彰武縣蓄水保墑造林技術研究

趙淑梅

(遼寧省彰武縣林業種苗管理站，遼寧 阜新 123000)

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彰武縣蓄水保墑造林技術研究

趙淑梅

(遼寧省彰武縣林業種苗管理站，遼寧 阜新 123000)

水分是影響林木生長的主要因子。通過表面覆蓋薄膜、砂石、秸稈等方法進行保水試驗，通過添加鋸末子、農家廄肥、生物炭等方法進行保墑試驗，分別測定各處理的土壤含水率、林木成活率、林木高生長量、土壤理化性質等指標。結果表明：在提高土壤含水率上，8種處理方法由多到少依次為添加生物炭>薄膜覆蓋>添加鋸末子>秸稈覆蓋>砂石覆蓋>添加農家廄肥>對照；在提高林木成活率上，8種處理方法由多到少依次為添加生物炭>添加農家廄肥>薄膜覆蓋>添加鋸末子>秸稈覆蓋>砂石覆蓋>對照；在林木年高生長量上，8種處理方法從高到低依次為添加生物炭>添加農家廄肥>薄膜覆蓋>添加鋸末子>砂石覆蓋>秸稈覆蓋>對照，土壤理化性質方面以添加生物炭為最佳。因此，干旱地區土壤添加生物炭在土壤蓄水保墑、促進養分吸收利用、改良土壤結構方面效果最佳，對干旱地區的蓄水保墑造林起一定的指導作用。

蓄水保墑；表面覆蓋；添加媒介物質；造林

彰武縣位于遼寧省西北部，科爾沁沙地南部，受溫帶季風氣候的影響，該地區常年多風，6級以上大風達68 d，土地沙荒嚴重，土壤瘠薄，保水保肥能力差。該地區降水量偏少，年均降水量500 mm左右[1]，這種氣候條件是影響該地區造林成活率及林分質量的主要因素。對土壤現有水分的有效保持，能緩解因干旱而導致的對林木生長的壓力。提高水分利用率的途徑有兩種，一是通過覆蓋降低地表的潛在蒸發速度，二是通過增施有機肥等添加媒介物質的方法改善土壤結構，提高土壤的蓄水力和持水力[2]。本研究通過選擇不同材料覆蓋地表及添加不同媒介物質的對比試驗，篩選出適宜的土壤保水技術，為彰武地區蓄水保墑造林提高參考。

1　材料與方法

1.1試驗材料

表面覆蓋選用塑料薄膜、均質砂石、玉米秸稈。塑料薄膜覆蓋后在薄膜上覆蓋2～3 cm厚土，砂石覆蓋厚度4 cm，秸稈覆蓋厚度10 cm，并壓土厚2 cm，對照為無覆蓋。

土壤添加媒介物質選用鋸末子(楊樹)、農家廄肥(腐熟豬糞)、生物炭(沈陽農業大學提供)，對照為無添加。

試驗地點為大四家子村，于2010年5月試驗造林，選用樟子松4年生容器苗，苗高28 cm，地徑0.5 cm，株行距2 m×4 m。

1.2試驗方法

表面覆蓋和添加媒介物質兩種試驗方法共8個處理，每個處理占地0.2 hm2，設3次重復，每個重復選用400 m2作為樣地。于造林當年8月測定林木成活率，連續5年測定樣地內林木樹高，計算年高生長量。在各樣地林木根區取土層20 cm，測定土壤含水率，在樣地均勻布點10處，測定土壤養分含量(pH值、電導率、有機質、速效N、全N、速效P、全P、速效K、土壤容重)

2　 結果與分析

2.1不同表面覆蓋效果比較

2.1.1土壤含水率的變化表面覆蓋是為了防止土壤水分的蒸發，以保持足夠的土壤水分供林木生長的需要，不同表面覆蓋保水效果也不同。塑料薄膜覆蓋下的土壤含水率最高，為8.81%，較對照提高了3.09個百分點，砂石和秸稈覆蓋下的土壤含水率基本相當，分別為7.19%、7.46%，可見，利用薄膜覆蓋是提高土壤含水率的有效方法。

