冀北壩上沙化土地沙棘人工林對(duì)水分的響應(yīng)

張強(qiáng) 李玉靈 劉春海 李曉剛

摘要：? 以壩上沙化土地的沙棘林為研究對(duì)象，通過設(shè)置樣方，逐月測(cè)定荒坡和沙棘林的水分狀況以及沙棘生長(zhǎng)量，從而探明水分對(duì)沙棘生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明：各月荒坡與沙棘林地的土壤水分均呈斑塊狀分布，且兩地差異不大;土壤體積含水率隨月份的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中8月份水分條件最好，5月份水分條件最差。樹高和地徑的生長(zhǎng)速度也呈斑塊狀分布，且與土壤水分關(guān)系密切，土壤體積含水率為40%時(shí)最適宜沙棘生長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：? 冀北壩上;? 沙化土地;? 人工沙棘林;? 水分

中圖分類號(hào)：? ?S 728.4; S 793. 6? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001 - 9499（2021）06 - 0017 - 03

冀北壩上地區(qū)地處我國(guó)農(nóng)牧交錯(cuò)地帶，是華北溫帶闊葉林與草原的過渡區(qū)域，氣候高寒干旱、水資源短缺，該地區(qū)的植被覆蓋率不斷減少，導(dǎo)致水土流失加劇、土地沙化現(xiàn)象愈演愈烈、生態(tài)環(huán)境日益惡化[ 1 - 2 ]。沙棘是沙化地區(qū)水土保持、防風(fēng)固沙、改善生態(tài)環(huán)境的先鋒樹種，喜光，耐冷、熱，耐干旱、貧瘠，抗風(fēng)沙[ 3 ]，具有“獨(dú)木成林”的潛力[ 4 ]，其枝葉可做能源和飼料，果實(shí)可用于食品、保健品、藥品等[ 5 - 6 ]。因此，以植物防風(fēng)固沙和經(jīng)濟(jì)林栽培理論為基礎(chǔ)，對(duì)冀北壩上沙化地區(qū)沙棘經(jīng)濟(jì)林進(jìn)行研究，通過逐月對(duì)林地土壤水分與沙棘的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行測(cè)定，明確水分條件與沙棘生長(zhǎng)關(guān)系，從而為科學(xué)管理和利用沙棘資源改善壩上沙化環(huán)境和民生提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北省承德市豐寧滿族自治縣壩上地區(qū)的外溝門鄉(xiāng)（41°12′25.99″N，116°38′23.64″E），該地屬于中溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)型高原山地氣候，年平均氣溫0.9～6.2 ℃，無(wú)霜期110～145天，晝夜溫差大，年降水量約340～500 mm，年4級(jí)以上風(fēng)日數(shù)210天左右，8級(jí)以上大風(fēng)的日數(shù)最高可達(dá)65天。由于人為不合理的放牧、耕作和對(duì)水資源的過度利用等原因，該地植被出現(xiàn)不同程度的退化，土地沙化嚴(yán)重。

2 研究方法

2. 1 樣地設(shè)置

樣地設(shè)在外溝門鄉(xiāng)茶棚村的沙化坡地上俄羅斯大果沙棘種植園內(nèi)，該地區(qū)由承德圣果沙棘農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司于2016年?duì)I造。種植時(shí)，俄羅斯大果沙棘為2年生，種植密度為2 m×4 m，以未經(jīng)開墾的荒坡為對(duì)照。將沙棘林地和荒坡以20 m為一個(gè)點(diǎn)網(wǎng)格化處理，用TruPulse 360測(cè)量每個(gè)點(diǎn)的相對(duì)高程，用surfer 12.0繪制等高線圖。由此可知，沙棘林地和荒坡都呈緩坡狀，坡長(zhǎng)大約為300 m，且整體坡度均勻，荒坡最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間相差約12 m，沙棘林地最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間相差17 m。兩樣地的坡度都比較小，因此可以不考慮坡位的影響。

2. 2 水分對(duì)沙棘生長(zhǎng)影響研究

2. 2. 1 水分的測(cè)定

2018年5～9月，對(duì)上述測(cè)量高程的點(diǎn)，也就是每20 m一個(gè)測(cè)定點(diǎn)，每月月初和中旬各測(cè)一次，用TDR-300土壤水分速測(cè)儀測(cè)定其20 cm土層的體積含水率。

