章古臺(tái)地區(qū)農(nóng)田防護(hù)林對(duì)風(fēng)蝕的影響

肖巍

(1.遼寧章古臺(tái)科爾沁沙地系統(tǒng)國(guó)家生態(tài)定位觀測(cè)研究站，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省沙地治理與利用研究所，遼寧 阜新 123000；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000)

土壤風(fēng)蝕是指松散的土壤物質(zhì)被風(fēng)吹起、搬運(yùn)和堆積的過(guò)程以及地表物質(zhì)受到風(fēng)吹起的顆粒的磨蝕等。在我國(guó)的干旱和半干旱風(fēng)沙區(qū)營(yíng)建農(nóng)田防護(hù)林是防治土壤風(fēng)蝕、防止土地沙漠化、減輕風(fēng)沙對(duì)農(nóng)業(yè)危害、穩(wěn)定農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的有效措施，同時(shí)也發(fā)揮著調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)、美化生態(tài)景觀的功能[1]。國(guó)內(nèi)外對(duì)農(nóng)田防護(hù)林的研究多從林帶結(jié)構(gòu)[2-5]、林帶優(yōu)化配置模式[6-8]、防護(hù)效益[9-12]等角度開展。

遼寧章古臺(tái)地區(qū)位于我國(guó)科爾沁沙地的南部，是北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的典型地區(qū)，自1970年以后，當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)了大量的楊樹和樟子松農(nóng)田防護(hù)林，農(nóng)田的土壤得到了一定程度的保護(hù)。本文通過(guò)對(duì)遼寧章古臺(tái)沙地兩個(gè)樹種農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)內(nèi)部風(fēng)蝕情況的研究，確定林網(wǎng)內(nèi)風(fēng)蝕的變化，為科爾沁沙地南部農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)的規(guī)劃和網(wǎng)內(nèi)種植提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧西北部章古臺(tái)地區(qū)(121°53′—122°22′ E，42°43′—42°51′ N)，地處科爾沁沙地南緣，屬亞濕潤(rùn)干旱區(qū)，行政區(qū)劃隸屬于遼寧省彰武縣。平均海拔226.5 m，年降水量450～550 mm，年蒸發(fā)量1 200～1 450 mm，年均氣溫6.1 ℃，年平均無(wú)霜期155 d，年均風(fēng)速3.7 m·s-1。土壤主要為風(fēng)沙土，物理砂粒含量多，黏粒含量少，養(yǎng)分貧瘠，有機(jī)質(zhì)含量較低。該地區(qū)沙地起源于古代沖擊沙地，是第四紀(jì)冰期后西遼河及其支流泛濫沉積的沙層，其后西遼河下切及泛濫面縮小而形成的沙質(zhì)階地。

1.2 試驗(yàn)地選擇

試驗(yàn)地設(shè)在章古臺(tái)農(nóng)田林網(wǎng)中的平緩沙地農(nóng)田，種植作物為花生，樣地基本情況見(jiàn)表1。該地區(qū)農(nóng)田防護(hù)林主林帶走向與主害風(fēng)垂直，走向?yàn)?22°30′—302°30′，副帶與主帶垂直。主帶距為125～300 m，副帶距為300～500 m。

表1 樣地基本情況

1.3 研究方法

試驗(yàn)采用標(biāo)尺法。2017年11月初，自農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)主林帶南側(cè)邊緣處開始，每隔20 m設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)插入1根竹簽。在竹簽貼近地面的0 cm處劃上1條痕跡線，并向上標(biāo)記刻度。2018年3—5月，每間隔15 d左右采集1次數(shù)據(jù)，用直尺測(cè)量竹簽上相對(duì)于0 cm痕跡處埋入土里的深度或露出地面的高度，以觀測(cè)風(fēng)積或風(fēng)蝕的深度。

楊樹林網(wǎng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在距離主林帶南側(cè)0、20、40、60、80、100、120、140、160、180、200、205 m處(205 m的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于相鄰主林帶上)；樟子松林網(wǎng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)別設(shè)在距離主林帶南側(cè)0、20、40、60、80、100、120、140、160、161 m處(161 m點(diǎn)位于相鄰主林帶上)；以無(wú)林帶和林網(wǎng)保護(hù)的農(nóng)田地為對(duì)照，在主害風(fēng)沿線上自農(nóng)田邊緣開始，自北向南每隔20 m設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共設(shè)置10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。連點(diǎn)成線，構(gòu)成監(jiān)測(cè)帶，設(shè)3次重復(fù)，形成3條監(jiān)測(cè)帶。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)運(yùn)用Excel2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)田防護(hù)林對(duì)表層土壤的保育作用

