彰武县蓄水保墒造林技术研究

赵淑梅

(辽宁省彰武县林业种苗管理站，辽宁 阜新 123000)



彰武县蓄水保墒造林技术研究

赵淑梅

(辽宁省彰武县林业种苗管理站，辽宁 阜新 123000)

水分是影响林木生长的主要因子。通过表面覆盖薄膜、砂石、秸秆等方法进行保水试验，通过添加锯末子、农家厩肥、生物炭等方法进行保墒试验，分别测定各处理的土壤含水率、林木成活率、林木高生长量、土壤理化性质等指标。结果表明：在提高土壤含水率上，8种处理方法由多到少依次为添加生物炭>薄膜覆盖>添加锯末子>秸秆覆盖>砂石覆盖>添加农家厩肥>对照；在提高林木成活率上，8种处理方法由多到少依次为添加生物炭>添加农家厩肥>薄膜覆盖>添加锯末子>秸秆覆盖>砂石覆盖>对照；在林木年高生长量上，8种处理方法从高到低依次为添加生物炭>添加农家厩肥>薄膜覆盖>添加锯末子>砂石覆盖>秸秆覆盖>对照，土壤理化性质方面以添加生物炭为最佳。因此，干旱地区土壤添加生物炭在土壤蓄水保墒、促进养分吸收利用、改良土壤结构方面效果最佳，对干旱地区的蓄水保墒造林起一定的指导作用。

蓄水保墒；表面覆盖；添加媒介物质；造林

彰武县位于辽宁省西北部，科尔沁沙地南部，受温带季风气候的影响，该地区常年多风，6级以上大风达68 d，土地沙荒严重，土壤瘠薄，保水保肥能力差。该地区降水量偏少，年均降水量500 mm左右[1]，这种气候条件是影响该地区造林成活率及林分质量的主要因素。对土壤现有水分的有效保持，能缓解因干旱而导致的对林木生长的压力。提高水分利用率的途径有两种，一是通过覆盖降低地表的潜在蒸发速度，二是通过增施有机肥等添加媒介物质的方法改善土壤结构，提高土壤的蓄水力和持水力[2]。本研究通过选择不同材料覆盖地表及添加不同媒介物质的对比试验，筛选出适宜的土壤保水技术，为彰武地区蓄水保墒造林提高参考。

1　材料与方法

1.1试验材料

表面覆盖选用塑料薄膜、均质砂石、玉米秸秆。塑料薄膜覆盖后在薄膜上覆盖2～3 cm厚土，砂石覆盖厚度4 cm，秸秆覆盖厚度10 cm，并压土厚2 cm，对照为无覆盖。

土壤添加媒介物质选用锯末子(杨树)、农家厩肥(腐熟猪粪)、生物炭(沈阳农业大学提供)，对照为无添加。

试验地点为大四家子村，于2010年5月试验造林，选用樟子松4年生容器苗，苗高28 cm，地径0.5 cm，株行距2 m×4 m。

1.2试验方法

表面覆盖和添加媒介物质两种试验方法共8个处理，每个处理占地0.2 hm2，设3次重复，每个重复选用400 m2作为样地。于造林当年8月测定林木成活率，连续5年测定样地内林木树高，计算年高生长量。在各样地林木根区取土层20 cm，测定土壤含水率，在样地均匀布点10处，测定土壤养分含量(pH值、电导率、有机质、速效N、全N、速效P、全P、速效K、土壤容重)

2　 结果与分析

2.1不同表面覆盖效果比较

2.1.1土壤含水率的变化表面覆盖是为了防止土壤水分的蒸发，以保持足够的土壤水分供林木生长的需要，不同表面覆盖保水效果也不同。塑料薄膜覆盖下的土壤含水率最高，为8.81%，较对照提高了3.09个百分点，砂石和秸秆覆盖下的土壤含水率基本相当，分别为7.19%、7.46%，可见，利用薄膜覆盖是提高土壤含水率的有效方法。

表1　不同表面覆盖土壤含水率方差分析

由表1、表2、表3看出，不同表面覆盖下的土壤含水率差异极显著，其中薄膜覆盖与砂石和秸秆覆盖土壤含水率的差异显著，薄膜覆盖与砂石覆盖的差异达到了极显著的水平，可见薄膜覆盖能较大程度的控制苗根部土壤水分的蒸发，保持土壤水分；不同年份的土壤含水率差异显著，其中2011与2014年的土壤含水率差异达到了极显著的水平，这可能与2014年降水较少有关。

