小叶杨防护林生长及林下土壤特征分析

贾文娟

(山西省桑干河杨树丰产林实验局梁家油坊中心林场，山西 右玉 037200)

小叶杨具有分布广泛，栽培历史悠久的特点，当前小叶杨已经成为我国乡土树种和栽培树种中的主要种植类型，在我国18个省份当中都有小叶杨天然林的分布。由于小叶杨树种在生长过程中具有极强的抗旱和耐盐碱的特性，并且杂交亲和力极强，因此被植物育种领域的研究人员视为防护林建设的主要树种类型。近几年，时代的变化和社会的发展，使得生态与环境问题在全球领域范围内不断出现，人们对于环境保护的意识也逐渐提高，环境的保护和发展已经成为当前社会的热点话题。森林是地球生态系统当中十分重要的组成部分，在改善环境方面起到了至关重要的作用[1]。因此，基于这一特点，为了做到防风固沙，维护自然生态环境，开展了大量防护林工程建设项目。因此，为了进一步巩固小叶杨防护林的体系建设，该文开展小叶杨防护林生长及林下土壤特征分析研究。

1 基本概况

1.1 试验地概况

由于自然因素和非自然因素的干扰和破坏，现有防护林逐渐出现了大面积衰退的现象，并主要表现为林木生长缓慢、材积小、材质差等，绝大多数防护林形成了“小老树”林形态[2]。小叶杨防护林是主要衰退的树种类型之一，并且在其衰退的过程中，对其他林木的正常生长造成了严重的影响和危害，若不对其采取有效的防护措施，则会严重阻碍林业以及种植小叶杨防护林区域的可持续发展，从而抑制防护林整体的生态效益和经济效益提升，对于防护林体系工程建设而言也会造成极大的损失。通过选择某地区现有小叶杨防护林作为研究区域，开展如下研究，针对该区域中小叶杨的防护林生长情况和土壤特征进行分析。研究区域总面积为41 552 km2，东西长度约为500 km，南北宽度约为260 km。

1.2 试验方法

该次实验以小叶杨防护林为实验林木，已知该防护林的树木密度为2000株/m2，树木的存活率保持在90%以上。在实验过程中，分别从土层高度、生长周期、土壤紧实程度等方面改变小叶杨防护林生长条件，在近五年，通过对不同生长条件下的小叶杨防护林生长过程以及林下土壤特征进行调查和分析，探究影响小叶杨防护林生长过程中的各项因素。针对标准样地进行调查，并将所获得的试验数据统计，完成下述试验调查及分析。

2 树高生长过程试验调查内容

2.1 树高生长过程分析

为了确保对小叶杨防护林生长过程的有效分析，此次研究从小叶杨防护林的树高入手，通过在不同生长阶段防护林树高的变化，进行此方面内容的进一步分析。通过对某地区小叶杨树的生长数据采样可知，其树高生长曲线呈“S”形，在小叶杨树生长的前1～5 a中，树高生长较为迅速，但此阶段不是其树高生长的最快阶段[3]。在此后的5～15 a年，小叶杨树进入树高生长最快阶段，在15～20 a间，杨树树高的生长开始呈现一种缓慢下降趋势，在20～25 a间，树高的生长开始更加缓慢，在25 a后，小叶杨树的树高生长趋近于极值，即树高生长开始停止。但在此过程中也不排除部分地区的植被会受到外界环境的影响出现突变生长现象。综合对多个地区植被生长数据的采样可以发现，大多数地区的小叶杨树在生长的第10～12 a，树高达到最高，在此阶段中树高的生长量约为0.58 m/a，在经过最高生长周期后，树高的每年生长量逐步呈现一种下降趋势，从0.58 m/a逐步跌落到0.25 m/a。在15～20a间，树高的每年生长量下降趋势更加显著，每年的年生长量大约为0.10 m/a。综合上述对小叶杨树树高生长过程的分析可知，其高度增长过程是存在某种规律性的，即在植被的幼年阶段，其生长速度较快，当植被达到成年后，树高长至最高，但随着树龄的成熟，树高增长逐步下降，最终达到停止生长的现象[4]。因此，可在此过程中，通过分析树龄与小叶杨树生长周期阶段的方式，进行其树高生长速度的进一步分析。以此种方式，掌握植被在不同阶段的生长需求，为小叶杨树植被的生长供应需求养分与持续的养料，并以此为依据，掌握植被在生长过程的树高与树龄之间的线性关系，确保后续有关造林工作的实施可以满足既定效果。

