吉林省西部沙地典型農林復合模式實施效果

關鍵詞：農林復合模式；作物；沙地；效果；影響因素；吉林省西部中圖分類號：S750文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.06.020引用格式：，，，等.吉林省西部沙地典型農林復合模式實施效果[J].中國水土保持，2025（6）：67-71.

沙化土地生態環境惡劣，水土資源質量偏低，給農業生產和生態環境保護帶來了巨大困難。在沙化地區實施農林復合模式對于提高沙地防風固沙能力、改良土壤、增加農業生產力具有重要意義[1-3]。許多學者針對東北地區沙化土地農林復合模式進行了相關研究。于吉[4]分析了蘋果和花生間作不同間隔距離時種間競爭、互利關系對光能和土壤養分利用效率的影響，結果表明蘋果和花生間距為 3m 時效益達到最高。劉洋等[5]發現在沙地蘋果和紅薯間作系統中蘋果對紅薯的影響主要分布在 2.0m 范圍內，該模式能顯著提高土地利用效率。賈微等[分析了遼寧省沙地不同“杏樹 + 區域典型農作物”配置方式對水分競爭、利用效率和作物產量的影響，結果表明甘薯、谷子、花生在林下距林帶 1～2m 處均與杏樹產生水分競爭。朱美娜在東北的“三北”防護林典型區——赤峰、宋站、通遼和四平研究了楊樹防護林對土壤磷、氮、碳轉化和存儲的影響，為農田防護林效益評價、維護和更新提供了理論支持。趙愷等[8選取科爾沁沙地遼寧地區6個典型沙地農林復合模式，分別對6個模式的生態效益、經濟效益、社會效益進行綜合評價，效益從高到低依次為沙棘-苦參模式 gt; 塞外紅模式gt;沙果模式gt;元寶楓-壽菊模式 gt; 火炬樹-壽菊模式 gt; 樟子松-壽菊模式。

土地沙化是吉林省西部的主要生態環境問題之一，《全國生態功能區劃》指出該區域是防風固沙生態系統服務功能區。同時，吉林省西部是農牧交錯地帶，生態環境較為脆弱，自然因素和人類不合理的開發利用加劇了區域農田沙化和土地鹽堿化，使風蝕變得更加強烈，嚴重影響了當地農業生產和經濟社會可持續發展，因此在吉林省西部沙地實施農林復合模式意義重大。本研究通過對吉林省西部沙地廣泛實施的4種典型農林復合模式進行土壤質量和作物產量監測，分析農林復合模式實施效果及其影響因素，以期為沙化土地農林復合系統配置和經營模式優化提供理論支持。

1 研究區概況

吉林省西部地理位置為 43^°22^′～46^°18^′N，121^°38^′～126^°11^′E ，地處松嫩平原西南部、遼河平原北端，土地面積為 46794km² ，屬干旱半干旱溫帶季風氣候區，位于我國濕潤的東部季風區和內陸干旱半干旱區的過渡帶，四季變化明顯。不同地點年均降水量 400～500 mm ，水面蒸發量 1500～1900mm ，無霜期 140d 。主要土壤類型包括風沙土、鹽堿土、黑土、黑鈣土、草甸土等。天然植被主要為草地，優勢種包括羊草、寸草、星星草、堿蓬等;森林植被稀疏，以楊樹、榆樹、樺樹、櫟樹為主。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

經實地調查，研究區沙化土地農林復合模式中林木防護措施類型主要包括“四行一帶”（4行樹木組成1條防護林帶）、單層農田林網、多層林帶，防護林樹種主要為楊樹，主要作物包括玉米、高粱、大豆和花生。對吉林省西部常見的4種農林復合模式每種選取1處樣地，并選取鄰近區域未實施農林復合模式僅播種作物的樣地作為對照組，共選取8處樣地。樣地1為“四行一帶”農林復合模式，作物為玉米，樣地2為其對照組；樣地3、4為單層農田林網農林復合模式，作物分別為大豆和高梁，樣地5、6為其對照組；樣地7為多層林帶農林復合模式，作物為花生，樣地8為其對照組，具體情況見表1。依據《鹽漬土基礎知識》、《天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級指標》（GB19377—2003）和文獻[9]，研究區樣地1、2屬輕度鹽漬化、輕度堿化、輕度沙化，樣地3、4、5、6屬中度鹽化、輕度堿化、輕度沙化，樣地7、8屬非鹽漬化、輕度堿化、輕度沙化。

2.2 指標測定

2.2.1 土壤指標

本研究取樣時間為2023年9月，取樣位置分別在防護林主風向后的1個林帶平均高度、3個林帶平均高度、7個林帶平均高度、10個林帶平均高度的位置，分別采用 1H，3H，7H，10H 表示，取樣深度為土壤表層20cm ，將土樣帶回實驗室中測定養分含量和鹽堿化指標。

