韩城市花椒经济林冠层特性及土壤养分特征研究*

2010-05-07唐荣华李凯荣

水土保持研究 2010年2期

唐荣华,李凯荣

(西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨陵712100)

花椒(Zanthoxylum bungeanum)为芸香科花椒属,落叶小乔木或灌木,喜光照和干燥温凉的环境,适应性强,管理简便,经济效益高,作为一种经济林木,在我国有着广泛的分布[1]。花椒种植在韩城市有着悠久的历史,近年来,在国家和政府的帮助下,建成了“百里三千万株花椒林带”,成为全国规模最大、效益最好的花椒生产基地。近年来,随着人民生活水平的提高和食品加工业的发展,对花椒的需求越来越大,如何提高花椒单位面积产量,有效的利用光能和肥力,增加经济效益,促进农业生态和经济效益的提高就成为人们日益关注的问题。为此,本文通过研究韩城市花椒的冠层特性和土壤养分状况,为花椒林的合理光照、施肥、高产和持续经营提供科学依据。

1 研究区概况

韩城市位于陕西关中东北部,总面积1 630.48 km2,属于黄土高原与关中盆地的过渡地带,主要有山、川、原3种地貌类型,暖温带半干旱大陆性季风气候,年日照时数2 436 h,年总辐射量8.878×108J/m2,年平均气温13.6℃,极端最高气温40.6℃,极端最低气温-16.7℃,无霜期209 d,年降雨量590 mm。该区主要土壤种类为土和黄绵土,成土母质多为黄土。剖面可分为上下两部分,上部为覆盖层,颜色灰棕,团粒结构,质地轻至中壤,有较多的侵入体,石灰反应较为强烈;下部为原来的自然褐土,有棕色黏化层,质地中至重壤,棱柱状结构,钙积层质地中壤,块状结构,此种土体结构具有良好的保水保肥、耐旱耐涝的生产性能。

2 材料与方法

2.1 样地选择与采样

本试验主要研究不同立地条件下花椒林地的冠层特征和土壤养分状况。在3种立地条件下各选择5块具有典型代表性的花椒林地,树龄在15 a左右,株行距为2.53 m。每块样地各选10株进行冠层特性研究。采用分层调查法[2]对样树的树体结构进行调查。测量其树高、基径、枝下高、然后在垂直于树干方向上,从树冠基部开始往上调查枝条数、冠基径等。调查结果如表1所示。

表1 树体结构指标

2.2 冠层特性测定

采用英国Delta-T Devices公司生产的Hemi-View(Delta-T2000)型冠层影像分析系统。该仪器利用180°广角鱼眼镜头从下往上拍摄得到树冠的半球面影像(图 1),然后下载到计算机上,用HemiView(Version 2.1)软件进行影像分析[3]。

图1 花椒树冠的半球面影像

研究所采用的指标主要有叶面积指数(LAI)、冠型参数(ELADP)、平均叶片倾角(MLA)、直射光立地系数(ISF)、散射光立地系数(DSF)和综合光立地系数(GSF)等。

其中,叶面积指数指单位地表面积上叶片投影面积,冠型参数表示树冠的外形结构[3-5],当ELADP=1表明树木冠型接近圆形;ELADP＜1时,表明树木冠型各组成部分角度大部分接近垂直,冠型为长轴垂直的椭圆形;ELADP＞1时,表示树木各组成部分角度大部分接近水平,冠型为长轴水平的椭圆形。直射光立地系数(DSF)指直射光到达指定地点的量占在同样情况下直射光到达开放地区的量的比值,散射光立地系数(ISF)和综合光立地系数(GSF)分别指散射光及直射光和散射光的总和。所测数据用SPSS(统计分析系统)软件进行方差分析和LSD(最小显著差数法)多重比较。

2.3 土壤采集与分析

采用“S”型随机多点混合取样方法,在树冠边缘距树干2/3处分别采集0-20,20-40,40-60 cm土层土壤样品。土壤样品自然风干,分别过0.25 mm和1.0 mm筛以供测定。

土壤养分测定采用常规分析方法[6]。土壤有机质采用重铬酸钾容量-外加热法;碱解氮采用碱解扩散法;速效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法;速效钾采用NH4OAC浸提-火焰光度法进行测定。

3 结果与分析

3.1 不同立地条件下花椒树冠层特性分析

从表2可以看出,花椒树体冠层特性的各项指标在这3种立地条件下具有一定的差异性。对比这3种立地条件可以知道,平地上的花椒叶面积指数较北坡水平梯田增加29.8%,较南坡水平梯田增加9.3%;南坡水平梯田叶面积指数较北坡增加22.5%。同时方差分析结果表明,这3种立地条件下的叶面积指数均存在显著性差异。

表2 不同立地条件下冠层特性指标

3种立地条件下,花椒树的冠型参数在4～7之间,均大于1,表明其冠型为长轴水平的椭圆形。方差分析结果显示,北坡水平梯田和南坡水平梯田的冠型参数之间存在显著性差异。花椒树的平均叶倾角在33～44之间,方差分析结果显示,南坡水平梯田和北坡水平梯田、平地的平均叶倾角之间存在显著性差异。

