古爾班通古特沙漠南緣不同密度人工梭梭林改善小氣候效應(yīng)研究

雷春英,王學(xué)文,戴君峰,吳明,吳圣華,吉小敏

(1.新疆林科院造林治沙研究所,新疆 烏魯木齊830063;2.新疆奇臺(tái)縣林業(yè)局,新疆 昌吉831800;3.新疆治沙辦,新疆 烏魯木齊830000)

新疆奇臺(tái)縣地處我國(guó)第二大沙漠——古爾班通古特沙漠南緣,縣域有近10 000 km2的面積屬于沙漠區(qū)域。1999年以來(lái),該縣實(shí)施防沙治沙工程,在沙漠前沿栽植了總面積20 000 hm2的梭梭防沙固沙基干林帶,為綠洲建起了一道東西長(zhǎng)65 km、南北寬3～5 km的綠色屏障[1]。近年來(lái)隨著地下水的超量開(kāi)采和梭梭林的高密度栽種,由于水分虧缺,梭梭林出現(xiàn)衰敗退化甚至死亡。為了留住這道綠色屏障,保持梭梭林的防護(hù)效益,對(duì)梭梭林進(jìn)行間伐,探索人工梭梭林合理的保留密度,為準(zhǔn)噶爾盆地南緣的防沙治沙工程提供理論和技術(shù)支持。

1　研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于新疆奇臺(tái)縣西北灣荒漠區(qū),該地區(qū)位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣,地理坐標(biāo)為89°13′—91°22′E,43°25′—45°29′N(xiāo),地貌特征為礫質(zhì)戈壁和流動(dòng)、半流動(dòng)沙丘,地形由南向北漸緩,海拔高度300～650 m。屬大陸性中溫帶干旱半干旱氣候,冬夏長(zhǎng)、春秋短,四季分明,年內(nèi)溫差變幅大,光照充足,降雨稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈,相對(duì)濕度小,年平均氣溫5.2℃,≥10℃的有效積溫3 112.9℃,年平均降雨量176 mm,年平均蒸發(fā)量2 004.3 mm,年平均相對(duì)濕度60%,無(wú)霜期156 d,全年日照時(shí)數(shù)2 840～3 230 h,年平均風(fēng)速2～3 m s-1,年8級(jí)以上大風(fēng)天數(shù)超過(guò)32 d,絕對(duì)最高氣溫41℃,絕對(duì)最低氣溫-42.6℃。研究區(qū)土壤為風(fēng)沙土。該區(qū)域在植被區(qū)劃上屬新疆荒漠植被區(qū)北疆荒漠植被亞區(qū)[2]。

研究區(qū)采用無(wú)灌溉造林技術(shù),營(yíng)造防風(fēng)固沙基干林,樹(shù)種以白梭梭為主,營(yíng)造梭梭、沙拐棗混交林為輔,初植密度為3 m×1 m,經(jīng)補(bǔ)植維持3 m×2 m[1]。本試驗(yàn)選擇在林相整齊、水土條件基本一致、密度為3 m×2 m的白梭梭純林內(nèi)。試驗(yàn)林整個(gè)生長(zhǎng)期無(wú)灌溉,僅靠天然降水。

2　試驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)處理

2.1　試驗(yàn)方法

試驗(yàn)密度共設(shè)5個(gè)處理：(1)6 m×6 m,278株hm-2;(2)4 m×5 m,500株hm-2;(3)3 m×4 m,833株hm-2;(4)3 m×3 m,1 111株hm-2;(5)3 m×2 m,1 667株hm-2(對(duì)照)。于2013年3月,對(duì)梭梭林進(jìn)行間伐,于2013年7月用Kastrel3000手持氣象儀測(cè)定樣地內(nèi)50、100、150和200 cm高處的風(fēng)速、氣溫和相對(duì)濕度;用T-300土壤水分溫度測(cè)量?jī)x測(cè)定0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm的土壤體積含水量。

2.2　數(shù)據(jù)處理

風(fēng)速、氣溫、相對(duì)濕度用4個(gè)測(cè)量高度的平均值表示。土壤體積含水量用6個(gè)測(cè)量土層的平均值表示。用單因素方差分析(One-way ANOVA)分別比較梭梭林不同保留密度對(duì)氣溫、相對(duì)濕度和土壤體積含水量的影響。如果影響顯著(P＜0.05),再用最小顯著差異法(LSD)比較梭梭林不同保留密度之間的差異。

3　結(jié)果與分析

3.1　不同保留密度梭梭林內(nèi)的風(fēng)速

表1　不同保留密度梭梭林內(nèi)的風(fēng)速方差分析

由表1和圖1可知,在梭梭防風(fēng)固沙基干林中,人工梭梭林不同保留密度間風(fēng)速差異不顯著(F=0.869,P＞0.05)。密度為1 111株hm-2、500株hm-2、833株hm-2、1 111株hm-2的人工梭梭林與對(duì)照梭梭林對(duì)于風(fēng)速的降低效果相當(dāng)。

圖1　不同保留密度梭梭林內(nèi)的風(fēng)速對(duì)比圖

3.2　不同保留密度梭梭林內(nèi)的氣溫

表2　不同保留密度梭梭林內(nèi)的氣溫方差分析

由表2可知,在梭梭防風(fēng)固沙基干林中,不同保留密度對(duì)林內(nèi)氣溫有顯著影響(F=4.706,P＜0.05)。由圖2可見(jiàn),不同保留密度梭梭林內(nèi)的氣溫由低到高依次為1 111株hm-2＜833株hm-2＜1 667株 hm-2(對(duì)照)＜500株 hm-2＜278株hm-2,其中278株hm-2梭梭林內(nèi)的氣溫顯著高于對(duì)照(P＜0.05),密度為500株 hm-2、833株hm-2、1 111株hm-2的梭梭林與對(duì)照差異不顯著。

