中國沙棘人工林植被承載力對土壤含水率的響應

郭峰

摘要：為探討土壤含水率對中國沙棘人工林植被承載力的影響，在水分條件不同的情況下對4年生中國沙棘人工林進行觀測。結果表明：隨著土壤含水率的增大，中國沙棘人工林土壤水分植被承載力呈凸形拋物線變化即先升后降；土壤含水率較低情況下，林分個體小、密度低、生物量少、種群穩定性差；土壤含水率適宜情況下，林分個體大、密度高、生物量多、種群穩定性強；土壤含水率過高時，同樣導致林分個體小、密度低、生物量少、種群穩定性差。

關鍵詞：中國沙棘；人工林；植被承載力；土壤含水率

中圖分類號：S793.6

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）14-0198-03

1 引言

中國沙棘（Hippophae rhamniodes ssp. Sinensis）是沙棘屬（Hippophae）胡頹子科（Elaeagnaceae）的一種多年生落葉灌木或小喬木，發達的根系、較快的生長速度，以及耐旱、耐貧瘠、培土固氮等成為其顯著特點[1]。沙棘是一種生態幅較廣的植物，在我國多地（豫、蒙、晉、陜、甘、青、川）皆有分布。中國沙棘環境適應能力較強，大多集中分布于生態環境惡劣的干旱半干旱地區 [2～5]。中國沙棘由于自身水土保持、防風固沙的生態作用，成為了干旱半干旱地區重要的先鋒樹種和半生樹種，也成為了植被恢復建設過程中的關鍵樹種。

郭忠升等人經過長期實踐研究后提出了土壤水分植被承載力的概念，即土壤水資源承載植物時存在一定的負荷（密度），當該負荷（密度）達到最大時即為當前土壤水分條件下的土壤水分植被承載力[6]。干旱、半干旱區內植被承載力主要是由土壤水分條件決定的，不同土壤水分條件下承載植物的能力不同。目前，關于土壤水分植被承載力的研究已經涉及草本植物（苜蓿）、灌木（檸條）、喬木（杏）等植物種群，并取得了豐碩成果[7～9]。然而，中國沙棘作為對該區生態建設具有重要意義的樹種，其人工林土壤水分植被承載力相關方面的研究則鮮見報道。中國沙棘種群中，分株大小、種群數量以及種群生物量分別代表生長量、繁殖能力以及產量水平。基于不同土壤含水率，以4年生中國沙棘人工林種群分株大小（樹高、地徑、冠幅）、種群個體數量及種群生物量的平均值為樣本分析土壤含水率和分株大小對種群數量的影響、土壤含水率和分株大小對種群生物量的影響以及土壤含水率和種群數量對種群生物量的影響，以此探究承載力變化規律。

2 材料與方法

2.1 材料及設計

以試驗樣地內不同灌水強度下4年生中國沙棘人工林作為試驗對象。采用單因素回歸方法設計試驗，小區內進行全面灌溉，在流量相同的情況下，通過調控灌水時長達到灌水強度不同的效果，以此對降水梯度進行模擬。田間排列方式采用隨機區組法，重復3次，每個區組4個小區，共12個小區，各小區間做防滲水處理，材料為厚油毛氈和厚塑料膜。每個小區以株行距1m×1.5m為標準栽植30株實生苗。以預備試驗結果為參考，以當地年均降水量的3倍、6倍、9倍作為標準，將試驗區內灌水強度劃分為3個梯度，對照樣地做不灌水處理，整個試驗就涵蓋了由干旱脅迫到水分不足，再從水分適宜到水分過多的整個動態變化過程[10，11]。每年5～8月按試驗設計對小區進行全面灌水，灌水日期為每月5、10、15、20、25、30日（表1）。

2.2 測定方法

土壤含水率采用“烘干法”，在地表下50 cm處用環刀取樣，該區域為中國沙棘土壤水分強吸收層，將采集的土樣帶回實驗室烘干至恒重得到土壤含水率。每月10日灌水前采集土樣并測定土壤含水率。

種群數量通過統計小區內母株、子株數量確定，即每個小區內母株與子株數量之和為該小區內的種群數量。

生長量調查采用“每木檢尺法”，即對試驗地的中國沙棘逐株進行樹高、地徑、冠幅測定，每年5月1日至8月30日、每月10、20、30日進行測定，直至8月30日結束（此時生長已經減緩、樹葉開始凋落）。用最后一次調查的數據減去第一次的調查數據，即為中國沙棘凈生長量。

生物量的測定采用“平均標準木法”，標準木的選取依據“每木檢尺”所得數據（樹高、地徑、冠幅）的平均值確定。選定標準木后對標準木進行整株挖掘，挖掘過程中盡量確保各器官組織完整。將標準木挖出后將葉、枝、干、水平根垂直根各部分分離后稱取鮮重。稱取完畢將各部分器官分別選取一定比例帶回實驗室進行烘干，烘至恒重后稱取重量，獲得各器官樣品干重，計算干重、鮮重比，求得各器官干重。

