王紅義

（甘肅省張掖市寺大隆林場(chǎng)，甘肅 張掖 734000）

沙棘生長(zhǎng)迅速，枝葉茂密，根系發(fā)達(dá)；沙棘林內(nèi)地被物量大，林下植被茂密：因此，沙棘具有良好的保持水土和攔洪促淤功能。為研究沙棘人工林在干旱瘠薄石質(zhì)山地的生長(zhǎng)適應(yīng)性及其調(diào)節(jié)水分作用的研究進(jìn)展，本文探討了祁連山淺山區(qū)人工沙棘林的生態(tài)水文效應(yīng)。隨著祁連山人工林面積的日益增加，我們?cè)跍\山區(qū)營(yíng)造沙棘地試驗(yàn)林，從林冠截留、枯枝落葉層持水性能和林地土壤水分物理性質(zhì)等方面進(jìn)行了沙棘林調(diào)節(jié)水分作用的初步研究。選用沙棘進(jìn)行更新改造，封灘育林，改善生態(tài)環(huán)境，既產(chǎn)生了生態(tài)防護(hù)效益，又提高了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入，產(chǎn)生良好的社會(huì)效益［1］，且充分利用到最適宜于沙棘林生長(zhǎng)的立地條件，使其在西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施中，成為荒山造林、小流域治理的先鋒樹種。我國(guó)三北地區(qū)特別是黃土高原地區(qū)利用沙棘進(jìn)行荒山造林、作為小流域治理的主要樹種已呈現(xiàn)出一種蓬勃發(fā)展的勢(shì)頭［2］。沙棘也有較強(qiáng)的保水改土作用，是干旱地區(qū)混交造林的優(yōu)良伴生樹種［3］。為了及時(shí)總結(jié)沙棘人工造林后的森林水文生態(tài)功能，探索林分與環(huán)境的關(guān)系，以期為我國(guó)沙棘人工林的營(yíng)林提供理論依據(jù)，現(xiàn)對(duì)祁連山淺山區(qū)人工10年生沙棘林進(jìn)行分析研究。

1 試驗(yàn)區(qū)自然概況

試驗(yàn)區(qū)設(shè)在祁連山淺山區(qū)西水大野口流域的干涸河床地，位于100°16′E，38°33′N，海拔2 650m左右，屬高寒山地森林草原氣候，多年平均降水量430mm，年均溫度0.5℃。年蒸發(fā)量1 051.7mm，年均相對(duì)濕度60%；土壤為礫石沙質(zhì)土壤；植被為單一沙棘純?nèi)斯ち?，郁閉度0.7～0.8。

2 試驗(yàn)方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣地的設(shè)置

在試驗(yàn)區(qū)大野口流域的沙棘林、青海云杉林中，選擇典型林分設(shè)置固定樣地，規(guī)格為20m×20m。

2.2 降雨量、穿透雨量的測(cè)定

在標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)，采用網(wǎng)格法布設(shè)測(cè)定穿透雨量的雨量桶10個(gè)，同時(shí)在樣地附近空曠地布設(shè)對(duì)照雨量桶1個(gè)，進(jìn)行林空降雨量及穿透雨量的測(cè)定。

2.3 枯枝落葉層最大持水率及持水量測(cè)定

在林內(nèi)選擇3～5個(gè)面積為1m×1m的樣方，采樣后取部分樣品烘干求其干質(zhì)量，估算林地蓄積量；另一部分在室內(nèi)用清水浸泡24h，求最大持水率和持水量。

