李廣德，章岳濤，翟明普，譚飛理，3，賈黎明

（1．北京林業(yè)大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京100083；2．中央廣播電視大學 農林醫(yī)藥學院，北京100039；3．湛江師范學院，廣東 湛江524048）

我國片麻巖山地分布廣泛，總面積約3．2×107hm2，其土壤沙性強，保水保肥能力差，是極為苛刻的造林地和生態(tài)環(huán)境建設用地。河北省是我國片麻巖集中分布面積較大的地區(qū)之一，占全國片麻巖山地總面積的3．7%［1］。片麻巖山地常因地表徑流將土壤中可溶性物質及細小土粒被沖走，造成土壤質地明顯變粗，土層變薄，生產力下降［2］，而土壤水分條件是影響該地區(qū)植樹造林、植被重建、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的主要生態(tài)因子［3－4］。提高降水少而集中的干旱半干旱片麻巖山區(qū)土壤的蓄水保墑能力是造林成功、樹木正常生長的關鍵。集水蓄水保墑技術主要包括匯集徑流進行集水，選用土壤保水劑保持土壤水分，防滲材料防止土壤水分滲漏，利用覆蓋材料覆蓋在土壤表面防止土壤水分蒸發(fā)等［5］。山杏（PrunussibiricaLam．）是黃土丘陵區(qū)常見的鄉(xiāng)土樹種，耐寒、耐旱、耐貧瘠、病蟲害少，具有一定的觀賞、藥用及經濟價值，同時其光合作用對土壤水分適應范圍較廣，是黃土丘陵區(qū)植被恢復、退耕還林的主要樹種之一［6－8］。

本文以華北片麻巖石質山區(qū)主要造林和植被恢復樹種之一的山杏為研究對象，通過不同集水保墑措施對林地土壤水分、幼樹生長、光合生理特性等影響進行研究，力圖選擇出適合該地區(qū)山杏幼林地撫育及造林的最佳集水保墑措施，以有效改善樹木生長環(huán)境，促進樹木生長，進而為類似地區(qū)森林培育及水土保持提供一定理論和技術支持。

1 試驗地概況

試驗地位于河北省西部太行山中段東麓的平山縣崗南鎮(zhèn)寺家溝村（38°22′N，114°2′E），以丘陵為主，平均海拔100～300m，坡度4°～40°。屬暖溫帶大陸性季風氣候，冬春寒冷干燥，秋季涼爽少雨，無霜期140d。據平山縣氣象局1960—2004年資料統(tǒng)計，該地區(qū)平均降水量500mm，集中在7—9月3個月，由于植被稀疏，土層較薄，降雨多以地表徑流的形式輸出。試驗區(qū)母巖以片麻巖、花崗巖和頁巖為主；低山土壤分布有山地褐土、粗骨土和石質土；丘陵地帶則分布有褐土，局部地段分布有黃土。試驗地土壤容重1．48g／cm3，飽和含水量為27．58%，田間持水量為15．51%；pH 值平均為7．0，N、P、K和有機質的含量平均分別為0．073%，26．85mg／kg，52．96mg／kg和1．59%。

2 材料與方法

2．1 試驗材料及集水措施選擇

翼式魚鱗坑標準如下：坑面寬為50cm，長80～100cm；翼長80～100cm；上口寬20cm，下口寬20 cm，深20cm；斷面角度30°（坡度小于20°）或45°（坡度大于20°），詳見圖1。

微型集水區(qū)表面為自然坡面，位于立地條件基本一致的同一坡面。處理前樹高58～386cm，地徑0．72～5．63cm。

圖1 翼式魚鱗坑示意圖（單位：mm）

2．2 試驗設計

采用隨機區(qū)組設計，由于地形破碎，每小區(qū)重復數7～16株不等，共82株。試驗在翼式魚鱗坑的基礎上分別采取施用保水劑、秸桿及石子覆蓋等綜合保水措施，共設置了翼式魚鱗坑＋保水劑＋石子（YY＋B＋S）、翼式魚鱗坑＋保水劑＋秸桿（YY＋B＋J）、翼式魚鱗坑＋保水劑（YY＋B）、翼式魚鱗坑＋石子（YY＋S）、翼式魚鱗坑＋秸桿（YY＋J）、翼式魚鱗坑（YY）及對照（CK）7種處理。