3 結果與分析

3.1 種群數量對土壤含水率及分株大小的響應

由圖1可以看出：當土壤含水率水平較低時，小區內植被承載力低，相應的分株個體較小、種群數量也較少；當土壤含水率水平適宜時，小區內植被承載力最高，相應的分株個體最大、種群數量最多；小區內植被承載力較高，土壤水分過多時，相應的分株個體較大、種群數量較多。由此可見，中國沙棘分株個體大小受土壤水分條件的影響，而個體大小又進一步影響繁殖能力，兩種影響共同作用最終體現在種群數量的變化上。

3.2 種群生物量對土壤含水率及分株大小的響應

由圖2可以看出：當土壤含水率水平較低時，小區內承載力也低，區內分株個體較小、生物量也較低；當土壤含水率水平適宜時，小區內承載力最高，區內分株個體最大、生物量也最大；土壤水分過多時，小區內承載力有所下降，區內分株個體較大、種群數量也較多。由此可見，土壤水分條件和分株個體大小共同對種群生物量產生影響。

3.3 種群生物量對土壤含水率及種群數量的響應

由圖3可以看出，種群生物量同時受土壤含水率和種群數量的影響。具體表現為：土壤含水率較低時，承載力也低，種群數量較少，種群生物量也低；隨著土壤含水率的增加，承載力逐步上升，種群數量逐漸增多，種群生物量隨之上升；在到達一定程度后土壤含水率開始下降，承載力再次降低，種群數量減少，種群生物量降低。可見，在土壤含水率和種群數量的共同作用下，種群生物量會隨著二者的變化表現出不同的規律。

4 結論與討論

試驗表明，土壤含水率差異導致區域內中國沙棘人工林土壤水分植被承載力差異。中國沙棘種群數量同時受土壤含水率和分株大小的影響，當土壤含水率適宜且分株個體最大時，種群數量達到最大；種群生物量受土壤含水率和分株大小的共同影響，土壤含水率適宜且分株個體都為大時，種群生物量達到最高值；種群生物量同時受土壤含水率和種群數量的影響，當土壤含水率適宜且種群數量最大時，種群生物量達到最大值。

中國沙棘可以在生長的同時通過水平根進行繁殖，在水分條件較差時多為單株形式，而在水分條件優越時則以叢生形式為主，并借此不斷向外部擴張，擴大領地。因此，為達到生態效益最大化的目的，在土壤水分植被承載力一定的情況下，應明確中國沙棘人工林的初植密度及繁殖策略，并注重人為管護，保證其穩定性，防止早衰的發生。

在干旱、半干旱區中國沙棘種群的生長、繁殖過程受土壤水分條件的影響顯著。為了確保中國沙棘種群在干旱半干旱區能夠發揮最大的生態功能，在進行人工林營造時，應順應土壤水分植被承載力等自然規律，做到合理密植，并進行適度、適時、適法的人工干擾。

參考文獻：

[1]郭 峰.中國沙棘人工林種群數量對土壤含水率的響應[J].防護林科技，2016，8（8）：43～47.

[2]李代瓊，梁一民，侯喜祿，等.黃土高原沙棘建造植被的生態功能及效益試驗研究[J].沙棘，2003，16（3）：16～21.

[3]阮成江，李代瓊，姜峻，等.半干旱黃土丘陵區沙棘的水分生理生態及群落特性研究[J].西北植物學報，2000，20（4）：621～627.

[4]阮成江，李代瓊.沙棘改善黃土高原生態環境的功能與效益[J].環境保護，2000， （5）：30～31.

[5]王占孟.沙棘改良土壤、保持水土、改善生態環境的效應[J].沙棘，1994，7（3）：14～18.

[6]郭忠升，邵明安.半干旱區人工林草地土壤旱化與土壤水分植被承載力[J].生態學報，2003，23（8）：1460～1467.

[7]郭忠升，邵明安.黃土丘陵半干旱區檸條錦雞兒人工林對土壤水分的影響[J].林業科學，2010（12）：36～158.

[8]王延平，邵明安.陜北黃土丘陵溝壑區杏林地土壤水分植被承載力[J].林業科學，2009，12（45）：1～7.

[9]郭忠升.水資源緊缺地區土壤水分植被承載力論述[J].林業科學，2011，5（5）：140～144.

[10]李甜江.中國沙棘人工林衰退的水分生理生態機制[D].北京：北京林業大學，2011.

[11]李甜江，李根前，徐德兵，等.中國沙棘克隆生長對灌水強度的響應[J].生態學報，2010，30（24）：6952～6960.