2.4 土壤水分物理性質(zhì)測(cè)定

根據(jù)土壤剖面發(fā)生層次，用200cm3環(huán)刀取土樣，測(cè)定其容重、最大持水量、最小持水量、毛管持水量等。

3 結(jié)果與分析

3.1 沙棘林林冠層調(diào)節(jié)水分作用與功能

林冠對(duì)降水的再分配是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的水文生態(tài)功能之一［4］。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)（表1），人工沙棘林郁閉度在0.7～0.8時(shí)，林冠截留率為39.3%，而在同一立地條件下天然次生云杉林林冠截留率為26.28%。分析認(rèn)為：主要是由于沙棘林枝葉茂密，冠層雖較云杉林薄，但其密度較大；云杉林的枝條向下斜伸呈梳子狀分布，有一定的開張度，而沙棘的枝條向上斜伸，呈刷子狀分布。因此，在降水過(guò)程中，沙棘林能夠截留較多的降水。沙棘林冠對(duì)降水的截留一方面減少地面的實(shí)際受雨量，從而減輕侵蝕；另一方面阻截雨滴的濺蝕和雨滴對(duì)坡面薄層水流的擾動(dòng)。

表1 沙棘林與云杉林林冠截留量和截留率的比較

3.2 枯枝落葉層調(diào)節(jié)水分的作用與功能

枯枝落葉層是森林結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，是森林地表的一個(gè)重要覆蓋面和保護(hù)層，還能為林木的持續(xù)生長(zhǎng)提供大部分養(yǎng)分，其結(jié)構(gòu)疏松、透氣性能好、蓄水能力強(qiáng)、蓄水量大，可抑制土壤蒸發(fā)，改善土壤理化性質(zhì)，增加降水的入滲，增強(qiáng)土壤抗沖能力等。通過(guò)調(diào)查測(cè)定，結(jié)果表明，10年生沙棘林的枯枝落葉層平均厚度為1～3cm；枯枝落葉蓄積量濕質(zhì)量為22.0t·hm－2，絕干質(zhì)量6.44t·hm－2左右；其水容重為絕干質(zhì)量的2.12～4.25倍。沙棘林枯枝落葉層的最大持水率為404.85%，明顯大于青海云杉林的282.54%，但枯枝落葉層最大持水量沙棘林為9.3mm，青海云杉林為9.7mm，兩者相差不大；沙棘林枯枝落葉層的蓄水量可達(dá)13.65～27.37t·hm－2（表2）。人工沙棘林和青海云杉林枯枝落葉層持水率的差異，是由于枯枝落葉層的組成成分、分解程度、厚度等因子的不同所致，一般情況下，針葉林未分解枯枝落葉層持水量比闊葉林小，這是因?yàn)獒樔~林大多生長(zhǎng)在水分條件較差的坡地，且針葉林的枯枝落葉不易分解的緣故。

人工沙棘林枯枝落葉層對(duì)降水的截留主要表現(xiàn)在：一是其具有一定的貯水持水能力，可以有效延長(zhǎng)徑流歷時(shí)和增加土壤入滲；二是枯枝落葉層的存在增大了地表有效糙率，可以減小地表徑流和防止土壤侵蝕。在干旱陡坡地段保護(hù)林下凋落物層對(duì)保持水土具有重要的意義。

表2 沙棘林與云杉林林地枯枝落葉層的持水量

3.3 土壤層對(duì)水文過(guò)程的調(diào)節(jié)作用

3.3.1 林地土壤物理性質(zhì) 由表3可知，沙棘林林地土壤的容重0～20cm土層為1.259g·cm－3，其對(duì)照為1.46g·cm－3。由此說(shuō)明，沙棘林地土壤容重已明顯降低。而土壤持水量的3項(xiàng)指標(biāo)均明顯增加，林地土壤毛管持水量最高?？梢?jiàn)，沙棘造林后林地土壤物理性質(zhì)得到了改善。

表3 沙棘林地土壤物理性質(zhì)測(cè)定

土壤物理性質(zhì)決定著土壤的滲透率、滲透速度及蓄水保水的功能。沙棘林地的最大持水量、最小持水量、毛管持水量均大于對(duì)照，可能是由于沙棘林的根系和土壤之間形成粗大的孔隙，地面的枯枝落葉層不能減輕雨滴的沖擊，長(zhǎng)期保持土壤的孔隙不被堵塞，而對(duì)照地的枯枝落葉少，雨滴的沖擊往往堵塞著土壤的孔隙，加之超載濫牧，土壤理化性質(zhì)不良，土壤的滲透和涵養(yǎng)水源的功能相應(yīng)降低。

