覆蓋處理對干旱河谷區(qū)造林苗木生長及土壤速效氮的影響

左琴 姜廣爭 李猛 席光超 陳瑞華

（1.海南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，海南海口 570203；2.海南省環(huán)境科學(xué)研究院，海南?？?571126）お

摘要

［目的］研究不同覆蓋處理方式對造林苗木生長及土壤速效氮含量的影響。［方法］選取岷江上游山地森林/干旱河谷交錯(cuò)帶下沿植樹造林試驗(yàn)地段，研究了4種覆蓋處理方式（覆草、覆皮、覆膜、擋水墻）對參試樹種成活率、苗高生長量及其林下土壤速效氮含量影響。［結(jié)果］不同覆蓋處理方式均顯著提高了參試樹種的成活率及苗高生長量，其中成活率均值達(dá)到77.87%，較對照組提高了33.25%，而新疆楊苗高生長量顯著高于其他樹種，這與引種樹種速生生理特性有關(guān)；覆蓋處理均顯著增加了油松、岷江柏、榆樹林下土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，但其含量因不同覆蓋方式、不同試驗(yàn)樹種而呈現(xiàn)差異特征，對引種樹種新疆楊林下土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮無顯著促進(jìn)作用。［結(jié)論］該研究對干旱河谷區(qū)植樹造林樹種及營林模式選取具有重要參考意義。

關(guān)鍵詞 覆蓋處理；干旱河谷；生長；速效氮

中圖分類號 SB181.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 0517-6611（2014）19-06285-03

Effect of Mulch Handlings on Trees Growth and Soil Available Nitrogen for Dry Valley

ZUO Qin et al

（Investigation and Design Institute of Water Resources and Hydropower Hainan Province，Haikou，Hainan 570203）

Abstract［Objective］Effect of mulch handlings on trees growth and soil available nitrogen was studied.［Method］ The paper selected the ecotone of the upper reaches of Minjiang River between mountain forest anddry valley as a testing ground of afforestation，and studied the four handlings of mulch (grass cover，turf，plastic film，retaining wall) on the tested species survival，growth and its soil available nitrogen contents. ［Result］ The results show that all different handlings of mulchsignificantly improved the survival rate of the tested species and growth，where the mean survival rate reached 77.87%，increased 33.25% compared with the control group，but the Xinjiang populus growth was significantly higher than the others，this relevant with fast-growing tree species of Xinjiang populus on physiological characteristics. Mulching handlings significantly increased soil nitrate and ammonium nitrogen 玃inus tabulaeformis, Cupressus chengiana, Ulmus pumila，but its content has differences because of different mulch handlings，test species. The introduced species of Xinjiang populus have no significant role in promoting on nitrate and ammonium nitrogen. ［Conclusion］ The study has important reference value in selecting tree species and forest mode selection in dry valley afforestation.

Key words Mulch handlings; Dry valley; Growth; Soil available nitrogen

作者簡介

左琴（1986-），女，四川武勝人，碩士，從事水土保持、工程設(shè)計(jì)、植被恢復(fù)工程等研究。

收稿日期 20140528

土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)決定了土壤水分供給的有效性，是林木生長和發(fā)育的主導(dǎo)因子［1］。覆蓋處理技術(shù)可以改善土壤水熱狀況和養(yǎng)分狀況、遏制土壤侵蝕和退化、促進(jìn)作物的生長和發(fā)育。研究表明，覆蓋提高了果園各層土壤含水量和土壤養(yǎng)分的有效性，改善了果園土壤的結(jié)構(gòu)和性狀、增加了植株根系數(shù)量，對葉片數(shù)量、質(zhì)量、葉片大小以及枝條抽生數(shù)量、質(zhì)量和樹冠大小、葉面積系數(shù)等指標(biāo)均有良好的優(yōu)化作用［2］。覆蓋物層的存在，使得土壤熱量平衡過程發(fā)生了一定程度的變化，進(jìn)而對土壤水分、養(yǎng)分特征以及地表植被的根系吸收發(fā)生顯著影響。目前對覆蓋技術(shù)的研究較多集中在對果園土壤理化性質(zhì)［3］、農(nóng)田土壤肥力和生物學(xué)性質(zhì)［4］及土壤無機(jī)氮和氮素礦化率［5］等方面進(jìn)行分析，而對于植樹造林苗木覆蓋處理的影響少有報(bào)道，尤其對于干旱河谷區(qū)的土壤覆蓋研究更少。