表2　不同表面覆盖土壤含水率表方差分析

表3　不同测定时间土壤含水率方差分析

2.1.2林木成活率及生长量变化由于覆盖材料材质的不同，对土壤水分及温度等因子的影响不同，对林木的成活及生长影响也不同。薄膜的保水效果好，也能提高土壤温度；砂石之间空隙大，降水能迅速渗入土壤，也能减缓水分蒸发速度，调节土表温度；秸秆覆盖可形成多孔体，水分透过多孔体蒸发缓慢，能保存大量的土壤水分，还能调节土壤表面温度，改善土壤结构。这些覆盖材对土壤水分和温度的改善，促进了林木的成活与生长。如图1、图2所示，3种表面覆盖处理下的樟子松苗成活率分别为覆膜95%、砂石90.8%、秸秆92.37%，较对照提高14.3、10.1、11.67个百分点。

图1　不同表面覆盖林木成活率

图2　不同表面覆盖林木生长量变化曲线

如表4、表5所示，不同表面覆盖、不同时间的林木生长量存在差异。其中薄膜覆盖的林木生长量最大，为21.33 cm，与其他处理方法的差异达到了极显著的水平，薄膜覆盖的保水效果也最好，可见土壤水分是林木生长的重要因子。除了2012年与2013年外，其他年份的林木生长量的差异均达到了极显著的水平，可见年际间的差异仍是影响林木生长主导因素，虽然经过表面覆盖的处理能保持水分、提高温度，减少不良环境对林木生长的影响，但是其作用仅仅是改善自然年的干旱情况，不能单方面决定林木的生长量。

表4　不同表面覆盖林木生长量方差分析结果

表5　不同测定时间林木生长量方差分析结果

2.2添加不同媒介物质效果比较

2.2.1土壤含水率的变化在土壤中添加媒介物质是增加土壤蓄水保墒能力的有效途径之一，不同的媒介物质通过不同方式改变土壤的性能。锯末子吸水性能强，经过土壤酸解还可转化为土壤有机质，以此提高土壤蓄水保墒能力；施用农家厩肥可以改良土壤结构，以肥调水；生物炭是有机物在完全或部分缺氧条件下经高温裂解(<700 ℃)产生的，具有多孔结构、比表面积大、含有大量离子和碱性物质、碳含量高等性质，在土壤孔隙度、土壤容重和密度、土壤持水能力、土壤酸度、有机质含量、土壤养分等方面有明显的改良作用[3]。

表6　不同媒介物质、不同时间土壤含水率变化方差分析结果

试验结果显示，添加不同的媒介物质均能使土壤含水率提高，添加锯末子、农家厩肥、生物炭后土壤含水率分别为7.70%、6.76%、10.46%，较对照分别提高1.99、1.05、4.75个百分点。根据表6、表7，添加不同的媒介物质土壤含水率的差异极显著，进一步分析发现，添加生物炭的土壤含水量极显著高于其他媒介物质，添加了锯末子和农家厩肥的土壤含水量虽然高于对照，但是差别不大。不同测定时间的土壤含水量差别没有显著性，可见土壤增施媒介物质可以缓解因年降水量引起的土壤水分差异，保水性能更强。

表7　不同媒介物质土壤含水率变化方差分析结果

2.2.2土壤理化性质的变化如表7所示，添加不同的媒介物质，对土壤的理化性质产生了不同程度的影响。添加生物碳处理的土壤pH值极显著高于其他添加物质，生物炭是改良土壤酸性的有效物质。电导率均极显著低于对照水平，说明这些处理措施均能降低土壤的水溶性盐浓度，对林木生长有利。有机质以添加生物炭的土壤含量最高，各处理间差异达极显著且均高于对照。速效N除添加农家厩肥外，其他媒介物质均使土壤速效N极显著提高。速效P各处理均极显著高于对照，速效K各处理均极显著低于对照。全N以添加生物炭的土壤含量最高，与对照相比没有达到显著水平。全P各处理均极显著高于对照。土壤容重各处理均极显著小于对照，说明添加媒介物质可以增强土壤的透气性和透水性，提高土壤的蓄水保墒能力。

