北京大興沙地油松與國槐林木水肥耦合效應研究

摘" 要：北京位于中國北方，是超大城市。經濟快速發展的同時，對土地資源和水資源的需求不斷增加，土地沙化日趨嚴重，京津冀地區土壤沙化問題尤為突出。北京進行土地沙化治理以沙地造林為主要途徑。該文在前人研究基礎上，以沙地油松與國槐為試驗材料，分析其對土壤水鹽平衡、水分利用效率、植物生長曲線的影響及對區域適宜性水肥管理的影響。該文采用持續跟蹤統計、現地調查等多種方式，因北京平原砂質土地水分貧瘠、生態林大苗在人工造林后的生長受到限制，運用裂區實驗的方法，以國槐、油松為研究對象，選取4種不同灌溉等級的土壤和4種不同類型的有機肥料進行對比試驗。對林木的理化性質、樹高、胸徑進行測量，并研究不同灌溉、施肥處理下生態林的葉綠素和葉質營養成分的變化。

關鍵詞：國槐；油松；林業養護；水肥耦合；土壤理化性質

中圖分類號：S714" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2023）07-0014-04

Abstract： Beijing is located in the north of China and is a mega-city in China. With the rapid economic development， the demand for land resources and water resources is increasing， and land desertification is becoming increasingly serious， especially in the Beijing-Tianjin-Hebei region. In terms of land desertification control in Beijing， afforestation on sandy land is the main way. Based on previous studies， this paper analyzed the effects of Pinus tabulaeformis and Sophora japonica on soil water and salt balance， water use efficiency， plant growth curve and regional water and fertilizer management. In this paper， based on the continuous tracking statistics， field survey and other methods， according to the poor water content of the sandy land in Beijing Plain， the growth of the large seedlings of the ecological forest is limited after artificial afforestation， the method of split zone experiment is used to select four different irrigation grades of soil and four different types of organic fertilizer for comparative experiments， taking Chinese Sophora japonica and Chinese pine as the research objects. The physical and chemical properties， tree height and DBH of the forest were measured， and the changes of chlorophyll and leaf nutrient composition of the ecological forest under different irrigation and fertilization treatments were studied.

Keywords： Sophora japonica; Chinese pine; forest conservation; water and fertilizer coupling; physical and chemical properties of soil

北京市開展的百萬畝平原造林工程項目已初見成效。生態建設的后續主要工作已由植樹造林轉為林園管理及養護。2019年《關于加強平原地區造林工程新植樹木養護管理確保成活成林的通知》對新栽樹種的養護管理進行了修訂，這為保護生態型森林的發展提供了條件和基礎。在對平原地區生態林進行水、肥管理的研究中，要考慮施肥和灌溉對環境各方面的影響，以及水分和肥料利用的有效性[1-2]。研究土壤水分和肥料的耦合效應，既能有效地提高土壤水分和肥料的利用率，又能有效地改善土壤的生態狀況。

1" 試驗地概況

本文試驗采用持續跟蹤統計、委托林業培育及維護的相關人員、林業養護人員調查等多方面進行統計并整理。

本試驗場地位于北京市大興區永定河邊。試驗場地由于上游流經黃土高原，因此該場地的土壤為沙土，隨著造林綠化工程的實施其環境及大興區永定河邊土壤的酸堿度等相關指標也有所改變。參考劉穎[3]《北京大興區森林資源固定樣地調查分析》與廖宇波等[4]《近40年大興區耕地土壤有機質時空變異特征及其影響因素》及其他研究成果的基礎上，進一步對試驗場地進行實測，試驗場地的pH為8.8，有機質為4.95 g/kg，堿解N為59.32 mg/kg，體積含水率26.5%，總空隙率54.1%，飽和水分39.19%。

2" 材料與方法

2.1" 試驗材料

本試驗以油松、國槐為試驗分析對象。原料選擇以園林垃圾經過堆肥加工而得到的有機質含量達52%的有機肥。

2.2" 研究方法

試驗區域試驗對象的主要研究方案是灌溉水量（表１統計中用Ａ表示）、次級方案是施肥（表１統計中用Ｂ表示）；灌溉量的方案設定為每１０ ｄ灌溉４０ Ｌ／次（表１統計中用Ａ１表示），每１０ ｄ灌溉８０ Ｌ／次（表１統計中用Ａ２表示），每１０ ｄ灌溉 １２０ Ｌ／次（表１統計中用Ａ３表示）；施肥處理按０．５ ｋｇ／株（表１中記為Ｂ１），１ ｋｇ／株（表１中記為Ｂ２）和１．５ ｋｇ／株（表１中記為Ｂ３），灌溉試驗開展３次，每個試驗組造林苗木總數不少于２０株。具體方案的執行見表１。

