2個(gè)密度樟子松人工固沙林土壤水分動(dòng)態(tài)變化研究

劉長(zhǎng)全

(遼寧省沙地治理與利用研究所，遼寧 阜新 123000)

水是基礎(chǔ)性自然資源，近50年，東北地區(qū)干旱明顯加重[1]，持續(xù)的干旱使地下水位下降，科爾沁沙地南緣章古臺(tái)地下水位也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[2]。地下水位的下降直接影響著土壤水分，土壤水分是林木生長(zhǎng)和發(fā)育所必需的環(huán)境因子，林木生長(zhǎng)所需要的水分絕大多數(shù)是通過根系從土壤水分中吸收獲取的[3]，水分是影響植被恢復(fù)與重建的重要因素，是植被恢復(fù)的決定因素之一，并影響到人工固沙植被區(qū)的穩(wěn)定性[4]。章古臺(tái)樟子松人工固沙林的穩(wěn)定性[5]、適宜密度[6]、土壤水分[7]、水量平衡[8]一直成為研究的焦點(diǎn)，無疑樟子松人工固沙林密度及其土壤水分是研究的重要內(nèi)容之一。本文通過對(duì)章古臺(tái)樟子松人工固沙林2個(gè)密度林分以及草地的0～180 cm不同層次土壤含水量連續(xù)2年的監(jiān)測(cè)，結(jié)合同期監(jiān)測(cè)的降水量，研究不同密度下樟子松人工固沙林土壤水分變化差異及其與降水量的相關(guān)關(guān)系，為該地區(qū)樟子松人工固沙林的持續(xù)經(jīng)營(yíng)及生態(tài)建設(shè)提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

遼寧省沙地治理與利用研究所實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)位于彰武縣章古臺(tái)鎮(zhèn)，地處科爾沁沙地南緣,屬科爾沁沙地的一部分，是第四紀(jì)冰川后期西遼河及其支流泛濫沉積而成的沙地,后被西遼河下切及泛濫面縮小而形成的沙質(zhì)階地。新中國(guó)成立前夕，這里已由原來的“灌叢成林、草層茂密的肥美草原”變成了“一望無際的白花花的沙坨子”。在20世紀(jì)50年代初期，當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了防護(hù)林工程和固沙造林試驗(yàn)，成功營(yíng)造了以樟子松和楊樹為主要樹種的防風(fēng)固沙林。土壤以風(fēng)沙土為主，沙土顆粒均勻，沙土瘠薄。沙層厚度126～128 m，沙層的顏色和機(jī)械粒徑成層更迭分布，變化比較明顯。風(fēng)沙土又包括生草風(fēng)沙土和流動(dòng)風(fēng)沙土。生草風(fēng)沙土分布在固定沙丘和平緩沙地上，土壤剖面一般是 0～5 cm淺灰黑色，質(zhì)地疏松，較干燥。5～47 cm灰黑色，沙壤質(zhì)，植物根較多，塊狀結(jié)構(gòu)，較緊密濕潤(rùn)。47～82 cm黃褐色，沙質(zhì)，無結(jié)構(gòu)，植物根較少，疏松較濕潤(rùn)。82～113 cm淺黃色，沙質(zhì)，無結(jié)構(gòu)，植物根較少，疏松較濕潤(rùn)。113 cm以下，灰白色，沙質(zhì)無結(jié)構(gòu)，植物根很少，疏松濕潤(rùn)；流動(dòng)風(fēng)沙土分布在流動(dòng)及半流動(dòng)沙丘，自上至下為灰白色疏松沙層，無層次較濕潤(rùn)[9]。當(dāng)?shù)啬昃鶜鉁?.3 ℃，全年無霜期150～160 d，年均降水量450～500 mm，降水變率大，60%～70%集中在6—8月，年蒸發(fā)量1 553.2 mm，約為降水量的3.27倍。該區(qū)主要代表性植物有色木槭(Acermono)、山里紅(Crataeguspinnatifidavar.major)、榆樹(Ulmuspumila)、大果榆(Ulmusmacrocarpa)、山杏(Prunussibirica)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、彰武小鉆楊(Populus×XiaozhuanieaW.Y.Hsu et L. cv. Zhang Wu)、胡枝子(Lespedezabicolor)、差巴嘎蒿(Artemisiahalodendron)、中華隱子草(Cleistogeneschinensis)等。

試驗(yàn)地基本情況見表1。標(biāo)準(zhǔn)氣象場(chǎng)內(nèi)土壤作為對(duì)照CK，即草地。

表1 2種密度樟子松樣地基本情況

2 研究方法

2.1 土壤含水率測(cè)定方法

利用便捷式土壤水分測(cè)量?jī)x(TRIME-Pico 64/32 TDR)測(cè)量T1、T2和CK樣地內(nèi)土壤體積含水率。于林分行間每隔一段距離埋設(shè)TDR測(cè)管，3次重復(fù)。4—10月每月10、20、30日測(cè)量土壤體積含水率，雨后加測(cè)，2016年測(cè)量層次為20、40、60、80、100、120、140、160、180 cm，2017年測(cè)量層次為10、20、50、100、150、180 cm。觀測(cè)時(shí)間段2016年4—10月，2017年4—10月。

