古尔班通古特沙漠南缘不同密度人工梭梭林改善小气候效应研究

雷春英,王学文,戴君峰,吴明,吴圣华,吉小敏

(1.新疆林科院造林治沙研究所,新疆 乌鲁木齐830063;2.新疆奇台县林业局,新疆 昌吉831800;3.新疆治沙办,新疆 乌鲁木齐830000)

新疆奇台县地处我国第二大沙漠——古尔班通古特沙漠南缘,县域有近10 000 km2的面积属于沙漠区域。1999年以来,该县实施防沙治沙工程,在沙漠前沿栽植了总面积20 000 hm2的梭梭防沙固沙基干林带,为绿洲建起了一道东西长65 km、南北宽3～5 km的绿色屏障[1]。近年来随着地下水的超量开采和梭梭林的高密度栽种,由于水分亏缺,梭梭林出现衰败退化甚至死亡。为了留住这道绿色屏障,保持梭梭林的防护效益,对梭梭林进行间伐,探索人工梭梭林合理的保留密度,为准噶尔盆地南缘的防沙治沙工程提供理论和技术支持。

1　研究区概况

研究地点位于新疆奇台县西北湾荒漠区,该地区位于新疆准噶尔盆地南缘,地理坐标为89°13′—91°22′E,43°25′—45°29′N,地貌特征为砾质戈壁和流动、半流动沙丘,地形由南向北渐缓,海拔高度300～650 m。属大陆性中温带干旱半干旱气候,冬夏长、春秋短,四季分明,年内温差变幅大,光照充足,降雨稀少、蒸发强烈,相对湿度小,年平均气温5.2℃,≥10℃的有效积温3 112.9℃,年平均降雨量176 mm,年平均蒸发量2 004.3 mm,年平均相对湿度60%,无霜期156 d,全年日照时数2 840～3 230 h,年平均风速2～3 m s-1,年8级以上大风天数超过32 d,绝对最高气温41℃,绝对最低气温-42.6℃。研究区土壤为风沙土。该区域在植被区划上属新疆荒漠植被区北疆荒漠植被亚区[2]。

研究区采用无灌溉造林技术,营造防风固沙基干林,树种以白梭梭为主,营造梭梭、沙拐枣混交林为辅,初植密度为3 m×1 m,经补植维持3 m×2 m[1]。本试验选择在林相整齐、水土条件基本一致、密度为3 m×2 m的白梭梭纯林内。试验林整个生长期无灌溉,仅靠天然降水。

2　试验方法与数据处理

2.1　试验方法

试验密度共设5个处理：(1)6 m×6 m,278株hm-2;(2)4 m×5 m,500株hm-2;(3)3 m×4 m,833株hm-2;(4)3 m×3 m,1 111株hm-2;(5)3 m×2 m,1 667株hm-2(对照)。于2013年3月,对梭梭林进行间伐,于2013年7月用Kastrel3000手持气象仪测定样地内50、100、150和200 cm高处的风速、气温和相对湿度;用T-300土壤水分温度测量仪测定0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm的土壤体积含水量。

2.2　数据处理

风速、气温、相对湿度用4个测量高度的平均值表示。土壤体积含水量用6个测量土层的平均值表示。用单因素方差分析(One-way ANOVA)分别比较梭梭林不同保留密度对气温、相对湿度和土壤体积含水量的影响。如果影响显著(P＜0.05),再用最小显著差异法(LSD)比较梭梭林不同保留密度之间的差异。

3　结果与分析

3.1　不同保留密度梭梭林内的风速

表1　不同保留密度梭梭林内的风速方差分析

由表1和图1可知,在梭梭防风固沙基干林中,人工梭梭林不同保留密度间风速差异不显著(F=0.869,P＞0.05)。密度为1 111株hm-2、500株hm-2、833株hm-2、1 111株hm-2的人工梭梭林与对照梭梭林对于风速的降低效果相当。

图1　不同保留密度梭梭林内的风速对比图

3.2　不同保留密度梭梭林内的气温

表2　不同保留密度梭梭林内的气温方差分析

由表2可知,在梭梭防风固沙基干林中,不同保留密度对林内气温有显著影响(F=4.706,P＜0.05)。由图2可见,不同保留密度梭梭林内的气温由低到高依次为1 111株hm-2＜833株hm-2＜1 667株 hm-2(对照)＜500株 hm-2＜278株hm-2,其中278株hm-2梭梭林内的气温显著高于对照(P＜0.05),密度为500株 hm-2、833株hm-2、1 111株hm-2的梭梭林与对照差异不显著。

