覆盖和密度调控对女贞人工林土壤水季节性影响

彭婷婷，关庆伟，刘 娜，邱 雷，卢 雯

（1.南京中山园林梅花研究中心有限公司，南京210014；2.南京林业大学，南京210037）

绿地系统改善城市环境作用显著，随需求的增加，绿化面积的增长导致水资源消耗剧增。第一次水利普查公报显示我国现有园林草地灌溉面积53.3亿m2，年生态环境用水达106.3亿m3。《世界水资源发展报告4》指出，地球淡水资源十分有限，仅2.5%的淡水能够供人类、动植物使用［1］。由于经济发展和人口的增加，用水量不断增加，污水排放量增加，可用的水资源越来越少。

节约型绿地建设，可有效减少绿地水资源消耗。针对城市植物水分供应有限［2］的特殊性，试图通过提高土壤保蓄水能力，来减少水资源消耗。土壤水是土壤重要组成部分之一，影响土壤物质能量运输，植物根系的生长分布以及光合、蒸腾等生理指标［3－4］。土壤水平衡受植被组成和覆盖度、气候、土壤因素、地形、水文地质、人为干扰（保水剂、覆盖方式、耕作措施）多因素影响［5－8］。有研究表明覆盖可有效保持土壤水分［9］，控制密度在理论造林密度［10］范围内可有效减少块状绿地水分的消耗。此外，覆盖物取材方便、覆盖，密度控制可实施性强，覆盖实施后冬季保温夏季降温、提供腐殖质改善土壤的养分状况和物理性状，改善林地环境，2种措施结合可期提高土壤保水性。目前国外盛行MULCH覆盖，覆盖物主要是树皮、木片、松针、干草、堆肥等有机物，也有砂砾、小鹅卵石、聚苯乙烯膜等无机物。研究发现不同覆盖物种类、厚度和颗粒大小［11］，会造成土壤湿度、日蒸发量、累积蒸发量等的差异［12］。然而结合密度调控的不同材料覆盖如何影响城市绿地土壤水的研究较鲜见。本文以扬州市江都区近郊的女贞人工林为研究对象，立足于土壤水的变化，探讨覆盖和密度调控对其土壤含水量的影响，以期找出合理的经营措施指导节水型绿地建设。

1 试验材料和方法

1.1 试验地概况

选取扬州市江都区城郊6a生女贞人工林，位于北纬32°17′51″—32°48′00″，东经 119°27′03″—119°54′23″。女贞人工林概况见表1。

表1 女贞试验地概况

该地土壤属于灰潮土亚类，土层厚，养分状况整体较好，表层有机质含量2.58%，土壤全P、全K、全N含量分别为0.06%，0.76%，0.17%。林下无灌木，草本层生长旺盛，主要草种有乌蔹莓（Cayratia japonica）、水花生（Alternanthera philoxeroides）、一年蓬（Erigeron annuus）、小飞蓬（Conyza Canadensis）、毛野扁豆（Dunbaria villos）等。

1.2 样地处理

（1）覆盖。2011年12月，对选出的标准木分别进行稻草覆盖（C）、枯落物覆盖（K）、石砾覆盖（S）覆盖处理，不覆盖（CK）作为对照。覆盖情况详见表2。

表2 覆盖材料简介

四种覆盖处理在样方中随机分布。采用四种标记方式分别在对应植株上标记。每个处理覆盖面积为1m2，3次重复。

（2）密度调控。女贞林地原株、行距均为1.5m。另选2个20×20m样地，分别进行50%、70%强度的整株移植，控制株行距为1.5×3.0m，3.0×3.0m。

1.3 研究方法

于2012年4月、7月、11月，在各覆盖边缘下方，挖土壤剖面。按0—10cm，10—20cm，20—40cm自下而上采土样测定各理化性质。同时，未覆盖的土壤采样位置在树干周围1×1m边缘处，采样方法同上。参照中华人民共和国林业行业标准《森林土壤分析方法》［13］，依据 LY／T 1215—1999，环刀法测定土壤容重、毛管孔隙度，烘干法测含水量。

