吉林省西部沙地典型農(nóng)林復(fù)合模式實(shí)施效果

關(guān)鍵詞：農(nóng)林復(fù)合模式；作物；沙地；效果；影響因素；吉林省西部中圖分類(lèi)號(hào)：S750文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.06.020引用格式：，，，等.吉林省西部沙地典型農(nóng)林復(fù)合模式實(shí)施效果[J].中國(guó)水土保持，2025（6）：67-71.

沙化土地生態(tài)環(huán)境惡劣，水土資源質(zhì)量偏低，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了巨大困難。在沙化地區(qū)實(shí)施農(nóng)林復(fù)合模式對(duì)于提高沙地防風(fēng)固沙能力、改良土壤、增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力具有重要意義[1-3]。許多學(xué)者針對(duì)東北地區(qū)沙化土地農(nóng)林復(fù)合模式進(jìn)行了相關(guān)研究。于吉[4]分析了蘋(píng)果和花生間作不同間隔距離時(shí)種間競(jìng)爭(zhēng)、互利關(guān)系對(duì)光能和土壤養(yǎng)分利用效率的影響，結(jié)果表明蘋(píng)果和花生間距為 3m 時(shí)效益達(dá)到最高。劉洋等[5]發(fā)現(xiàn)在沙地蘋(píng)果和紅薯間作系統(tǒng)中蘋(píng)果對(duì)紅薯的影響主要分布在 2.0m 范圍內(nèi)，該模式能顯著提高土地利用效率。賈微等[分析了遼寧省沙地不同“杏樹(shù) + 區(qū)域典型農(nóng)作物”配置方式對(duì)水分競(jìng)爭(zhēng)、利用效率和作物產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明甘薯、谷子、花生在林下距林帶 1～2m 處均與杏樹(shù)產(chǎn)生水分競(jìng)爭(zhēng)。朱美娜在東北的“三北”防護(hù)林典型區(qū)——赤峰、宋站、通遼和四平研究了楊樹(shù)防護(hù)林對(duì)土壤磷、氮、碳轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)的影響，為農(nóng)田防護(hù)林效益評(píng)價(jià)、維護(hù)和更新提供了理論支持。趙愷等[8選取科爾沁沙地遼寧地區(qū)6個(gè)典型沙地農(nóng)林復(fù)合模式，分別對(duì)6個(gè)模式的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，效益從高到低依次為沙棘-苦參模式 gt; 塞外紅模式gt;沙果模式gt;元寶楓-壽菊模式 gt; 火炬樹(shù)-壽菊模式 gt; 樟子松-壽菊模式。

土地沙化是吉林省西部的主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一，《全國(guó)生態(tài)功能區(qū)劃》指出該區(qū)域是防風(fēng)固沙生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)。同時(shí)，吉林省西部是農(nóng)牧交錯(cuò)地帶，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，自然因素和人類(lèi)不合理的開(kāi)發(fā)利用加劇了區(qū)域農(nóng)田沙化和土地鹽堿化，使風(fēng)蝕變得更加強(qiáng)烈，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，因此在吉林省西部沙地實(shí)施農(nóng)林復(fù)合模式意義重大。本研究通過(guò)對(duì)吉林省西部沙地廣泛實(shí)施的4種典型農(nóng)林復(fù)合模式進(jìn)行土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量監(jiān)測(cè)，分析農(nóng)林復(fù)合模式實(shí)施效果及其影響因素，以期為沙化土地農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)配置和經(jīng)營(yíng)模式優(yōu)化提供理論支持。

1 研究區(qū)概況

吉林省西部地理位置為 43^°22^′～46^°18^′N，121^°38^′～126^°11^′E ，地處松嫩平原西南部、遼河平原北端，土地面積為 46794km² ，屬干旱半干旱溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，位于我國(guó)濕潤(rùn)的東部季風(fēng)區(qū)和內(nèi)陸干旱半干旱區(qū)的過(guò)渡帶，四季變化明顯。不同地點(diǎn)年均降水量 400～500 mm ，水面蒸發(fā)量 1500～1900mm ，無(wú)霜期 140d 。主要土壤類(lèi)型包括風(fēng)沙土、鹽堿土、黑土、黑鈣土、草甸土等。天然植被主要為草地，優(yōu)勢(shì)種包括羊草、寸草、星星草、堿蓬等;森林植被稀疏，以楊樹(shù)、榆樹(shù)、樺樹(shù)、櫟樹(shù)為主。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