土壤養分含量測定內容包括土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效鉀、有效磷含量和土壤陽離子交換量（CEC值）。有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量-稀釋熱法，全氮含量測定采用凱氏定氮法，全磷含量測定采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法，全鉀含量測定采用堿熔-火焰光度法，堿解氮含量測定采用堿解擴散法，速效鉀含量測定采用乙酸銨浸提-火焰光度計法，有效磷含量測定采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法，CEC值測定采用乙酸鈉交換法。土壤化學分析方法參考文獻[10]， pH 值采用 1：5 土水比 pH 計進行檢測，土壤可溶性離子濃度（EC值）采用 1：5 土水比EC計進行檢測，交換性鈉離子量測定采用乙酸鈉-氫氧化銨交換-火焰光度法，全鹽含量測定采用重量法，堿化度為交換性鈉離子量與陽離子交換量的比值。

2.2.2 風動力及侵蝕指標

參考文獻[11]，本研究室外數據獲取工作于2023年3月15—29日、2024年3月15—29日開展，在晴天少云的上午10：00采用大疆Phantom4RTK無人機對每個樣地進行遙感航測，獲得正射數據；再利用Arc-GIS軟件提取高程值，將相同地點2023年和2024年的高程差值換算為該地點的土壤侵蝕模數。參考文獻[12]，2023年初在每個樣地的中央位置布設風速廓線儀，在2023年3月17日8：00—8：10測定各樣地距地表 50cm 和 200cm 高度處的 10min 平均風速，再利用風速計算得到地表粗糙度，計算公式為

lgK=（u₁lgZ₂-u₂lgZ₁）/（u₁-u₂）

式中： K 為地表粗糙度，單位為 cm;Z₁ 和 Z₂ 為距地表高度，分別為 50.200cm;u₁ 和 u₂ 分別為距地表50、200cm 高度處的風速，單位為 m/s 。

2.2.3 作物養分含量

各樣地施肥情況均為：氮肥 200kg/hm² ，磷肥80kg/hm² ，鉀肥 50kg/hm² 。作物產量和作物體內 N 、P，K 含量均在10月末收獲時測定。作物生物量和產量的測定方法為設置5個 1m×1m 的樣方，采用精度為 0.01g 的電子秤進行稱量并取平均值;作物體內 含量利用J200型激光光譜分析系統進行測定。

2.2.4水分和養分利用效率

由于研究區地勢平坦，幾乎沒有地表徑流，且地下水水位較深，因此降水是唯一的水分來源。參考文獻「13]，水分利用效率為籽粒產量與2023年年降水量的比值，養分利用效率為施氮（磷）處理作物的籽粒產量與施氮（磷）量的比值。

2.3 軟件處理

本研究采用Excel和SPSS軟件進行數據整理，Canoco5軟件進行冗余分析（RDA）。

3 結果與分析

3.1土壤養分、鹽堿化狀況

測定得到4種農林復合模式不同位置土壤養分含量和鹽堿化指標，見表2。在各農林復合模式中，均表現為對照組的土壤鹽堿化指標最高、土壤養分含量最低，表明農林復合模式的實施可有效增加土壤養分含量，降低土壤鹽堿化程度。4種農林復合模式均為3H和7H處土壤養分含量較高，土壤鹽堿化指標較低，表明3H＼～7H范圍內是農林復合模式改善土壤養分條件、降低土壤鹽堿化程度的最佳范圍。

3.2農林復合模式的風蝕消減機理

與對照樣地相比，4種農林復合模式樣地在空曠區域距地表 50cm 和 200cm 高度處的風速減小率即為防風率。經測定，4種農林復合模式對照組在 50cm 高度處的 10min 平均風速分別為5.2、5.8、5.4、6.2m/s，200cm 高度處的 10min 平均風速分別為7.4、8.2，7.6，9.0m/s 。計算得到4種農林復合模式不同位置的防風率見表3。 50cm 高度處模式 A，B₁，B₂，C 的防風率分別為13. 46% ＼～48. 07% 、17. 30% ＼～71.15%15.38%～67.30%.21.15%～63.46%，1 200cm 高度處的防風率分別為 17.53%～50.17%.20.82%～ 71.71%18.65%～67.77%.27.96%～67.35% 。可以看到，4種農林復合模式均可顯著降低風速，4種模式下不同位置的防風率均表現為 10Hgt;7Hgt;3Hgt;1H ，距防護林的距離越遠，防風效果越好。

計算得到4種農林復合模式及其對照組的地表粗糙度和土壤侵蝕模數，分別見表4、表5。可以看到，4種農林復合模式均顯著提高了地表粗糙度，削弱了風蝕發生條件，且不同位置的地表粗糙度提升效果表現為 1Hgt;3Hgt;7Hgt;10H ，距防護林的距離越近，地表粗糙度越大。對照組的土壤侵蝕模數較高，在實施了4種農林復合模式后， 1H～10H 范圍內土壤侵蝕模數均降低到《生產建設項目水土流失防治標準》（GB/T50434—2018）規定的北方風沙區允許土壤流失量1000t/（km²?a） 以下，可以說4種農林復合模式均有較好的控制土壤侵蝕效果，固沙效果顯著。模式A、B₁，B₂，C 不同位置土壤侵蝕模數的下降率分別為60.60%～86.20%，68.30%～88.60%，70.20%～ 89.40%.44.90%～80.30% ，不同位置的土壤侵蝕模數均表現為 7Hlt;10Hlt;3Hlt;1H 。

