元謀干熱河谷辣木人工林地灌水后不同覆蓋措施對土壤水分及辣木物候的影響

龍會英，鄭益興，張燕平，金 杰，史亮濤，張明忠，張 德

（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，云南 元謀 651300；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 資源昆蟲研究所，昆明 650224）

元謀干熱河谷高溫干旱、降雨少、生態(tài)環(huán)境脆弱，加之人類活動的干擾，生態(tài)環(huán)境退化嚴重。在此環(huán)境下，該區(qū)普遍存在水分虧缺問題，人工植被土壤水環(huán)境更加突出。土壤水分是制約區(qū)域作物生產(chǎn)和植被恢復(fù)的限制因子，也是決定土壤生產(chǎn)力的一個重要因素，開展土壤水分的研究對元謀干熱河谷生態(tài)恢復(fù)具有重要的指導(dǎo)意義。相關(guān)學(xué)者雖然對元謀干熱區(qū)的土壤水分、植被類型、地形地貌及結(jié)構(gòu)等作了研究［1－3］，但對灌溉條件下采取必要措施來保持土壤水分的研究不多。本文主要根據(jù)2010年云南嚴重干旱，開展灌溉水條件下，采取地表蓋草和蓋膜措施抑制地面水分（包含灌溉地表積水）的蒸發(fā)，保水保墑，增加辣木人工林樣地土壤水分，提高辣木人工林保存率及生產(chǎn)力，從而為本區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及辣木人工林旱季抗旱節(jié)水提供理論依據(jù)和參考。

1 試驗對象與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于元謀縣黃瓜園鎮(zhèn)，屬典型金沙江干熱河谷氣候［4］，樣地一位于北緯25°50′42″，東經(jīng)101°49′19″，海拔1073 m。樣地二位于北緯25°51′10″，東經(jīng)101°49′01″，海拔1129 m。2009年9月－2010年4月平均氣溫19.5℃，最高32.7℃，最低6.6℃。地表平均溫度22.9℃，最高57.4℃，最低4.9℃。降雨少蒸發(fā)量大，7個月降雨量為28.8mm，蒸發(fā)量759.8 mm，是降雨量的26.4倍，干旱嚴重。樣地0－20cm土層深有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)0.838%，全氮質(zhì)量分數(shù)0.072%，速效磷35.9mg／kg，速效鉀103.0mg／kg，pH值7.11。20－40cm土層深有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)0.508%，全氮質(zhì)量分數(shù)0.086%，速效磷40.9mg／kg，速效鉀132.00mg／kg，pH 值7.24。

1.2 試驗材料

1.2.1 試驗設(shè)計 本試驗以辣木（Moringa oleifera Lam）人工林地為研究對象，辣木株行距為2m×2m。試驗設(shè)置2個處理，設(shè)置蓋草［以扭黃茅草（Heteropogon contortus）為主］和蓋白色薄膜2種模式，樹體四周覆蓋，2個樣地，3個重復(fù)，每個處理設(shè)2個CK。為防止灌溉水外流，在辣木樹體周圍80cm設(shè)置20cm土埂，辣木樹體四周80cm蓋膜，蓋干草5kg／株，厚度15～20cm。其中:樣地一為2齡辣木樹，沙壤土，每株辣木樹四周灌溉水量為100kg（49761 .2ml／m2）。樣地二為幼齡辣木樹（栽植8個月），0－10cm為沙土，下面為黏土，每株辣木樹四周灌溉水量為50kg（24880 .6ml／m2）。

1.2.2 試驗方法與觀測指標(biāo) 試驗于2010年2月1日灌溉，2月2日后用相應(yīng)的材料覆蓋。之后每10 d天離辣木樹體40cm處3個不同方向烘干法測定0－20cm、20－40cm土層土壤含水量（烘干法測定為質(zhì)量百分比）。試驗地土壤養(yǎng)分農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（昆明）提供。測定數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel軟件對數(shù)據(jù)進行計算和處理，數(shù)據(jù)均采用3個重復(fù)的平均值。觀測不同覆蓋措施，辣木在試驗期間萌發(fā)期、初花期及現(xiàn)莢期。手持GPS測定儀測定試驗地的地理位置，2009年9月－2010年4月氣象要素由元謀縣氣象局提供。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹體周圍蓋草對土壤水分變化的影響

