科尔沁沙地樟子松人工林土壤水分动态的研究

资源类型:pdf 资源大小:485.00KB 文档分类:农业科学 上传者:李国兵

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【作者】 张继义  赵哈林  崔建垣  张铜会  赵学勇 

【关键词】樟子松 人工林 群落结构 土壤水分 稳定性 

【出版日期】2005-05-25

【摘要】对樟子松人工林群落结构和土壤水分动态进行研究。结果表明:13年林龄的樟子松人工林3 0 0cm深层的土壤水分已基本耗竭,而且整个生长季还在持续减少,土壤水分不能得到有效补给;林木生长衰弱,平均高仅3 59m ,平均胸径5 77cm ,并出现大量枯梢;林木生长已受到土壤水分亏缺的严重制约,林分开始衰败;林下草本层发育良好,盖度较高。研究指出,干旱半干旱地区人工林在不适宜的密度下造成群落结构与环境条件不相适应,存在着由乔木植被向草本植被演替的规律,对人工林群落的稳定性进行分析,指出通过密度控制、树种选择等措施可以进行调整,延缓土壤水分的耗竭速度,提高林分的稳定性。要建立稳定性更高和维持时间更长的人工林,从根本上改变草本植被代替乔木植被的规律,需要借鉴天然稀树草原植被的乔木密度,大幅度降低人工林的密度。在有地下水存在和植物可以利用的情况下,人工林的稳定性可以维持一个世代甚或更长。