2．3 技術規(guī)則

2．3．1 保水劑施用 于2008年春季在降雨來臨的前2～3d施用法國SNF（愛森）公司生產的AQUASORB3005KL型保水劑（顆粒直徑0．5～3．1mm），施用量為40g／株。具體做法是：在離樹體中心20 cm處挖環(huán)溝，將40g保水劑與表土按1∶1充分混勻后施入，再在其上覆蓋一層5cm厚的土以避免保水劑與大氣直接接觸。

2．3．2 石子鋪設 就地取材，選取粒徑為5～10cm的塊狀石子，鋪滿整個種植穴。

2．3．3 秸桿鋪設 將玉米秸桿剪成50cm左右，蓋于種植穴，厚度5cm。

2．4 測定指標及方法

2．4．1 生長調查 以地徑、樹高、新梢生長等作為生長指標，對82株樣樹每木檢尺逐株測定。為了盡量減少誤差，地徑測定處用紅油漆做好標記，每次測定都在標記處。生長季結束時測定山杏新梢生長量。

2．4．2 土壤含水量 用土鉆對82株樣樹每株采集距樹體20cm、深20cm處土樣，采用烘干法測定。

(3)產能過剩，內部競爭嚴重。在湖北省加速發(fā)展汽車零部件產業(yè)的過程中，各地均將汽車零部件產業(yè)作為支柱產業(yè)進行重點發(fā)展，但行業(yè)整體缺乏統(tǒng)籌協(xié)調和超前統(tǒng)一規(guī)劃，因此各自為戰(zhàn)現象較為明顯，未形成錯位競爭格局，在招商、融資、銷售等各方面形成嚴重的內部消耗與內部競爭狀態(tài)，也造成了產能過?，F象。

2．4．3 凈光合速率 利用Li－6400便攜式光合測定系統(tǒng)測定山杏葉片凈光合速率。在同一坡向選各處理相鄰標準木中上部南向枝條上葉片定時、定位觀測，日變化從8：00到18：00，步長2h，自然光源，每株標準木測定3片。為了盡量減小因時間差異導致的誤差，操作時先依次測定各種處理的第一片葉片，之后測定第二片，最后再循環(huán)測定第三片。

2．4．4 葉綠素含量 采用丙酮—分光光度法測定。葉綠素含量測定取樣除測定標準木外，不同處理再各選另外2株采樣，每株取3葉片，每處理共9片葉片，將每株樹的3片葉片作為1個重復，每重復讀3個數。

2．5 數據處理

試驗所得數據利用Excel 2003和SPSS 17．0分析整理。不同處理下土壤水分含量、新梢生長量、凈光合速率、葉綠素含量的差異利用單因素方差分析進行比較，多重比較在0．05和0．01水平上利用LSD法檢驗。為了消除初始條件對試驗結果的影響，利用協(xié)方差分析來分析不同處理下地徑生長、材積指標生長差異，協(xié)方差分析后利用LSD法對協(xié)方差分析的矯正均值進行多重比較。

3 結果與分析

3．1 不同集水保墑措施對山杏土壤水分的影響

3．1．1 生長季內不同集水保墑措施對土壤水分的影響 一個生長季內（6—10月，圖2中所示數據為每月5日、15日及25日土壤含水量測定的平均值），山杏土壤水分動態(tài)呈現“降—升—降”的變化趨勢（圖2），結合生長季內降水量和蒸發(fā)量分布（圖3），可以發(fā)現，雖然6—8月3個月降水集中且降水量較大而均勻，但7月相對較大的蒸發(fā)量導致8月和6月土壤水分含量較高，7月較低。生長季各集水保墑處理下山杏的土壤水分含量平均均為10．9%，對照平均均為7．8%。整個生長季，YY＋S、YY＋J、YY＋B、YY＋B＋J、YY＋B＋S、YY 分別較 CK 高61．8%，53．5%，45．7%，25．3%，23．9%，22．4%，采取翼式魚鱗坑及施用保水劑、秸桿及石子覆蓋等綜合保水措施能有效改善山杏土壤水分條件。從一個生長季土壤水分動態(tài)來看，YY＋S、YY＋J和YY＋B處理效果相對較好。