岷江上游干旱河谷是橫斷山區(qū)干旱區(qū)中心之一。近年來在全球氣候變化背景下，原生植被因近40 a來（至1998年國家禁止天然林砍伐）人類掠奪式開發(fā)而消失殆盡，加之開荒墾殖、放牧和刈割灌草等一系列人為活動，使得森林資源銳減、生態(tài)功能衰退，致使干旱河谷土壤裸露、水土流失嚴(yán)重，因此，如何最大程度地提高植樹造林的質(zhì)量成為干旱河谷區(qū)首要問題。通過選取岷江上游山地森林/干旱河谷交錯(cuò)帶下沿植樹造林試驗(yàn)地段，對植樹造林林下4種覆蓋處理方式進(jìn)行研究，分析了其對參試樹種成活率、生長量及林下土壤速效氮含量的影響特征，探討了該區(qū)域植樹造林林種及模式，為科學(xué)規(guī)劃干旱河谷區(qū)森林經(jīng)營與管理、盡快發(fā)揮植樹造林的生態(tài)效益服務(wù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)地設(shè)在四川省理縣甘堡鄉(xiāng)熊耳村熊耳山，地理坐標(biāo)為31°31′6″~31°32′10″N，103°12′25″~103°13′36″E，地處川西北高原東南緣，邛崍山脈東側(cè)，四川盆地西北部。受西伯利亞西風(fēng)氣流、印度洋暖流和太平洋東南季風(fēng)3個(gè)環(huán)流的影響，形成季風(fēng)氣候，最高極溫37 ℃左右，最低極溫-19 ℃左右，年均氣溫6~9 ℃，≥0 ℃積溫3 800~4 500 ℃，無霜期190 d，≥10 ℃活動積溫3 200~3 800 ℃，年干燥度1.6~2.5，年平均日照時(shí)數(shù)1 835 h，年降雨量400~600 mm，年蒸發(fā)量739.3~1 656.7 mm。各月降水分配存在明顯的差異，表現(xiàn)出季節(jié)分配極不均衡，70%～80%降水集中在5～10月，為雨季，且降雨強(qiáng)度大，多暴雨；冬半年(11月至次年4月)降水稀少，僅占全年降水量的20%以下，為干季；個(gè)別年份出現(xiàn)全旬、全月無降水，空氣濕度小，大氣干燥。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2007年7月份，在山地森林/干旱河谷交錯(cuò)帶的下沿地段、海拔范圍為2 364～2 465 m、坡度≥25°的陽坡，設(shè)置100 m×200 m試驗(yàn)樣地，然后按20 m×20 m小區(qū)進(jìn)行種內(nèi)和種間2種混合造林，圍欄封育，以規(guī)避牧畜采食和踐踏的影響。試驗(yàn)樹種選擇岷江柏(獵upressus chengiana）、油松(Pinus tabulaeformis)、榆樹(Ulmus pumila)等3個(gè)鄉(xiāng)土樹種和新疆楊(Populus bolleana 獿auche)1個(gè)引種樹種，其中鄉(xiāng)土樹種來源于理縣林場苗圃基地，均為2年實(shí)生苗木；引種樹種源自新疆伊犁，為當(dāng)年扦插苗木。每種試驗(yàn)樹種均設(shè)置4個(gè)處理，1組對照，采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對每種參試樹種分別選擇100株苗木進(jìn)行覆蓋枯草、覆蓋地膜、覆蓋草皮和擋水墻處理，以對照為參考，不作任何處理，覆蓋面積均約為0.5 m×0.5 m。具體處理：①覆蓋雜草(簡稱覆草)，采用刈割自試驗(yàn)樣地周圍的野生茅草，覆蓋在栽植坑穴上，并用土塊或石塊壓實(shí)，以防散落。②覆蓋草皮(簡稱覆皮)，將剝離的表層土壤草皮回填至栽植幼苗后的坑穴表面，從樹莖部向四周覆蓋，并將草面向下。③覆蓋地膜(簡稱覆膜)，購買市售的白色地膜，覆蓋在整個(gè)坑穴表面，用土壓緊，并在地膜上均勻布置30個(gè)左右小孔，以保障降雨的入滲。④擋水墻，在幼苗坑穴下緣布置長×寬×高約為0.4 m×0.2 m×0.4 m的帶狀墻體，在擋水墻內(nèi)側(cè)鋪設(shè)地膜，填土踩實(shí)。⑤對照，栽植幼苗后，坑穴表層不作任何覆蓋處理。