2 结果与分析

2.1 覆盖和密度调控对土壤含水量的影响

2.1.1 覆盖对土壤含水量的影响 各处理下土壤含水量值如表3所示。其中，土壤表层含水量最高。覆盖后一年内，7月含水量高。分别对未移植、50%和70%强度移植样地中各覆盖处理的土壤含水量进行单因素方差分析和均值比较，从4，7，11月数据可知，覆盖改变土壤含水量的垂直分布，土壤表层含水量增加。（1）未移植样地中，4，11月C处理的保水性最高，7月K处理的保水性最高。（2）50%密度移植样地中，4月、7月各覆盖处理的土壤表层含水量值在0.05水平下存在显著性差异，4，7，11月均C处理保水性最高。（3）70%密度移植样地中，4月各覆盖处理的土壤表层含水量值在0.05水平下在存在显著性差异。4月、11月C处理的保水效果最好，7月S处理保水效果好。除7月外，3种覆盖不同程度缩小重复间差异，未移植样地中效果突出。

2.1.2 密度调控对土壤含水量的影响 移走部分女贞后，人工林密度减小，相同处理个体间的差异增大。在相同覆盖条件下，分别比较未移植、50%和70%移植3样地间土壤含水量差异。（1）不覆盖处理，仅7月10—20cm含水量在3个密度梯度间有明显差异。（2）稻草覆盖（C），4月0—10cm，10—20cm土层含水量，7月0—10cm土层含水量，在3个林分密度下有明显差异，其中4月0—10cm土层含水量差异最显著。（3）枯落物覆盖（K），4月0—10cm土层含水量，7月0—10cm，10—20cm土层含水量，在3个林分密度下有明显差异，其中4月0—10cm土层含水量差异最显著。（4）枯落物覆盖（S），仅4月存在差异，0—10cm，10—20cm，20—40cm 土层含水量，在3个林分密度间均有明显差异，其中4月10—20cm土层含水量差异最显著。

综合可知，降低林分密度扩大了组内差异，并增加4，7月的土壤表层含水量。其中50%移植下含水量最高。

表3 不同处理土壤含水量

2.1.3 覆盖和密度调控的交互作用对土壤含水量的影响 覆盖缩小组内差异，使相同处理样点间土壤含水量值稳定，同时增加表层土壤含水量。树木移植扩大组内差异，增加4，7月的土壤表层含水量。4月未移植C处理，4月50%移植与无覆盖处理，C处理，K处理交互作用显著，显著性水平分别为0.017，0.045，0.038，0.044。

2.2 覆盖和密度调控对土壤毛管孔隙度的影响

2.2.1 覆盖对土壤毛管孔隙度的影响 相同密度林内比较各覆盖下毛管孔隙度的差异性。（1）未移植样地中，土壤表层（0—10cm）、下层（20—40cm）毛管孔隙度在4种覆盖处理间存在显著差异。以孔隙度为因变量进行LSD分析，结果如表4所示。结合图1—4看以看出：覆盖影响0—10cm，20—40cm毛管孔隙度，其中C覆盖最大地增加0—10cm土壤毛管孔隙度，增加值13.36%；3种覆盖措施间差异不明显，毛管孔隙度降低比例分别为14.91%，17.21%，20.03%。（2）50%移植样地中，仅20—40cm毛管孔隙度在4种覆盖处理间差异显著。覆盖与未覆盖相比，影响毛管孔隙度的作用明显；但C、K、S处理间差异不显著，毛管孔隙度分别降低27.92%，27.38%，28.73%。（3）70%移植样地中，仅20—40 cm毛管孔隙度在4种覆盖处理间的值差异显著。与未覆盖相比，C、S处理的改变毛管孔隙度的作用显著；C、S处理间差异不显著，毛管孔隙度分别降低28.00%，35.00%。