图2　不同保留密度梭梭林内的气温对比图

3.3　不同保留密度梭梭林内的相对湿度

表3　不同保留密度梭梭林内的相对湿度方差分析表

由表3可知,在梭梭防风固沙基干林中,梭梭林不同保留密度对林内相对湿度有极显著影响(F=18.802,P＜0.01)。由图3可见,不同保留密度梭梭林内相对湿度由大到小依次为1 111株hm-2＞1 667株hm-2(对照)＞833株hm-2＞500株hm-2＞278株hm-2,其中保留密度为278株hm-2和500株hm-2梭梭林内相对湿度显著低于对照(P＜0.01),1 111株hm-2和833株hm-2与对照差异不显著。

图3　不同保留密度梭梭林内的相对湿度对比图

3.4　不同保留密度梭梭林内的土壤体积含水量

由表4可知,在梭梭防风固沙基干林中,梭梭林不同保留密度对土壤含水量有极显著影响(F=5.039,P＜0.01)。由图4可见,不同保留密度梭梭林内土壤体积含水量由大到小依次为500株hm-2＞278株hm-2＞833株hm-2＞1 667株hm-2(对照)＞1 111株hm-2,其中保留密度为500株hm-2的土壤体积含水量显著高于对照(P＜0.01),1 111株hm-2、833株hm-2和278株hm-2与对照差异不显著。

表4　不同保留密度梭梭林内的含水量方差分析

图4　不同保留密度梭梭林内的土壤体积含水量对比图

由图5可见,100 cm深度内,不同保留密度梭梭林内的土壤体积含水量的垂直分布特征大致相似,总体上呈现出随土层深度的增加土壤体积含水量递增趋势,这与前人的研究基本一致[3,4]。0～10 cm土层中,因表面蒸发、空隙水分扩散等,在表层容易形成水分低值区[4],不同保留密度梭梭林内的土壤体积含水量均低于5%。10～80 cm土层中,各保留密度土壤体积含水量差别较大,这或许是因为不同保留密度导致植物根系分布差异从而影响水分的动态分布所致[4]。80～100 cm土层中,不同保留密度梭梭林内的土壤体积含水量差别较小,且呈现出随密度的增加土壤体积含水量递减的趋势。

图5　不同保留密度梭梭林内的土壤体积含水量分布特征图

3.5　不同保留密度梭梭林改善小气候效应分析

对高密度人工梭梭林进行间伐后,会对林内气温、相对湿度、土壤含水量产生影响。在保留密度为833株hm-2与1 111株hm-2时,林内气温、相对湿度、土壤体积含水量均与对照差异不显著。说明当梭梭林保留密度为833株hm-2与1 111株hm-2时,不会对防护林的防护效益产生影响。在保留密度为500株hm-2时,林内气温与对照差异不显著,相对湿度显著低于对照,土壤体积含水量显著高于对照。说明当梭梭林保留密度降低为500株hm-2时,不会对林内气温产生影响,但会降低林内空气湿度,由于密度降低,土壤含水量明显高于对照,有利于抑制因水分亏缺引起的衰败。在保留密度为278株hm-2时,梭梭林内气温高于对照,相对湿度显著低于对照,土壤体积含水量与对照差异不显著。说明,当保留密度为278株hm-2时,林内气温显著增高,空气湿度显著降低,降低了梭梭林的防护效益。

4　结论

为保持人工梭梭林的防护效益,降低土壤水分损耗,抑制梭梭林因水分亏缺引起的衰败,梭梭林保留密度可采用500株hm-2,即株行距为4 m×5 m,这与河西走廊人工梭梭防风固沙林分保持梭梭正常生长发育和沙丘内水分状态平衡且能发挥防护效益的造林密度是4 m×4 m和5 m×4 m[5]一致。当人工梭梭林保留密度为278株hm-2时,土壤水分略微升高,但人工梭梭林改善小气候的效应已降到了最低。

参考文献：

[1]李剑林,罗治理.奇台县防沙治沙无灌溉造林技术初报[J].新疆林业,2009(3)：30-31

[2]中国科学院新疆综合考察队和中科院植物所.新疆植被及其利用[M].北京：科学出版社,1978：80-22

[3]陈启民,刘康,武卫疆,等.准格尔盆地南缘无灌溉造林区土壤水分变化规律[J].防护林科技,2011(5)：1-4

[4]格日乐,张力,刘军,等.库不齐沙漠人工梭梭林地土壤水分动态规律的研究[J].干旱区资源与环境,2006(6)：173-177

[5]刘克彪.不同密度人工梭梭林土壤含水量和林下植被的演替[J].防护林科技,1998(2)：12-15