韓輝

(遼寧省固沙造林研究所，阜新，123000)

責任編輯:王廣建。

天然降水是干旱半干旱地區(qū)土壤水分的主要來源［1］。在科爾沁沙地南緣的章古臺地區(qū)，隨著地下水位的逐年下降，降水幾乎成為防風固沙林水分的最主要的來源。由于當?shù)亟邓觌H間變率大，尤其是連續(xù)干旱年份發(fā)生幾率變大，固沙林的土壤水分供需的矛盾日益突出［2－5］。土壤水分與降水之間的關系成為研究固沙林林分穩(wěn)定性以及植被適宜性等問題的主要方面［6－9］。50多年來，章古臺地區(qū)成功栽植了多種用于固沙的喬木林，這些固沙林已經成為促進當?shù)仫L沙環(huán)境穩(wěn)定的主要力量［10－12］。本文通過連續(xù)4年的監(jiān)測，對不同林分土壤含水率的時空動態(tài)特征進行比較分析，以期為固沙林生態(tài)系統(tǒng)的科學管理提供必要的科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為遼寧省固沙造林研究所實驗林場。該實驗林場位于科爾沁沙地東南緣，年均氣溫6．3℃，全年無霜期150～160 d，年均降水量475．5 mm，降水集中在6～8月，年蒸發(fā)量1 553．2 mm。該區(qū)土壤以風沙土為主，沙土顆粒均勻，沙層厚度126～128 m，沙層的顏色和機械粒徑成層更迭分布，變化比較明顯，沙土瘠薄，有機質質量分數(shù)一般為0．3～0．99 g/kg。代表性植物有:樟子松(Pinus sylvestiris var．mongoliea)、油松(Pinus tabulaeformis)、赤松(Pinus sylvestiris var．mongoliea)、色木槭(Acer mono)、山里紅(Crataegus pinnatifida Bge．var．major N．E．Br．)、榆樹(Ulmuspumila)、大果榆(Ulmu smacrocarpa)、山杏(Armeniaca sibirica)、胡枝子(Lespedeza bicolor)、差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)、中華隱子草(Cleistogenes chinensis)等。

2 研究方法

該研究以章古臺不同類型固沙林0～300 cm的土壤水分為研究對象。選擇4塊標準樣地，其中:3塊樣地的林分密度接近，對照地選在距離林緣50 m遠的固定沙丘。固定沙丘植被類型為草本植物，主要植被有蒺藜草(Cenchrus echinatus Linn．)、狗尾草(setaria viridis)、糙隱子草(Cleistogenes squarrosa(Trin．)Keng)、黃蒿(Artemisisa scoparia Waldst．et kitaib．)等，總體蓋度65%～70%。不同類型固沙林基本情況見表1。

表1 2007年不同類型固沙林基本情況

氣象資料來源于遼寧省固沙造林研究所氣象觀測站。土壤含水量采用土鉆取樣、烘干法測定，取土層次按0～5，25～30，45～50，95～100，145～150，195～200，245～250，295～300 cm等8個層次取樣，每層2次重復，在105℃烘干至恒質量，分別稱量濕土質量、干土質量和鋁盒質量，最后計算各層土壤的含水量。時間2007—2010年4—10月份，每月上、下旬取樣。

3 結果與分析

3．1 章古臺地區(qū)降水季節(jié)變化

章古臺降水各季分布不均，統(tǒng)計1983—2010年各月降水量，表明全年降水量的67．0%集中在6、7、8三個月，其中6、7、8月份分別占全年降水量的17．5%、28．8%、20．7%，4—5月占全年降水量的13．9%，9—10月占全年降水量的12．8%(見表2)，12、1、2月份降水量極少。通過多年降水量的觀測，發(fā)現(xiàn)既使在降水集中的6—8月，發(fā)生干旱的情況還經常發(fā)生，月內變化幅度比較大。