2.2 直径生长过程分析

小叶杨的直径生长程度是指其直径的生长量，影响小叶杨直径生长的条件众多，包括生物学特性、树木本身年龄、环境条件和人为经营措施等。在正确掌握小叶杨防护林的直径生长规律后，能够通过更加有效的措施，改善小叶杨树木的生长状况，并起到提升生长量，达到高产、优质、速生的效果[5]。因此，针对小叶杨防护林的生长过程进行分析得出，在所有小叶杨防护林当中，小叶杨的直径都是随着树木的年龄增加而不断增长的，同时小叶杨直径的生长过程与树高的生长过程十分相似。以小叶杨生长周期A为单位，当小叶杨生长在0～5A阶段时，其直径生长相对较快，当小叶杨生长在5A～15A阶段时，其直径生长速度最快，随后直到30A阶段位置，其直径生长速度呈现出明显的降低变化趋势，并且在30A阶段以后几乎不会再生长。同时，小叶杨防护林的直径平均每年生长量和其连续多年生长量也与生长年龄有着直接的关系。在小叶杨生长的第10个生长周期当中，其直径的平均生长量达到最大，并且在第10个生长周期之前，小叶杨的直径平均生长量和连年生长量都呈现出随着年龄增加而增加的变化，在第10个生长周期以后，随着年龄的增加，上述两种直径生长数据又呈现出下降的趋势[6]。除此之外，小叶杨防护林的直径连年生长量与平均生长量会出现一个交点，这一交点通常会出现在小叶杨第20个生长周期之后。在这一交点出现以前，通常为小叶杨连年生长量超过平均生长量；这一交点出现以后，通常为小叶杨平均生长量超过连年生长量。因此，可以认为小叶杨生长周期在交点位置上时，达到了直径数量的成熟阶段。

2.3 树干材积生长过程分析

小叶杨防护林的树木材积是指木材的体积，包括原木、原条等的体积。在小叶杨防护林工程建设过程中，考虑到树木经济利用条件，通常将树干作为测定其材积的主要目标。在测算的过程中，将单株小叶杨作为测算对象，将防护林当中所有的小叶杨树干材积作为蓄积量[7]。通过对小叶杨防护林的树干材积生长过程进行分析，能够实现对防护林经营利用基本经济性能的描述。小叶杨树干材积的净生产量包括小叶杨植株的掉落物和枯损物的总量、被动物吃掉的植物量以及在特定时间阶段中植物的增长量。小叶杨防护林的单株树干材积决定着整个防护林的树高和树干的形状。一般情况下，小叶杨的防护林树干材积的生长量会呈现出“S”型曲线，并且其增长速度是由慢变快，再到慢的过程。这一特点与小叶杨防护林的直径生长和树高生长有着直接的关系，树干材积的生长稳定上升，并且并没有随着小叶杨年龄的增加而呈现出下降的变化趋势[8]。在不同地区，小叶杨防护林的树干材积总生长量都会呈现出随年龄的增长而增长的变化特征，并且变化整体表现均一致。以上述小叶杨的生长周期为例，在第5个生长周期之前，小叶杨防护林的树干材积生长速度十分缓慢；在第5个生长周期开始，直到第10个生长周期，生长速度逐渐加快；在第10个生长周期到第20个生长周期之间，其生长速度迅速增加；随后直到第30个生长周期位置，树干材积的生长量增长幅度逐渐减小，并且在第30个生长周期之后，尽管仍然处于不断增长的态势，但其幅度较小，基本趋于平缓生长状态。