2.2 降水量測(cè)定方法

用中國(guó)華云CAWS600B自動(dòng)氣象站sl3型雨量傳感器自動(dòng)記錄。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 年際間、月際間降水量

統(tǒng)計(jì)1983—2010年彰武縣章古臺(tái)鎮(zhèn)各月降水量，顯示全年降水量的67.0%集中在6—8月，其中6—8月分別占全年降水量的17.5%、28.8%、20.7%，4—5月占全年降水量的13.9%，9—10月占全年降水量的12.8%。2016年降水量346.0 mm，屬干旱年，2017年降水量637.4 mm，屬濕潤(rùn)年。2年間5—9月各月降水量差異也較大，見圖1。

3.2 2種密度林分年際間土壤含水率的差異

2016年 4—5月20～50 cm層次土壤含水率(CK)高于290株hm-2，290株hm-2高于855株hm-2。6—10月，290株hm-2低于855株hm-2。CK在6—7月高于2種密度林分，在8—10月與290株hm-2相近，低于855株hm-2。60～100 cm層次，CK高于290株hm-2，290株hm-2高于855株hm-2。在100～120 cm層次，是個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，CK高于2種密度林分，且290株hm-2高于855株hm-2，此種狀態(tài)一直維持到120～180 cm層次，見圖2。

在150 cm層次，4—5月2種密度林分接近，6—10月290株hm-2高于855株hm-2，且隨著月份的增加，二者數(shù)值的差距有所增大。對(duì)照的150 cm層次均高于2種密度林分。180 cm層次對(duì)照高于290株hm-2，290株hm-2高于855株hm-2。

2年間，10～20 cm層次土壤含水率CK高于2種密度林分，2種密度林分相近；80～180 cm層次CK均高于2種密度林分；對(duì)于2種密度林分來說，100 cm層次是個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，20～100 cm層次290株hm-2低于855株hm-2，100～180 cm層次290株hm-2高于855株hm-2。

3.3 2種密度林分土壤垂直深度土壤含水率與降水量的響應(yīng)關(guān)系

100～150 cm層次，2個(gè)密度林分土壤含水率走勢(shì)也是基本一致，同時(shí)下降，同時(shí)上升。2016年4月20日—10月30日290株hm-2一直高于855株hm-2，只是在10月末時(shí)基本一致。在7月20日以后，855株hm-2上升的幅度要高于290株hm-2，說明在該時(shí)間段855株hm-2林分內(nèi)水分補(bǔ)充好于290株hm-2林分；2017年4月1日—6月10日，土壤含水率290株hm-2低于855株hm-2，同時(shí)2個(gè)密度林分土壤含水率都在下降，并且855株hm-2下降幅度高于290株hm-2。6月中旬～7月中旬兩個(gè)密度林分土壤含水率十分接近，說明此時(shí)間段該層次土壤含水率可能是下降到不能再下降了的地步，已達(dá)到極端。6月21日—10月30日290株hm-2一直高于855株hm-2且290株hm-2的上升幅度高于855株hm-2。7月19日降水26.4 mm，8月3日降水70.4 mm后樟子松林內(nèi)土壤一旦隨著降水的產(chǎn)生得到補(bǔ)充后，土壤含水率又迅速上升，此時(shí)855株hm-2林分土壤含水率低于290株hm-2，與4—6月正好相反，說明290株hm-2林分在該層次土壤水分補(bǔ)充的比855株hm-2多。

180 cm層次，2個(gè)密度林分土壤含水率在2016年4月20日—9月10日走勢(shì)是一致的，在9月20日—10月30日，290株hm-2在下降，855株hm-2在緩慢上升；2017年4—8月走勢(shì)是一致的，在8月該層有水分補(bǔ)充，補(bǔ)充后290株hm-2保水效果要好于855株hm-2。9—10月290株hm-2走勢(shì)平緩，無變化，855株hm-2在緩慢下降。該層次290株hm-2土壤含水率始終高于855株hm-2，見圖3、圖4。

4 結(jié)論與討論

章古臺(tái)地區(qū)樟子松人工固沙林2個(gè)密度林分土壤含水率在50～180 cm層次隨著土層深度的增加均呈下降趨勢(shì)，并且在土壤層次100 cm以下，樟子松低密度林分土壤含水率高于高密度林分。在100～180 cm層次，草地土壤含水率均高于2個(gè)密度樟子松林分。