經(jīng)實(shí)地調(diào)查，研究區(qū)沙化土地農(nóng)林復(fù)合模式中林木防護(hù)措施類(lèi)型主要包括“四行一帶”（4行樹(shù)木組成1條防護(hù)林帶）、單層農(nóng)田林網(wǎng)、多層林帶，防護(hù)林樹(shù)種主要為楊樹(shù)，主要作物包括玉米、高粱、大豆和花生。對(duì)吉林省西部常見(jiàn)的4種農(nóng)林復(fù)合模式每種選取1處樣地，并選取鄰近區(qū)域未實(shí)施農(nóng)林復(fù)合模式僅播種作物的樣地作為對(duì)照組，共選取8處樣地。樣地1為“四行一帶”農(nóng)林復(fù)合模式，作物為玉米，樣地2為其對(duì)照組；樣地3、4為單層農(nóng)田林網(wǎng)農(nóng)林復(fù)合模式，作物分別為大豆和高梁，樣地5、6為其對(duì)照組；樣地7為多層林帶農(nóng)林復(fù)合模式，作物為花生，樣地8為其對(duì)照組，具體情況見(jiàn)表1。依據(jù)《鹽漬土基礎(chǔ)知識(shí)》、《天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級(jí)指標(biāo)》（GB19377—2003）和文獻(xiàn)[9]，研究區(qū)樣地1、2屬輕度鹽漬化、輕度堿化、輕度沙化，樣地3、4、5、6屬中度鹽化、輕度堿化、輕度沙化，樣地7、8屬非鹽漬化、輕度堿化、輕度沙化。

2.2 指標(biāo)測(cè)定

2.2.1 土壤指標(biāo)

本研究取樣時(shí)間為2023年9月，取樣位置分別在防護(hù)林主風(fēng)向后的1個(gè)林帶平均高度、3個(gè)林帶平均高度、7個(gè)林帶平均高度、10個(gè)林帶平均高度的位置，分別采用 1H，3H，7H，10H 表示，取樣深度為土壤表層20cm ，將土樣帶回實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定養(yǎng)分含量和鹽堿化指標(biāo)。

土壤養(yǎng)分含量測(cè)定內(nèi)容包括土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效鉀、有效磷含量和土壤陽(yáng)離子交換量（CEC值）。有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量-稀釋熱法，全氮含量測(cè)定采用凱氏定氮法，全磷含量測(cè)定采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法，全鉀含量測(cè)定采用堿熔-火焰光度法，堿解氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法，速效鉀含量測(cè)定采用乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法，有效磷含量測(cè)定采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法，CEC值測(cè)定采用乙酸鈉交換法。土壤化學(xué)分析方法參考文獻(xiàn)[10]， pH 值采用 1：5 土水比 pH 計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，土壤可溶性離子濃度（EC值）采用 1：5 土水比EC計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，交換性鈉離子量測(cè)定采用乙酸鈉-氫氧化銨交換-火焰光度法，全鹽含量測(cè)定采用重量法，堿化度為交換性鈉離子量與陽(yáng)離子交換量的比值。

2.2.2 風(fēng)動(dòng)力及侵蝕指標(biāo)