3.3.2 土壤層的入滲特性 沙棘林具有增加土壤入滲的作用。一是沙棘生長(zhǎng)迅速，林冠郁閉快，枯枝落葉積累快，避免了地表結(jié)皮的形成及土壤表層硬化。而且由于枯枝落葉的分解，增加了土壤中有機(jī)質(zhì)含量，改善了土壤理化性質(zhì)。二是根系的穿透和腐爛作用，增加了土壤孔隙度，改善了土壤結(jié)構(gòu)。這2種作用使沙棘林地土壤容重減小，孔隙度增加，從而增強(qiáng)了土壤的入滲性能。林地土壤的入滲特性可以通過(guò)初滲階段和穩(wěn)滲階段的入滲率來(lái)衡量［5，6］，與物理性狀和結(jié)構(gòu)有關(guān)。經(jīng)測(cè)定，人工沙棘林地土壤的初滲率0～20cm平均為16.17mm·min－1，是對(duì)照區(qū)1.85mm·min－1的8.7倍；穩(wěn)滲率0～20cm平均為2.40mm·min－1，是對(duì)照區(qū)0.95mm·min－1的2.53倍；初滲和穩(wěn)滲速率在0～20cm范圍內(nèi)隨土壤深度增加呈增加趨勢(shì)，0～10 cm初滲率和穩(wěn)滲率分別為1.33mm·min－1、0.90 mm·min－1，10～20cm初滲率和穩(wěn)滲率分別為31.00mm·min－1、3.90mm·min－1（表4）。

表4 沙棘林滲透率對(duì)照表

4 結(jié)論

沙棘樹冠截留率一般為40%～49%，沙棘林地抗沖性和抗蝕性隨著樹齡的增加而提高，枯枝落葉層持水量相當(dāng)于自重的3倍。山西省右玉縣蒼頭河流域營(yíng)造74km約1.3萬(wàn)hm2沙棘護(hù)岸林，使地表徑流減少80%，表土水蝕減少75%，風(fēng)蝕減少85%。1hm2沙棘林可把上方6hm2地表徑流變?yōu)榈叵滤畠?chǔ)存起來(lái)［7］。沙棘通過(guò)其茂密的林冠層、林下草被層、枯枝落葉層和發(fā)達(dá)的根系層形成良好的水分生態(tài)環(huán)境和森林生態(tài)結(jié)構(gòu)，對(duì)林下小氣候、土壤水分、養(yǎng)分及生物多樣性有良好影響，其生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益明顯。沙棘是植被建造的先鋒樹種和伴生樹種，沙棘林形成的灌木、草本群落，其水土保持、防風(fēng)固沙效益明顯。祁連山地區(qū)沙棘主要分布在干涸石礫河灘，其具有良好的保持水土和攔洪促淤功能。祁連山沙棘人工林郁閉度在0.7～0.8時(shí)，林冠截留率為39.3%；沙棘林可增加林地枯枝落葉量，提高林地蓄水量，沙棘林蓄水量達(dá)13.65～27.37t·hm－2；沙棘人工林可降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤持水量，改善土壤物理性質(zhì)；沙棘林地的初滲率0～20cm土層為對(duì)照的8.7倍，穩(wěn)滲率0～20cm土層為對(duì)照的2.53倍。

［1］梁立軍，馬進(jìn)，張廣軍.永壽縣沙棘人工林生長(zhǎng)規(guī)律初談［J］.國(guó)際沙棘研究與開發(fā)，2004（2）：16－19

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［5］周小峰.帽兒山、涼水森林水分循環(huán)的研究［M］／／林業(yè)部科技司.中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究，哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，213－222

［6］陳云明，劉國(guó)彬，焦鋒，等.黃土丘陵半干旱區(qū)人工沙棘林水文特性及效益［J］.山地學(xué)報(bào)，2004，22（4）：400－405

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