圖2 一個生長季不同集水保墑措施下山杏土壤水分

圖3 試驗地2008年生長季降水量和蒸發(fā)量分布

3．1．2 一次大降水后土壤水分含量變化 為更好地說明不同集水保墑措施對山杏土壤水分的影響，對2008年7月17日一次性降水31．3mm后各處理土壤水分動態(tài)進行了監(jiān)測（圖4）。由圖4可以發(fā)現，采取集水保墑措施處理的山杏土壤水分含量整體要高于對照，處理和對照土壤水分的差異隨著降雨后時間的推移而逐漸減小。降水后的9d內，各處理下土壤水分平均含量7．84%，對照4．62%。雨后第三天，各處理下土壤平均水分含量為11．2%，對照平均6．0%；方差分析表明，YY＋J、YY＋B處理土壤水分含量顯著高于YY＋B＋J、YY＋B＋S、YY、CK，YY＋S處理土壤含水量顯著高于YY＋B＋S、YY、CK；YY＋J、YY＋B、YY＋S的土壤含水量分別比CK提高了125．6%，117．3%和108．5%。隨著時間的推移，各處理土壤水分含量雖然沒有再顯著高于對照，但依然顯示出處理效果好于對照的趨勢。雨后第5天，各處理下土壤水分含量平均為8．7%，對照平均為4．6%；到雨后第9天時，各處理下平均為4．9%，對照平均為3．9%。從一次大降水后不同處理對山杏土壤水分的影響來看，YY＋J、YY＋S和YY＋B效果較好。

3．2 不同集水保墑措施對山杏幼樹生長的影響

3．2．1 對地徑、樹高及材積生長的影響 表1為分別以山杏初始地徑、樹高及材積指標為協(xié)變量作協(xié)方差分析后得到的不同集水保墑措施山杏地徑、樹高及材積生長的矯正均值。由表1可以發(fā)現，消除初始條件對山杏生長的影響后，一個生長季內，YY＋J、YY＋B＋J、YY＋S處理下山杏的地徑生長量顯著高于YY＋B＋S和CK；YY＋S處理下山杏的樹高顯著高于YY＋B＋S和CK；以Δh·Δd2表征的材積生長指標在不同處理間的表現與樹高相同。因此，從不同集水保墑措施對山杏地徑、樹高及材積生長的影響來看，YY＋S、YY＋J、YY＋B效果較好，而YY＋B＋S效果最差。

圖4 一次大降水后不同集水保墑措施對山杏土壤水分的影響

表1 不同集水保墑措施下山杏幼樹地徑、樹高、材積生長的矯正均值

3．2．2 對新梢生長的影響 不同集水保墑措施對山杏新梢生長的影響見圖5。各處理下山杏新梢生長量排序依次是YY＋J、YY＋S、YY＋B、YY＋B＋S、YY、YY＋B＋J，分別較CK高120．87%（P＜0．01），119．74%（P＜0．01），78．30%（P＜0．01），73．14%（P＜0．01），66．51%（P＞0．05），45．71%（P＞0．05）。因此，從促進新梢生長的角度來看，YY＋J、YY＋S、YY＋B、YY＋B＋S效果最好。

3．3 不同集水保墑措施對山杏光合特性的影響

3．3．1 不同集水保墑措施下山杏幼樹凈光合速率日變化 已有研究表明，不同發(fā)育時期、不同條件對山杏的光合能力有較大影響。王鑠等［9］對陜西吳起縣中山丘陵溝壑區(qū)山杏人工林光合特征的研究表明，5—8月山杏的光合能力不同，最大凈光合速率（Pnmax）5月最?。?．19μmol／（m2·s）］，8月最大［（13．7μmol／（m2·s）］。不同土壤水分條件下，山杏6月凈光合速率日變化峰值介于2．0～8μmol／（m2·s）［10］，7月中下旬Pnmax為4．14～13．30μmol／（m2·s）［6］。而不同遮光處理對山杏7月上旬Pnmax也有較大影響，從8．36μmol／（m2·s）到19．69μmol／（m2·s）不等［11］。