2.3" 監測指標與數據采集

2.3.1" 形態指標

2017年2月份完成了第一次資料統計，隨后開展測量工作，主要包括樹高、胸徑和冠幅。在此基礎上，利用激光測距機測量了樹木的直徑，在首次測量時噴涂了油漆，然后在同一部位測量了新的樹枝長度，并測量了4個不同的方位。

2.3.2" 葉綠素含量葉片葉綠素測定

首先用80%的異丙酮與95%的酒精1∶1的比例進行配比，將0.2 g的葉綠素溶液浸漬，取濾液測定其在663、645、470 nm 3處的吸光度，并用對應的公式進行葉綠素a、葉綠素b和胡蘿卜素的判定。

2.3.3" 葉片養分含量

采用全自動定氮儀測定植株葉片中的氮，采用火焰分光計和鉬銻抗蝕劑對全磷進行了分析。

2.3.4" 數據處理與分析

本文采用SPSS16和Excel等統計軟件對全部資料進行了分析，同時使用鄧肯氏新的復合極差測試方法多次對比。

3" 結果與分析

在不同的灌溉量和施肥量的情況下，會增加缺乏營養地方的營養水平。在相同灌溉量和施肥量的情況下，土壤的全N生長速率最高可達25.3%，同時土壤中和地表土壤的總N生長速率分別為-5.75%和1.1%；土壤速效P和速效K的增加幅度較大。土壤表層的有效P和K的生長速度最高；在實施的方案中，A2B3方案的生長速度為40.9%；A2B2方案的生長速度為24.8%、平均生長速率為32.4%。土壤中各種營養物質的流動也因灌溉量不同有所差異。在低灌水期的灌溉條件下，土壤中的營養物質以靠近施肥和灌溉部位為主，同時有效K的分配主要由灌水作用決定。

在水中溶解程度不同對施肥灌溉效果造成不同的影響。在靠近施肥和灌溉部位的土壤水分和肥料之間有明顯的相互作用。各局部區域的營養元素濃度差異顯著，在灌水點較近的地區，通常以肥料為主。在離地表不同垂直深度的條件下，肥料的影響程度不同，隨地表深度增加其影響逐漸降低；而對土壤水分的影響則逐步增大。肥料與灌溉的結合對有機質、全N、速效K的影響：有效P含量、可溶性鹽深度（EC值）、pH對其作用比較明顯，而對飽和含水量、毛管持水量、指標等物理性能的影響則比較小，且僅有少量的減少;對有機質、全N、速效K的影響變化范圍分別為：-2.7%～1.69%，-1.9%～0.6%，-3.13%～1.27%。

結果表明：不同施肥條件下，不同類型的油松樹高、胸徑之間的相互關系并不十分顯著。灌水對樹高、新枝長、葉片全P含量、葉片全K含量、葉片N含量比都有明顯的提高。sig值低于0.05，肥料能提高樹木的生長速度，但以高水分和高肥料為最佳的催熟劑，在方案A3B1的澆灌和施肥方式下，樹木的葉綠素a為0.77 mg/g；在方案A3B2的澆灌和施肥方式下，其新枝長生長速度為29%，而全K的總水平為22.8 g/kg；在方案A3B3的澆灌和施肥方式下，葉中的類胡蘿卜素最高水平為0.2 mg/g；在方案A2B1和A2B2的澆灌和施肥方式下，最大生長速率分別為23.89%和29.42%。可以看出，通過不同的澆灌和施肥方式，被研究林木從整體上來看，在更多層面上發揮了更大的生長推動效應。這主要是因為通過適當的灌溉降低了酸堿度，增加了林木營養物質的利用率。

在低水肥條件下，國槐的生長發育變化不顯著，但在改變噴灌條件下國槐的生長發育有明顯的改善；其中，葉綠素a和葉綠素b對中水、高肥力（試驗方案A2B3）有明顯的提高作用，其生長速度為29.99%。高水、高肥力的澆灌條件下，水分過量會造成有效營養損失，從而使生長速率降低，對國槐的生長發育不如中水、高肥力的澆灌方案更適宜。

在治理平原生態林的過程中，要從提高造林質量的角度出發，兼顧合理的水肥利用率及對環境的影響。過度灌溉會造成土地有效的營養物質損失，因此這種過度施肥和灌溉反而不利于植物的生長。因此，本文通過試驗驗證了在管養中使用化肥的方法：不需要連續使用，施肥量也不宜太大，每10 d內不要大于96 L/株。大興地區，通過調節土壤的酸堿度，進而使其更好地促進林木生長。