圖2　不同保留密度梭梭林內(nèi)的氣溫對(duì)比圖

3.3　不同保留密度梭梭林內(nèi)的相對(duì)濕度

表3　不同保留密度梭梭林內(nèi)的相對(duì)濕度方差分析表

由表3可知,在梭梭防風(fēng)固沙基干林中,梭梭林不同保留密度對(duì)林內(nèi)相對(duì)濕度有極顯著影響(F=18.802,P＜0.01)。由圖3可見(jiàn),不同保留密度梭梭林內(nèi)相對(duì)濕度由大到小依次為1 111株hm-2＞1 667株hm-2(對(duì)照)＞833株hm-2＞500株hm-2＞278株hm-2,其中保留密度為278株hm-2和500株hm-2梭梭林內(nèi)相對(duì)濕度顯著低于對(duì)照(P＜0.01),1 111株hm-2和833株hm-2與對(duì)照差異不顯著。

圖3　不同保留密度梭梭林內(nèi)的相對(duì)濕度對(duì)比圖

3.4　不同保留密度梭梭林內(nèi)的土壤體積含水量

由表4可知,在梭梭防風(fēng)固沙基干林中,梭梭林不同保留密度對(duì)土壤含水量有極顯著影響(F=5.039,P＜0.01)。由圖4可見(jiàn),不同保留密度梭梭林內(nèi)土壤體積含水量由大到小依次為500株hm-2＞278株hm-2＞833株hm-2＞1 667株hm-2(對(duì)照)＞1 111株hm-2,其中保留密度為500株hm-2的土壤體積含水量顯著高于對(duì)照(P＜0.01),1 111株hm-2、833株hm-2和278株hm-2與對(duì)照差異不顯著。

表4　不同保留密度梭梭林內(nèi)的含水量方差分析

圖4　不同保留密度梭梭林內(nèi)的土壤體積含水量對(duì)比圖

由圖5可見(jiàn),100 cm深度內(nèi),不同保留密度梭梭林內(nèi)的土壤體積含水量的垂直分布特征大致相似,總體上呈現(xiàn)出隨土層深度的增加土壤體積含水量遞增趨勢(shì),這與前人的研究基本一致[3,4]。0～10 cm土層中,因表面蒸發(fā)、空隙水分?jǐn)U散等,在表層容易形成水分低值區(qū)[4],不同保留密度梭梭林內(nèi)的土壤體積含水量均低于5%。10～80 cm土層中,各保留密度土壤體積含水量差別較大,這或許是因?yàn)椴煌Ａ裘芏葘?dǎo)致植物根系分布差異從而影響水分的動(dòng)態(tài)分布所致[4]。80～100 cm土層中,不同保留密度梭梭林內(nèi)的土壤體積含水量差別較小,且呈現(xiàn)出隨密度的增加土壤體積含水量遞減的趨勢(shì)。

圖5　不同保留密度梭梭林內(nèi)的土壤體積含水量分布特征圖

3.5　不同保留密度梭梭林改善小氣候效應(yīng)分析

對(duì)高密度人工梭梭林進(jìn)行間伐后,會(huì)對(duì)林內(nèi)氣溫、相對(duì)濕度、土壤含水量產(chǎn)生影響。在保留密度為833株hm-2與1 111株hm-2時(shí),林內(nèi)氣溫、相對(duì)濕度、土壤體積含水量均與對(duì)照差異不顯著。說(shuō)明當(dāng)梭梭林保留密度為833株hm-2與1 111株hm-2時(shí),不會(huì)對(duì)防護(hù)林的防護(hù)效益產(chǎn)生影響。在保留密度為500株hm-2時(shí),林內(nèi)氣溫與對(duì)照差異不顯著,相對(duì)濕度顯著低于對(duì)照,土壤體積含水量顯著高于對(duì)照。說(shuō)明當(dāng)梭梭林保留密度降低為500株hm-2時(shí),不會(huì)對(duì)林內(nèi)氣溫產(chǎn)生影響,但會(huì)降低林內(nèi)空氣濕度,由于密度降低,土壤含水量明顯高于對(duì)照,有利于抑制因水分虧缺引起的衰敗。在保留密度為278株hm-2時(shí),梭梭林內(nèi)氣溫高于對(duì)照,相對(duì)濕度顯著低于對(duì)照,土壤體積含水量與對(duì)照差異不顯著。說(shuō)明,當(dāng)保留密度為278株hm-2時(shí),林內(nèi)氣溫顯著增高,空氣濕度顯著降低,降低了梭梭林的防護(hù)效益。

4　結(jié)論

為保持人工梭梭林的防護(hù)效益,降低土壤水分損耗,抑制梭梭林因水分虧缺引起的衰敗,梭梭林保留密度可采用500株hm-2,即株行距為4 m×5 m,這與河西走廊人工梭梭防風(fēng)固沙林分保持梭梭正常生長(zhǎng)發(fā)育和沙丘內(nèi)水分狀態(tài)平衡且能發(fā)揮防護(hù)效益的造林密度是4 m×4 m和5 m×4 m[5]一致。當(dāng)人工梭梭林保留密度為278株hm-2時(shí),土壤水分略微升高,但人工梭梭林改善小氣候的效應(yīng)已降到了最低。

參考文獻(xiàn)：

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