元謀干熱河谷辣木人工林地灌水后不同覆蓋措施對(duì)土壤水分及辣木物候的影響

龍會(huì)英，鄭益興，張燕平，金 杰，史亮濤，張明忠，張 德

（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，云南 元謀 651300；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 資源昆蟲研究所，昆明 650224）

元謀干熱河谷高溫干旱、降雨少、生態(tài)環(huán)境脆弱，加之人類活動(dòng)的干擾，生態(tài)環(huán)境退化嚴(yán)重。在此環(huán)境下，該區(qū)普遍存在水分虧缺問題，人工植被土壤水環(huán)境更加突出。土壤水分是制約區(qū)域作物生產(chǎn)和植被恢復(fù)的限制因子，也是決定土壤生產(chǎn)力的一個(gè)重要因素，開展土壤水分的研究對(duì)元謀干熱河谷生態(tài)恢復(fù)具有重要的指導(dǎo)意義。相關(guān)學(xué)者雖然對(duì)元謀干熱區(qū)的土壤水分、植被類型、地形地貌及結(jié)構(gòu)等作了研究［1－3］，但對(duì)灌溉條件下采取必要措施來保持土壤水分的研究不多。本文主要根據(jù)2010年云南嚴(yán)重干旱，開展灌溉水條件下，采取地表蓋草和蓋膜措施抑制地面水分（包含灌溉地表積水）的蒸發(fā)，保水保墑，增加辣木人工林樣地土壤水分，提高辣木人工林保存率及生產(chǎn)力，從而為本區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及辣木人工林旱季抗旱節(jié)水提供理論依據(jù)和參考。

1 試驗(yàn)對(duì)象與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于元謀縣黃瓜園鎮(zhèn)，屬典型金沙江干熱河谷氣候［4］，樣地一位于北緯25°50′42″，東經(jīng)101°49′19″，海拔1073 m。樣地二位于北緯25°51′10″，東經(jīng)101°49′01″，海拔1129 m。2009年9月－2010年4月平均氣溫19.5℃，最高32.7℃，最低6.6℃。地表平均溫度22.9℃，最高57.4℃，最低4.9℃。降雨少蒸發(fā)量大，7個(gè)月降雨量為28.8mm，蒸發(fā)量759.8 mm，是降雨量的26.4倍，干旱嚴(yán)重。樣地0－20cm土層深有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.838%，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.072%，速效磷35.9mg／kg，速效鉀103.0mg／kg，pH值7.11。20－40cm土層深有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.508%，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.086%，速效磷40.9mg／kg，速效鉀132.00mg／kg，pH 值7.24。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)以辣木（Moringa oleifera Lam）人工林地為研究對(duì)象，辣木株行距為2m×2m。試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)處理，設(shè)置蓋草［以扭黃茅草（Heteropogon contortus）為主］和蓋白色薄膜2種模式，樹體四周覆蓋，2個(gè)樣地，3個(gè)重復(fù)，每個(gè)處理設(shè)2個(gè)CK。為防止灌溉水外流，在辣木樹體周圍80cm設(shè)置20cm土埂，辣木樹體四周80cm蓋膜，蓋干草5kg／株，厚度15～20cm。其中:樣地一為2齡辣木樹，沙壤土，每株辣木樹四周灌溉水量為100kg（49761 .2ml／m2）。樣地二為幼齡辣木樹（栽植8個(gè)月），0－10cm為沙土，下面為黏土，每株辣木樹四周灌溉水量為50kg（24880 .6ml／m2）。

1.2.2 試驗(yàn)方法與觀測(cè)指標(biāo) 試驗(yàn)于2010年2月1日灌溉，2月2日后用相應(yīng)的材料覆蓋。之后每10 d天離辣木樹體40cm處3個(gè)不同方向烘干法測(cè)定0－20cm、20－40cm土層土壤含水量（烘干法測(cè)定為質(zhì)量百分比）。試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（昆明）提供。測(cè)定數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，數(shù)據(jù)均采用3個(gè)重復(fù)的平均值。觀測(cè)不同覆蓋措施，辣木在試驗(yàn)期間萌發(fā)期、初花期及現(xiàn)莢期。手持GPS測(cè)定儀測(cè)定試驗(yàn)地的地理位置，2009年9月－2010年4月氣象要素由元謀縣氣象局提供。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹體周圍蓋草對(duì)土壤水分變化的影響

從表1可看出，蓋草模式中，土壤經(jīng)過草覆蓋后表層土壤水分得到有效保持，兩種土壤質(zhì)地的土壤水分明顯高于CK1。在0－20cm土層，樣地一10d的土壤水分高于對(duì)照2.6%～3.4%，樣地二10d的土壤水分高于對(duì)照1.8%～4.6%。同理，土層20－40 cm研究結(jié)果與0－20cm土層結(jié)論較一致，見表1、表3。土壤經(jīng)過草覆蓋后，土壤水分變化相對(duì)穩(wěn)定，表層的土壤水分很均勻，0－20cm土層20d的土壤水分變化為7.9%～7.2%～7.0%，20－40cm土層20d的土壤水分變化由9.3%～9.3%～8.9%；而CK1區(qū)土壤表層隨外界條件而變化幅度大，0－20 cm土層20d的土壤水分變化為5.2%～4.5%～3.6%，20－40cm土層20d的土壤水分變化為8.7%～6.2%～6.1%。同理，樣地二與樣地一結(jié)論一致。不同的土壤質(zhì)地也存在明顯的土壤水分差異，同樣蓋草條件下，樣地二表層沙土的粒徑孔隙大，土壤中的自由水和束縛水傳輸活動(dòng)受外界環(huán)境影響敏感，保水效果差，因此從開始水分蒸發(fā)較快［5］，20d的土壤水分變化為6.0%～4.2%～2.8%。深層黏質(zhì)土比較緊實(shí)，土壤水分穩(wěn)定性好，變化幅度小，在深層次的土壤中保水能力稍強(qiáng)于沙壤土。而樣地一沙壤土保水效果好一些，因此土壤水分從開始水分蒸發(fā)較慢，而且變化不大，0－20cm土層20d的土壤水分變化為7.9%～7.2%～7.0%。

