覆蓋和密度調(diào)控對女貞人工林土壤水季節(jié)性影響

彭婷婷，關(guān)慶偉，劉 娜，邱 雷，盧 雯

（1.南京中山園林梅花研究中心有限公司，南京210014；2.南京林業(yè)大學(xué)，南京210037）

綠地系統(tǒng)改善城市環(huán)境作用顯著，隨需求的增加，綠化面積的增長導(dǎo)致水資源消耗劇增。第一次水利普查公報(bào)顯示我國現(xiàn)有園林草地灌溉面積53.3億m2，年生態(tài)環(huán)境用水達(dá)106.3億m3?！妒澜缢Y源發(fā)展報(bào)告4》指出，地球淡水資源十分有限，僅2.5%的淡水能夠供人類、動(dòng)植物使用［1］。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口的增加，用水量不斷增加，污水排放量增加，可用的水資源越來越少。

節(jié)約型綠地建設(shè)，可有效減少綠地水資源消耗。針對城市植物水分供應(yīng)有限［2］的特殊性，試圖通過提高土壤保蓄水能力，來減少水資源消耗。土壤水是土壤重要組成部分之一，影響土壤物質(zhì)能量運(yùn)輸，植物根系的生長分布以及光合、蒸騰等生理指標(biāo)［3－4］。土壤水平衡受植被組成和覆蓋度、氣候、土壤因素、地形、水文地質(zhì)、人為干擾（保水劑、覆蓋方式、耕作措施）多因素影響［5－8］。有研究表明覆蓋可有效保持土壤水分［9］，控制密度在理論造林密度［10］范圍內(nèi)可有效減少塊狀綠地水分的消耗。此外，覆蓋物取材方便、覆蓋，密度控制可實(shí)施性強(qiáng)，覆蓋實(shí)施后冬季保溫夏季降溫、提供腐殖質(zhì)改善土壤的養(yǎng)分狀況和物理性狀，改善林地環(huán)境，2種措施結(jié)合可期提高土壤保水性。目前國外盛行MULCH覆蓋，覆蓋物主要是樹皮、木片、松針、干草、堆肥等有機(jī)物，也有砂礫、小鵝卵石、聚苯乙烯膜等無機(jī)物。研究發(fā)現(xiàn)不同覆蓋物種類、厚度和顆粒大?。?1］，會(huì)造成土壤濕度、日蒸發(fā)量、累積蒸發(fā)量等的差異［12］。然而結(jié)合密度調(diào)控的不同材料覆蓋如何影響城市綠地土壤水的研究較鮮見。本文以揚(yáng)州市江都區(qū)近郊的女貞人工林為研究對象，立足于土壤水的變化，探討覆蓋和密度調(diào)控對其土壤含水量的影響，以期找出合理的經(jīng)營措施指導(dǎo)節(jié)水型綠地建設(shè)。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

選取揚(yáng)州市江都區(qū)城郊6a生女貞人工林，位于北緯32°17′51″—32°48′00″，東經(jīng) 119°27′03″—119°54′23″。女貞人工林概況見表1。

表1 女貞試驗(yàn)地概況

該地土壤屬于灰潮土亞類，土層厚，養(yǎng)分狀況整體較好，表層有機(jī)質(zhì)含量2.58%，土壤全P、全K、全N含量分別為0.06%，0.76%，0.17%。林下無灌木，草本層生長旺盛，主要草種有烏蘞莓（Cayratia japonica）、水花生（Alternanthera philoxeroides）、一年蓬（Erigeron annuus）、小飛蓬（Conyza Canadensis）、毛野扁豆（Dunbaria villos）等。

1.2 樣地處理

（1）覆蓋。2011年12月，對選出的標(biāo)準(zhǔn)木分別進(jìn)行稻草覆蓋（C）、枯落物覆蓋（K）、石礫覆蓋（S）覆蓋處理，不覆蓋（CK）作為對照。覆蓋情況詳見表2。

表2 覆蓋材料簡介

四種覆蓋處理在樣方中隨機(jī)分布。采用四種標(biāo)記方式分別在對應(yīng)植株上標(biāo)記。每個(gè)處理覆蓋面積為1m2，3次重復(fù)。

（2）密度調(diào)控。女貞林地原株、行距均為1.5m。另選2個(gè)20×20m樣地，分別進(jìn)行50%、70%強(qiáng)度的整株移植，控制株行距為1.5×3.0m，3.0×3.0m。