表8　不同媒介物质土壤理化性质方差分析结果

注：各种测定指标单位：电导率μs·cm-1、有机质%、速效N、P、K mg·kg-1、全N%、全P g·kg-1、土壤容重g·cm-3

2.2.3林木成活率及生长量的变化添加媒介物质改变了土壤的理化性质，增强了土壤蓄水保墒能力，使林木成活率及生长量均有提高。如图3所示，增施生物炭的苗木成活率最高，为96.7%，农家厩肥次之，为95.4%，锯末子最少，为93.1%，但是较对照分别提高16、14.7、12.4个百分点。林木生长量的变化如图4所示，年高生长量以添加生物炭处理最大，为22.89 cm，添加农家厩肥次之，为21.52 cm，添加锯末子最少，为20.67 cm。较对照分别提高7.1、5.37和4.88 cm。方差分析显示(表8、表9)添加媒介物质林木的生长量得到了显著提高，与对照的差异达极显著水平，添加生物炭的林木生长量显著高于添加锯末子的林木生长量，这与生物炭特有的性质有关，可见生物炭对土壤的改良作用和潜力是巨大的。除2010年于2013年外，不同的测定时间林木的生长量差异也达到了极显著的水平，进一步验证了年际间差异在林木生长量上的主导作用。

图3　不同媒介物质林木成活率

图4　不同媒介物质林木生长量变化曲线

表9　不同时间林木生长量方差分析结果

表10　添加不同媒介物质林木生长量方差分析结果

3　结论与讨论

3.1不同蓄水保墒措施效果比较

试验采用了2类8种不同的处理方法，不论是表面覆盖还是土壤添加媒介物质，均使土壤的含水率、林木成活率和林木年生长量显著提高。在提高土壤含水率上，8种处理方法从多到少依次为添加生物炭>薄膜覆盖>添加锯末子>秸秆覆盖>砂石覆盖>添加农家厩肥>对照；在提高林木成活率上，8种处理方法从多到少依次为添加生物炭>添加农家厩肥>薄膜覆盖>添加锯末子>秸秆覆盖>砂石覆盖>对照；在林木年高生长量上，8种处理方法从高到低依次为添加生物炭>添加农家厩肥>薄膜覆盖>添加锯末子>砂石覆盖>秸秆覆盖>对照。在土壤中添加媒介物质对于林木的生长更为有利，还能调节土壤理化性质，改善土壤结构。但是造林的成本问题也是不能回避的，在提高造林质量的同时也要考虑表面覆盖和添加土壤媒介物质是否经济划算。前人的研究发现[4]选择薄膜覆盖造林质量高、经济实惠，添加农用厩肥次之。在造林前应当进行经济成本核算，根据当地的实际环境和社会经济条件选择适合当地的造林改良方法。

3.2年际间差异比较

根据彰武气象站的数据，2014年为干旱年，年降雨量不足400 mm，降水量从多到少依次为2011年>2012年>2013年>2010年>2014年。本试验中表面覆盖各处理年际间土壤含水率差异不大，仅2011年与2014年差异极显著，而添加媒介物质土壤年际间含水率差异不显著，足以证明这两类处理办法可以改变土壤的含水率，对干旱的年份的蓄水保墒、增加土壤水分含量起到了举足轻重的作用，可以指导干旱、半干旱地区的抗旱造林。

林木生长量年际间的差异较大，除了2012年与2013年表面覆盖处理、2010年与2013年的添加媒介物质处理差异无显著性外，其他年份的林木年生长量差异达到了极显著的水平，可见当年的降水量、光照、温度等自然环境综合因素与林木自身的生长规律仍然是林木生长的主导因素。林木的生长量均以2011年生长量最高、2014年生长量最低，这与2011年降水最多、2014年降水最少有关，更验证了表面覆盖和添加媒介物质可以保持一定含量的土壤水分，改善林木的生长，但不能替代甚至消除当地当年自然气候对林木生长的决定性作用。因此，干旱、半干旱地区选用表面覆盖和添加媒介物质的方法可以改善土壤水分、温度、理化条件，较不采取保墒措施造林仍有很大裨益，但不能以此为造林的铁规则而忽视当年当地的自然生态环境的因素。