試驗(yàn)樣地植被類型現(xiàn)狀以草本植物為主，平均高度為0.2 m，平均蓋度60%，間有稀疏灌叢，平均高度為0.5 m，平均蓋度15%，土壤類型為山地褐土，pH為7.5，容重為1.23 ゞ/cm3，有機(jī)質(zhì)含量為35.44 g/kg，全N含量為20.76%。

1.3樣品采集與測試

于2010年4月份，在試驗(yàn)地的每個(gè)試驗(yàn)樹種內(nèi)，按“S”形5點(diǎn)取樣法，在相同覆蓋處理間選取5個(gè)樣點(diǎn)，挖取20 cm土壤剖面，采用機(jī)械分層法劃分2層，即0～10 cm和10～20 cm，然后5點(diǎn)混合取樣，裝入黑色布袋，共計(jì)40個(gè)樣品，迅速置于裝有冰塊的保溫箱低溫保存，帶回實(shí)驗(yàn)室，以備室內(nèi)分析測試。

土壤銨態(tài)氮采用2 mol/L氯化鉀浸提-靛酚藍(lán)比色法；硝態(tài)氮采用酚二磺酸比色法測定，所有測定均重復(fù)3次。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)輸入與處理在Spss17.0和Excel 2003中完成，試驗(yàn)組與對照組間顯著性檢驗(yàn)采用Spss17.0中兩獨(dú)立樣本玊檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1試驗(yàn)樹種苗木成活率分析

造林成活率是指單位造林面積上,栽植點(diǎn)數(shù)與成活的栽植點(diǎn)數(shù)的百分比，是造林質(zhì)量好壞及造林效果的重要指標(biāo)之一。造林3年后，在不同覆蓋處理方式下各試驗(yàn)樹種苗木成活率均有大幅提高。不同試驗(yàn)樹種成活率統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，鄉(xiāng)土樹種成活率較高，其平均成活率達(dá)到81.65%、85.98%、83.88%，引種樹種新疆楊成活率最低，僅為56.15%。以上分析表明覆蓋處理營林模式對提高干旱河谷區(qū)植樹造林成活率具有重要意義，鄉(xiāng)土樹種應(yīng)作為干旱河谷區(qū)造林樹種的首選。

表1不同覆蓋處理試驗(yàn)樹種苗木成活率

覆蓋處理油松 岷江柏 榆樹 新疆楊 平均

① 87.30 90.00 86.40 57.30

② 83.20 87.30 87.20 62.50

③ 86.60 86.10 83.30 64.50

④ 69.50 80.50 78.60 40.30

平均 81.65 85.98 83.88 56.15

CK 58.50 70.30 66.50 33.40

2.2 試驗(yàn)樹種苗高生長量分析

定期統(tǒng)計(jì)林木生長量，可以了解林木生長的進(jìn)程、現(xiàn)狀和趨勢，為森林經(jīng)營與管理提供根據(jù)。造林3年后，統(tǒng)計(jì)各試驗(yàn)樹種苗高表明，油松、岷江柏、榆樹苗高平均值分別為10.33、8.26、9.27 cm，新疆楊則達(dá)到21.79 cm，其地徑在0.35~0.51cm之間；對不同覆蓋處理的統(tǒng)計(jì)表明，覆蓋處理對岷江柏及新疆楊的生長量影響較大。其中，對于岷江柏，覆草處理下，3年后苗高平均達(dá)到11.50 cm，為對照組的2.17倍，擋水墻處理下，苗高平均值僅為5.81 cm；對于新疆楊，地膜處理下苗高生長量較高，平均值達(dá)到27.79 cm，為對照組的1.78倍；不同覆蓋處理對油松和榆樹的影響較低，但也遠(yuǎn)高于對照組。以上分析表明，不同覆蓋處理均有利于所有參試樹種的生長，其原因在于不同覆蓋處理均提高了試驗(yàn)樹種生長所需要的水分及養(yǎng)分，對涵養(yǎng)水源具有顯著作用，而對于引種樹種新疆楊，其苗高均高于其他鄉(xiāng)土樹種，這與引種的新疆楊為速生楊有關(guān)。

