冀北坝上沙化土地沙棘人工林对水分的响应

张强 李玉灵 刘春海 李晓刚

摘要：  以坝上沙化土地的沙棘林为研究对象，通过设置样方，逐月测定荒坡和沙棘林的水分状况以及沙棘生长量，从而探明水分对沙棘生长的影响。结果表明：各月荒坡与沙棘林地的土壤水分均呈斑块状分布，且两地差异不大;土壤体积含水率随月份的增加呈先上升后下降的趋势，其中8月份水分条件最好，5月份水分条件最差。树高和地径的生长速度也呈斑块状分布，且与土壤水分关系密切，土壤体积含水率为40%时最适宜沙棘生长。

关键词：  冀北坝上;  沙化土地;  人工沙棘林;  水分

中图分类号：   S 728.4; S 793. 6               文献标识码：   A                文章编号：1001 - 9499（2021）06 - 0017 - 03

冀北坝上地区地处我国农牧交错地带，是华北温带阔叶林与草原的过渡区域，气候高寒干旱、水资源短缺，该地区的植被覆盖率不断减少，导致水土流失加剧、土地沙化现象愈演愈烈、生态环境日益恶化[ 1 - 2 ]。沙棘是沙化地区水土保持、防风固沙、改善生态环境的先锋树种，喜光，耐冷、热，耐干旱、贫瘠，抗风沙[ 3 ]，具有“独木成林”的潜力[ 4 ]，其枝叶可做能源和饲料，果实可用于食品、保健品、药品等[ 5 - 6 ]。因此，以植物防风固沙和经济林栽培理论为基础，对冀北坝上沙化地区沙棘经济林进行研究，通过逐月对林地土壤水分与沙棘的生长状况进行测定，明确水分条件与沙棘生长关系，从而为科学管理和利用沙棘资源改善坝上沙化环境和民生提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于河北省承德市丰宁满族自治县坝上地区的外沟门乡（41°12′25.99″N，116°38′23.64″E），该地属于中温带半湿润半干旱大陆性季风型高原山地气候，年平均气温0.9～6.2 ℃，无霜期110～145天，昼夜温差大，年降水量约340～500 mm，年4级以上风日数210天左右，8级以上大风的日数最高可达65天。由于人为不合理的放牧、耕作和对水资源的过度利用等原因，该地植被出现不同程度的退化，土地沙化严重。

2 研究方法

2. 1 样地设置

样地设在外沟门乡茶棚村的沙化坡地上俄罗斯大果沙棘种植园内，该地区由承德圣果沙棘农业开发有限公司于2016年营造。种植时，俄罗斯大果沙棘为2年生，种植密度为2 m×4 m，以未经开垦的荒坡为对照。将沙棘林地和荒坡以20 m为一个点网格化处理，用TruPulse 360测量每个点的相对高程，用surfer 12.0绘制等高线图。由此可知，沙棘林地和荒坡都呈缓坡状，坡长大约为300 m，且整体坡度均匀，荒坡最高点和最低点之间相差约12 m，沙棘林地最高点与最低点之间相差17 m。两样地的坡度都比较小，因此可以不考虑坡位的影响。

2. 2 水分对沙棘生长影响研究

2. 2. 1 水分的测定

2018年5～9月，对上述测量高程的点，也就是每20 m一个测定点，每月月初和中旬各测一次，用TDR-300土壤水分速测仪测定其20 cm土层的体积含水率。

2. 2. 2 沙棘生长状况调查

测定土壤体积含水率的同时，在每个水分测定点附近定株测定沙棘的株高和地径，用下一月份株高和地径的值减去其上一月的值再除以相邻两次测定的天数，计算出沙棘株高、地径在各月的平均生长速度，与相应月份土壤水分的平均值做出土壤水分与生长的关系图，分析沙棘生长最好的土壤水分条件。

3 结果分析

3. 1 研究地土壤水分月变化

经水分测定可知：5～9月荒坡和沙棘林地土壤水分分布范围分别为10%～25%、13%～25%、22%～47%、32%～52%、22%～38%和13%～23、14%～27、24～43%、30～50%、25～35%，同一月份，荒坡和沙棘林地之间土壤含水率差距不明显，随着月份的推移，荒坡和沙棘林地土壤含水率呈现趋势也大致相同，均为5～8月增加，9月减小。由此可见，该地沙棘的种植还未对土壤含水率产生大的影响。沙棘林地各月土壤含水率均呈斑块状分布，且水分高点和低点分布位置基本一致，水分高点分布在（200，250）、（100，80）、（150，120）、（200，100）附近，水分低点分布在（200，270）（100，150）、（250，150）、（100，50）附近。

3. 2 土壤水分与沙棘树高和地径生长速度分布

由各月沙棘树高生长速度与土壤含水率关系（图1）可知：各月沙棘树高和地径的生长速度表现为斑块状分布，树高生长速度、地径生长速度与土壤水分吻合度较好，随着月份的推移，沙棘的整体生长速度有增快趋势，与土壤水分分布基本吻合。树高生长最快出现在7～8月，大约在（250，150）位置。