3 土壤特征试验调查内容

3.1 土壤紧实程度对土壤容重影响分析

为了进一步探究小叶杨防护林生长过程中其林下土壤的特征，从土壤容重特征入手，针对小叶杨防护林林下土壤最基本物理性质进行探究。通过土壤容重特征的变化，能够反映出土壤的紧实程度变化，即土壤疏松程度越高，土壤容重越小；土壤紧实程度越高，土壤容重越大。同时，土壤容重与土壤的孔隙结构数量和密度之间都有着直观的联系。土壤容重的变化，会影响到土壤整体的透气能力以及入渗能力。通过对土壤容重特征进行分析，可以实现对小叶杨防护林土壤肥力高低程度的评价，对于后续小叶杨防护林工程建设和维护而言都具有十分重要的现实意义。针对当前已经完成小叶杨防护林建设的区域，针对其不同位置上的林下土壤容重特征进行分析，得到如表1所示结果。

表1 不同土层高度土壤容重对比

通过对上述得出的数据进行分析得出，土壤的容重与土层高度之间有着直接的关系，土层高度越高，则土壤的容重越大，反之同理。再利用GIS软件对小叶杨防护林林下土壤容重趋势面进行分析，分别针对土层高度为0～20 cm和20～40 cm的林下土壤容重趋势面分布情况进行探究。在探究的过程中发现，小叶杨防护林林下土壤存在异质性特征，这一特征的形成受到成土母质、地形以及人类活动的影响。林下土壤的容重为中等空间相关特征，说明在该区域内空间上的变化差异受到了结构因素和随机因素的共同影响[9]。同时，林下土壤容重的空间变异趋势呈现出从南向北逐渐减小的变化，而在东西方向上基本不会发生变化。同时，林下土壤容重趋势面在空间分布上呈现出斑块状的镶嵌分布形式。针对不同海拔、地形和气候特征的区域中种植的小叶杨防护林的林下土壤容重分析得出，土壤容重在不同区域上既有整体相似性特点，同时又存在局部差异性特点。

3.2 土层高度对土壤含水量影响分析

林下土壤的组成主要包括固、液、气三项组成，其中土壤的液相即为土壤水分，是土壤当中不可或缺的组成要素，对于土壤当中的物质交换而言具有至关重要的作用，同时也是小叶杨防护林在生长过程中主要的水分来源。大气与土壤和植被之间形成了物质循环和能量流动，这一过程同时也需要借助于土壤当中的水分完成。除此之外，土壤当中的水分也是有机体的重要组成，对于小叶杨防护林的光合作用而言具有积极影响。因此，通过对小叶杨防护林林下土壤含水量特征的分析，能够实现对小叶杨防护林生长情况的反映。土壤含水量与土层高度之间也有着一定联系，通过对不同区域、不同土层高度的小叶杨防护林土壤含水量进行探究，得出如表2所示结果。

表2 不同土层高度对土壤含水量影响分析

从表2中可以看出，在土层高度为20～40 cm上种植的小叶杨防护林，其土壤含水量明显大于土层高度为0～20 cm上种植的小叶杨防护林。因此，通过上述数据可以看出，小叶杨防护林土壤含水量会随着土层高度的增加而增加，并且随着土层高度的进一步增加，土壤含水量呈现出持续增大的趋势。土壤当中的水分主要通过三种方式进行补给，其一为地下水在运动的过程中，通过毛细水的形式进行补给；其二为大气降水以及凝结水形成的补给；其三为灌溉系统的入渗形成的补给。在小叶杨防护林建设区域内，为了给毛细水提供更加良好的运移环境，通常会在土壤层岩性的选择上选用亚砂土、亚粘土以及中细砂等，以此确保土壤的颗粒松散。通过对不同区域内的小叶杨防护林的土壤含水量进行测定得出，在小叶杨覆盖率高的区域内，土壤含水量通常会比小叶杨覆盖率低的区域土壤含水量更高。产生这一现象的主要原因是，小叶杨防护林在生长过程中会不断吸收来自地下水补充的水分，并通过叶片对降水进行拦截，以影响到土壤水分的补给。