表2不同覆蓋處理試驗(yàn)樹種苗高生長量

cm

覆蓋處理 油松 岷江柏 榆樹 新疆楊

① 11.72±3.57 11.50±1.90 10.40±1.83 20.10±8.36

〖BHDW〗② 9.75±1.15 7.50±1.46 8.82±1.85 18.90±4.37

③ 10.84±1.78 8.16±0.85 9.57±2.01 27.79±6.11

④ 9.00±1.55 5.81±0.79 8.29±2.87 20.20±6.36

平均 10.33±2.01 8.26±1.25 9.27±2.14 21.79±6.30

CK 5.79±0.90 5.30±1.07 5.40±0.76 15.60±1.88

注：表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)（玭=10株）±標(biāo)準(zhǔn)差。

2.3 試驗(yàn)樹種不同覆蓋處理下土壤速效氮特征

土壤速效氮一般指可以直接被植物根系所吸收的氮，主要包括銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，其含量高低對評價(jià)土壤肥力水平具有很好的表征作用，常作為土壤特性空間變異特征研究的對象，而覆蓋處理可顯著提高土壤速效氮含量。從圖1(a、b、c、d)分析可知，在覆草處理下，油松、岷江柏和榆樹林下土壤硝態(tài)氮含量顯著高于對照組（玃＜0.05），其含量分別為5.73、3.81、7.13 ﹎g/kg,較對照組分別提高了1.62倍、0.25倍、1.96倍。而所有覆蓋處理下土壤銨態(tài)氮較對照組均未達(dá)到顯著差異水平，油松、岷江柏、榆樹、新疆楊中土壤銨態(tài)氮含量分別為4.56、3.94、2.60、2.48 mg/kg；在覆草皮處理下，油松林下土壤硝態(tài)氮較對照組無顯著變化，岷江柏和榆樹則有顯著提高，分別為6.73、5.38 mg/kg，相對于對照組分別提高了1.21倍、1.23倍，土壤銨態(tài)氮含量則無顯著變化，油松、岷江柏、榆樹、新疆楊中土壤銨態(tài)氮含量分別為2.59、3.41、1.78、2.09 mg/kg；在覆地膜處理下，油松、岷江柏和榆樹林下土壤硝態(tài)氮含量均顯著高于對照組，油松林下土壤銨態(tài)氮顯著高于對照，岷江柏和榆樹林下土壤銨態(tài)氮?jiǎng)t較對照無顯著變化；在擋水墻處理下，油松和榆樹林下土壤硝態(tài)氮含量顯著高于對照，分別為6.79、5.42mg/kg，分別較對照組提高了2.10倍、1.25倍，岷江柏顯著低于對照，其含量為1.26mg/kg，降低了0.59倍；在不同覆蓋處理下，新疆楊土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量較對照組均未達(dá)到顯著差異水平。

圖1 各試驗(yàn)樹種（a.油松;b.岷江柏;c.榆樹;d.新疆楊）不同處理下土壤速效氮含量變化

以上分析表明，不同覆蓋處理提高了鄉(xiāng)土樹種油松、岷江柏和榆樹林下土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，而其含量差異因不同覆蓋、不同試驗(yàn)樹種呈現(xiàn)不同差異水平，對引種樹種新疆楊林下土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮?jiǎng)t未達(dá)到顯著促進(jìn)作用，這對干旱河谷區(qū)植樹造林樹種及營林模式具有重要借鑒意義。

3 結(jié)論與討論

（1）土壤水分對作物生長發(fā)育具有重要影響，其含量的高低、分布等不僅影響到土壤理化特性，而且也間接作用于作物的生長發(fā)育過程。對干旱河谷區(qū)試驗(yàn)樹種不同覆蓋處理研究結(jié)果表明，覆蓋處理有效提高了造林樹種的成活率，其原因在于覆蓋處理降低了表層土壤蒸發(fā)量，使得降水更多地蓄積在根系土層，這就增加了植物生長所必需的水分及養(yǎng)分供給。吳婕［6］研究發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋可使土壤總孔隙度增加2.88%～5.76%，土壤容重降低 1.86%～3.73%，并且各生育期覆蓋處理的土壤含水量均比對照高，表明覆蓋處理可改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高土壤通透性和保水保肥性。