3.3不同農林復合模式的生物量和作物產量

表6為測定得到的4種農林復合模式不同位置及其對照的作物生物量、作物產量和作物N、P、K元素含量。相比于對照組，4種農林復合模式的作物生物量和作物產量均有顯著提高，其原因可能是農林復合模式起到了很好的防風固沙效果，提高了土壤養分含量，降低了土壤鹽堿化程度，改善了作物生長環境。模式A，B₁，B₂，C 不同位置作物產量分別提高了 61.5% ＼～107.7%32. 0%～98. 0%.33. 1～95. 5%. 30. 5%～ 86.1% 。模式 A，B₁，B₂ C 均在 3H～7H 處作物生物量和作物產量較高，這可能是因為當作物與防護林距離較近時，作物和林帶會產生光、水、熱、肥料等生長條件的競爭，而當作物與防護林距離較遠時，防護林的防風固沙效果會減弱。相對于作物生物量和作物產量，4種農林復合模式與其對照組的作物 _N，P，K 元素含量差異較小，且在 1H，3H，7H，10H 處作物N、P、K元素含量十分接近。

3.4冗余分析結果

通過對土壤質量指標、環境因子等與作物生長指標進行冗余分析，探索不同農林復合模式中對作物生長影響程度較大的因素，其中作物生長指標包括水分利用效率、養分利用效率、單位面積作物產量，以及作物 _N，P，K 元素含量，土壤質量指標包括有機質含量、堿解氮含量、速效鉀含量、有效磷含量、堿化度、砂粒含量、陽離子交換量、交換性鈉離子量、全鹽含量，環境因子包括地表粗糙度、土壤侵蝕模數、 50cm 和 200cm 高度處的風速。冗余分析結果顯示，4種農林復合模式第一軸和第二軸的相關性系數均大于0.5，模式A、B₁，B₂，C 的前兩軸累積解釋率分別為 89，2%，85.5% 、77.3%.81.5% ，表明4種農林復合模式的冗余分析結果是可靠的。對于模式A，影響較大的因素有土壤有效磷含量、堿化度、砂粒含量;對于模式 B₁ ，影響較大的因素有土壤有機質含量、有效磷含量、砂粒含量；對于模式 B₂ ，影響較大的因素有土壤砂粒含量、堿解氮含量、有機質含量；對于模式C，影響較大的因素有50cm高度處的風速、土壤侵蝕模數、土壤陽離子交換量。因此，農林復合模式通過增加土壤養分含量，降低土壤鹽堿化程度，推動土壤肥力提升，控制區域風蝕發生，可有效促進作物生長，提高作物產量。此外，依據影響因素不同，針對性地布設防護措施和增產措施，可進一步提高農林復合模式的經濟效益和生態效益。

4結論

以吉林省沙化土地的4種典型農林復合模式，即4行楊樹 + 玉米、單層楊樹網格 + 大豆、單層楊樹網格 + 高粱、7行楊樹 + 花生為研究對象，通過無人機遙感監測和樣地取樣監測，對土壤養分含量、土壤鹽堿化程度、土壤侵蝕模數及其動力因子、作物生物量及作物產量進行分析，土壤取樣位置分別為防護林主風向后1個林帶平均高度、3個林帶平均高度、7個林帶平均高度、10個林帶平均高度處，并設置僅種植作物的對照組進行對比分析。結果表明： ① 農林復合模式的實施可有效增加土壤養分含量，降低土壤鹽堿化程度，3H～7H 范圍內是農林復合模式改善土壤養分條件、減輕土壤鹽堿化的最佳范圍； ②4 種農林復合模式均可顯著降低風速，增加地表粗糙度，并將土壤侵蝕模數控制在 1000V（km²?a） 以下，防風固沙的效果較好； ③ 4種農林復合模式的作物生物量和作物產量均有顯著提高，但對作物 元素含量影響較小； ④ 農林復合模式通過增加土壤養分含量，降低土壤鹽堿化程度，推動土壤肥力提升，控制區域風蝕發生，可有效促進作物生長，提高作物產量，

實地調查發現，在吉林省西部沙化土地的農林復合模式中，為追求防護林快速生長以發揮防護作用，防護林的樹種選擇較為單一，大多為楊樹，且林齡配置不合理，會對農林復合生態系統的穩定性和防護林的防護效果發揮產生限制作用，未來需要因地制宜對吉林省西部沙化土地農林復合模式的防護林和作物種類配置，以及后續管理撫育進行優化。

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（責任編輯 李佳星）