【刊名】林业科学

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樟子松 (Pinussylvestrisvar.mongolica)是我国北方沙区广泛引种并获得明显效益的树种 (赵文智等 ,2 0 0 2 ) ,用樟子松营造的人工林发挥了显著的防风固沙作用。对于樟子松人工林从土壤水分 (焦树仁 ,1987)、蒸腾耗水 (焦树仁 ,1984)、林木生长 (姜凤岐等 ,1997;赵文智等 ,2 0 0 2 )、群落稳定性 (曾德慧等 ,1996)等方面进行了广泛研究。土壤水分被认为是影响樟子松林分生长和林分稳定性的重要原因 (曾德慧等 ,1996)。科尔沁沙地是我国北方半干旱农牧交错带的严重沙化区域 ,为了恢复植被和治理流沙 ,当地引种樟子松营造了大量的防风固沙林。这里被认为是樟子松引种的降水量下限地区 (赵文智等 ,2 0 0 2 ) ,这一地区的樟子松人工林可能面临更为严重的土壤旱化和水分亏缺问题。因此 ,对于樟子松人工林的群落结构和土壤水分动态仍然有必要进行深入的研究。1 自然概况研究在位于科尔沁沙地中南部的内蒙古奈曼旗境内 (12 0°41′E ,42°54′N)中国科学院奈曼沙漠化研究站进行。该地区属半干旱气候 ,年平均降水量 366mm ,年蒸发量 1 935mm ,年均气温 6 5℃ ,1月平均气温- 12 7℃ ,7月平均气温 2 3 7℃ ,≥10℃积温 3 0 0 0℃以上 ,无霜期 150d。年均风速 3 5m·s- 1,8级以上大风年均 2 1次 ,主要发生在春季 3—5月。土壤类型为沙质栗钙土 ,经破坏后则退化为流动风沙土。沙土基质分布广泛 ,风沙活动强烈 (朱震达等 ,1994;赵哈林等 ,1998;刘新民等 ,1996)。2 研究方法选择位于研究站西边已固定沙丘上的樟子松人工林 ,在 2 0 0 2年 5月中旬安装中子水分仪进行土壤水分测定。共选 3个测点 ,3个测点的位置分别处于沙丘的迎风坡、丘顶和背风坡。在安装中子水分仪的同时 ,同步采取土样用烘干称重法测定土壤含水量 ,用以标定中子水分仪。土壤含水量的测定深度为 30 0cm ,每10cm一层 ,每 2 0天测定一次。在最后一次测定时再次同步取样 ,用烘干称重法进行土壤含水量的测定。8月中旬进行群落调查 ,以进行水分测定的 3个测点为中心选择 3块样地 ,每块样地面积 10m× 10m。在样地内对乔木层的樟子松进行每木调查 ,记录树高、胸径 ,对出现枯梢的按照严重程度分为 5级。每样地内随机取 3个 1m× 1m样方 ,进行草本植被调查 ,记录出现的所有种类、多度、高度和盖度。试验地土壤基质为深厚均一的松软沙层 ,沙粒含量 >98%,粘粉粒含量 <2 %,密度 1 62g·cm- 3 ,田间持水量为 10 0~ 12 0g·kg- 1 ,凋萎系数 0 65 %。近年来由于科尔沁区域用水量不断增加 ,地下水位呈逐年下降趋势 ,在地势低平草甸和丘间低地 ,地下水位 >3 0m ,而在沙丘上则取决于沙丘的相对高度。该区域沙丘起伏平缓 ,相对高度多为 3~ 8m。3 结果与分析3 1 樟子松人工林的土壤水分动态图 1 中子水分仪标定散点图Fig .1 Calibrationcurvefortheneutronprobereadings图 1是对中子水分仪标定的散点图。在正常情况下 ,中子计数与土壤含水量应呈直线关系。可以看出 ,由于沙层土壤水分严重亏缺 ,当中子计数低于 45以后土壤含水量已基本超出了中子水分仪的反应区 ,这时中子计数已不能灵敏地反映土壤含水量的变化。以图 1所得的拟合曲线计算整个生长季土壤含水量动态变化的测定结果如表 1。从表 1可以看出 ,在研究年份生长季的观测期间 ,0~ 30 0cm土层的含水量持续下降 ,土壤旱化十分严重 ,仅有的很少的含水量还在持续减少。降水对于沙层水分的补给作用微弱 ,沙层含水量不能得到有效恢复。试验期间的降水量为 177 55mm ,为偏旱年份。总降雨次数达 33次 (图 2 ) ,而单次降雨量 <5mm的降雨达 2 2次 ,5~ 10mm的降雨 5次 ,10~ 15mm的降雨 2次 ,>15mm的降雨 4次。次数多而降雨量小 ,水分频繁湿润表层土壤 ,但由于无效蒸发损失 ,深层土壤水分得不到有效补给而降低了水分的有效性。 5月 2 9日第 1次测定前共降雨 49 12mm ,但由于间隔时间长、单次降雨量小 ,起始测定时的土壤含水量仍然很低。 6月 9日、10日和 11日连续 3天 19 7mm的降雨后 ,仅 0~ 40mm土层的含水量有所上升 ,而下层土壤并未得到补给。 6月 2 2日、2 4日两次相隔时间不长且强度较大的降雨 (34 3mm)后 ,6月 30日测定时 0~ 80cm土层的含水量 3个测点均有明显上升 ,而以下土层的含水量变化较小或持续减少。在此以后 ,0~ 30 0cm深度各土层的土壤含水量呈持续减少趋势。可见 ,降雨对于沙层水分的补给仅限于浅表层 ,很少或不超过 80cm。测点 1丘顶Position 1Crestofthedune月 -日Month_day测点 2迎风坡Position 2Windwardslope月 -日Month_day测点 3背风坡Position 3Leewardslope月 -日Month_day0 5-2 90 6 -1 40 6 -300 7-1 40 8-0 30 8-1 80 9-0 30 5-2 90 6 -1 40 6 -300 7-1 40 8-0 30 8-1 80 9-0 30 5-2 90 6 -1 40 6 -300 7-1 40 8-0 30 8-1 80 9-0 30~ 2 0 4 0 6 51 2 78 39 0 5 4 3 6 3 2 7 58 6 4 76 2 4 1 3 0 2 4 4 6 8 0 8 36 95 4 3 22 0~ 30 6 0 6 91 6 .81 1 .89.0 6 .85.2 5.0 1 2 .6 1 1 .4 7.87.1 