3. 3 沙棘树高生长速度与土壤水分的关系

通过调查沙棘高生长速度与土壤体积含水率关系可知：5～6月土壤含水率在10～30%范圍内，沙棘树高生长速度随土壤含水率迅速上升;6～7月，土壤含水率在10～40%范围内，沙棘生长速度也呈直线变化，但整体比5～6月快;7～8月和8～9月，其土壤含水率为20～50%，此时沙棘的树高生长速度有先增加后减小的变化趋势，在含水量为40%时，沙棘树高的生长速度最快。

3. 4 沙棘地径生长速度与土壤水分的关系

通过调查沙棘地径生长速度与土壤体积含水率可知：5～6月，当土壤含水率在10～30%范围内时，沙棘地径生长速度随土壤含水率的增加呈增加趋势，且当土壤含水率在20～30%时增加速度更快，地径生长速度随土壤含水率的增加整体呈一元二次方程变化曲线;6～7月，土壤含水率的变化范围在10～40%，沙棘地径生长速度呈直线变化规律，且增加趋势有所放缓;7～8月和8～9月，土壤含水率在20～50%范围内，有先增加后减小变化规律，在含水量为40%时，沙棘地径生长速度最快。

4 结论与讨论

4. 1 沙棘林地在5～9月的土壤水分呈现亏缺期、土壤水分积累期和土壤水分消退期的过程，且土壤体积含水率为40%时生长速度最快，可为沙棘在坝上沙化环境健康茁壮生长奠定基础。

4. 2 本研究得到：沙棘树高和地径的增幅随着土壤体积含水率的增加呈现先上升后趋于平缓的趋势，即当土壤体积水分小于40%时，随着土壤水分的增加，树高和地径生长量的增幅增长较快;相反，当土壤体积水分大于40%时，水分反而抑制植物生长，增幅趋于平缓，甚至降低。在5月份，坝上地区气温开始逐渐升高，林地蒸腾蒸发量增大，而此时降水量又比较少，所以土壤含水率也比较低，最低土壤体积含水率只有14%，此时，沙棘林无论是高生长还是增粗生长均非常缓慢，这与裴斌的无产无效水[ 7 ]论点相似。7月份，雨季来临，降水开始增加，土壤水分逐渐积累，此时沙棘生长速度加快，但土壤含水率超过40%，生长速度变缓，生长量变小，这与沙棘自身不喜积水[ 8 ]的特性有关。9月份，虽然沙棘水分蒸腾量减小，但土壤蒸发量仍然较大，加上这一时期降雨量又不断减少，所以土壤体积含水率整体降低，造成沙棘高生长和地径生长速度变慢。

4. 3 如何从土壤中有效地利用水资源，是沙棘生长所面临的基本问题之一[ 9 ]，本试验明确了冀北坝上地区沙棘林生长的最适土壤含水率，为沙棘林在坝上地区正常生长和改善沙化土地奠定了基础。本论文仅研究了沙棘对水分因子的响应，沙棘的防风效果以及与植物多样性关系有待进一步研究。

参考文献

[1] 王诗楠，  张卓栋，  韩玥，  等.  河北坝上地区不同坡向植物根系分布特征研究[J].  水土保持研究，  2014， 21（02）： 152 - 157.

[2] 吉孟振.  气候变化背景下内蒙古农牧交错带粮食生产及对策研究[D].  呼和浩特：  内蒙古农业大学， 2012.

[3] 程建雄.  保持水土、 防风固沙植物之最—沙棘[J].  北京农业， 2016（4）： 92 - 93.

[4] 聂恺宏，  吉生丽，  邹旭，  等 .  中国沙棘平茬萌蘖动态及其对种群结构的影响[J] .云南大学学报（自然科学版）， 2018， 40（04）： 804 - 813.

[5] 沙拉·喀孜尔.  沙棘经济价值及栽培技术[J].  防护林科技，2014（12）： 96 - 97.

[6] 齐绪斌.  浅谈沙棘的经济价值和栽培技术[J].  农村实用科技信息， 2014（08）： 3.

[7] 裴斌.  土壤水分胁迫对沙棘光合生理生化特性的影响[D]. 泰安：  山东农业大学， 2013.

[8] 阮成江，  谢庆良.  土壤水分对沙棘成活率及抗逆生理特性的影响[J].  应用与环境生物学报， 2002（04）： 341 - 345.

[9] 徐德兵.  木本植物中国沙棘克隆生长对光照和灌水强度的响应[D].  昆明：  西南林學院， 2008.

第1作者简介：  张强（1995-），  男，  林业硕士，  从事林业规划类研究工作。

通讯作者：  李晓刚（1984-），  男，  博士，  硕士生导师，从事退化土地生态修复的教学与科研工作。

收稿日期： 2021 - 07 -  20

（责任编辑：   李 丹）