遼西半干旱地區(qū)不同密度刺槐林土壤水分變化研究

吳東旭

(國有凌源市四官營子林場，遼寧 朝陽 122500)

遼西地區(qū)氣候比較干旱，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，水土流失比較嚴(yán)重。為了改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，在三北防護(hù)林工程的帶動(dòng)下，遼寧省政府積極響應(yīng)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件開展防護(hù)林工程建設(shè)。工程實(shí)施以來，成效明顯，很好地改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。但由于造林樹種選擇不當(dāng)，造林的密度不合理等因素，加上氣候條件惡劣，導(dǎo)致造林質(zhì)量偏低[1]。在遼西地區(qū)尤其是干旱地區(qū)，土壤中的含水量是生態(tài)建設(shè)的一個(gè)重要的制約因素，對于防護(hù)林的質(zhì)量有很好的促進(jìn)作用。由于遼西地區(qū)氣候比較干旱，因此，解決土壤含水量問題可以提高造林成活率以及林木的生長指標(biāo)，提升防護(hù)功能，改善生態(tài)環(huán)境。在造林樹種中，刺槐的抗寒及抗逆性強(qiáng)，是適宜造林的鄉(xiāng)土生態(tài)樹種。為研究刺槐林不同密度下土壤水分的變化情況，開展此項(xiàng)研究，通過評價(jià)土壤的含水量，為刺槐人工林的造林密度提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

研究區(qū)域處于遼寧省國有凌源市四官營子林場，該地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，光照充足，年均日照2 951 h，四季分明，年均氣溫6.8 ℃，年均降水量503 mm，降水量不足，而且降雨季分布不均，6—9月份降水量占全年降水量的75.2%。該地區(qū)的土質(zhì)比較均勻，土壤類型主要為褐土，黃土母質(zhì)[2]。選定的林場內(nèi)主要的造林樹種是刺槐(Robiniapseudoacacia)、油松(Pinustabuliformis)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、側(cè)柏(Platycladusorientalis)等，選定的實(shí)驗(yàn)刺槐林是2003年造林，成林密度在1 500～2 500株hm-2。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)材料

選擇不同造林密度的15年生的刺槐林作為研究對象，土壤中水分測量儀器為北京恒奧德科技有限公司生產(chǎn)的型號HA-CS820土壤水分儀。試驗(yàn)期間林場管理需要的肥料以及除草劑等均是在市場統(tǒng)一采購。

2.2 試驗(yàn)方法

采用1 500(低)、2 000(中)、2 500(高)株hm-2三個(gè)不同的密度刺槐林作為研究對象，分析三個(gè)不同密度的刺槐林土壤的含水量，對照地塊選在刺槐林邊的裸露地塊。在2017—2019年，每月都在試驗(yàn)地塊上隨機(jī)選擇3處樣方測定土壤水分變化情況。土層深度在0～80 cm選擇，以20 cm為一個(gè)間隔，分為4個(gè)層次(0～20、20～40、40～60和60～80 cm)，測量的方法參考文獻(xiàn)[3]中的方法，測量周期為每間隔10 d進(jìn)行1次測定。取每月的多個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為該月的平均儲水量，比較不同處理下每月的平均土壤儲水量變化；取不同深度土層3年的數(shù)據(jù)平均值作為土壤含水量數(shù)值，分析不同栽植密度處理下的各土層年均含水量的變化。數(shù)據(jù)分析采用Excel、SPSS軟件等完成[4]。

3 結(jié)果與分析

3.1不同密度刺槐林對土壤儲水量的影響

將不同種植密度下刺槐林3年(2017—2019年)每月的平均儲水量進(jìn)行比較統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 不同密度刺槐林土壤儲水量每月變化 mm