從表1可看出，蓋草模式中，土壤經(jīng)過草覆蓋后表層土壤水分得到有效保持，兩種土壤質(zhì)地的土壤水分明顯高于CK1。在0－20cm土層，樣地一10d的土壤水分高于對照2.6%～3.4%，樣地二10d的土壤水分高于對照1.8%～4.6%。同理，土層20－40 cm研究結(jié)果與0－20cm土層結(jié)論較一致，見表1、表3。土壤經(jīng)過草覆蓋后，土壤水分變化相對穩(wěn)定，表層的土壤水分很均勻，0－20cm土層20d的土壤水分變化為7.9%～7.2%～7.0%，20－40cm土層20d的土壤水分變化由9.3%～9.3%～8.9%；而CK1區(qū)土壤表層隨外界條件而變化幅度大，0－20 cm土層20d的土壤水分變化為5.2%～4.5%～3.6%，20－40cm土層20d的土壤水分變化為8.7%～6.2%～6.1%。同理，樣地二與樣地一結(jié)論一致。不同的土壤質(zhì)地也存在明顯的土壤水分差異，同樣蓋草條件下，樣地二表層沙土的粒徑孔隙大，土壤中的自由水和束縛水傳輸活動受外界環(huán)境影響敏感，保水效果差，因此從開始水分蒸發(fā)較快［5］，20d的土壤水分變化為6.0%～4.2%～2.8%。深層黏質(zhì)土比較緊實，土壤水分穩(wěn)定性好，變化幅度小，在深層次的土壤中保水能力稍強于沙壤土。而樣地一沙壤土保水效果好一些，因此土壤水分從開始水分蒸發(fā)較慢，而且變化不大，0－20cm土層20d的土壤水分變化為7.9%～7.2%～7.0%。

表1 蓋草模式下兩個樣地不同土壤層次含水量 %

表2 蓋膜模式下兩個樣地不同土壤層次含水量 %

表3 不同處理不同土層10d土壤平均含水量變化值%

2.2 樹體四周蓋膜對土壤水分變化的影響

蓋膜以白色薄膜單層壓蓋，主要起到保水、增加地表溫度作用。通過蓋膜措施處理后，土壤水分含量明顯提高。從表2中可以看出，蓋膜模式中，土壤經(jīng)過膜覆蓋后表層水分含量能得到有效保護，兩種土壤質(zhì)地的土壤水分明顯高于CK1。在0－20cm土層，樣地一10d的土壤水分高于對照1.2%～4.6%，樣地二10d的土壤水分高于對照1.8%～4.7%。同理，土層20－40cm研究結(jié)果與0－20cm土層結(jié)論較一致。而且樣地一和樣地二在10d土壤水分與對照相比較由高向低，見表2、表3?？赡苁且驗樯w膜情況下溫度升高，土壤水分蒸發(fā)也快，因此，樣地1和樣地2土壤表層0－20cm土壤水分在30d內(nèi)變化幅度大，而在土壤層20－40cm及無覆蓋條件下土壤水分在30d內(nèi)變化不大。而從表1－3看出，在膜覆蓋條件下的保水效果均高于任何處理，原因可能是經(jīng)過蓋膜措施后，一方面膜最大限度阻止了土壤水分蒸發(fā)。另一方面，升高了地面的溫度，加大了地面水分的蒸發(fā)量，致使表層土壤水分蒸發(fā)加快，蒸發(fā)的水分凝集膜底，冷卻后又回到地表，導(dǎo)致土壤表層水分含量均高于蓋草模式，形成水－氣體－熱－土壤［6］的循環(huán)。

