吐魯番盆地人工梭梭林的土壤水分補(bǔ)給來源分析

李 林 李 柳 王雪霞

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué),新疆 烏魯木齊 830052)

梭梭(Haloxylon Ammodendron)為藜科梭梭屬的旱生小喬木,具有很強(qiáng)的耐旱、耐鹽、耐堿和耐土壤貧瘠能力,其高大的灌叢狀結(jié)構(gòu)和龐大的根系具有良好的防風(fēng)固沙效果,是我國干旱地區(qū)防風(fēng)固沙林建設(shè)的理想樹種。然而,由于長(zhǎng)期不合理的放牧和樵采,天然梭梭林受到了極其嚴(yán)重的破壞,分布面積日趨縮小,已被列為國家三級(jí)保護(hù)漸危種。近年來,隨著在人工梭梭林根系上接種中藥材肉蓯蓉(Cistanche deserticola Ma.)項(xiàng)目在一些風(fēng)沙侵蝕區(qū)的大力推廣,農(nóng)民在政府的扶持下開始大面積種植人工梭梭防護(hù)林,并在梭梭植株的根系上接種肉蓯蓉,變被動(dòng)治沙為主動(dòng)治沙,一方面可以防風(fēng)固沙,另一方面也可通過肉蓯蓉獲取經(jīng)濟(jì)收益,體現(xiàn)了生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的結(jié)合。然而,在這樣的種植積極性的背后也存在著一些問題。目前國內(nèi)針對(duì)梭梭開展的絕大多數(shù)已有研究都集中在新疆古爾班通古特沙漠南緣、甘肅民勤地區(qū)以及內(nèi)蒙古的庫布齊沙漠等自然降水條件較為適宜梭梭生長(zhǎng)的地區(qū),研究區(qū)的多年平均年降水量通常超過150mm,且能夠通過地下水或者春季融雪對(duì)土壤水分進(jìn)行補(bǔ)給。相比之下,在平均年降水量小于100mm的干旱區(qū)甚至極端干旱區(qū)開展梭梭林種植的相關(guān)研究相對(duì)較少,缺乏對(duì)這些地區(qū)人工種植梭梭林的管護(hù)指導(dǎo)。因此,一些干旱區(qū)的林業(yè)基層工作者和農(nóng)民們因?yàn)閷?duì)已有研究產(chǎn)生了一些認(rèn)知上的誤區(qū),認(rèn)為梭梭可以在任何干旱環(huán)境下存活,完全不需要人工灌溉養(yǎng)護(hù)。這種認(rèn)知誤區(qū)使得一些極端干旱地區(qū)的梭梭防護(hù)林嚴(yán)重退化,甚至產(chǎn)生不可逆的根系損傷。因此,在干旱區(qū)進(jìn)行人工梭梭防護(hù)林建設(shè)時(shí),需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行灌溉需求分析,指導(dǎo)林業(yè)基層工作者和農(nóng)民們對(duì)人工梭梭林因地制宜施以科學(xué)合理的管護(hù)措施。

1 干旱區(qū)梭梭水分來源

在干旱區(qū),土壤水分是植物需水的首要來源,是影響植物個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育、群落結(jié)構(gòu)與生態(tài)系統(tǒng)功能的首要限制因子[1]。天然梭梭植株的根系十分發(fā)達(dá),同時(shí)具有埋深很深且側(cè)根較少的垂直主根系和埋深較淺但向四周廣泛伸展的水平根系,可以同時(shí)利用淺層和深層的土壤水分,以及一定埋深的地下水[2],具有很高的水分利用效率。然而,雖然梭梭具有很強(qiáng)的耐干旱脅迫能力,但若想人工種植的梭梭防護(hù)林能夠維持正常的生長(zhǎng)和可持續(xù)發(fā)展,依然需要有持續(xù)穩(wěn)定的土壤水分供給,尤其是在梭梭快速生長(zhǎng)期的5—6月[3]。梭梭最主要的水分來源分別是地下水補(bǔ)給、春季融雪補(bǔ)給以及5—9月的大、中規(guī)模降雨補(bǔ)給。