參考文獻(xiàn)[11]，本研究室外數(shù)據(jù)獲取工作于2023年3月15—29日、2024年3月15—29日開(kāi)展，在晴天少云的上午10：00采用大疆Phantom4RTK無(wú)人機(jī)對(duì)每個(gè)樣地進(jìn)行遙感航測(cè)，獲得正射數(shù)據(jù)；再利用Arc-GIS軟件提取高程值，將相同地點(diǎn)2023年和2024年的高程差值換算為該地點(diǎn)的土壤侵蝕模數(shù)。參考文獻(xiàn)[12]，2023年初在每個(gè)樣地的中央位置布設(shè)風(fēng)速廓線儀，在2023年3月17日8：00—8：10測(cè)定各樣地距地表 50cm 和 200cm 高度處的 10min 平均風(fēng)速，再利用風(fēng)速計(jì)算得到地表粗糙度，計(jì)算公式為

lgK=（u₁lgZ₂-u₂lgZ₁）/（u₁-u₂）

式中： K 為地表粗糙度，單位為 cm;Z₁ 和 Z₂ 為距地表高度，分別為 50.200cm;u₁ 和 u₂ 分別為距地表50、200cm 高度處的風(fēng)速，單位為 m/s 。

2.2.3 作物養(yǎng)分含量

各樣地施肥情況均為：氮肥 200kg/hm² ，磷肥80kg/hm² ，鉀肥 50kg/hm² 。作物產(chǎn)量和作物體內(nèi) N 、P，K 含量均在10月末收獲時(shí)測(cè)定。作物生物量和產(chǎn)量的測(cè)定方法為設(shè)置5個(gè) 1m×1m 的樣方，采用精度為 0.01g 的電子秤進(jìn)行稱(chēng)量并取平均值;作物體內(nèi) 含量利用J200型激光光譜分析系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)定。

2.2.4水分和養(yǎng)分利用效率

由于研究區(qū)地勢(shì)平坦，幾乎沒(méi)有地表徑流，且地下水水位較深，因此降水是唯一的水分來(lái)源。參考文獻(xiàn)「13]，水分利用效率為籽粒產(chǎn)量與2023年年降水量的比值，養(yǎng)分利用效率為施氮（磷）處理作物的籽粒產(chǎn)量與施氮（磷）量的比值。

2.3 軟件處理

本研究采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，Canoco5軟件進(jìn)行冗余分析（RDA）。

3 結(jié)果與分析

3.1土壤養(yǎng)分、鹽堿化狀況

測(cè)定得到4種農(nóng)林復(fù)合模式不同位置土壤養(yǎng)分含量和鹽堿化指標(biāo)，見(jiàn)表2。在各農(nóng)林復(fù)合模式中，均表現(xiàn)為對(duì)照組的土壤鹽堿化指標(biāo)最高、土壤養(yǎng)分含量最低，表明農(nóng)林復(fù)合模式的實(shí)施可有效增加土壤養(yǎng)分含量，降低土壤鹽堿化程度。4種農(nóng)林復(fù)合模式均為3H和7H處土壤養(yǎng)分含量較高，土壤鹽堿化指標(biāo)較低，表明3H＼～7H范圍內(nèi)是農(nóng)林復(fù)合模式改善土壤養(yǎng)分條件、降低土壤鹽堿化程度的最佳范圍。

3.2農(nóng)林復(fù)合模式的風(fēng)蝕消減機(jī)理

與對(duì)照樣地相比，4種農(nóng)林復(fù)合模式樣地在空曠區(qū)域距地表 50cm 和 200cm 高度處的風(fēng)速減小率即為防風(fēng)率。經(jīng)測(cè)定，4種農(nóng)林復(fù)合模式對(duì)照組在 50cm 高度處的 10min 平均風(fēng)速分別為5.2、5.8、5.4、6.2m/s，200cm 高度處的 10min 平均風(fēng)速分別為7.4、8.2，7.6，9.0m/s 。計(jì)算得到4種農(nóng)林復(fù)合模式不同位置的防風(fēng)率見(jiàn)表3。 50cm 高度處模式 A，B₁，B₂，C 的防風(fēng)率分別為13. 46% ＼～48. 07% 、17. 30% ＼～71.15%15.38%～67.30%.21.15%～63.46%，1 200cm 高度處的防風(fēng)率分別為 17.53%～50.17%.20.82%～ 71.71%18.65%～67.77%.27.96%～67.35% ?？梢钥吹剑?種農(nóng)林復(fù)合模式均可顯著降低風(fēng)速，4種模式下不同位置的防風(fēng)率均表現(xiàn)為 10Hgt;7Hgt;3Hgt;1H ，距防護(hù)林的距離越遠(yuǎn)，防風(fēng)效果越好。