3.3 土层深度对土壤机械组成影响分析

完成对土壤相关内容的分析后，下述将从土壤机械构成入手，进行土壤机械组成特征的分析。在开展此方面内容的分析时，可从土层深度入手，土层深度在表层以下20.0cm范围内时，其中极粗砂粒、粗砂粒、中砂砾(砂砾)、细砂砾、极细砂粒、粉粒、粘粒的含量分别为：13.177 9 g/cm3、1.462 1 g/cm3、17.568 g/cm3、58.981 g/cm3、4.562 g/cm3、0.082 1 g/cm3、0.005 g/cm3；土层深度在20.0～40.0 cm时，对应物质的含量分别为8.265 4 g/cm3、1.086 5 g/cm3、12.756 8 g/cm3、60.560 4 g/cm3、14.923 0 g/cm3、2.212 6 g/cm3、0.012 0 g/cm3；土层深度在40.0～60.0 cm时，对应物质的含量分别为5.669 2 g/cm3、1.062 1 g/cm3、14.569 8 g/cm3、58.218 4 g/cm3、18.589 3 g/cm3、2.760 26 g/cm3、0.065 26 g/cm3。综合上述对不同土层机械物质含量的分析后可知，大部分机械成分的粒径集中在2.0～2.0×103μm之间，主要组成成分为砂砾，其中粉粒的含量相对较低。由此可见，小叶杨树的根系应当在最底层以下，此部分土层中的土质较为细腻、松软，更加适宜植被根系结构的生长，但上述采样得到的数据仅为单一地区的数据，数据的代表性较差，还需要后期通过对多地区的采样综合分析后得出土壤机械组成的进一步特征。

3.4 土层高度对土壤养分含量影响分析

土壤养分是构成土壤肥力的主要组成部分，土壤的养分发生改变，相应的土壤肥力也会发生改变，土壤养分的丰富程度对于小叶杨防护林的生长发育状况都会产生直接的影响。从根本上而言，土壤当中的养分退化，实质上是土壤肥力发生了退化。若土壤养分缺失严重，则无法供应土壤本身的发育，更无法为种植的植被提供生长条件。通过对小叶杨防护林生长区域内的土壤养分进行分析得出，土壤当中的有机物质会随着土层的高度增加而增加，并且土壤当中含有的氮含量和土壤速效氮含量，也会呈现出随着土层高度增加而不断增加的趋势。但土壤当中的速效磷含量，不会受到土层高度增加而发生过改变，不存在垂直分布的规律。在小叶杨防护林种植区域内，土壤养分通常包括有机物质、全氮、速效氮、速效磷等。若土壤当中的养分含量过低，则会造成小叶杨防护林养分的缺失，进而使得其无法维持正常的生长状态。土壤当中的成分含量变化会在一定程度上影响到土壤的酸碱度，因此再对小叶杨防护林土壤的酸碱度进行分析，土壤的酸碱度在不同区域当中存在的极显著性的差异，在小叶杨防护林区域内表层结构、深层结构当中的土壤均为酸性，并且表层结构当中土壤的酸性程度更加明显。同时，在小叶杨防护林生长区域内，土壤的酸碱度在空间分布上的变化一致，这一现象与土壤本身含有的物质资源和含量之间有着关系。

4 结语

当前，我国针对小叶杨防护林建设工程的研究已经逐渐步入全面发展阶段，针对小叶杨的生理、生态和遗传学特征等进行了细致地探讨，在育种方面的研究也逐渐进入到了系统化的常规育种阶段。上述发展背景使得小叶杨防护林建设的支撑条件更加充分，在该文上述论述内容的基础上，结合小叶杨的生长特点以及其林下土壤的特征能够进一步实现对小叶杨防护林生长建设的合理完善。在后续的研究当中，还将针对小叶杨的基因条件进行更加深入研究，并为其树种的摄取、保存和导入其他株体提供理论支撑，从而实现小叶杨防护林工程建设的可持续发展，为生态环境的平衡提供保障。