2个密度樟子松人工固沙林土壤水分动态变化研究

2020-06-17刘长全

防护林科技 2020年2期

刘长全

(辽宁省沙地治理与利用研究所，辽宁阜新 123000)

水是基础性自然资源，近50年，东北地区干旱明显加重[1]，持续的干旱使地下水位下降，科尔沁沙地南缘章古台地下水位也呈现下降趋势[2]。地下水位的下降直接影响着土壤水分，土壤水分是林木生长和发育所必需的环境因子，林木生长所需要的水分绝大多数是通过根系从土壤水分中吸收获取的[3]，水分是影响植被恢复与重建的重要因素，是植被恢复的决定因素之一，并影响到人工固沙植被区的稳定性[4]。章古台樟子松人工固沙林的稳定性[5]、适宜密度[6]、土壤水分[7]、水量平衡[8]一直成为研究的焦点，无疑樟子松人工固沙林密度及其土壤水分是研究的重要内容之一。本文通过对章古台樟子松人工固沙林2个密度林分以及草地的0～180 cm不同层次土壤含水量连续2年的监测，结合同期监测的降水量，研究不同密度下樟子松人工固沙林土壤水分变化差异及其与降水量的相关关系，为该地区樟子松人工固沙林的持续经营及生态建设提供参考依据。

1 研究区概况

辽宁省沙地治理与利用研究所实验林场位于彰武县章古台镇，地处科尔沁沙地南缘,属科尔沁沙地的一部分，是第四纪冰川后期西辽河及其支流泛滥沉积而成的沙地,后被西辽河下切及泛滥面缩小而形成的沙质阶地。新中国成立前夕，这里已由原来的“灌丛成林、草层茂密的肥美草原”变成了“一望无际的白花花的沙坨子”。在20世纪50年代初期，当地进行了防护林工程和固沙造林试验，成功营造了以樟子松和杨树为主要树种的防风固沙林。土壤以风沙土为主，沙土颗粒均匀，沙土瘠薄。沙层厚度126～128 m，沙层的颜色和机械粒径成层更迭分布，变化比较明显。风沙土又包括生草风沙土和流动风沙土。生草风沙土分布在固定沙丘和平缓沙地上，土壤剖面一般是 0～5 cm浅灰黑色，质地疏松，较干燥。5～47 cm灰黑色，沙壤质，植物根较多，块状结构，较紧密湿润。47～82 cm黄褐色，沙质，无结构，植物根较少，疏松较湿润。82～113 cm浅黄色，沙质，无结构，植物根较少，疏松较湿润。113 cm以下，灰白色，沙质无结构，植物根很少，疏松湿润；流动风沙土分布在流动及半流动沙丘，自上至下为灰白色疏松沙层，无层次较湿润[9]。当地年均气温6.3 ℃，全年无霜期150～160 d，年均降水量450～500 mm，降水变率大，60%～70%集中在6—8月，年蒸发量1 553.2 mm，约为降水量的3.27倍。该区主要代表性植物有色木槭(Acermono)、山里红(Crataeguspinnatifidavar.major)、榆树(Ulmuspumila)、大果榆(Ulmusmacrocarpa)、山杏(Prunussibirica)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、彰武小钻杨(Populus×XiaozhuanieaW.Y.Hsu et L. cv. Zhang Wu)、胡枝子(Lespedezabicolor)、差巴嘎蒿(Artemisiahalodendron)、中华隐子草(Cleistogeneschinensis)等。

试验地基本情况见表1。标准气象场内土壤作为对照CK，即草地。

表1 2种密度樟子松样地基本情况

2 研究方法

2.1 土壤含水率测定方法

利用便捷式土壤水分测量仪(TRIME-Pico 64/32 TDR)测量T1、T2和CK样地内土壤体积含水率。于林分行间每隔一段距离埋设TDR测管，3次重复。4—10月每月10、20、30日测量土壤体积含水率，雨后加测，2016年测量层次为20、40、60、80、100、120、140、160、180 cm，2017年测量层次为10、20、50、100、150、180 cm。观测时间段2016年4—10月，2017年4—10月。

2.2 降水量测定方法

用中国华云CAWS600B自动气象站sl3型雨量传感器自动记录。

2.3 数据处理

采用 Excel 2003 进行数据处理。

3 结果与分析

3.1 年际间、月际间降水量

统计1983—2010年彰武县章古台镇各月降水量，显示全年降水量的67.0%集中在6—8月，其中6—8月分别占全年降水量的17.5%、28.8%、20.7%，4—5月占全年降水量的13.9%，9—10月占全年降水量的12.8%。2016年降水量346.0 mm，属干旱年，2017年降水量637.4 mm，属湿润年。2年间5—9月各月降水量差异也较大，见图1。

3.2 2种密度林分年际间土壤含水率的差异

2016年 4—5月20～50 cm层次土壤含水率(CK)高于290株hm-2，290株hm-2高于855株hm-2。6—10月，290株hm-2低于855株hm-2。CK在6—7月高于2种密度林分，在8—10月与290株hm-2相近，低于855株hm-2。60～100 cm层次，CK高于290株hm-2，290株hm-2高于855株hm-2。在100～120 cm层次，是个转折点，CK高于2种密度林分，且290株hm-2高于855株hm-2，此种状态一直维持到120～180 cm层次，见图2。

在150 cm层次，4—5月2种密度林分接近，6—10月290株hm-2高于855株hm-2，且随着月份的增加，二者数值的差距有所增大。对照的150 cm层次均高于2种密度林分。180 cm层次对照高于290株hm-2，290株hm-2高于855株hm-2。

2年间，10～20 cm层次土壤含水率CK高于2种密度林分，2种密度林分相近；80～180 cm层次CK均高于2种密度林分；对于2种密度林分来说，100 cm层次是个转折点，20～100 cm层次290株hm-2低于855株hm-2，100～180 cm层次290株hm-2高于855株hm-2。

3.3 2种密度林分土壤垂直深度土壤含水率与降水量的响应关系

100～150 cm层次，2个密度林分土壤含水率走势也是基本一致，同时下降，同时上升。2016年4月20日—10月30日290株hm-2一直高于855株hm-2，只是在10月末时基本一致。在7月20日以后，855株hm-2上升的幅度要高于290株hm-2，说明在该时间段855株hm-2林分内水分补充好于290株hm-2林分；2017年4月1日—6月10日，土壤含水率290株hm-2低于855株hm-2，同时2个密度林分土壤含水率都在下降，并且855株hm-2下降幅度高于290株hm-2。6月中旬～7月中旬两个密度林分土壤含水率十分接近，说明此时间段该层次土壤含水率可能是下降到不能再下降了的地步，已达到极端。6月21日—10月30日290株hm-2一直高于855株hm-2且290株hm-2的上升幅度高于855株hm-2。7月19日降水26.4 mm，8月3日降水70.4 mm后樟子松林内土壤一旦随着降水的产生得到补充后，土壤含水率又迅速上升，此时855株hm-2林分土壤含水率低于290株hm-2，与4—6月正好相反，说明290株hm-2林分在该层次土壤水分补充的比855株hm-2多。

180 cm层次，2个密度林分土壤含水率在2016年4月20日—9月10日走势是一致的，在9月20日—10月30日，290株hm-2在下降，855株hm-2在缓慢上升；2017年4—8月走势是一致的，在8月该层有水分补充，补充后290株hm-2保水效果要好于855株hm-2。9—10月290株hm-2走势平缓，无变化，855株hm-2在缓慢下降。该层次290株hm-2土壤含水率始终高于855株hm-2，见图3、图4。