表1　不同表面覆蓋土壤含水率方差分析

由表1、表2、表3看出，不同表面覆蓋下的土壤含水率差異極顯著，其中薄膜覆蓋與砂石和秸稈覆蓋土壤含水率的差異顯著，薄膜覆蓋與砂石覆蓋的差異達到了極顯著的水平，可見薄膜覆蓋能較大程度的控制苗根部土壤水分的蒸發，保持土壤水分；不同年份的土壤含水率差異顯著，其中2011與2014年的土壤含水率差異達到了極顯著的水平，這可能與2014年降水較少有關。

表2　不同表面覆蓋土壤含水率表方差分析

表3　不同測定時間土壤含水率方差分析

2.1.2林木成活率及生長量變化由于覆蓋材料材質的不同，對土壤水分及溫度等因子的影響不同，對林木的成活及生長影響也不同。薄膜的保水效果好，也能提高土壤溫度；砂石之間空隙大，降水能迅速滲入土壤，也能減緩水分蒸發速度，調節土表溫度；秸稈覆蓋可形成多孔體，水分透過多孔體蒸發緩慢，能保存大量的土壤水分，還能調節土壤表面溫度，改善土壤結構。這些覆蓋材對土壤水分和溫度的改善，促進了林木的成活與生長。如圖1、圖2所示，3種表面覆蓋處理下的樟子松苗成活率分別為覆膜95%、砂石90.8%、秸稈92.37%，較對照提高14.3、10.1、11.67個百分點。

圖1　不同表面覆蓋林木成活率

圖2　不同表面覆蓋林木生長量變化曲線

如表4、表5所示，不同表面覆蓋、不同時間的林木生長量存在差異。其中薄膜覆蓋的林木生長量最大，為21.33 cm，與其他處理方法的差異達到了極顯著的水平，薄膜覆蓋的保水效果也最好，可見土壤水分是林木生長的重要因子。除了2012年與2013年外，其他年份的林木生長量的差異均達到了極顯著的水平，可見年際間的差異仍是影響林木生長主導因素，雖然經過表面覆蓋的處理能保持水分、提高溫度，減少不良環境對林木生長的影響，但是其作用僅僅是改善自然年的干旱情況，不能單方面決定林木的生長量。

表4　不同表面覆蓋林木生長量方差分析結果

表5　不同測定時間林木生長量方差分析結果

2.2添加不同媒介物質效果比較

2.2.1土壤含水率的變化在土壤中添加媒介物質是增加土壤蓄水保墑能力的有效途徑之一，不同的媒介物質通過不同方式改變土壤的性能。鋸末子吸水性能強，經過土壤酸解還可轉化為土壤有機質，以此提高土壤蓄水保墑能力；施用農家廄肥可以改良土壤結構，以肥調水；生物炭是有機物在完全或部分缺氧條件下經高溫裂解(<700 ℃)產生的，具有多孔結構、比表面積大、含有大量離子和堿性物質、碳含量高等性質，在土壤孔隙度、土壤容重和密度、土壤持水能力、土壤酸度、有機質含量、土壤養分等方面有明顯的改良作用[3]。

表6　不同媒介物質、不同時間土壤含水率變化方差分析結果

試驗結果顯示，添加不同的媒介物質均能使土壤含水率提高，添加鋸末子、農家廄肥、生物炭后土壤含水率分別為7.70%、6.76%、10.46%，較對照分別提高1.99、1.05、4.75個百分點。根據表6、表7，添加不同的媒介物質土壤含水率的差異極顯著，進一步分析發現，添加生物炭的土壤含水量極顯著高于其他媒介物質，添加了鋸末子和農家廄肥的土壤含水量雖然高于對照，但是差別不大。不同測定時間的土壤含水量差別沒有顯著性，可見土壤增施媒介物質可以緩解因年降水量引起的土壤水分差異，保水性能更強。

表7　不同媒介物質土壤含水率變化方差分析結果

2.2.2土壤理化性質的變化如表7所示，添加不同的媒介物質，對土壤的理化性質產生了不同程度的影響。添加生物碳處理的土壤pH值極顯著高于其他添加物質，生物炭是改良土壤酸性的有效物質。電導率均極顯著低于對照水平，說明這些處理措施均能降低土壤的水溶性鹽濃度，對林木生長有利。有機質以添加生物炭的土壤含量最高，各處理間差異達極顯著且均高于對照。速效N除添加農家廄肥外，其他媒介物質均使土壤速效N極顯著提高。速效P各處理均極顯著高于對照，速效K各處理均極顯著低于對照。全N以添加生物炭的土壤含量最高，與對照相比沒有達到顯著水平。全P各處理均極顯著高于對照。土壤容重各處理均極顯著小于對照，說明添加媒介物質可以增強土壤的透氣性和透水性，提高土壤的蓄水保墑能力。