1.1 地下水

在同時(shí)擁有多種水分補(bǔ)給渠道的情況下,梭梭對(duì)地下水的利用程度很高,最高幅度可達(dá)到總利用水源的80%,平均占30%左右[4];夏季的嚴(yán)重干旱致使梭梭增加對(duì)地下水的利用[5],5—9月梭梭對(duì)地下水的利用程度高達(dá)68%～100%[6]。梭梭生長(zhǎng)的最理想的地下水位為5～8m,地下水位大于8m時(shí)種群衰退;地下水位小于4m時(shí),地下水礦化度會(huì)影響土壤表層積鹽,進(jìn)而顯著地降低物種多樣性,阻礙梭梭幼苗更新,導(dǎo)致梭梭種群衰敗[7]。

1.2 春季融雪

春季融雪補(bǔ)給量對(duì)增加土壤滲潤(rùn)深度和土壤含水量作用明顯,可直接影響梭梭林當(dāng)年的生長(zhǎng)狀況[3,8],降雪量會(huì)影響第二年春天幼苗出苗期的土壤水分補(bǔ)給,無降雪條件下梭梭林幼苗對(duì)其他水分補(bǔ)給需求明顯增加,如果不能獲得及時(shí)補(bǔ)給則會(huì)影響其天然更新[9-10]。

1.3 降雨

與地下水補(bǔ)給和春季融雪補(bǔ)給相比,夏季降雨對(duì)干旱區(qū)梭梭林土壤水分的補(bǔ)給作用并不明顯,這主要是由于降雨雨量小、頻率高是我國干旱荒漠區(qū)最主要的降雨模式,而已有研究表明,小于5mm的小型降雨事件對(duì)土壤水分的補(bǔ)給作用非常有限,無法被梭梭利用[11]。許皓等[12]研究表明,當(dāng)降水充足,表層土壤含水量(≥6.6%)可以滿足梭梭正常生存所需時(shí),梭梭主要利用降水形成的淺層土壤水維持生存,而在無有效降水的情況下,0～0.7m深表土層中的梭梭根系大量萎縮,幾乎沒有活躍吸收根存在。此時(shí),如果該地區(qū)地下水位滿足梭梭的利用條件,吸收根會(huì)向著深層土壤伸展。此外,我國干旱區(qū)的降雨主要集中在7—8月,而此時(shí)由于土壤蒸發(fā)量高、氣候干燥等原因,梭梭植株通常會(huì)進(jìn)入夏季生長(zhǎng)停滯期,因而相比之下春季梭梭快速生長(zhǎng)期的水分補(bǔ)給更為重要。

2 吐魯番盆地水資源特征及其對(duì)人工梭梭林土壤水分的補(bǔ)給作用

吐魯番盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)的東部,地處東經(jīng)87°16″～91°55″、北緯41°12″～43°40″的范圍之內(nèi),總面積約為69713km2,行政區(qū)劃包括吐魯番市、托克遜縣、鄯善縣。吐魯番盆地屬典型的大陸性暖溫帶干旱沙漠氣候,四季明顯,十分干燥,春季的氣溫上升和秋季的氣溫下降都較快,熱量、日射量和日氣溫溫差大。主要土壤類型為白硝土、棕漠土和灌耕土,農(nóng)作物以糧食作物、葡萄、棉花為主。吐魯番境內(nèi)高山盆地相間,西北高而東南低,地形地勢(shì)由山區(qū)向盆地最低點(diǎn)艾丁湖傾斜,海拔最高4300m,最低-150m,梯度變化很大。由于特殊的氣候條件,吐魯番地區(qū)梭梭的快速生長(zhǎng)期較其他地區(qū)平均提前約20～30天,即4—5月為該地區(qū)梭梭的快速生長(zhǎng)期,此后因?yàn)樵摰貐^(qū)的夏季極為干燥炎熱,梭梭的生長(zhǎng)在7—8月進(jìn)入停滯期。因此,4—5月的水分補(bǔ)給對(duì)于吐魯番盆地的人工梭梭林極為關(guān)鍵。而吐魯番盆地的水資源分布具有很高的時(shí)空變異性,對(duì)當(dāng)?shù)刂脖坏闹文芰π枰虻刂埔司唧w分析。