4" 結論

4.1" 灌溉水與有機肥的混合使用對林地土壤養分的影響

從灌溉水和施肥相結合的實施情況來看，總體上能明顯提高土壤中的營養成分，最高的有機質生長速率為30.2%，全N最高生長速率為5.9%（試驗方案A2B3）和13.8%（試驗方案A1B2）。

灌溉和施肥會增加缺乏營養土壤的營養水平。在全N條件下，施肥、灌溉有利于提高土壤底層全N水平，在外部條件相同的情況下，灌溉水并聯合施肥的試驗方案（A2B3）使得土壤地表和中層的全N生長速率分別為-5.75%和1.1%。而在土壤有效P和速效K方面，灌水可以提高土壤表面土的養分。同時，灌溉水并聯合施肥的試驗方案（A2B3）獲得平均有效P生長速率為32.4%、表層速效K生長速率最高為24.8%；中部和底部的速效K生長速率分別為4.0%和3.2%。在不同的土壤部位，營養成分存在顯著差異。在靠近灌水施肥的地方，常常是肥料發揮著重要的功能。結果表明：在不同的水平和深度上，不同的肥料對不同類型的土壤營養有不同程度地影響。

肥料與灌水之間有相互作用。在施肥和灌溉附近（離灌溉中心半徑分別為：10、20、30 cm）的水、肥之間有明顯地影響。在離灌溉中心半徑分別為：40、60、90 cm處，有機物質的相互作用分析中sig值均低于0.05。在2號地塊中，土壤中的全N表現出明顯的水分-肥料相互作用，對sig值為0.033的土壤中有效P水平進行了統計，發現在更大的空間區域中，肥料與灌水之間的相互作用十分明顯。肥料能為土地供給營養，但也會因灌水而改變營養分配。土壤肥力的變化與土壤水分的流動有很大關系。從總體上來看有這樣的趨勢：低灌水期土壤中的營養物質以靠近施肥和灌溉部位為主。

總體上，肥料的施加與灌溉水的耦合效應對土壤的理化性能有明顯地影響，特別是有機質、全N和速效K的變化；在土壤的物理化學性能影響方面，除了容重，飽和含水量、毛管持水量方面的含水量等指標的影響相對較小，且影響趨勢存在輕微降低。

4.2" 灌溉水與有機肥的混合使用對國槐和油松林木生長的影響

4.2.1" 對油松生長的影響

不同肥料、灌水的相互作用對不同類型油松的葉綠素和營養物質的相互作用沒有明顯的相關性；但有機肥和灌溉水對油松的具體影響因素可統計為：灌水對樹高、新枝長、葉片全P含量、葉片全K含量、葉片全K含量、葉片N、P含量比都有明顯地提高；sig值低于0.05，有機肥的施加能顯著提高樹木的高度，其他的指數影響則不顯著。通過在不同施肥和灌溉處理水平下油松的9個生長指數統計，發現隨灌水量的增大并達到一定值后，對其生長有明顯的抑制效果；同時高水分、高肥料對植物生長的促進作用并不大。以高水分、低肥料（試驗方案A3B1）對葉片葉綠素a的影響最大，在該試驗方案下葉片葉綠素a的增長速度為9.42%，葉片中的葉色成分為0.77 mg/g。在新枝長和全K量方面，試驗方案A3B2能提高油松幼苗的生長速度，使其新枝條長度增加29%，葉片總K的水平為22.8 g/kg。高水分、高肥料（試驗方案A3B3）對植物的葉中類胡蘿卜素的生長有明顯的抑制作用，最高為0.2 mg/g。在A2B1和A2B2中，最大的生長速率分別為23.89%和29.42%。可以看出，油松林應用灌水并聯合施肥的方式比單一灌水或者施肥的方式取得更好的養護效果，但施肥和灌水量均應適宜。

4.2.2" 對國槐生長的影響

從整體上看，施加有機肥和灌水都能明顯地提高國槐的生長發育，試驗中測試組的養護效果比對照組（未施加水和有機肥作為對照組）好。在國槐不同的生長指標中，灌水和肥料并沒有表現出明顯的相互關聯作用。在統計分析的指標中：葉綠素a、葉片全N、葉片全K等指數與土壤水分含量之間有極強的相關性，sig值低于0.05；灌溉對葉綠素b和葉片N、P均有明顯的促進作用，而不同肥料的施用則有明顯地差異。因此北京沙地平原的國槐生態林治理中，土壤濕度是制約其生長的重要因子。同時，肥料對大多數的生長因子都有明顯地提高。結果表明，經施加有機肥和聯合灌水后，國槐的胸徑、高度、冠幅的增長均較大；具體生長指標中，中水分、高肥力（試驗方案A2B3）對國槐的葉綠素a和葉綠素b均有明顯的提高作用。從葉片中的胡蘿卜素水平看，高水分、高肥力（試驗方案A3B3）最佳，營養成分為0.31 mg/g。