2. 2. 2 沙棘生長(zhǎng)狀況調(diào)查

測(cè)定土壤體積含水率的同時(shí)，在每個(gè)水分測(cè)定點(diǎn)附近定株測(cè)定沙棘的株高和地徑，用下一月份株高和地徑的值減去其上一月的值再除以相鄰兩次測(cè)定的天數(shù)，計(jì)算出沙棘株高、地徑在各月的平均生長(zhǎng)速度，與相應(yīng)月份土壤水分的平均值做出土壤水分與生長(zhǎng)的關(guān)系圖，分析沙棘生長(zhǎng)最好的土壤水分條件。

3 結(jié)果分析

3. 1 研究地土壤水分月變化

經(jīng)水分測(cè)定可知：5～9月荒坡和沙棘林地土壤水分分布范圍分別為10%～25%、13%～25%、22%～47%、32%～52%、22%～38%和13%～23、14%～27、24～43%、30～50%、25～35%，同一月份，荒坡和沙棘林地之間土壤含水率差距不明顯，隨著月份的推移，荒坡和沙棘林地土壤含水率呈現(xiàn)趨勢(shì)也大致相同，均為5～8月增加，9月減小。由此可見，該地沙棘的種植還未對(duì)土壤含水率產(chǎn)生大的影響。沙棘林地各月土壤含水率均呈斑塊狀分布，且水分高點(diǎn)和低點(diǎn)分布位置基本一致，水分高點(diǎn)分布在（200，250）、（100，80）、（150，120）、（200，100）附近，水分低點(diǎn)分布在（200，270）（100，150）、（250，150）、（100，50）附近。

3. 2 土壤水分與沙棘樹高和地徑生長(zhǎng)速度分布

由各月沙棘樹高生長(zhǎng)速度與土壤含水率關(guān)系（圖1）可知：各月沙棘樹高和地徑的生長(zhǎng)速度表現(xiàn)為斑塊狀分布，樹高生長(zhǎng)速度、地徑生長(zhǎng)速度與土壤水分吻合度較好，隨著月份的推移，沙棘的整體生長(zhǎng)速度有增快趨勢(shì)，與土壤水分分布基本吻合。樹高生長(zhǎng)最快出現(xiàn)在7～8月，大約在（250，150）位置。

3. 3 沙棘樹高生長(zhǎng)速度與土壤水分的關(guān)系

通過調(diào)查沙棘高生長(zhǎng)速度與土壤體積含水率關(guān)系可知：5～6月土壤含水率在10～30%范圍內(nèi)，沙棘樹高生長(zhǎng)速度隨土壤含水率迅速上升;6～7月，土壤含水率在10～40%范圍內(nèi)，沙棘生長(zhǎng)速度也呈直線變化，但整體比5～6月快;7～8月和8～9月，其土壤含水率為20～50%，此時(shí)沙棘的樹高生長(zhǎng)速度有先增加后減小的變化趨勢(shì)，在含水量為40%時(shí)，沙棘樹高的生長(zhǎng)速度最快。

3. 4 沙棘地徑生長(zhǎng)速度與土壤水分的關(guān)系

通過調(diào)查沙棘地徑生長(zhǎng)速度與土壤體積含水率可知：5～6月，當(dāng)土壤含水率在10～30%范圍內(nèi)時(shí)，沙棘地徑生長(zhǎng)速度隨土壤含水率的增加呈增加趨勢(shì)，且當(dāng)土壤含水率在20～30%時(shí)增加速度更快，地徑生長(zhǎng)速度隨土壤含水率的增加整體呈一元二次方程變化曲線;6～7月，土壤含水率的變化范圍在10～40%，沙棘地徑生長(zhǎng)速度呈直線變化規(guī)律，且增加趨勢(shì)有所放緩;7～8月和8～9月，土壤含水率在20～50%范圍內(nèi)，有先增加后減小變化規(guī)律，在含水量為40%時(shí)，沙棘地徑生長(zhǎng)速度最快。

4 結(jié)論與討論

4. 1 沙棘林地在5～9月的土壤水分呈現(xiàn)虧缺期、土壤水分積累期和土壤水分消退期的過程，且土壤體積含水率為40%時(shí)生長(zhǎng)速度最快，可為沙棘在壩上沙化環(huán)境健康茁壯生長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)。

