彭婷婷，關慶偉，劉 娜，邱 雷，盧 雯

（1.南京中山園林梅花研究中心有限公司，南京210014；2.南京林業(yè)大學，南京210037）

綠地系統(tǒng)改善城市環(huán)境作用顯著，隨需求的增加，綠化面積的增長導致水資源消耗劇增。第一次水利普查公報顯示我國現(xiàn)有園林草地灌溉面積53.3億m2，年生態(tài)環(huán)境用水達106.3億m3。《世界水資源發(fā)展報告4》指出，地球淡水資源十分有限，僅2.5%的淡水能夠供人類、動植物使用［1］。由于經(jīng)濟發(fā)展和人口的增加，用水量不斷增加，污水排放量增加，可用的水資源越來越少。

節(jié)約型綠地建設，可有效減少綠地水資源消耗。針對城市植物水分供應有限［2］的特殊性，試圖通過提高土壤保蓄水能力，來減少水資源消耗。土壤水是土壤重要組成部分之一，影響土壤物質(zhì)能量運輸，植物根系的生長分布以及光合、蒸騰等生理指標［3－4］。土壤水平衡受植被組成和覆蓋度、氣候、土壤因素、地形、水文地質(zhì)、人為干擾（保水劑、覆蓋方式、耕作措施）多因素影響［5－8］。有研究表明覆蓋可有效保持土壤水分［9］，控制密度在理論造林密度［10］范圍內(nèi)可有效減少塊狀綠地水分的消耗。此外，覆蓋物取材方便、覆蓋，密度控制可實施性強，覆蓋實施后冬季保溫夏季降溫、提供腐殖質(zhì)改善土壤的養(yǎng)分狀況和物理性狀，改善林地環(huán)境，2種措施結合可期提高土壤保水性。目前國外盛行MULCH覆蓋，覆蓋物主要是樹皮、木片、松針、干草、堆肥等有機物，也有砂礫、小鵝卵石、聚苯乙烯膜等無機物。研究發(fā)現(xiàn)不同覆蓋物種類、厚度和顆粒大?。?1］，會造成土壤濕度、日蒸發(fā)量、累積蒸發(fā)量等的差異［12］。然而結合密度調(diào)控的不同材料覆蓋如何影響城市綠地土壤水的研究較鮮見。本文以揚州市江都區(qū)近郊的女貞人工林為研究對象，立足于土壤水的變化，探討覆蓋和密度調(diào)控對其土壤含水量的影響，以期找出合理的經(jīng)營措施指導節(jié)水型綠地建設。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗地概況

選取揚州市江都區(qū)城郊6a生女貞人工林，位于北緯32°17′51″—32°48′00″，東經(jīng) 119°27′03″—119°54′23″。女貞人工林概況見表1。

表1 女貞試驗地概況

該地土壤屬于灰潮土亞類，土層厚，養(yǎng)分狀況整體較好，表層有機質(zhì)含量2.58%，土壤全P、全K、全N含量分別為0.06%，0.76%，0.17%。林下無灌木，草本層生長旺盛，主要草種有烏蘞莓（Cayratia japonica）、水花生（Alternanthera philoxeroides）、一年蓬（Erigeron annuus）、小飛蓬（Conyza Canadensis）、毛野扁豆（Dunbaria villos）等。

1.2 樣地處理

（1）覆蓋。2011年12月，對選出的標準木分別進行稻草覆蓋（C）、枯落物覆蓋（K）、石礫覆蓋（S）覆蓋處理，不覆蓋（CK）作為對照。覆蓋情況詳見表2。

表2 覆蓋材料簡介

四種覆蓋處理在樣方中隨機分布。采用四種標記方式分別在對應植株上標記。每個處理覆蓋面積為1m2，3次重復。

（2）密度調(diào)控。女貞林地原株、行距均為1.5m。另選2個20×20m樣地，分別進行50%、70%強度的整株移植，控制株行距為1.5×3.0m，3.0×3.0m。