表1 蓋草模式下兩個(gè)樣地不同土壤層次含水量 %

表2 蓋膜模式下兩個(gè)樣地不同土壤層次含水量 %

表3 不同處理不同土層10d土壤平均含水量變化值%

2.2 樹體四周蓋膜對(duì)土壤水分變化的影響

蓋膜以白色薄膜單層壓蓋，主要起到保水、增加地表溫度作用。通過蓋膜措施處理后，土壤水分含量明顯提高。從表2中可以看出，蓋膜模式中，土壤經(jīng)過膜覆蓋后表層水分含量能得到有效保護(hù)，兩種土壤質(zhì)地的土壤水分明顯高于CK1。在0－20cm土層，樣地一10d的土壤水分高于對(duì)照1.2%～4.6%，樣地二10d的土壤水分高于對(duì)照1.8%～4.7%。同理，土層20－40cm研究結(jié)果與0－20cm土層結(jié)論較一致。而且樣地一和樣地二在10d土壤水分與對(duì)照相比較由高向低，見表2、表3。可能是因?yàn)樯w膜情況下溫度升高，土壤水分蒸發(fā)也快，因此，樣地1和樣地2土壤表層0－20cm土壤水分在30d內(nèi)變化幅度大，而在土壤層20－40cm及無覆蓋條件下土壤水分在30d內(nèi)變化不大。而從表1－3看出，在膜覆蓋條件下的保水效果均高于任何處理，原因可能是經(jīng)過蓋膜措施后，一方面膜最大限度阻止了土壤水分蒸發(fā)。另一方面，升高了地面的溫度，加大了地面水分的蒸發(fā)量，致使表層土壤水分蒸發(fā)加快，蒸發(fā)的水分凝集膜底，冷卻后又回到地表，導(dǎo)致土壤表層水分含量均高于蓋草模式，形成水－氣體－熱－土壤［6］的循環(huán)。

表4 各處理與對(duì)照兩個(gè)種植樣地不同土壤層次平均含水量 %

2.3 不同處理土壤含水量

從表1－2、表4可看出，2010年由于降雨量少蒸發(fā)量大，因此土壤表層土壤水分改變相應(yīng)高。無論是樣地一或樣地二，無灌溉樣地土壤水分極低。以樣地一為例分析，在0－20cm土層，兩個(gè)樣地土壤水分為1.0%～1.4%，而灌溉后未覆蓋的土壤水分為3.6%～5.2%，灌溉后草覆蓋的土壤水分為7.0%～7.9%，膜覆蓋的土壤水分為4.8%～9.8%。同理，土層20－40cm研究結(jié)果與0－20cm土層結(jié)論較一致。因此，嚴(yán)重干旱季節(jié)應(yīng)適當(dāng)灌溉1～2次，確保辣木正常生長(zhǎng)。

2.4 不同處理對(duì)辣木生育期的影響

從表5可以看出，灌溉與否及不同的覆蓋措施均對(duì)辣木的物候期具有一定影響。辣木樣地一，種熟期在12月－翌年2月，因此2－3月是辣木的萌發(fā)期。不同的處理措施其萌發(fā)期也具有差異，灌溉條件增加土壤濕度及作物生長(zhǎng)所需水分，萌發(fā)期比未灌溉條件較早20～25d，灌溉＋覆蓋較灌溉＋無覆蓋早10d；初花期灌溉＋覆蓋比未灌溉條件較早10～20d，灌溉＋覆蓋較灌溉＋無覆蓋早5d。對(duì)于樣地二幼齡辣木，自種植以來為生長(zhǎng)期，2－3月辣木生殖生長(zhǎng)期。試驗(yàn)結(jié)果與樣地一較一致，灌溉條件初花期期比未灌溉條件較早25～30d，灌溉＋膜覆蓋較灌溉＋無覆蓋早5d。

3 結(jié)論

（1）兩種覆蓋保水措施對(duì)辣木人工林樣地土壤水分均具有一定效果。總體看，膜覆蓋條件下的保水效果高于草覆蓋膜式，而土壤經(jīng)過草覆蓋后，土壤水分變化相對(duì)穩(wěn)定，表層的土壤水分很均勻。在覆蓋模式選擇上，蓋膜處理保水效果雖高于蓋草措施，但易損壞，不及時(shí)處理可能影響農(nóng)田環(huán)境，屬短期斷續(xù)覆蓋。蓋草模式前期保持土壤水分，后期草桿還田，增加土壤肥力，可作長(zhǎng)期覆蓋模式。加上元謀干熱河谷草被在植被中占90%以上［8－9］，是一種可就地選材，成本低、實(shí)用、操作性強(qiáng)的模式。

（2）試驗(yàn)表明兩種覆蓋保水措施對(duì)辣木物候均有影響。干熱河谷旱坡地辣木人工林灌溉后經(jīng)過地表覆蓋措施后，一方面土壤水分即有不同程度的增加，另一方面辣木生育期也相應(yīng)提前，可促進(jìn)辣木開花結(jié)實(shí)，提高單位面積辣木生長(zhǎng)量及種子產(chǎn)量。

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