从表2中可以看出,在3种立地条件下,南坡水平梯田的各项光立地系数尤为突出,较北坡水平梯田的ISF、DSF和GSF增加的幅度分别为24.3%、19.3和20%;较平地增加的幅度分别为30.6%、25.9和26.5%,由此可见,南坡水平梯田的光照条件良好,树体的透光性能增加,而平地的树体,由于叶面积指数大,枝叶繁茂,其相互重叠遮荫,反而使其透光性减少。方差分析结果显示,南坡水平梯田与北坡水平梯田、平地的散射光立地系数、直射光立地系数和综合光立地系数之间均存在显著性差异。

图2为太阳辐射通过树冠后所截获的散射、直射和辐射量。从图中可看出,树冠截获的散射量、直射量和辐射量,南坡水平梯田＞北坡水平梯田＞平地,其中,南坡水平梯田较北坡水平梯田所截获的散射能、直射能和总辐射能增加的幅度为 24.5%、19.2%和20.1%;较平地所截获的散射能、直射能和总辐射能增加的幅度为 30.7%、25.7%和26.7%。可见,由于立地条件的不同,树冠对太阳辐射的截获量差异显著。

图2 不同立地类型冠层截获的散射量、直射量和辐射量

3.2 花椒地土壤养分分析

3.2.1 土壤养分分级参照陕西土壤养分分级指标[7],将韩城地区的土壤养分进行初级分类(表3)。

表3 花椒地土壤养分分级指标

3.2.2 土壤有机质有机质是土壤的重要组成部分。其含量虽少,但对土壤肥力的作用很大,它不仅含有各种营养元素,给土壤微生物活动提供必要的能源,而且对土壤物理性质和化学性质起着重要的作用。土壤有机质含量是衡量土壤肥力水平高低的一项重要指标。通过对供试土壤样品的分析(表4),可知,花椒地土壤有机质平均含量为1.179%,变异系数为12.1%。3种立地条件下,表层0-20 cm土层中有机质含量达到1.34%高于平均水平,20-40 cm土层中有机质含量为1.12%,40-60 cm土层中有机质含量为1.06%,3个层次土壤有机质北坡水平梯田＞南坡水平梯田＞平地,对照土壤养分分级指标可以知道,该地区花椒地土壤有机质含量为中等偏下水平,尤其是平地条件下的花椒树更需加强有机肥的施用,以提高土壤肥力。

3.2.3 土壤碱解氮土壤碱解氮包括土壤矿化氮和一部分易溶解的有机氮。实践证明,碱解氮是土壤氮素肥力的重要指标之一。生物气候条件、耕作施肥以及灌溉等,都会影响土壤速效氮含量的变化。

由表4可知,花椒地土壤碱解氮平均含量为49.019 mg/kg,变异系数为9.7%。0-20 cm土层中,平地土壤碱解氮平均含量为57.194 mg/kg,高于北坡和南坡水平梯田,20-40 cm土层含量较表土少37%,40-60 cm土层含量仅为表层土的34%,可见,表层土壤养分富集,随着深度的增加,含量逐渐减少。3种立地条件下,平地土壤的碱解氮含量高于北坡和南坡水平梯田。总体上看,该地区土壤碱解氮含量属于中等水平偏上,说明该地区花椒地土壤氮素不缺。

3.2.4 土壤速效磷磷素是植物重要的营养元素,是植物体内生理活动所不可缺少的。因此了解土壤速效磷含量状况,对合理施用磷肥有着重要意义。

由表4可知,花椒地土壤速效磷平均含量为11.621 mg/kg,变异系数为23.8%。0-20 cm土层中,南坡土壤速效磷平均含量为17.825 mg/kg高于北坡和平地水平梯田,表层0-20 cm土壤与40-60 cm土壤的速效磷含量的变异系数为23.8%。3种立地条件下,南坡土壤的速效磷含量均高于北坡水平梯田和平地。总体上分析,该地区土壤速效磷含量小于30 mg/kg,说明该地区花椒地土壤磷素中等偏下,需要追加施肥。

3.2.5 土壤速效钾钾素是植物必需的营养元素,能加速植物对CO2的同化作用,促进碳水化合物的转化,增强植物的抗病力,提高植物的抗寒性和抗旱性,缓和由于氮肥过量所引起的有害作用等。

由供试土样的速效钾分析结果(表4)可知,土壤速效钾平均含量为249.93 mg/kg,变异系数为25.2%。0-20 cm土层中,南坡土壤速效钾平均含量为308.91 mg/kg高于北坡和平地水平梯田。3种立地条件下,南坡土壤的速效钾含量均高于北坡水平梯田和平地。总体上分析,该地区土壤速效钾含量大于100 mg/kg,说明该地区花椒地土壤钾素极为丰富,不需要追加施肥。

表4 花椒地土壤养分状况

3.3 花椒地冠层特性与养分关系

由表5可以看出,冠层叶面积指数与有机质含量和速效钾含量呈极显著相关,增加有机肥和钾肥的投入有利于增加树冠的叶面积指数;散射光立地系数与有机质含量、速效磷和速效钾呈极显著相关;折射光和综合光立地系数与养分之间无明显相关性;截获散射能与有机质含量、速效磷和速效钾呈极显著相关,截获直射能与养分之间无明显相关性。