1.3 研究方法

于2012年4月、7月、11月，在各覆蓋邊緣下方，挖土壤剖面。按0—10cm，10—20cm，20—40cm自下而上采土樣測定各理化性質(zhì)。同時(shí)，未覆蓋的土壤采樣位置在樹干周圍1×1m邊緣處，采樣方法同上。參照中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林土壤分析方法》［13］，依據(jù) LY／T 1215—1999，環(huán)刀法測定土壤容重、毛管孔隙度，烘干法測含水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋和密度調(diào)控對土壤含水量的影響

2.1.1 覆蓋對土壤含水量的影響 各處理下土壤含水量值如表3所示。其中，土壤表層含水量最高。覆蓋后一年內(nèi)，7月含水量高。分別對未移植、50%和70%強(qiáng)度移植樣地中各覆蓋處理的土壤含水量進(jìn)行單因素方差分析和均值比較，從4，7，11月數(shù)據(jù)可知，覆蓋改變土壤含水量的垂直分布，土壤表層含水量增加。（1）未移植樣地中，4，11月C處理的保水性最高，7月K處理的保水性最高。（2）50%密度移植樣地中，4月、7月各覆蓋處理的土壤表層含水量值在0.05水平下存在顯著性差異，4，7，11月均C處理保水性最高。（3）70%密度移植樣地中，4月各覆蓋處理的土壤表層含水量值在0.05水平下在存在顯著性差異。4月、11月C處理的保水效果最好，7月S處理保水效果好。除7月外，3種覆蓋不同程度縮小重復(fù)間差異，未移植樣地中效果突出。

2.1.2 密度調(diào)控對土壤含水量的影響 移走部分女貞后，人工林密度減小，相同處理個(gè)體間的差異增大。在相同覆蓋條件下，分別比較未移植、50%和70%移植3樣地間土壤含水量差異。（1）不覆蓋處理，僅7月10—20cm含水量在3個(gè)密度梯度間有明顯差異。（2）稻草覆蓋（C），4月0—10cm，10—20cm土層含水量，7月0—10cm土層含水量，在3個(gè)林分密度下有明顯差異，其中4月0—10cm土層含水量差異最顯著。（3）枯落物覆蓋（K），4月0—10cm土層含水量，7月0—10cm，10—20cm土層含水量，在3個(gè)林分密度下有明顯差異，其中4月0—10cm土層含水量差異最顯著。（4）枯落物覆蓋（S），僅4月存在差異，0—10cm，10—20cm，20—40cm 土層含水量，在3個(gè)林分密度間均有明顯差異，其中4月10—20cm土層含水量差異最顯著。

綜合可知，降低林分密度擴(kuò)大了組內(nèi)差異，并增加4，7月的土壤表層含水量。其中50%移植下含水量最高。

表3 不同處理土壤含水量

2.1.3 覆蓋和密度調(diào)控的交互作用對土壤含水量的影響 覆蓋縮小組內(nèi)差異，使相同處理樣點(diǎn)間土壤含水量值穩(wěn)定，同時(shí)增加表層土壤含水量。樹木移植擴(kuò)大組內(nèi)差異，增加4，7月的土壤表層含水量。4月未移植C處理，4月50%移植與無覆蓋處理，C處理，K處理交互作用顯著，顯著性水平分別為0.017，0.045，0.038，0.044。

2.2 覆蓋和密度調(diào)控對土壤毛管孔隙度的影響

2.2.1 覆蓋對土壤毛管孔隙度的影響 相同密度林內(nèi)比較各覆蓋下毛管孔隙度的差異性。（1）未移植樣地中，土壤表層（0—10cm）、下層（20—40cm）毛管孔隙度在4種覆蓋處理間存在顯著差異。以孔隙度為因變量進(jìn)行LSD分析，結(jié)果如表4所示。結(jié)合圖1—4看以看出：覆蓋影響0—10cm，20—40cm毛管孔隙度，其中C覆蓋最大地增加0—10cm土壤毛管孔隙度，增加值13.36%；3種覆蓋措施間差異不明顯，毛管孔隙度降低比例分別為14.91%，17.21%，20.03%。（2）50%移植樣地中，僅20—40cm毛管孔隙度在4種覆蓋處理間差異顯著。覆蓋與未覆蓋相比，影響毛管孔隙度的作用明顯；但C、K、S處理間差異不顯著，毛管孔隙度分別降低27.92%，27.38%，28.73%。（3）70%移植樣地中，僅20—40 cm毛管孔隙度在4種覆蓋處理間的值差異顯著。與未覆蓋相比，C、S處理的改變毛管孔隙度的作用顯著；C、S處理間差異不顯著，毛管孔隙度分別降低28.00%，35.00%。