表4 不同覆盖类型土壤毛管孔隙度差异比较

2.2.2 密度调控对土壤孔隙度影响 相同覆盖下比较密度对毛管孔隙度的影响，如图1—4所示。未覆盖下不同密度间毛管孔隙度无显著性差异，组内差异大，但50%移植条件下土壤毛管孔隙度最大；比较C、K、S处理土壤各层毛管孔隙度在3密度间的差异性，结果显示仅C处理土壤0—10cm、S处理20—40cm对应值在不同林分密度间差异显著。综合分析，密度调控对毛管孔隙度的影响效果不显著。密度调控和覆盖间交互作用不显著，仅未移植和稻草覆盖交互作用显著。

图1 密度对未覆盖土壤毛管孔隙度的影响

图2 密度对稻草覆盖下毛管孔隙度的影响

图3 密度对枯落物覆盖下毛管孔隙度的影响

图4 密度对石砾覆盖下毛管孔隙度的影响

2.3 土壤毛管孔隙度对含水量的影响分析

降雨量、植被以及土壤因素影响土壤含水量。其中土壤物理因素包括孔隙度、容重、渗透性等。研究发现覆盖和移植后，土壤养分含量增加，与含水量变化趋势不完全一致，相关性弱。进一步以毛管孔隙度为变量，研究含水量与其关系。可知：（1）覆盖增加0—10cm毛管孔隙度、含水量，其中C处理明显改善毛管孔隙度，含水量增加最大。（2）不同密度样地间毛管孔隙度差异不显著，含水量差异不显著。分析毛管孔隙度与含水量相关性（图5），毛管孔隙度与相关性分别为0—10cm，10—20cm，20—40cm土壤含水量的63.55%，77.83%，75.70%。其中10—20cm 含水量与毛管孔隙度相关性最高。覆盖对土壤含水量的改善效果与对毛管孔隙度的改善效果一致。

图5 含水量与毛管孔隙度相关性

毛管水是土壤最有效的水分，可以自由移动，并伴随养分的迁移与转化，易被植物吸收利用。就7月土壤表层而言，在3个密度的女贞人工林内，覆盖仅影响未移植林地中0—10cm的毛管孔隙度。覆盖后土壤温度增加，土壤日平均温度C＞K＞CK＞S。覆盖能促进微生物的活动，土壤有机质含量增加，其中稻草腐烂分解进一步增加土壤有机质含量，有效改善土壤质地与结构。覆盖时以厚度为覆盖标准，枯落物层较稻草层疏松，后期的保温、增加有机质、保水效果随覆盖时间减弱［14］，相对稻草覆盖的效果弱。2012年4，7，11月采样中发现，稻草覆盖层仅下层腐烂分解，枯落物层大量分解、覆盖厚度逐渐降低。测定结果显示表层2012年4月土壤温度C、K处理相近，有机质含量K处理略大于C处理，2012年7，11月土壤温度C＞K，有机质含量C＞K。土壤温度增加、有机质含量增加有效改善土壤质地。

3 结论

通过研究江都地区土壤含水量与毛管孔隙度等，探讨覆盖和密度调控下土壤的保水性，结果表明：覆盖、适当的密度调控增加土壤含水量，可用于节水型绿地建设。不同时间各覆盖处理的效果存在差异，4，11月稻草覆盖的保水性最好，7月枯落物覆盖最好，石砾覆盖缩小各土壤层间含水量差异；1.5×3.0m的株行间距利于提高6a生女贞人工林的土壤保水性。

研究中发现枯落物的覆盖效果较稻草弱，建议采用同一质量标准进行覆盖后，进一步比较二者效果。随林地密度的降低，建议增大覆盖面积进一步讨论覆盖与密度调控的交互作用。

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