和耗水量. 水土保持通報, 2009, 29(5): 69- 72.

[30] 沈榮開. 土壤水資源及其計算方法淺議. 水利學報, 2008, 39(12): 1395- 1400.

[31] 黎磊, 周道瑋, 盛連喜. 植物種群自疏過程中構件生物量與密度的關系. 生態學報, 2012, 32(13): 3987- 3997.

[32] 諶紅輝, 丁貴杰, 溫恒輝, 陸毅. 造林密度對馬尾松林分生長與效益的影響研究. 林業科學研究, 2011, 24(4): 470- 475.

[33] 王春勝, 趙志剛, 曾冀, 郭俊杰, 沙二, 郭文福, 曾杰, 鄭海水. 廣西憑祥西南樺中幼林林木生長過程與造林密度的關系. 林業科學研究, 2013, 26(2): 257- 262.

[34] 王玉芬. 林分密度在營林生產中的應用. 林業勘查設計, 2011, (1): 59- 63.

[35] 童書振, 盛煒彤, 張建國. 杉木林分密度效應研究. 林業科學研究, 2002, 15(1): 66- 75.

[36] 徐勃, 張仕清. 同仁地區青楊速生豐產林幾種常用造林密度對生長的影響. 青海大學學報: 自然科學版, 2002, 20(2): 8- 10.

[37] 郭忠升. 黃土丘陵半干旱區土壤水資源利用限度. 應用生態學報, 2010, 21(12): 3029- 3035.

[38] 郭忠升, 邵明安. 半干旱區人工林草地土壤旱化與土壤水分植被承載力. 生態學報, 2003, 23(8): 1640- 1647.

[39] 李耀林, 郭忠升. 平茬對半干旱黃土丘陵區檸條林地土壤水分的影響. 生態學報, 2011, 31(10): 2727- 2736.

The effects of plant density on soil water and plant growth on semi-arid loess hilly region

ZHANG Wenwen1,2, GUO Zhongsheng1,3,*, NING Ting1,2, BAI Dongmei3

1InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciences&MinistryofWaterResources,Yangling712100,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China3InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestAgricultureandForestryUniversity,Yangling712100,China

CaraganakorshinskiiKom. is widely distributed on the Loess Plateau, China, and it is a very ecologically adaptable shrub with an extensive root system capable of adsorbing large amounts of water and resistant to adverse environmental conditions. Moreover,CaraganakorshinskiiKom. is the main shrub species for semi-arid loess hilly region to create of soil and water conservation forest. Therefore, it is necessary to explore the influence ofCaraganakorshinskiiKom. on the soil water resources in semi-arid loess hilly region. Plant density is one of the most important factors affecting the soil water resources, there are many studies on relationship between plant density and soil water resources, and also some researches about the effect of plant density on plant growth. However, rather less attention has been paid to the effect of plant density both on plant growth and soil water resources. The influence of density on soil water and plant growth has great significance on forest vegetation restoration and ecological construction. The effects ofCaranagakorshinskiiKom. forest density on plant growth and soil water volumetric content under the same site condition were conducted by long-term in-situ observation and analysis. The results showed that there are significant differences between the different density treatments of 1 to 5-year-oldCaranagakorshinskiiKom. woodland. The soil water resources increased with the increase of plant density from the third year. However, the Soil water resources were negatively correlated to plant density of 10 to 12-year-oldCaranagakorshinskiiKom. treatment (except Treatment 4，T4) and the differences between the different density treatments were not significant. The plant height growth was positively correlated to plant density for 1 to 3-year-oldCaranagakorshinskiiKom. treatments. The excessive high density restrained the plant height growth from the fourth year. The basal diameter increased with increasing density of the 1 to 5-year-oldCaranagakorshinskiiKom. woodland, but the differences caused by density were not significant. The plant height and basal diameter growth were both restrained under the condition of excessive high(Treatment1，T1) or low density(T4) of 10 to 12-years-old Caranaga. The soil water resources of the maximum infiltration depth layer in high-density experimental treatment (both T1and Treatment 2，T2) dropped to the soil water resource use limit at the fifth year ofCaranagakorshinskiiKom. growth, meanwhile, the plant density should be reduced by cutting according to the soil water carrying capacity for vegetation in order to reduce the soil water consumption and realizing the sustainable utilization of soil water resources in this situation.

plant density; soil water resources; growth; soil water resource use limit

國家自然科學基金項目 (41271539)

2014- 03- 30;

日期:2014- 10- 17

10.5846/stxb201403300595

*通訊作者Corresponding author.E-mail: guozs@ms.iswc.ac.cn

張文文, 郭忠升, 寧婷, 白冬妹.黃土丘陵半干旱區檸條林密度對土壤水分和檸條生長的影響.生態學報,2015,35(3):725- 732.

Zhang W W, Guo Z S, Ning T, Bai D M.The effects of plant density on soil water and plant growth on semi-arid loess hilly region.Acta Ecologica Sinica,2015,35(3):725- 732.