表4 各處理與對照兩個種植樣地不同土壤層次平均含水量 %

2.3 不同處理土壤含水量

從表1－2、表4可看出，2010年由于降雨量少蒸發(fā)量大，因此土壤表層土壤水分改變相應(yīng)高。無論是樣地一或樣地二，無灌溉樣地土壤水分極低。以樣地一為例分析，在0－20cm土層，兩個樣地土壤水分為1.0%～1.4%，而灌溉后未覆蓋的土壤水分為3.6%～5.2%，灌溉后草覆蓋的土壤水分為7.0%～7.9%，膜覆蓋的土壤水分為4.8%～9.8%。同理，土層20－40cm研究結(jié)果與0－20cm土層結(jié)論較一致。因此，嚴重干旱季節(jié)應(yīng)適當(dāng)灌溉1～2次，確保辣木正常生長。

2.4 不同處理對辣木生育期的影響

從表5可以看出，灌溉與否及不同的覆蓋措施均對辣木的物候期具有一定影響。辣木樣地一，種熟期在12月－翌年2月，因此2－3月是辣木的萌發(fā)期。不同的處理措施其萌發(fā)期也具有差異，灌溉條件增加土壤濕度及作物生長所需水分，萌發(fā)期比未灌溉條件較早20～25d，灌溉＋覆蓋較灌溉＋無覆蓋早10d；初花期灌溉＋覆蓋比未灌溉條件較早10～20d，灌溉＋覆蓋較灌溉＋無覆蓋早5d。對于樣地二幼齡辣木，自種植以來為生長期，2－3月辣木生殖生長期。試驗結(jié)果與樣地一較一致，灌溉條件初花期期比未灌溉條件較早25～30d，灌溉＋膜覆蓋較灌溉＋無覆蓋早5d。

3 結(jié)論

（1）兩種覆蓋保水措施對辣木人工林樣地土壤水分均具有一定效果?？傮w看，膜覆蓋條件下的保水效果高于草覆蓋膜式，而土壤經(jīng)過草覆蓋后，土壤水分變化相對穩(wěn)定，表層的土壤水分很均勻。在覆蓋模式選擇上，蓋膜處理保水效果雖高于蓋草措施，但易損壞，不及時處理可能影響農(nóng)田環(huán)境，屬短期斷續(xù)覆蓋。蓋草模式前期保持土壤水分，后期草桿還田，增加土壤肥力，可作長期覆蓋模式。加上元謀干熱河谷草被在植被中占90%以上［8－9］，是一種可就地選材，成本低、實用、操作性強的模式。

（2）試驗表明兩種覆蓋保水措施對辣木物候均有影響。干熱河谷旱坡地辣木人工林灌溉后經(jīng)過地表覆蓋措施后，一方面土壤水分即有不同程度的增加，另一方面辣木生育期也相應(yīng)提前，可促進辣木開花結(jié)實，提高單位面積辣木生長量及種子產(chǎn)量。

［1］歐曉昆.云南省干熱河谷區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)［J］.長江流域資源與環(huán)境，1994，3（3）:271－275.

［2］張建平，張信寶，楊忠，等.云南元謀干熱河谷生態(tài)環(huán)境退化及恢復(fù)重建試驗研究［J］.西南師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2001，26（6）:733－738.

［3］張映翠.金沙江干熱河谷土地資源及其開發(fā)潛力［J］.山地研究，1996，14（3）:188－193.

［4］龍會英，沙毓滄.干熱河谷草和灌木資源引種及綜合利用研究［M］.昆明:云南科技出版社，2010（2）:203－210.

［5］張明忠，朱紅業(yè)，張映翠，等.云南干熱河谷旱坡地兩種覆蓋措施對土壤水分的影響［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2007，27（3）:38－40.

［6］李保國，龔元石，左強，等.農(nóng)田土壤水的動態(tài)模型及應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，2000:168－180.

［7］柴宗新，范建容.金沙江干熱河谷植被恢復(fù)的思考［J］.山地研究，2001（8）:381－384.

［8］龍會英，張德，沙毓滄，金杰.云南金沙江干熱河谷區(qū)牧草種質(zhì)資源的研究利用與開發(fā)［J］.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2004，17（S）:313－316.