計(jì)算得到4種農(nóng)林復(fù)合模式及其對(duì)照組的地表粗糙度和土壤侵蝕模數(shù)，分別見(jiàn)表4、表5。可以看到，4種農(nóng)林復(fù)合模式均顯著提高了地表粗糙度，削弱了風(fēng)蝕發(fā)生條件，且不同位置的地表粗糙度提升效果表現(xiàn)為 1Hgt;3Hgt;7Hgt;10H ，距防護(hù)林的距離越近，地表粗糙度越大。對(duì)照組的土壤侵蝕模數(shù)較高，在實(shí)施了4種農(nóng)林復(fù)合模式后， 1H～10H 范圍內(nèi)土壤侵蝕模數(shù)均降低到《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50434—2018）規(guī)定的北方風(fēng)沙區(qū)允許土壤流失量1000t/（km²?a） 以下，可以說(shuō)4種農(nóng)林復(fù)合模式均有較好的控制土壤侵蝕效果，固沙效果顯著。模式A、B₁，B₂，C 不同位置土壤侵蝕模數(shù)的下降率分別為60.60%～86.20%，68.30%～88.60%，70.20%～ 89.40%.44.90%～80.30% ，不同位置的土壤侵蝕模數(shù)均表現(xiàn)為 7Hlt;10Hlt;3Hlt;1H 。

3.3不同農(nóng)林復(fù)合模式的生物量和作物產(chǎn)量

表6為測(cè)定得到的4種農(nóng)林復(fù)合模式不同位置及其對(duì)照的作物生物量、作物產(chǎn)量和作物N、P、K元素含量。相比于對(duì)照組，4種農(nóng)林復(fù)合模式的作物生物量和作物產(chǎn)量均有顯著提高，其原因可能是農(nóng)林復(fù)合模式起到了很好的防風(fēng)固沙效果，提高了土壤養(yǎng)分含量，降低了土壤鹽堿化程度，改善了作物生長(zhǎng)環(huán)境。模式A，B₁，B₂，C 不同位置作物產(chǎn)量分別提高了 61.5% ＼～107.7%32. 0%～98. 0%.33. 1～95. 5%. 30. 5%～ 86.1% 。模式 A，B₁，B₂ C 均在 3H～7H 處作物生物量和作物產(chǎn)量較高，這可能是因?yàn)楫?dāng)作物與防護(hù)林距離較近時(shí)，作物和林帶會(huì)產(chǎn)生光、水、熱、肥料等生長(zhǎng)條件的競(jìng)爭(zhēng)，而當(dāng)作物與防護(hù)林距離較遠(yuǎn)時(shí)，防護(hù)林的防風(fēng)固沙效果會(huì)減弱。相對(duì)于作物生物量和作物產(chǎn)量，4種農(nóng)林復(fù)合模式與其對(duì)照組的作物 _{N，P，K} 元素含量差異較小，且在 1H，3H，7H，10H 處作物N、P、K元素含量十分接近。