1.3 研究方法

于2012年4月、7月、11月，在各覆蓋邊緣下方，挖土壤剖面。按0—10cm，10—20cm，20—40cm自下而上采土樣測定各理化性質(zhì)。同時，未覆蓋的土壤采樣位置在樹干周圍1×1m邊緣處，采樣方法同上。參照中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準《森林土壤分析方法》［13］，依據(jù) LY／T 1215—1999，環(huán)刀法測定土壤容重、毛管孔隙度，烘干法測含水量。

2 結果與分析

2.1 覆蓋和密度調(diào)控對土壤含水量的影響

2.1.1 覆蓋對土壤含水量的影響 各處理下土壤含水量值如表3所示。其中，土壤表層含水量最高。覆蓋后一年內(nèi)，7月含水量高。分別對未移植、50%和70%強度移植樣地中各覆蓋處理的土壤含水量進行單因素方差分析和均值比較，從4，7，11月數(shù)據(jù)可知，覆蓋改變土壤含水量的垂直分布，土壤表層含水量增加。（1）未移植樣地中，4，11月C處理的保水性最高，7月K處理的保水性最高。（2）50%密度移植樣地中，4月、7月各覆蓋處理的土壤表層含水量值在0.05水平下存在顯著性差異，4，7，11月均C處理保水性最高。（3）70%密度移植樣地中，4月各覆蓋處理的土壤表層含水量值在0.05水平下在存在顯著性差異。4月、11月C處理的保水效果最好，7月S處理保水效果好。除7月外，3種覆蓋不同程度縮小重復間差異，未移植樣地中效果突出。

2.1.2 密度調(diào)控對土壤含水量的影響 移走部分女貞后，人工林密度減小，相同處理個體間的差異增大。在相同覆蓋條件下，分別比較未移植、50%和70%移植3樣地間土壤含水量差異。（1）不覆蓋處理，僅7月10—20cm含水量在3個密度梯度間有明顯差異。（2）稻草覆蓋（C），4月0—10cm，10—20cm土層含水量，7月0—10cm土層含水量，在3個林分密度下有明顯差異，其中4月0—10cm土層含水量差異最顯著。（3）枯落物覆蓋（K），4月0—10cm土層含水量，7月0—10cm，10—20cm土層含水量，在3個林分密度下有明顯差異，其中4月0—10cm土層含水量差異最顯著。（4）枯落物覆蓋（S），僅4月存在差異，0—10cm，10—20cm，20—40cm 土層含水量，在3個林分密度間均有明顯差異，其中4月10—20cm土層含水量差異最顯著。

綜合可知，降低林分密度擴大了組內(nèi)差異，并增加4，7月的土壤表層含水量。其中50%移植下含水量最高。

表3 不同處理土壤含水量

2.1.3 覆蓋和密度調(diào)控的交互作用對土壤含水量的影響 覆蓋縮小組內(nèi)差異，使相同處理樣點間土壤含水量值穩(wěn)定，同時增加表層土壤含水量。樹木移植擴大組內(nèi)差異，增加4，7月的土壤表層含水量。4月未移植C處理，4月50%移植與無覆蓋處理，C處理，K處理交互作用顯著，顯著性水平分別為0.017，0.045，0.038，0.044。

