冀北壩上沙化土地沙棘人工林對水分的響應

張強 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象，通過設置樣方，逐月測定荒坡和沙棘林的水分狀況以及沙棘生長量，從而探明水分對沙棘生長的影響。結果表明：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，其中8月份水分條件最好，5月份水分條件最差。樹高和地徑的生長速度也呈斑塊狀分布，且與土壤水分關系密切，土壤體積含水率為40%時最適宜沙棘生長。

關鍵詞：? 冀北壩上;? 沙化土地;? 人工沙棘林;? 水分

中圖分類號：? ?S 728.4; S 793. 6? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001 - 9499（2021）06 - 0017 - 03

冀北壩上地區(qū)地處我國農(nóng)牧交錯地帶，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，抗風沙[ 3 ]，具有“獨木成林”的潛力[ 4 ]，其枝葉可做能源和飼料，果實可用于食品、保健品、藥品等[ 5 - 6 ]。因此，以植物防風固沙和經(jīng)濟林栽培理論為基礎，對冀北壩上沙化地區(qū)沙棘經(jīng)濟林進行研究，通過逐月對林地土壤水分與沙棘的生長狀況進行測定，明確水分條件與沙棘生長關系，從而為科學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半干旱大陸性季風型高原山地氣候，年平均氣溫0.9～6.2 ℃，無霜期110～145天，晝夜溫差大，年降水量約340～500 mm，年4級以上風日數(shù)210天左右，8級以上大風的日數(shù)最高可達65天。由于人為不合理的放牧、耕作和對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，土地沙化嚴重。

2 研究方法

2. 1 樣地設置

樣地設在外溝門鄉(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年營造。種植時，俄羅斯大果沙棘為2年生，種植密度為2 m×4 m，以未經(jīng)開墾的荒坡為對照。將沙棘林地和荒坡以20 m為一個點網(wǎng)格化處理，用TruPulse 360測量每個點的相對高程，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，坡長大約為300 m，且整體坡度均勻，荒坡最高點和最低點之間相差約12 m，沙棘林地最高點與最低點之間相差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 水分對沙棘生長影響研究

2. 2. 1 水分的測定

2018年5～9月，對上述測量高程的點，也就是每20 m一個測定點，每月月初和中旬各測一次，用TDR-300土壤水分速測儀測定其20 cm土層的體積含水率。

2. 2. 2 沙棘生長狀況調(diào)查

測定土壤體積含水率的同時，在每個水分測定點附近定株測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定的天數(shù)，計算出沙棘株高、地徑在各月的平均生長速度，與相應月份土壤水分的平均值做出土壤水分與生長的關系圖，分析沙棘生長最好的土壤水分條件。

3 結果分析

3. 1 研究地土壤水分月變化

經(jīng)水分測定可知：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，且水分高點和低點分布位置基本一致，水分高點分布在（200，250）、（100，80）、（150，120）、（200，100）附近，水分低點分布在（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速度分布

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

3. 3 沙棘樹高生長速度與土壤水分的關系

通過調(diào)查沙棘高生長速度與土壤體積含水率關系可知：5～6月土壤含水率在10～30%范圍內(nèi)，沙棘樹高生長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%，此時沙棘的樹高生長速度有先增加后減小的變化趨勢，在含水量為40%時，沙棘樹高的生長速度最快。

3. 4 沙棘地徑生長速度與土壤水分的關系

通過調(diào)查沙棘地徑生長速度與土壤體積含水率可知：5～6月，當土壤含水率在10～30%范圍內(nèi)時，沙棘地徑生長速度隨土壤含水率的增加呈增加趨勢，且當土壤含水率在20～30%時增加速度更快，地徑生長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%，沙棘地徑生長速度呈直線變化規(guī)律，且增加趨勢有所放緩;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，沙棘地徑生長速度最快。

4 結論與討論

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%時生長速度最快，可為沙棘在壩上沙化環(huán)境健康茁壯生長奠定基礎。

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，即當土壤體積水分小于40%時，隨著土壤水分的增加，樹高和地徑生長量的增幅增長較快;相反，當土壤體積水分大于40%時，水分反而抑制植物生長，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，沙棘林無論是高生長還是增粗生長均非常緩慢，這與裴斌的無產(chǎn)無效水[ 7 ]論點相似。7月份，雨季來臨，降水開始增加，土壤水分逐漸積累，此時沙棘生長速度加快，但土壤含水率超過40%，生長速度變緩，生長量變小，這與沙棘自身不喜積水[ 8 ]的特性有關。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，造成沙棘高生長和地徑生長速度變慢。

4. 3 如何從土壤中有效地利用水資源，是沙棘生長所面臨的基本問題之一[ 9 ]，本試驗明確了冀北壩上地區(qū)沙棘林生長的最適土壤含水率，為沙棘林在壩上地區(qū)正常生長和改善沙化土地奠定了基礎。本論文僅研究了沙棘對水分因子的響應，沙棘的防風效果以及與植物多樣性關系有待進一步研究。

參考文獻

[1] 王詩楠，? 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)牧交錯帶糧食生產(chǎn)及對策研究[D].? 呼和浩特：? 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學， 2012.

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

[4] 聶愷宏，? 吉生麗，? 鄒旭，? 等 .? 中國沙棘平茬萌蘗動態(tài)及其對種群結構的影響[J] .云南大學學報（自然科學版）， 2018， 40（04）： 804 - 813.

[5] 沙拉·喀孜爾.? 沙棘經(jīng)濟價值及栽培技術[J].? 防護林科技，2014（12）： 96 - 97.

[6] 齊緒斌.? 淺談沙棘的經(jīng)濟價值和栽培技術[J].? 農(nóng)村實用科技信息， 2014（08）： 3.

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

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

[9] 徐德兵.? 木本植物中國沙棘克隆生長對光照和灌水強度的響應[D].? 昆明：? 西南林學院， 2008.

第1作者簡介：? 張強（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，? 碩士生導師，從事退化土地生態(tài)修復的教學與科研工作。

收稿日期： 2021 - 07 -? 20

（責任編輯：? ?李 丹）