表8　不同媒介物質土壤理化性質方差分析結果

注：各種測定指標單位：電導率μs·cm-1、有機質%、速效N、P、K mg·kg-1、全N%、全P g·kg-1、土壤容重g·cm-3

2.2.3林木成活率及生長量的變化添加媒介物質改變了土壤的理化性質，增強了土壤蓄水保墑能力，使林木成活率及生長量均有提高。如圖3所示，增施生物炭的苗木成活率最高，為96.7%，農家廄肥次之，為95.4%，鋸末子最少，為93.1%，但是較對照分別提高16、14.7、12.4個百分點。林木生長量的變化如圖4所示，年高生長量以添加生物炭處理最大，為22.89 cm，添加農家廄肥次之，為21.52 cm，添加鋸末子最少，為20.67 cm。較對照分別提高7.1、5.37和4.88 cm。方差分析顯示(表8、表9)添加媒介物質林木的生長量得到了顯著提高，與對照的差異達極顯著水平，添加生物炭的林木生長量顯著高于添加鋸末子的林木生長量，這與生物炭特有的性質有關，可見生物炭對土壤的改良作用和潛力是巨大的。除2010年于2013年外，不同的測定時間林木的生長量差異也達到了極顯著的水平，進一步驗證了年際間差異在林木生長量上的主導作用。

圖3　不同媒介物質林木成活率

圖4　不同媒介物質林木生長量變化曲線

表9　不同時間林木生長量方差分析結果

表10　添加不同媒介物質林木生長量方差分析結果

3　結論與討論

3.1不同蓄水保墑措施效果比較

試驗采用了2類8種不同的處理方法，不論是表面覆蓋還是土壤添加媒介物質，均使土壤的含水率、林木成活率和林木年生長量顯著提高。在提高土壤含水率上，8種處理方法從多到少依次為添加生物炭>薄膜覆蓋>添加鋸末子>秸稈覆蓋>砂石覆蓋>添加農家廄肥>對照；在提高林木成活率上，8種處理方法從多到少依次為添加生物炭>添加農家廄肥>薄膜覆蓋>添加鋸末子>秸稈覆蓋>砂石覆蓋>對照；在林木年高生長量上，8種處理方法從高到低依次為添加生物炭>添加農家廄肥>薄膜覆蓋>添加鋸末子>砂石覆蓋>秸稈覆蓋>對照。在土壤中添加媒介物質對于林木的生長更為有利，還能調節土壤理化性質，改善土壤結構。但是造林的成本問題也是不能回避的，在提高造林質量的同時也要考慮表面覆蓋和添加土壤媒介物質是否經濟劃算。前人的研究發現[4]選擇薄膜覆蓋造林質量高、經濟實惠，添加農用廄肥次之。在造林前應當進行經濟成本核算，根據當地的實際環境和社會經濟條件選擇適合當地的造林改良方法。

3.2年際間差異比較

根據彰武氣象站的數據，2014年為干旱年，年降雨量不足400 mm，降水量從多到少依次為2011年>2012年>2013年>2010年>2014年。本試驗中表面覆蓋各處理年際間土壤含水率差異不大，僅2011年與2014年差異極顯著，而添加媒介物質土壤年際間含水率差異不顯著，足以證明這兩類處理辦法可以改變土壤的含水率，對干旱的年份的蓄水保墑、增加土壤水分含量起到了舉足輕重的作用，可以指導干旱、半干旱地區的抗旱造林。

林木生長量年際間的差異較大，除了2012年與2013年表面覆蓋處理、2010年與2013年的添加媒介物質處理差異無顯著性外，其他年份的林木年生長量差異達到了極顯著的水平，可見當年的降水量、光照、溫度等自然環境綜合因素與林木自身的生長規律仍然是林木生長的主導因素。林木的生長量均以2011年生長量最高、2014年生長量最低，這與2011年降水最多、2014年降水最少有關，更驗證了表面覆蓋和添加媒介物質可以保持一定含量的土壤水分，改善林木的生長，但不能替代甚至消除當地當年自然氣候對林木生長的決定性作用。因此，干旱、半干旱地區選用表面覆蓋和添加媒介物質的方法可以改善土壤水分、溫度、理化條件，較不采取保墑措施造林仍有很大裨益，但不能以此為造林的鐵規則而忽視當年當地的自然生態環境的因素。