2.2 覆蓋和密度調(diào)控對土壤毛管孔隙度的影響

2.2.1 覆蓋對土壤毛管孔隙度的影響 相同密度林內(nèi)比較各覆蓋下毛管孔隙度的差異性。（1）未移植樣地中，土壤表層（0—10cm）、下層（20—40cm）毛管孔隙度在4種覆蓋處理間存在顯著差異。以孔隙度為因變量進行LSD分析，結果如表4所示。結合圖1—4看以看出：覆蓋影響0—10cm，20—40cm毛管孔隙度，其中C覆蓋最大地增加0—10cm土壤毛管孔隙度，增加值13.36%；3種覆蓋措施間差異不明顯，毛管孔隙度降低比例分別為14.91%，17.21%，20.03%。（2）50%移植樣地中，僅20—40cm毛管孔隙度在4種覆蓋處理間差異顯著。覆蓋與未覆蓋相比，影響毛管孔隙度的作用明顯；但C、K、S處理間差異不顯著，毛管孔隙度分別降低27.92%，27.38%，28.73%。（3）70%移植樣地中，僅20—40 cm毛管孔隙度在4種覆蓋處理間的值差異顯著。與未覆蓋相比，C、S處理的改變毛管孔隙度的作用顯著；C、S處理間差異不顯著，毛管孔隙度分別降低28.00%，35.00%。

表4 不同覆蓋類型土壤毛管孔隙度差異比較

2.2.2 密度調(diào)控對土壤孔隙度影響 相同覆蓋下比較密度對毛管孔隙度的影響，如圖1—4所示。未覆蓋下不同密度間毛管孔隙度無顯著性差異，組內(nèi)差異大，但50%移植條件下土壤毛管孔隙度最大；比較C、K、S處理土壤各層毛管孔隙度在3密度間的差異性，結果顯示僅C處理土壤0—10cm、S處理20—40cm對應值在不同林分密度間差異顯著。綜合分析，密度調(diào)控對毛管孔隙度的影響效果不顯著。密度調(diào)控和覆蓋間交互作用不顯著，僅未移植和稻草覆蓋交互作用顯著。

圖1 密度對未覆蓋土壤毛管孔隙度的影響

圖2 密度對稻草覆蓋下毛管孔隙度的影響

圖3 密度對枯落物覆蓋下毛管孔隙度的影響

圖4 密度對石礫覆蓋下毛管孔隙度的影響

2.3 土壤毛管孔隙度對含水量的影響分析

降雨量、植被以及土壤因素影響土壤含水量。其中土壤物理因素包括孔隙度、容重、滲透性等。研究發(fā)現(xiàn)覆蓋和移植后，土壤養(yǎng)分含量增加，與含水量變化趨勢不完全一致，相關性弱。進一步以毛管孔隙度為變量，研究含水量與其關系?？芍海?）覆蓋增加0—10cm毛管孔隙度、含水量，其中C處理明顯改善毛管孔隙度，含水量增加最大。（2）不同密度樣地間毛管孔隙度差異不顯著，含水量差異不顯著。分析毛管孔隙度與含水量相關性（圖5），毛管孔隙度與相關性分別為0—10cm，10—20cm，20—40cm土壤含水量的63.55%，77.83%，75.70%。其中10—20cm 含水量與毛管孔隙度相關性最高。覆蓋對土壤含水量的改善效果與對毛管孔隙度的改善效果一致。

圖5 含水量與毛管孔隙度相關性

毛管水是土壤最有效的水分，可以自由移動，并伴隨養(yǎng)分的遷移與轉(zhuǎn)化，易被植物吸收利用。就7月土壤表層而言，在3個密度的女貞人工林內(nèi)，覆蓋僅影響未移植林地中0—10cm的毛管孔隙度。覆蓋后土壤溫度增加，土壤日平均溫度C＞K＞CK＞S。覆蓋能促進微生物的活動，土壤有機質(zhì)含量增加，其中稻草腐爛分解進一步增加土壤有機質(zhì)含量，有效改善土壤質(zhì)地與結構。覆蓋時以厚度為覆蓋標準，枯落物層較稻草層疏松，后期的保溫、增加有機質(zhì)、保水效果隨覆蓋時間減弱［14］，相對稻草覆蓋的效果弱。2012年4，7，11月采樣中發(fā)現(xiàn)，稻草覆蓋層僅下層腐爛分解，枯落物層大量分解、覆蓋厚度逐漸降低。測定結果顯示表層2012年4月土壤溫度C、K處理相近，有機質(zhì)含量K處理略大于C處理，2012年7，11月土壤溫度C＞K，有機質(zhì)含量C＞K。土壤溫度增加、有機質(zhì)含量增加有效改善土壤質(zhì)地。