從表1分析可以得出，不同刺槐密度的土壤年均儲水量變化一致，在每年的1—3月，由于刺槐處于休眠期，不同密度的刺槐林土壤儲水量比較平穩(wěn)。4—6月刺槐開始萌芽生長，對水分的需求增大，同時(shí)這個(gè)季節(jié)降水量開始增加，但由于降水分布不均勻，土壤儲水量波動(dòng)比較明顯。7—9月雨水增多，刺槐的生長處于穩(wěn)定狀態(tài)，無論是哪種密度下的刺槐林土壤儲水量都出現(xiàn)了明顯的增加。10—12月降水量少，加上土壤的蒸發(fā)，土壤的儲水量開始明顯下降。通過對比分析可以看出，對比地塊(裸地CK)中，由于無林木生長吸收水分，土壤的儲水量較大，明顯高于不同密度下刺槐林土壤儲水量，而且差異顯著；3種不同密度下的刺槐林中，1 500株hm-2的年平均儲水量最高，為148.25 mm，其次是2 000株hm-2的年平均儲水量為142.25 mm，2 500株hm-2的年平均儲水量最低，為137.92 mm。通過表1可以得出，1 500株hm-2密度下刺槐林土壤儲水量比2 500株hm-2密度下刺槐林土壤儲水量多6.97%，差異比較顯著，中密度刺槐林的土壤儲水量比高密度刺槐林的土壤儲水量多3.01%，差異沒有達(dá)到顯著水平，無統(tǒng)計(jì)意義。

3.2 不同密度刺槐林對各土層年均含水量的影響

通過對不同密度下刺槐林3年(2017—2019年)各土層含水量進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 不同密度刺槐林各土層中土壤含水量年季變化

從表2可以看出，不同深度土層(0～20、20～40、40～60和60～80 cm)中的含水量都是隨著土層深度的增加先降低然后又增加的。不同的密度刺槐林中，0～20 cm土層中，低密度刺槐林的土壤含水量平均為18.9%，比高密度刺槐林高6.12%，水平差異顯著。在20～40 cm的土層中，低密度刺槐林土壤含水量低于高密度刺槐林。在40～60 cm土層中，低密度刺槐林的土壤含水量比高密度刺槐林的土壤含水量高22.08%，差異極其顯著，中密度刺槐林的土壤含水量比高密度刺槐林的土壤含水量高5.97%，差異顯著。60～80 cm土層中，低密度刺槐林的土壤含水量比高密度刺槐林的土壤含水量高11.86%，差異極顯著，比中密度刺槐林的土壤含水量高10.59%，差異極顯著，中密度刺槐林的土壤含水量與高密度刺槐林的土壤含水量差異不明顯，沒有統(tǒng)計(jì)意義。通過對比可以得出，裸地(CK)在0～20 cm土層中的土壤含水量明顯低于不同密度刺槐林的土壤含水量，在20～40 cm土層中含水量開始高于不同密度刺槐林土壤含水量，之后在不同土層含水量一直比較高，從中可以得出，裸地的表層土壤中由于缺乏植被覆蓋，水分的蒸發(fā)量比較大，隨著土層深度的增加，水分蒸發(fā)量減少，土壤含水量增加。

4 結(jié)論

通過對不同密度下刺槐林與裸地(CK)的對比發(fā)現(xiàn)，不同密度下土壤的平均儲水量表現(xiàn)比較一致，1—3月儲水量平穩(wěn)，4—6月儲水量波動(dòng)明顯，7—9月儲水量明顯增加，10—12月儲水量下降。總的來說，低密度的刺槐林土壤的儲水量比較大，比高密度的刺槐林的儲水量高6.97%左右，而且差異比較顯著。在不同深度的土層中，土壤含水量都是先降低后增加的變化趨勢，且低密度的刺槐林在0～20、40～60和60～80 cm的3個(gè)層次中土壤含水量最高。因此，在遼西干旱地區(qū)進(jìn)行刺槐造林過程中，為了提高造林質(zhì)量，最大程度的發(fā)揮刺槐林的生態(tài)防護(hù)功能，需要將栽植密度控制在1 500株hm-2左右。本文的研究只設(shè)置了3個(gè)不同的造林密度，為提高刺槐造林質(zhì)量，今后的研究可以設(shè)置更多不同密度刺槐林進(jìn)行比對，通過模型建立來分析刺槐的最佳的栽植密度，為遼西地區(qū)造林工作提供理論基礎(chǔ)和參考。