表2 農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)結(jié)果

農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)對(duì)于表層土壤具有一定的保育作用。由表2可以看出，在無(wú)林帶和林網(wǎng)保護(hù)的農(nóng)田中表層土壤平均風(fēng)蝕深度為1.32 cm，而樟子松農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)內(nèi)土壤表層風(fēng)蝕深度為0.72 cm，楊樹農(nóng)田林網(wǎng)內(nèi)為0.93 cm，僅為無(wú)林帶和林網(wǎng)農(nóng)田的54.5%和70.5%，說(shuō)明在春季大風(fēng)的氣候條件下產(chǎn)生了土壤侵蝕，農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)可以對(duì)表層土壤有保護(hù)作用。3—5月間，樟子松農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)對(duì)土壤表層的保育作用要優(yōu)于楊樹農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)。

2.2 農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)中風(fēng)蝕沙埋特征

2.2.1 楊樹農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)內(nèi)土壤風(fēng)蝕特征 用正數(shù)代表風(fēng)積，用負(fù)數(shù)代表風(fēng)蝕，由圖1中可知，楊樹林網(wǎng)內(nèi)不同地點(diǎn)風(fēng)蝕程度不同。在12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，僅有2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)積沙，其余均出現(xiàn)風(fēng)蝕現(xiàn)象。積沙出現(xiàn)在距離楊樹林網(wǎng)主林帶南側(cè)0 m和80 m處，0 m處積沙明顯，積沙厚度3 cm，80 m處積沙為0.5 cm。風(fēng)蝕最嚴(yán)重的地點(diǎn)出現(xiàn)在20 m處，風(fēng)蝕深度3.1 cm，這可能是因?yàn)轱L(fēng)吹過(guò)林帶后，風(fēng)速增加造成的；其次是100～140 m處，風(fēng)蝕為2.5 cm，這一地點(diǎn)處于南北林帶的中間處；在160～206 m的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，風(fēng)蝕程度較輕。在2—5月，楊樹林網(wǎng)對(duì)距離其主林帶南側(cè)80 m以及160～206 m較好的防護(hù)作用。

圖1 楊樹林網(wǎng)內(nèi)的風(fēng)蝕情況

2.2.2 樟子松農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)內(nèi)土壤風(fēng)蝕特征

圖2 樟子松林網(wǎng)內(nèi)的風(fēng)蝕情況

由圖2可以看出，樟子松防護(hù)林網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)了明顯的風(fēng)積和風(fēng)蝕現(xiàn)象。在樟子松林網(wǎng)中共設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)10個(gè)，有4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)積沙，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生風(fēng)蝕。積沙最為嚴(yán)重的監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)在樟子松林網(wǎng)相鄰主林帶北側(cè)(距離該主林帶南側(cè)161 m處)，積沙厚度為3.33 cm；其余積沙的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別為距離主林帶南側(cè)0、120和140 m處，積沙厚度分別為0.87、0.37和0.47 cm。風(fēng)蝕最嚴(yán)重的監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)在距離主林帶南側(cè)100 m處，風(fēng)蝕為4.17 cm；其次是帶40和160 m處，分別為3.37和2.67 cm；20 m、60～80 m，風(fēng)蝕程度較輕。可以看出，樟子松林網(wǎng)在距離主林帶南側(cè)20、80、120～140 m處，對(duì)土壤具有較好的防護(hù)作用。

3 結(jié)論和討論

3.1 樟子松和楊樹農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)內(nèi)土壤表層風(fēng)蝕深度僅為無(wú)林帶和林網(wǎng)農(nóng)田的54.5%和70.5%，說(shuō)明在春季大風(fēng)的氣候條件下產(chǎn)生土壤侵蝕，農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)可以對(duì)表層土壤有保護(hù)作用。

3.2 2種農(nóng)田防護(hù)林的防護(hù)距離有所不同。在楊樹農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)中，在主林帶南側(cè)80、160～206 m風(fēng)蝕作用較小，表層土壤防護(hù)作用較好；在樟子松農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)中，風(fēng)蝕作用較小的是距離主林帶南側(cè)20、80、120～140 m處。

3.3 2種農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)的防護(hù)效能有所差別。在樟子松和楊樹的防護(hù)林網(wǎng)中，均出現(xiàn)了風(fēng)積和風(fēng)蝕現(xiàn)象，風(fēng)蝕在出現(xiàn)頻率和程度上均高于風(fēng)積。但是在風(fēng)蝕量上，樟子松林網(wǎng)明顯要小于楊樹。