4. 2 本研究得到：沙棘樹高和地徑的增幅隨著土壤體積含水率的增加呈現(xiàn)先上升后趨于平緩的趨勢(shì)，即當(dāng)土壤體積水分小于40%時(shí)，隨著土壤水分的增加，樹高和地徑生長(zhǎng)量的增幅增長(zhǎng)較快;相反，當(dāng)土壤體積水分大于40%時(shí)，水分反而抑制植物生長(zhǎng)，增幅趨于平緩，甚至降低。在5月份，壩上地區(qū)氣溫開始逐漸升高，林地蒸騰蒸發(fā)量增大，而此時(shí)降水量又比較少，所以土壤含水率也比較低，最低土壤體積含水率只有14%，此時(shí)，沙棘林無(wú)論是高生長(zhǎng)還是增粗生長(zhǎng)均非常緩慢，這與裴斌的無(wú)產(chǎn)無(wú)效水[ 7 ]論點(diǎn)相似。7月份，雨季來(lái)臨，降水開始增加，土壤水分逐漸積累，此時(shí)沙棘生長(zhǎng)速度加快，但土壤含水率超過40%，生長(zhǎng)速度變緩，生長(zhǎng)量變小，這與沙棘自身不喜積水[ 8 ]的特性有關(guān)。9月份，雖然沙棘水分蒸騰量減小，但土壤蒸發(fā)量仍然較大，加上這一時(shí)期降雨量又不斷減少，所以土壤體積含水率整體降低，造成沙棘高生長(zhǎng)和地徑生長(zhǎng)速度變慢。

4. 3 如何從土壤中有效地利用水資源，是沙棘生長(zhǎng)所面臨的基本問題之一[ 9 ]，本試驗(yàn)明確了冀北壩上地區(qū)沙棘林生長(zhǎng)的最適土壤含水率，為沙棘林在壩上地區(qū)正常生長(zhǎng)和改善沙化土地奠定了基礎(chǔ)。本論文僅研究了沙棘對(duì)水分因子的響應(yīng)，沙棘的防風(fēng)效果以及與植物多樣性關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 王詩(shī)楠，? 張卓棟，? 韓玥，? 等.? 河北壩上地區(qū)不同坡向植物根系分布特征研究[J].? 水土保持研究，? 2014， 21（02）： 152 - 157.

[2] 吉孟振.? 氣候變化背景下內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食生產(chǎn)及對(duì)策研究[D].? 呼和浩特：? 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2012.

[3] 程建雄.? 保持水土、 防風(fēng)固沙植物之最—沙棘[J].? 北京農(nóng)業(yè)， 2016（4）： 92 - 93.

[4] 聶愷宏，? 吉生麗，? 鄒旭，? 等 .? 中國(guó)沙棘平茬萌蘗動(dòng)態(tài)及其對(duì)種群結(jié)構(gòu)的影響[J] .云南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2018， 40（04）： 804 - 813.

[5] 沙拉·喀孜爾.? 沙棘經(jīng)濟(jì)價(jià)值及栽培技術(shù)[J].? 防護(hù)林科技，2014（12）： 96 - 97.

[6] 齊緒斌.? 淺談沙棘的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和栽培技術(shù)[J].? 農(nóng)村實(shí)用科技信息， 2014（08）： 3.

[7] 裴斌.? 土壤水分脅迫對(duì)沙棘光合生理生化特性的影響[D]. 泰安：? 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2013.

[8] 阮成江，? 謝慶良.? 土壤水分對(duì)沙棘成活率及抗逆生理特性的影響[J].? 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)， 2002（04）： 341 - 345.

[9] 徐德兵.? 木本植物中國(guó)沙棘克隆生長(zhǎng)對(duì)光照和灌水強(qiáng)度的響應(yīng)[D].? 昆明：? 西南林學(xué)院， 2008.

第1作者簡(jiǎn)介：? 張強(qiáng)（1995-），? 男，? 林業(yè)碩士，? 從事林業(yè)規(guī)劃類研究工作。

通訊作者：? 李曉剛（1984-），? 男，? 博士，? 碩士生導(dǎo)師，從事退化土地生態(tài)修復(fù)的教學(xué)與科研工作。

收稿日期： 2021 - 07 -? 20

（責(zé)任編輯：? ?李 丹）