遼西半干旱地區不同密度刺槐林土壤水分變化研究

吳東旭

(國有凌源市四官營子林場，遼寧 朝陽 122500)

遼西地區氣候比較干旱，生態環境比較脆弱，水土流失比較嚴重。為了改善當地的生態環境，在三北防護林工程的帶動下，遼寧省政府積極響應，根據當地的自然條件開展防護林工程建設。工程實施以來，成效明顯，很好地改善了當地的生態環境。但由于造林樹種選擇不當，造林的密度不合理等因素，加上氣候條件惡劣，導致造林質量偏低[1]。在遼西地區尤其是干旱地區，土壤中的含水量是生態建設的一個重要的制約因素，對于防護林的質量有很好的促進作用。由于遼西地區氣候比較干旱，因此，解決土壤含水量問題可以提高造林成活率以及林木的生長指標，提升防護功能，改善生態環境。在造林樹種中，刺槐的抗寒及抗逆性強，是適宜造林的鄉土生態樹種。為研究刺槐林不同密度下土壤水分的變化情況，開展此項研究，通過評價土壤的含水量，為刺槐人工林的造林密度提供參考。

1 試驗地概況

研究區域處于遼寧省國有凌源市四官營子林場，該地區屬于溫帶大陸性季風氣候區，光照充足，年均日照2 951 h，四季分明，年均氣溫6.8 ℃，年均降水量503 mm，降水量不足，而且降雨季分布不均，6—9月份降水量占全年降水量的75.2%。該地區的土質比較均勻，土壤類型主要為褐土，黃土母質[2]。選定的林場內主要的造林樹種是刺槐(Robiniapseudoacacia)、油松(Pinustabuliformis)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、側柏(Platycladusorientalis)等，選定的實驗刺槐林是2003年造林，成林密度在1 500～2 500株hm-2。

2 研究方法

2.1 試驗材料

選擇不同造林密度的15年生的刺槐林作為研究對象，土壤中水分測量儀器為北京恒奧德科技有限公司生產的型號HA-CS820土壤水分儀。試驗期間林場管理需要的肥料以及除草劑等均是在市場統一采購。

2.2 試驗方法

采用1 500(低)、2 000(中)、2 500(高)株hm-2三個不同的密度刺槐林作為研究對象，分析三個不同密度的刺槐林土壤的含水量，對照地塊選在刺槐林邊的裸露地塊。在2017—2019年，每月都在試驗地塊上隨機選擇3處樣方測定土壤水分變化情況。土層深度在0～80 cm選擇，以20 cm為一個間隔，分為4個層次(0～20、20～40、40～60和60～80 cm)，測量的方法參考文獻[3]中的方法，測量周期為每間隔10 d進行1次測定。取每月的多個數據的平均值作為該月的平均儲水量，比較不同處理下每月的平均土壤儲水量變化；取不同深度土層3年的數據平均值作為土壤含水量數值，分析不同栽植密度處理下的各土層年均含水量的變化。數據分析采用Excel、SPSS軟件等完成[4]。

3 結果與分析

3.1不同密度刺槐林對土壤儲水量的影響

將不同種植密度下刺槐林3年(2017—2019年)每月的平均儲水量進行比較統計，統計結果見表1。

表1 不同密度刺槐林土壤儲水量每月變化 mm

從表1分析可以得出，不同刺槐密度的土壤年均儲水量變化一致，在每年的1—3月，由于刺槐處于休眠期，不同密度的刺槐林土壤儲水量比較平穩。4—6月刺槐開始萌芽生長，對水分的需求增大，同時這個季節降水量開始增加，但由于降水分布不均勻，土壤儲水量波動比較明顯。7—9月雨水增多，刺槐的生長處于穩定狀態，無論是哪種密度下的刺槐林土壤儲水量都出現了明顯的增加。10—12月降水量少，加上土壤的蒸發，土壤的儲水量開始明顯下降。通過對比分析可以看出，對比地塊(裸地CK)中，由于無林木生長吸收水分，土壤的儲水量較大，明顯高于不同密度下刺槐林土壤儲水量，而且差異顯著；3種不同密度下的刺槐林中，1 500株hm-2的年平均儲水量最高，為148.25 mm，其次是2 000株hm-2的年平均儲水量為142.25 mm，2 500株hm-2的年平均儲水量最低，為137.92 mm。通過表1可以得出，1 500株hm-2密度下刺槐林土壤儲水量比2 500株hm-2密度下刺槐林土壤儲水量多6.97%，差異比較顯著，中密度刺槐林的土壤儲水量比高密度刺槐林的土壤儲水量多3.01%，差異沒有達到顯著水平，無統計意義。

3.2 不同密度刺槐林對各土層年均含水量的影響

通過對不同密度下刺槐林3年(2017—2019年)各土層含水量進行比較，統計見表2。

表2 不同密度刺槐林各土層中土壤含水量年季變化

從表2可以看出，不同深度土層(0～20、20～40、40～60和60～80 cm)中的含水量都是隨著土層深度的增加先降低然后又增加的。不同的密度刺槐林中，0～20 cm土層中，低密度刺槐林的土壤含水量平均為18.9%，比高密度刺槐林高6.12%，水平差異顯著。在20～40 cm的土層中，低密度刺槐林土壤含水量低于高密度刺槐林。在40～60 cm土層中，低密度刺槐林的土壤含水量比高密度刺槐林的土壤含水量高22.08%，差異極其顯著，中密度刺槐林的土壤含水量比高密度刺槐林的土壤含水量高5.97%，差異顯著。60～80 cm土層中，低密度刺槐林的土壤含水量比高密度刺槐林的土壤含水量高11.86%，差異極顯著，比中密度刺槐林的土壤含水量高10.59%，差異極顯著，中密度刺槐林的土壤含水量與高密度刺槐林的土壤含水量差異不明顯，沒有統計意義。通過對比可以得出，裸地(CK)在0～20 cm土層中的土壤含水量明顯低于不同密度刺槐林的土壤含水量，在20～40 cm土層中含水量開始高于不同密度刺槐林土壤含水量，之后在不同土層含水量一直比較高，從中可以得出，裸地的表層土壤中由于缺乏植被覆蓋，水分的蒸發量比較大，隨著土層深度的增加，水分蒸發量減少，土壤含水量增加。

4 結論

通過對不同密度下刺槐林與裸地(CK)的對比發現，不同密度下土壤的平均儲水量表現比較一致，1—3月儲水量平穩，4—6月儲水量波動明顯，7—9月儲水量明顯增加，10—12月儲水量下降。總的來說，低密度的刺槐林土壤的儲水量比較大，比高密度的刺槐林的儲水量高6.97%左右，而且差異比較顯著。在不同深度的土層中，土壤含水量都是先降低后增加的變化趨勢，且低密度的刺槐林在0～20、40～60和60～80 cm的3個層次中土壤含水量最高。因此，在遼西干旱地區進行刺槐造林過程中，為了提高造林質量，最大程度的發揮刺槐林的生態防護功能，需要將栽植密度控制在1 500株hm-2左右。本文的研究只設置了3個不同的造林密度，為提高刺槐造林質量，今后的研究可以設置更多不同密度刺槐林進行比對，通過模型建立來分析刺槐的最佳的栽植密度，為遼西地區造林工作提供理論基礎和參考。