表4 不同覆蓋類型土壤毛管孔隙度差異比較

2.2.2 密度調(diào)控對土壤孔隙度影響 相同覆蓋下比較密度對毛管孔隙度的影響，如圖1—4所示。未覆蓋下不同密度間毛管孔隙度無顯著性差異，組內(nèi)差異大，但50%移植條件下土壤毛管孔隙度最大；比較C、K、S處理土壤各層毛管孔隙度在3密度間的差異性，結(jié)果顯示僅C處理土壤0—10cm、S處理20—40cm對應(yīng)值在不同林分密度間差異顯著。綜合分析，密度調(diào)控對毛管孔隙度的影響效果不顯著。密度調(diào)控和覆蓋間交互作用不顯著，僅未移植和稻草覆蓋交互作用顯著。

圖1 密度對未覆蓋土壤毛管孔隙度的影響

圖2 密度對稻草覆蓋下毛管孔隙度的影響

圖3 密度對枯落物覆蓋下毛管孔隙度的影響

圖4 密度對石礫覆蓋下毛管孔隙度的影響

2.3 土壤毛管孔隙度對含水量的影響分析

降雨量、植被以及土壤因素影響土壤含水量。其中土壤物理因素包括孔隙度、容重、滲透性等。研究發(fā)現(xiàn)覆蓋和移植后，土壤養(yǎng)分含量增加，與含水量變化趨勢不完全一致，相關(guān)性弱。進(jìn)一步以毛管孔隙度為變量，研究含水量與其關(guān)系?？芍海?）覆蓋增加0—10cm毛管孔隙度、含水量，其中C處理明顯改善毛管孔隙度，含水量增加最大。（2）不同密度樣地間毛管孔隙度差異不顯著，含水量差異不顯著。分析毛管孔隙度與含水量相關(guān)性（圖5），毛管孔隙度與相關(guān)性分別為0—10cm，10—20cm，20—40cm土壤含水量的63.55%，77.83%，75.70%。其中10—20cm 含水量與毛管孔隙度相關(guān)性最高。覆蓋對土壤含水量的改善效果與對毛管孔隙度的改善效果一致。

圖5 含水量與毛管孔隙度相關(guān)性

毛管水是土壤最有效的水分，可以自由移動(dòng)，并伴隨養(yǎng)分的遷移與轉(zhuǎn)化，易被植物吸收利用。就7月土壤表層而言，在3個(gè)密度的女貞人工林內(nèi)，覆蓋僅影響未移植林地中0—10cm的毛管孔隙度。覆蓋后土壤溫度增加，土壤日平均溫度C＞K＞CK＞S。覆蓋能促進(jìn)微生物的活動(dòng)，土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，其中稻草腐爛分解進(jìn)一步增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，有效改善土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)。覆蓋時(shí)以厚度為覆蓋標(biāo)準(zhǔn)，枯落物層較稻草層疏松，后期的保溫、增加有機(jī)質(zhì)、保水效果隨覆蓋時(shí)間減弱［14］，相對稻草覆蓋的效果弱。2012年4，7，11月采樣中發(fā)現(xiàn)，稻草覆蓋層僅下層腐爛分解，枯落物層大量分解、覆蓋厚度逐漸降低。測定結(jié)果顯示表層2012年4月土壤溫度C、K處理相近，有機(jī)質(zhì)含量K處理略大于C處理，2012年7，11月土壤溫度C＞K，有機(jī)質(zhì)含量C＞K。土壤溫度增加、有機(jī)質(zhì)含量增加有效改善土壤質(zhì)地。

3 結(jié)論

通過研究江都地區(qū)土壤含水量與毛管孔隙度等，探討覆蓋和密度調(diào)控下土壤的保水性，結(jié)果表明：覆蓋、適當(dāng)?shù)拿芏日{(diào)控增加土壤含水量，可用于節(jié)水型綠地建設(shè)。不同時(shí)間各覆蓋處理的效果存在差異，4，11月稻草覆蓋的保水性最好，7月枯落物覆蓋最好，石礫覆蓋縮小各土壤層間含水量差異；1.5×3.0m的株行間距利于提高6a生女貞人工林的土壤保水性。

研究中發(fā)現(xiàn)枯落物的覆蓋效果較稻草弱，建議采用同一質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行覆蓋后，進(jìn)一步比較二者效果。隨林地密度的降低，建議增大覆蓋面積進(jìn)一步討論覆蓋與密度調(diào)控的交互作用。

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