（2）

試驗(yàn)樹種新疆楊成活率高于對照，但較油松、岷江柏和榆樹等鄉(xiāng)土樹種偏低，其生長量卻最高，這可能與其對干旱河谷區(qū)存在不確定的適應(yīng)性有關(guān)。新疆楊的生長地帶主要在綠洲外圍和其內(nèi)部的主林帶，有一定的水分條件保證，因此其生長較快，在覆蓋處理作用下，新疆楊短期內(nèi)表現(xiàn)出生長迅速的特性，但隨著覆蓋處理保水蓄墑效用的降低，其成活率也就隨之降低。藺蕊等［7］對新疆南疆地區(qū)綠洲外圍混交林中胡楊和新疆楊光合特性比較的研究結(jié)果證明了這點(diǎn)。

（3）長期的覆蓋處理不僅能穩(wěn)定土壤溫度、抗旱保水、抑制雜草的生長，而且能顯著改善土壤的理化性質(zhì)［6］。該研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同覆蓋處理均顯著提高油松、岷江柏和榆樹林下土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，表明覆蓋處理通過改變土壤水分、熱量通氣狀況以及土壤微生物的種類、數(shù)量，土壤酶活性等因子，加快了土壤物質(zhì)循環(huán)以及提高土壤養(yǎng)分利用率，促進(jìn)了造林樹種對土壤養(yǎng)分的吸收，但不同覆蓋處理方式對不同參試樹種的土壤速效氮含量有一定影響。其中，覆草、覆蓋草皮對鄉(xiāng)土樹種土壤速效氮含量的促進(jìn)作用較為明顯，覆蓋地膜對林下土壤速效氮含量的影響較小，擋水墻處理則顯著提高了油松林、榆樹林的土壤總硝態(tài)氮的含量，這與硝態(tài)氮易溶于水有關(guān)。有研究結(jié)果表明，植物對土壤營養(yǎng)吸收的競爭，隨著土壤中氫離子濃度的變化而變化，因此，作為植物吸收氮源的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的肥效大小，無疑都與土壤水分條件有關(guān)系［8］。岷江柏林土壤硝態(tài)氮含量表現(xiàn)出與油松、榆樹相反的曲線特征，可能與不同植物種群生長、根系分布及其對硝態(tài)氮吸收利用能力的差異有關(guān)［9］。

（4）對于土壤速效氮的變化特征，土壤硝態(tài)氮含量在不同覆蓋處理下變化波動較大，而土壤銨態(tài)氮變化波動較小，表明不同覆蓋方式對土壤保水蓄墑效用不一，銨態(tài)氮的遷移和分布受根系發(fā)育狀況及水分供應(yīng)的影響較小。引種樹種新疆楊土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量顯著低于其他參試樹種，表明新疆楊生長迅速的特性過多地消耗了土壤速效氮含量，因此，從森林經(jīng)營角度看，該樹種不宜作為干旱河谷區(qū)的植樹造林的樹種。

（5）對于干旱河谷區(qū)的營林樹種的選擇與管理，應(yīng)優(yōu)先選取鄉(xiāng)土樹種，因地制宜、因物制宜、科學(xué)規(guī)劃與管理。不同覆蓋處理對土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量有重要影響，其含量高低因不同覆蓋、不同試驗(yàn)樹種而不同。結(jié)合該研究結(jié)果，總體而言，覆蓋處理可顯著提高土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，這有利于營林樹種根系對土壤營養(yǎng)的吸收，進(jìn)而提高營林苗木的生長質(zhì)量，以盡快恢復(fù)干旱河谷區(qū)森林植被，充分發(fā)揮其保持水土、涵養(yǎng)水源的作用。

參考文獻(xiàn)

［1］ 任青山.西藏冷杉原始森林土壤物理性質(zhì)特征分析［J］.林業(yè)科學(xué),2002,38(3):57-62.

(下轉(zhuǎn)第6329頁)