3.3应用生物炭的前景分析

自20世纪90年代中期，为了应对全球气候变暖，生物炭作为土壤改良剂、肥料缓释载体和碳封存剂备受关注[5]。将其施入土壤后，对土壤理化性质产生一定影响，直接或间接的影响土壤微生态环境[6]。生物炭的稳定性好，不会随随着时间的推移发生明显的化学变化[7]。Lehmann等[8]研究发现添加生物炭的土壤使水稻和豇豆的生物量分别提高17%和43%，崔月峰[9]将生物炭于化肥混合，使玉米产量提高7.6%～11.6%。

本试验研究发现，添加生物炭的土壤在土壤含水率、林木成活率、林木生长量上均优于其他处理，在土壤理化性质改良上，除了电导率外，其他理化性质均优于添加锯末子、添加农家厩肥，且与这两者的差异达到了极显著的水平，这足以验证生物炭在蓄水保墒造林、提高N、P、K等养分的吸收利用效率、改良干旱地区土壤结构效果最佳。

[1] 黄玉贞,张玉龙,王芳.阜新地区干旱发生规律研究[J].气象与环境学报,2010,26(2):46-49

[2] Hardan A.Remarks during discussions.Proc Water Harvesting Symp.Phoenix. AZ,ARSW-22,USDA.1975,60-61

[3] 武玉,徐刚,吕迎春,等.生物炭对土壤理化性质影响的研究进展[J].地球科学进展,2014,29(1):68-79

[4] 王鞾烨.黑龙江省西部低山丘陵区集水抗旱造林技术研究[D].哈尔滨：东北林业大学,2014

[5] 何绪生,耿增超,佘雕,等.生物炭生产与农用的意义及国内外动态[J].农业工程学报,2011,27(2):1-7

[6] 张旭东,梁超,诸葛玉平,等.黑碳在土壤有机碳生物地球化学循环中的作用[J].土壤通报,2003,34(4): 349-355

[7] 陈温福,张伟明,孟军.农用生物炭研究进展与前景[J].中国农业科学,2013,46(16):3324-3333

[8] Lehmann J,Weigl D,Peter I,et al. Nutrient interactions of alley-cropped Sorghum bicolor and Acacia saligna in a run off irrigation system in Northern Kenya[J]. Plant and Soil,1999,210: 249-262

[9] 崔月峰,曾雅琴,陈温福.颗粒炭及新型缓释肥对玉米的应用效应研究[J].辽宁农业科学,2008(3): 5-8

Afforestation Technology of Storing Water and Retaining Soil Moisture in Zhangwu County

Zhao Shumei

(Forestry Seed Management Station,Zhangwu County,Liaoning Province,Fuxin 123000,China)

Water is the main factor affecting tree growth.Water retaining experiment were conducted by using different mulching methods (thin film,straw mulch and gravel and sand mulch).Indices of soil water content,survival rate of forest stand,tree height of forest trees physical-chemical properties were respectively determined by adding sawdust child,farm manure and biochar. Result shows that: in terms of improving soil water content ,the descending order of eight kinds of treatment from more to less is adding biochar> film mulching> add sawdust> straw mulching> gravel and sand mulch> add farm manure> CK;in terms of improving the survival rate of trees,the descending order of eight kinds of treatment from more to less is adding biochar> adding farm manure> film mulching> adding sawdust> straw mulching> gravel and sand mulching> CK;in terms of improving annual tree height-growth of forest,the descending order of eight kinds of treatment from high to low is adding biochar> add farm manure> mulch> Add sawdust sub> mulch> straw mulching> CK,in terms of soil physicochemical characteristics,adding biochar is the optimal. Accordingly,in terms of storing water and retaining soil moisture for soil ,promoting nutrient absorption & utilization,improving soil structure ,adding biochar is the optimal.

storing water and retaining soil moisture;cover mulching;adding medium substance ;afforestation

1005-5215(2016)05-0007-04

2016-01-11

赵淑梅(1962-)，女，辽宁彰武人，大专，工程师，现从事林业种苗工作.

S725

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.05.003