2.1 吐魯番盆地降水特征及其對(duì)人工梭梭林的支撐能力

吐魯番地區(qū)多年平均年降水量為16.4mm,歷史最大年降雨量為48.4mm,歷史最小年降雨量為2.9mm。多年平均年蒸發(fā)量為2845mm,平均年降水量具有明顯的地區(qū)分異性,年降水量隨海拔的升高而增大,各站年降水量變化在7.6～169.9mm,其中吐魯番、托克遜、東坎的多年平均年降雨量均在20mm以下,鄯善的多年平均年降雨量小于30mm。該地區(qū)降水量年內(nèi)分配不均,6—9月降水量占年降水量的58.0%～83.6%,且主要以小于2mm的極小降雨事件為主,且集中程度較高,降雨事件主要集中在6—9月,春、秋、冬三季降水所占比例很小。吐魯番盆地的降雪量極小,歷年冬季降雪平均不足2mm,呈現(xiàn)山區(qū)多于盆地、山北多于山南、由北向南逐漸減少的特點(diǎn),且越向南降水越少,無降水日數(shù)較長(zhǎng),同時(shí)年降水量的年際變化較大[13]。吐魯番盆地在梭梭快速生長(zhǎng)的4—5月期間,無法通過降雨或者春季融雪提供有效的土壤水分補(bǔ)給。

2.2 吐魯番盆地地下水空間分布特征及其對(duì)人工梭梭林的支撐能力

應(yīng)用Surfer19.0軟件對(duì)吐魯番盆地32眼長(zhǎng)期觀測(cè)井的地下水位資料進(jìn)行分析,其中空間插值采用克里格插值法進(jìn)行,可得出直觀展現(xiàn)吐魯番盆地的地下水位空間變化差異圖,見圖1。

圖1 吐魯番地區(qū)地下水位空間分布

從圖1可以看出,吐魯番盆地的地下水位具有明顯的空間差異性,其中:盆地中部地區(qū)的地下水位平均埋深超過50m,最深處可達(dá)到觀測(cè)下限80m;盆地東部地區(qū)(南盆地)地下水位平均埋深為20～50m,其中艾丁湖附近約為0～10m,以艾丁湖為中心向北地下水位埋深逐漸加深;盆地西部地區(qū)(南盆地)地下水位較淺,平均埋深為1～20m。此外,整個(gè)吐魯番地區(qū)的地下水位從2000年開始有逐漸下降的趨勢(shì),致使淺層地下水位控制面積逐年縮小。其中鄯善縣西南部南盆地的觀測(cè)井記錄其地下水位在8年間下降量將近15m。結(jié)合本文1.1的研究?jī)?nèi)容可知,吐魯番盆地在梭梭快速生長(zhǎng)的4—5月期間,無法通過降雨或者春季融雪提供有效的土壤水分補(bǔ)給。除艾丁湖附近(0～10m)及北盆地(1～20m)的部分地區(qū)以外,絕大多數(shù)地區(qū)地下水埋深較深,無法被地表植被有效利用。

3 結(jié) 語

在快速生長(zhǎng)期能夠獲得穩(wěn)定的土壤水分供給是干旱區(qū)人工梭梭林可持續(xù)發(fā)展的必要條件。梭梭同時(shí)擁有埋深很深的垂直主根系和埋深較淺的水平根系,可以充分利用多種來源的土壤水分,主要包括地下水補(bǔ)給、春季融雪補(bǔ)給以及5—9月的大、中規(guī)模降雨補(bǔ)給。然而吐魯番盆地年降水量極小,且主要以小于2mm的極小降雨事件的形式發(fā)生,對(duì)土壤水分的補(bǔ)給十分有限;該地區(qū)冬季降雪量也極小,年降雪量通常不超過2mm,春季無法通過融雪對(duì)土壤水分進(jìn)行有效補(bǔ)給;該地區(qū)地下水位的空間分布差異十分明顯,除艾丁湖附近(0～10m)及北盆地(1～20m)的部分地區(qū)以外,絕大多數(shù)地區(qū)地下水埋深較深,無法被地表植被有效利用。因此,在該地區(qū)進(jìn)行人工梭梭林種植時(shí),需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行灌溉需求分析,確定合適的人工灌溉頻次、時(shí)機(jī)及灌溉量,避免人工梭梭林因長(zhǎng)期缺水嚴(yán)重退化。今后,應(yīng)當(dāng)在實(shí)際生產(chǎn)過程中通過科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)分析,進(jìn)行吐魯番盆地防護(hù)樹種的灌溉需求分析,對(duì)當(dāng)?shù)氐姆雷o(hù)林建設(shè)提供具有實(shí)踐意義的理論指導(dǎo)。