圖5 不同集水保墑措施對山杏幼樹新梢生長的影響

從初夏（5月20日）和盛夏（7月20日）晴天不同處理山杏幼樹葉片凈光合速率日變化（圖6）也可以看出，山杏幼樹葉片凈光合速率日變化趨勢不同，初夏從8：00—18：00波動下降，峰值分別在8：00、12：00和16：00；盛夏呈“雙峰型”日變化，出現光合午休現象，峰值出現在10：00和14：00，10：00時峰值更大。初夏YY＋S、YY＋J、YY＋B＋J、YY＋B、YY＋B＋S、YY各處理凈光合速率日平均分別為3．83±1．94，3．19±1．84，2．89±1．35，2．64±1．48，2．56±1．26，2．09±1．30μmol／（m2·s），分別較CK高153．56%，111．44%，91．15%，75．12%，69．28%，38．18%；盛夏YY＋J、YY＋B＋S、YY、YY＋B＋J、YY＋S、YY＋B各處理凈光合速率日平均分別為（9．31±4．35），（8．83±4．00），（8．40±3．96），（8．26±4．19），（7．93±3．71），（7．37±3．57）μmol／（m2·s），分別較 CK 高54．36%，46．39%，39．26%，36．86%，31．45%，22．18%。與上述不同時期、不同條件下山杏凈光合速率不同類似［6，9－11］，圖6也表明從初夏到盛夏隨著山杏葉片的生長發(fā)育及溫度、光照、土壤水分等環(huán)境條件的變化，山杏葉片凈光合速率大幅提升，而不同處理對其光合速率的影響也較初夏有所減弱。方差分析表明，盡管各處理日平均凈光合速率沒有顯著高于對照，但在各峰值點各處理的平均值都顯著高于對照（P＜0．05），也表明不同集水保墑措施通過對土壤水分的改善提高了山杏同化CO2的能力，激發(fā)了山杏的生長潛力。

圖6 不同集水保墑措施下山杏幼樹凈光合速率日變化

3．3．2 一次大降水后不同集水保墑措施下山杏幼樹的凈光合速率變化 從一次大降水后不同集水保墑措施對山杏葉片凈光合速率的影響來看（圖7），雨后山杏葉片凈光合速率呈現先升高后降低的趨勢，雨后第5天最大，隨后逐漸減小。所有觀測日8：00各處理下山杏凈光合速率平均為（9．81±1．11）μmol／（m2·s），對照下山杏凈光合速率為（8．13±0．86）μmol／（m2·s）。雨后第3天，各處理下山杏凈光合速率平均為10．20±1．03μmol／（m2·s），對照平均為7．85±0．67 μmol／（m2·s）；方差分析表明，除YY＋B和YY外，其余各處理都顯著高于CK（P＜0．05）。到雨后第9天，雖然各處理土壤水分含量都有了不同程度的下降，但YY＋S、YY＋J和YY 3個處理下山杏的凈光合速率仍顯著高于CK（P＜0．05）?？梢姡涍^集水保墑技術處理的山杏通過土壤水分條件的改善使得其光合作用加強，而且這種加強效應較未處理的山杏更具有可持續(xù)性。

3．3．3 不同集水保墑措施下山杏幼樹葉片葉綠素含量 葉綠素是光合作用中最有效和最重要的色素，其含量在一定程度上反映了植物的同化能力，從而影響植物生長［12－13］。靳甜甜等［13］對黃土高原常見樹種刺槐、沙棘、山杏光合蒸騰特征的研究發(fā)現，山杏的葉綠素含量為（0．94±0．06）mg／g，顯著低于刺槐（2．34±0．05mg／g）和沙棘（2．00±0．05mg／g），并認為這是山杏光合能力受到一定限制的因素之一。本研究不同處理山杏葉片葉綠素含量見圖8，其中最低的為YY和CK，分別為（0．68±0．04）mg／g和（0．74±0．04）mg／g，低于靳甜甜等的研究結果，但經過一定集水保墑措施處理后，山杏葉片葉綠素含量便有了顯著提高（P＜0．05），最高的YY＋B、YY＋S、YY＋B＋J、YY＋J分別達到（1．70±0．14），（1．43±0．07），（1．36±0．05），（0．98±0．50）mg／g?？梢姡ㄟ^集水保墑措施可有效提高山杏葉片葉綠素含量，由此改善和提高其光合能力，促進樹木生長。