3 結論

通過研究江都地區(qū)土壤含水量與毛管孔隙度等，探討覆蓋和密度調(diào)控下土壤的保水性，結果表明：覆蓋、適當?shù)拿芏日{(diào)控增加土壤含水量，可用于節(jié)水型綠地建設。不同時間各覆蓋處理的效果存在差異，4，11月稻草覆蓋的保水性最好，7月枯落物覆蓋最好，石礫覆蓋縮小各土壤層間含水量差異；1.5×3.0m的株行間距利于提高6a生女貞人工林的土壤保水性。

研究中發(fā)現(xiàn)枯落物的覆蓋效果較稻草弱，建議采用同一質(zhì)量標準進行覆蓋后，進一步比較二者效果。隨林地密度的降低，建議增大覆蓋面積進一步討論覆蓋與密度調(diào)控的交互作用。

［1］ Balaji R，Casey B.聯(lián)合國世界水資源發(fā)展報告之四［EB］.［2013-6-30］.水信息網(wǎng)http：∥www.hwcc.gov.cn／pub2011／hwcc／wwgj／xwzx／rby／201205／t20120517＿343618.htm.

［2］ S?b?A，Benedikz T，Randrup T B.Selection of trees for urban forestry in the Nordic countries［J］.Urban Forestry ＆ Urban Greening，2003，2（2）：101-114.

［3］ 袁國富，張佩，薛沙沙，等.沙丘多枝檉柳灌叢根層土壤含水量變化特征與根系水力提升證據(jù)［J］.植物生態(tài)學報，2012，36（10）：1033-1042.

［4］ Liu Y，Xu Z，Duffy R，et al.Analyzing relationships among water uptake patterns，rootlet biomass distribution and soil water content profile in a subalpine shrubland using water isotopes［J］.European Journal of Soil Biology，2011，47（6）：380-386.

［5］ 宗萍萍，楊吉華，史秀娟，等.不同旱作保水措施對龍廷杏梅園地土壤水環(huán)境調(diào)控效應的影響研究［J］.水土保持研究，2009，16（3）：169-173.

［6］ Sarkar S，Singh S R.Interactive effect of tillage depth and mulch on soil temperature，productivity and water use pattern of rainfed barley （Hordium vulgare L.）［J］.Soil and Tillage Research，2007，92（1）：79-86.

［7］ Liu Y，Gao M，Wu W，et al.The effects of conservation tillage practices on the soil water-holding capacity of a non-irrigated apple orchard in the Loess Plateau，China［J］.Soil and Tillage Research，2013，130：7-12.

［8］ Liu Q，Yasufuku N，Omine K，et al.Automatic soil water retention test system with volume change measurement for sandy and silty soils［J］.Soils and Foundations，2012，52（2）：368-380.

［9］ 王成，郄光發(fā)，彭鎮(zhèn)華.有機地表覆蓋物在城市林業(yè)建設中的應用價值［J］.應用生態(tài)學報，2005，16（11）：2213-2217.

［10］ 武思宏，朱清科，余新曉，等.晉西黃土區(qū)主要造林樹種合理林分密度計算與分析［J］.水土保持研究，2008，15（1）：83-86.

［11］ Yuan C，Lei T，Mao L，et al.Soil surface evaporation processes under mulches of different sized gravel［J］.2009，78（2）：117-121.

［12］ 冀宏，黃雄，鄭健，等.不同覆蓋條件對土壤水分蒸發(fā)的影響［J］.節(jié)水灌溉，2010（4）：29-32.

［13］ 張萬儒.森林土壤分析方法［M］.北京：中國標準出版社，1999：1-3.

［14］ 張明忠，朱紅業(yè)，沙毓滄，等.金沙江干熱河谷草被凋落物的分解率與持水性能［J］.水土保持研究，2010，17（2）：156-159.