3.4冗余分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)土壤質(zhì)量指標(biāo)、環(huán)境因子等與作物生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行冗余分析，探索不同農(nóng)林復(fù)合模式中對(duì)作物生長(zhǎng)影響程度較大的因素，其中作物生長(zhǎng)指標(biāo)包括水分利用效率、養(yǎng)分利用效率、單位面積作物產(chǎn)量，以及作物 _{N，P，K} 元素含量，土壤質(zhì)量指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮含量、速效鉀含量、有效磷含量、堿化度、砂粒含量、陽(yáng)離子交換量、交換性鈉離子量、全鹽含量，環(huán)境因子包括地表粗糙度、土壤侵蝕模數(shù)、 50cm 和 200cm 高度處的風(fēng)速。冗余分析結(jié)果顯示，4種農(nóng)林復(fù)合模式第一軸和第二軸的相關(guān)性系數(shù)均大于0.5，模式A、B₁，B₂，C 的前兩軸累積解釋率分別為 89，2%，85.5% 、77.3%.81.5% ，表明4種農(nóng)林復(fù)合模式的冗余分析結(jié)果是可靠的。對(duì)于模式A，影響較大的因素有土壤有效磷含量、堿化度、砂粒含量;對(duì)于模式 B₁ ，影響較大的因素有土壤有機(jī)質(zhì)含量、有效磷含量、砂粒含量；對(duì)于模式 B₂ ，影響較大的因素有土壤砂粒含量、堿解氮含量、有機(jī)質(zhì)含量；對(duì)于模式C，影響較大的因素有50cm高度處的風(fēng)速、土壤侵蝕模數(shù)、土壤陽(yáng)離子交換量。因此，農(nóng)林復(fù)合模式通過(guò)增加土壤養(yǎng)分含量，降低土壤鹽堿化程度，推動(dòng)土壤肥力提升，控制區(qū)域風(fēng)蝕發(fā)生，可有效促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量。此外，依據(jù)影響因素不同，針對(duì)性地布設(shè)防護(hù)措施和增產(chǎn)措施，可進(jìn)一步提高農(nóng)林復(fù)合模式的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

4結(jié)論

以吉林省沙化土地的4種典型農(nóng)林復(fù)合模式，即4行楊樹(shù) + 玉米、單層楊樹(shù)網(wǎng)格 + 大豆、單層楊樹(shù)網(wǎng)格 + 高粱、7行楊樹(shù) + 花生為研究對(duì)象，通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)和樣地取樣監(jiān)測(cè)，對(duì)土壤養(yǎng)分含量、土壤鹽堿化程度、土壤侵蝕模數(shù)及其動(dòng)力因子、作物生物量及作物產(chǎn)量進(jìn)行分析，土壤取樣位置分別為防護(hù)林主風(fēng)向后1個(gè)林帶平均高度、3個(gè)林帶平均高度、7個(gè)林帶平均高度、10個(gè)林帶平均高度處，并設(shè)置僅種植作物的對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明： ① 農(nóng)林復(fù)合模式的實(shí)施可有效增加土壤養(yǎng)分含量，降低土壤鹽堿化程度，3H～7H 范圍內(nèi)是農(nóng)林復(fù)合模式改善土壤養(yǎng)分條件、減輕土壤鹽堿化的最佳范圍； ②4 種農(nóng)林復(fù)合模式均可顯著降低風(fēng)速，增加地表粗糙度，并將土壤侵蝕模數(shù)控制在 1000V（km²?a） 以下，防風(fēng)固沙的效果較好； ③ 4種農(nóng)林復(fù)合模式的作物生物量和作物產(chǎn)量均有顯著提高，但對(duì)作物 元素含量影響較小； ④ 農(nóng)林復(fù)合模式通過(guò)增加土壤養(yǎng)分含量，降低土壤鹽堿化程度，推動(dòng)土壤肥力提升，控制區(qū)域風(fēng)蝕發(fā)生，可有效促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量，

實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在吉林省西部沙化土地的農(nóng)林復(fù)合模式中，為追求防護(hù)林快速生長(zhǎng)以發(fā)揮防護(hù)作用，防護(hù)林的樹(shù)種選擇較為單一，大多為楊樹(shù)，且林齡配置不合理，會(huì)對(duì)農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和防護(hù)林的防護(hù)效果發(fā)揮產(chǎn)生限制作用，未來(lái)需要因地制宜對(duì)吉林省西部沙化土地農(nóng)林復(fù)合模式的防護(hù)林和作物種類(lèi)配置，以及后續(xù)管理?yè)嵊M(jìn)行優(yōu)化。

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（責(zé)任編輯 李佳星）