圖8 不同集水保墑措施下山杏幼樹葉綠素含量

4 結論與討論

（1）黃志霖等［14］針對太行山石灰?guī)r低山區(qū)的主要限制因子，提出了以集水、蓄水為目的的翼式魚鱗坑整地，經過3a觀測后認為翼式魚鱗坑較常規(guī)魚鱗坑土壤含水率平均增加3．4%，幼樹新梢生長量平均提高15．8%。本文的研究也表明，在一個生長季，采用翼式魚鱗坑及翼式魚鱗坑與石子、秸稈、保水劑等綜合保水措施后，土壤含水量和新梢生長較對照分別提高了22．4%～61．8%和45．71%～120．87%，而采取翼式魚鱗坑的綜合保水措施對土壤水分的改善和新梢生長的促進作用更為明顯。

（2）采用翼式魚鱗坑等集水保墑措施可促進山杏地徑、樹高、材積及新梢生長，一方面在于集水保墑措施對山杏土壤水分條件的改善，另一方面也在于土壤水分條件改善對山杏葉綠素含量的提高和光合作用等生理功能的改善。因為無論從凈光合速率的日變化，還是一次大降水后凈光合速率的變化來看，集水保墑措施處理下的山杏葉片凈光合速率都要高于對照。集水保墑措施處理下的山杏葉片葉綠素含量較對照高25．24%～128．73%。各處理下山杏葉片日平均凈光合速率較對照高22．18%～153．56%；一次大降水后的9天內，處理后的山杏葉片凈光合速率較對照高3．16%～35．35%。

（3）郎瑩等［8］認為山杏光合作用的適宜土壤水分范圍在44．7%～80．9%之間（相對含水量），最適宜的為68．2%左右。張征坤等［10］的研究發(fā)現，土壤相對含水量在56．1%以下時，山杏葉片凈光合速率隨著土壤水分含量的增加而增加；當土壤相對含水量超過56．1%時，山杏葉片凈光合速率隨土壤水分含量的增加呈現降低的趨勢。夏江寶等［6］也發(fā)現，7月中下旬山杏凈光合速率最大時土壤相對含水量為67．6%，當超過61．5%～67．6%，最大凈光合速率隨土壤含水量的升高而降低?？梢姡叫庸夂献饔玫奶岣哂幸欢ǖ耐寥浪謪^(qū)間，在這個適宜區(qū)間內，光合作用會隨著土壤水分的改善而增強，一旦超出這個范圍，其光合能力則隨土壤水分含量的增加而減弱。本研究中，在7月一次性降水31．3mm后，土壤相對含水量從降水后第3天的67．24%降至第5天的52．18%時，凈光合速率呈增大趨勢；之后從52．18%降到第9天的30．95%時，凈光合速率持續(xù)降低。出現這種凈光合速率隨著土壤含水量逐漸降低先升高后降低的趨勢，一方面如上述研究結果所述可能與山杏光合作用適宜土壤水分存在一定閾值有關，另一方面也可能與環(huán)境條件的變化有關，還需要進一步研究和探討。

（4）綜合各種集水保墑措施對山杏地徑、樹高、材積、新梢生長等生長指標，凈光合速率、葉綠素含量等生理指標，以及以土壤水分為代表的環(huán)境條件的影響可以發(fā)現，翼式魚鱗坑＋石子（YY＋S）、翼式魚鱗坑＋秸桿（YY＋J）、翼式魚鱗坑＋保水劑（YY＋B）三種綜合集水保墑措施處理效果最好，但考慮到就地取材及經濟因素，翼式魚鱗坑＋石子（YY＋S）和翼式魚鱗坑＋秸桿（YY＋J）兩種措施更值得在生產實踐中進行應用和推廣。

需要指出的是，翼式魚鱗坑＋保水劑＋石子（YY＋B＋S）、翼式魚鱗坑＋保水劑＋秸桿（YY＋B＋J）三種措施的配比效果較兩種措施配比如翼式魚鱗坑＋石子（YY＋S）、翼式魚鱗坑＋秸桿（YY＋J）、翼式魚鱗坑＋保水劑（YY＋B）差，造成這種現象的原因尚不明確，推測可能是石子和秸稈覆蓋的截流使得保水劑的吸水量減少，限制了土壤水分向下運移，由此影響到山杏主要根系分布層（10—70cm）［15］土壤水分條件的改善，從而影響到山杏的生長；也可能由于降水經過石子和秸稈后變的渾濁而影響到保水劑對水分的吸收。

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