在幾種不同的灌水和肥料條件下，國槐最明顯的生長指數并未表現在高水分、高肥力的試驗方案中，高水分不能使國槐更好地發育。相反，在中度灌溉條件下，生長速率明顯高于對照組。

4.2.3" 土壤水分和溫度對2種林木生長及生理生化指標的影響

油松與國槐2種林木對不同水分條件的反應有一定差異，但兩者在相同水分的澆灌處理下各自的生長表現與對照組無明顯差異。油松葉片含水量隨土壤水分含量增加而逐漸升高，并在5 cm處達到最高值，之后逐漸下降；油松葉片中葉綠素a和葉綠素b含量均表現出隨灌溉水增加而先升高后降低的變化趨勢，其中油松葉綠素a和葉綠素b則在高水分條件下表現出最低值；但國槐葉片中可溶性糖含量卻明顯上升。在相同的土壤水分及施肥條件下，國槐的可溶性糖含量均高于油松。在不同土壤相同含水量下，2年生油松和國槐的淀粉酶活性相較之對照組未灌水和施肥的2年生林木均呈現出逐漸上升的變化趨勢；隨著土壤含水量增加，淀粉酶活性隨之增加。當國槐和油松林在相同土壤和水分處理下，國槐葉片中淀粉酶活性均低于油松林，可溶性糖含量則高于油松。國槐、油松在不同土壤相對濕度處理下的葉綠素糖苷酸和β-胡蘿卜素含量也存在一定差異。國槐與油松葉片中β-胡蘿卜素含量均明顯高于未灌水和未施肥的對照組；而油松林β-胡蘿卜素明顯低于未灌水和未施肥的對照組，且在相同土壤相對濕度處理下2年生國槐與油松中β-胡蘿卜素含量比對照組分別低了37.5%和26.4%。

5" 建議

在移植成活率較低的園林生態型植物的移植過程中，可在移栽之前進行施肥，并適當添加N。如，油松雖然是一種強陽性、喜光、耐旱性較好的樹種，但在砂質土壤上種植依然會出現苗木頂端枯萎的情況。在直徑較大的幼苗移栽之前，須進行營養控制，在完成移植后需進行適當地澆水，但澆水量不宜過多，若澆水量過多則會使得土壤養分利用率和水分利用率下降。在生態林中，要注意生長與環境的關系，這樣既能提高樹木的生長，又能減少土壤中的氮和有效營養物質的損失。對大興沙地油松生態林而言，改變土壤酸堿度會在一定程度上促進油松的生長。如果油松移植后長勢不佳，需要人工管護來促進生長，可以適量少量灌水，并同時少量施用有機肥。因為在短期內，大量施用有機肥對油松生長沒有明顯的促進作用，而且在實際應用中，如果大規模、高劑量施用有機肥經濟成本也是非常高昂的，一是有機肥本身的成本，二是施加有機肥的人工成本。對國槐來說，增加施肥量能顯著促進林木各方面生長，適當施肥后節水灌溉能顯著提高國槐各方面的生長速度。施肥后土壤養分分布的研究結果表明：少量多次灌水有利于提高土壤養分和水分利用率，有利于促進林木生長，保護環境，節約資源。在大興地區，無論是國槐還是油松，在施用有機肥的同時要適當補充氮肥，以緩解植物對氮素的抑制。

總而言之，現階段的平原生態林還有很多地方需要通過人工長時間跟蹤并進行干預和維護，從而逐漸實現移植苗木的生態服務功能。

參考文獻：

[1] 王智琦，馬忠明，張立勤.水肥耦合對作物生長的影響研究綜述[J].甘肅農業科技，2019（5）：44-47.

[2] 陳碧華，郜慶爐，楊和連，等.日光溫室膜下滴灌水肥耦合技術對番茄生長發育的影響[J].廣東農業科學，2018（8）：63-65.

[3] 劉穎.北京大興區森林資源固定樣地調查分析[J].防護林科技，2021（2）：47-49，83.

[4] 廖宇波，溫良友，孔祥斌，等.近40年大興區耕地土壤有機質時空變異特征及其影響因素[J].土壤通報，2020（1）：40-49.

[5]謝偉，黃璜，沈建凱.植物水肥耦合研究進展[J].作物研究，2020，21（5）：541-546.

[6] 穆興民.農田水肥耦合效應與協同管理[M].北京：中國林業出版社，2019.