3.3應用生物炭的前景分析

自20世紀90年代中期，為了應對全球氣候變暖，生物炭作為土壤改良劑、肥料緩釋載體和碳封存劑備受關注[5]。將其施入土壤后，對土壤理化性質產生一定影響，直接或間接的影響土壤微生態環境[6]。生物炭的穩定性好，不會隨隨著時間的推移發生明顯的化學變化[7]。Lehmann等[8]研究發現添加生物炭的土壤使水稻和豇豆的生物量分別提高17%和43%，崔月峰[9]將生物炭于化肥混合，使玉米產量提高7.6%～11.6%。

本試驗研究發現，添加生物炭的土壤在土壤含水率、林木成活率、林木生長量上均優于其他處理，在土壤理化性質改良上，除了電導率外，其他理化性質均優于添加鋸末子、添加農家廄肥，且與這兩者的差異達到了極顯著的水平，這足以驗證生物炭在蓄水保墑造林、提高N、P、K等養分的吸收利用效率、改良干旱地區土壤結構效果最佳。

[1] 黃玉貞,張玉龍,王芳.阜新地區干旱發生規律研究[J].氣象與環境學報,2010,26(2):46-49

[2] Hardan A.Remarks during discussions.Proc Water Harvesting Symp.Phoenix. AZ,ARSW-22,USDA.1975,60-61

[3] 武玉,徐剛,呂迎春,等.生物炭對土壤理化性質影響的研究進展[J].地球科學進展,2014,29(1):68-79

[4] 王鞾燁.黑龍江省西部低山丘陵區集水抗旱造林技術研究[D].哈爾濱：東北林業大學,2014

[5] 何緒生,耿增超,佘雕,等.生物炭生產與農用的意義及國內外動態[J].農業工程學報,2011,27(2):1-7

[6] 張旭東,梁超,諸葛玉平,等.黑碳在土壤有機碳生物地球化學循環中的作用[J].土壤通報,2003,34(4): 349-355

[7] 陳溫福,張偉明,孟軍.農用生物炭研究進展與前景[J].中國農業科學,2013,46(16):3324-3333

[8] Lehmann J,Weigl D,Peter I,et al. Nutrient interactions of alley-cropped Sorghum bicolor and Acacia saligna in a run off irrigation system in Northern Kenya[J]. Plant and Soil,1999,210: 249-262

[9] 崔月峰,曾雅琴,陳溫福.顆粒炭及新型緩釋肥對玉米的應用效應研究[J].遼寧農業科學,2008(3): 5-8

Afforestation Technology of Storing Water and Retaining Soil Moisture in Zhangwu County

Zhao Shumei

(Forestry Seed Management Station,Zhangwu County,Liaoning Province,Fuxin 123000,China)

Water is the main factor affecting tree growth.Water retaining experiment were conducted by using different mulching methods (thin film,straw mulch and gravel and sand mulch).Indices of soil water content,survival rate of forest stand,tree height of forest trees physical-chemical properties were respectively determined by adding sawdust child,farm manure and biochar. Result shows that: in terms of improving soil water content ,the descending order of eight kinds of treatment from more to less is adding biochar> film mulching> add sawdust> straw mulching> gravel and sand mulch> add farm manure> CK;in terms of improving the survival rate of trees,the descending order of eight kinds of treatment from more to less is adding biochar> adding farm manure> film mulching> adding sawdust> straw mulching> gravel and sand mulching> CK;in terms of improving annual tree height-growth of forest,the descending order of eight kinds of treatment from high to low is adding biochar> add farm manure> mulch> Add sawdust sub> mulch> straw mulching> CK,in terms of soil physicochemical characteristics,adding biochar is the optimal. Accordingly,in terms of storing water and retaining soil moisture for soil ,promoting nutrient absorption & utilization,improving soil structure ,adding biochar is the optimal.

storing water and retaining soil moisture;cover mulching;adding medium substance ;afforestation

1005-5215(2016)05-0007-04

2016-01-11

趙淑梅(1962-)，女，遼寧彰武人，大專，工程師，現從事林業種苗工作.

S725

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.05.003