5.6 4.2 5.2 6 .51 3.6 1 0 .89.2 7.2 4 .830~ 4 0 6 .87.31 7.1 1 3.0 9.76 .6 5.86 .87.91 4 .1 9.4 7.6 7.2 5.6 7.2 8.1 1 8.2 1 3.0 1 0 .98.0 7.14 0~ 50 7.87.71 8.0 1 4 .4 9.57.0 6 .57.87.71 5.0 1 1 .1 8.57.4 6 .98.1 8.1 1 8.6 1 1 .81 0 .98.2 7.150~ 6 0 8.78.31 8.2 1 3.99.0 7.4 7.1 8.1 8.1 1 5.2 9.78.87.2 7.1 8.38.51 7.51 0 .6 1 0 .4 8.0 7.76 0~ 70 9.58.71 6 .1 1 3.0 1 0 .4 8.2 7.1 8.78.1 1 1 .88.58.57.2 7.1 9.1 8.91 2 .39.4 9.77.87.170~ 80 1 0 .1 9.71 1 .4 1 1 .39.78.0 8.1 7.87.98.6 8.58.56 .6 6 .78.98.99.58.79.0 7.2 7.180~ 90 1 0 .1 9.99.89.79.97.87.98.1 7.98.0 8.38.0 6 .4 6 .2 8.78.78.4 8.58.87.0 7.590~ 1 0 0 9.91 0 .1 9.81 0 .1 9.78.2 7.98.78.37.78.58.57.2 6 .98.58.58.0 8.38.87.0 7.51 0 0~ 1 1 0 9.39.79.1 9.79.2 8.4 7.98.78.78.0 8.38.87.0 7.58.58.38.2 8.38.57.0 6 .71 1 0~ 1 2 0 1 0 .1 9.99.59.4 9.2 7.88.39.58.98.4 8.78.56 .87.38.58.57.38.38.36 .87.11 2 0~ 1 30 9.59.59.1 9.2 8.87.4 7.79.1 9.1 8.4 8.78.57.4 7.38.58.78.0 9.0 8.56 .87.51 30~ 1 4 0 9.59.98.6 9.2 9.77.6 7.99.59.78.99.2 9.0 7.2 7.58.98.37.78.58.86 .86 .71 4 0~ 1 50 9.91 0 .38.99.79.0 8.2 8.39.51 0 .1 9.1 9.0 9.2 7.4 7.58.38.58.0 8.58.57.0 7.31 50~ 1 6 0 1 0 .71 0 .39.1 1 0 .1 9.58.0 8.1 9.39.38.6 9.0 8.57.2 7.38.78.78.0 8.59.0 7.4 7.51 6 0~ 1 70 1 0 .1 1 0 .39.51 0 .1 9.58.2 8.1 9.1 9.1 8.6 9.0 8.87.6 7.38.99.1 8.0 8.58.57.0 7.71 70~ 1 80 1 1 .1 1 0 .71 0 .2 9.99.98.88.58.79.1 8.6 8.78.87.4 6 .98.99.38.0 8.78.37.2 7.91 80~ 1 90 1 1 .31 0 .71 0 .0 1 0 .6 1 0 .6 8.88.58.79.38.6 8.78.87.2 7.1 8.98.78.2 8.79.0 7.2 7.31 90~ 2 0 0 1 1 .71 1 .51 0 .91 0 .1 1 0 .6 8.89.78.98.78.4 8.39.2 7.0 7.1 9.38.98.6 9.2 9.0 7.4 7.92 0 0~ 2 1 0 1 1 .31 1 .1 1 0 .2 1 0 .1 1 1 .1 9.98.98.58.78.2 9.0 8.0 7.2 7.58.99.1 8.99.2 9.0 7.4 7.72 1 0~ 2 2 0 1 1 .51 1 .1 1 0 .91 0 .4 1 1 .1 9.2 9.38.78.98.4 8.58.57.2 6 .99.39.38.4 9.2 9.0 7.88.32 2 0~ 2 30 1 1 .91 0 .91 0 .51 1 .31 1 .1 9.6 9.38.99.1 8.4 8.58.57.0 7.39.39.59.1 9.4 8.87.6 7.52 30~ 2 4 0 1 1 .1 1 1 .51 1 .6 1 1 .81 1 .1 9.6 9.98.98.98.4 8.58.56 .87.79.39.98.99.0 9.77.6 7.72 4 0~ 2 50 1 1 .91 1 .51 0 .2 1 0 .6 1 1 .1 9.4 9.78.78.1 8.0 8.38.36 .86 .79.79.78.6 8.79.2 7.6 7.92 50~ 2 6 0 1 1 .51 1 .91 1 .1 1 1 .31 1 .6 9.4 9.78.1 8.58.0 8.0 8.0 7.0 6 .99.99.59.39.2 9.57.87.72 6 0~ 2 70 1 1 .71 1 .51 1 .4 1 1 .1 1 1 .39.6 9.58.38.98.0 8.0 8.0 7.0 7.1 1 0 .1 1 0 .1 8.99.0 9.2 8.0 8.12 70~ 2 80 1 1 .91 2 .6 1 1 .4 1 1 .31 1 .1 9.6 9.58.78.38.0 8.38.56 .6 7.59.79.59.1 8.79.2 7.6 7.72 80~ 2 90 1 2 .1 1 2 .3— 1 1 .1 1 1 .39.91 0 .2 8.79.1 8.4 8.58.36 .87.1 9.99.39.39.99.57.

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