表2 章古臺地區(qū)月降水量 mm

3．2 不同林分土壤含水量的季節(jié)變化特征

選擇3種密度接近的林分，對觀測到的土壤含水率進行統(tǒng)計分析。將土壤層次簡化為0～100 cm(上層)、100～200 cm(中層)、200～300 cm(下層)三個層次(見圖1)。由圖1可知，各類固沙林土壤含水率變化均顯示出相似的季節(jié)變化規(guī)律，即土壤含水率從表層到深層均表現(xiàn)出與降水季節(jié)變化相一致的規(guī)律。上層土壤含水率受降水量的影響最明顯，波動幅度最大，土壤含水率最低的是沙丘;不同固沙林由低到高依次為油松、赤松、樟子松。中層土壤含水率由低到高依次是樟子松、赤松、油松、沙丘，沙丘土壤含水率在5—7月份均高于各類固沙林，8—10月份下降，低于赤松和油松林地，但高于樟子松林地。分析還發(fā)現(xiàn)赤松和油松中層土壤含水率的季節(jié)變化趨勢基本一致，4—6月份下降，7—8月份上升，在8月份達到最高點后逐漸下降(9—10月份)，樟子松中層土壤含水率最低。下層土壤含水率的季節(jié)變化中，沙丘土壤含水率最高，不同類型固沙林土壤含水率都遠遠低于沙丘，樟子松林高于油松林與赤松林，油松林在7月前高于赤松林，在7月后低于赤松林，到10月份時各類固沙林土壤含水率基本一致。

圖1 典型林分類型土壤含水率的季節(jié)變化特征

整體來看，沙丘上層土壤含水率低于各類固沙林，而下層土壤含水率高于各類固沙林，說明固沙林對上層土壤有蓄水保墑的作用，通過根系的吸收，深層土壤含水量形成了較明顯的虧缺。

3．3 不同林分土壤含水率的空間變異特征

典型林分類型土壤含水率的空間變化特征見表3。由表3可知，各類固沙林土壤含水率都表現(xiàn)出隨土層深度的增加而下降的趨勢。其中:樟子松林地土壤含水率表層土壤含水率較高，在0～150 cm呈現(xiàn)出明顯的遞減特征，150 cm以下基本維持不變，這與樟子松是淺根性樹種，能夠充分利用淺層土壤水分有關。赤松作為深根性樹種，其土壤含水率在0～50 cm處于較高水平，而在100 cm以下處于較低水平，200 cm以下基本趨于穩(wěn)定。油松為典型的深根性樹種，其表層由于遮蔭及枯枝落葉層的保護，土壤含水率維持在較高水平，在20～150 cm土壤含水率保持較高水平，150 cm以下土壤含水率呈明顯下降趨勢。與各類固沙林不同，固定沙丘表層土壤由于缺乏有效遮蔭，土壤含水率較低，30 cm以下土壤含水率呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢。由圖1可知，不同固沙林150 cm以上土壤含水率變化幅度要大于150 cm以下的變化幅度，沙丘(對照)土壤含水率從表層到深層的變化幅度基本一樣，在深層的變動幅度要大于各類固沙林的變動幅度，這可能與沙丘深層土壤比固沙林更易得到降水的補充有關。

表3 典型林分類型土壤含水率的空間變化特征

4 結論與討論

降水是半干旱地區(qū)非常重要的水分來源，對土壤水分的補充起決定作用。研究發(fā)現(xiàn)，降水量大時，土壤水分補充的快，同時散失的也快;固定沙丘土壤含水率表層低于各類固沙林，但深層高于各類固沙林。固沙林土壤含水率在土壤層次上存在明顯差異，赤松地50～200 cm層次土壤含水率降低明顯，油松地150～300 cm層次降低明顯，樟子松地30～150 cm層次降低明顯，而無木本植被的固定沙丘(對照)土壤含水率0～300 cm層次總體趨勢變化不大，在100 cm以下土壤含水率緩慢升高。

樟子松林地0～100 cm土層土壤含水率高于固定沙丘，白雪峰［4］研究結果是樟子松林地25～50 cm土層土壤含水率低于流動沙地，但在旱季這一現(xiàn)象不明顯，結論的差別可能是固定沙丘與流動沙丘以及用于計算的土壤層次不同而造成的。固定沙丘深層土壤含水率高于各類固沙林的結論與雷澤勇［3］的研究結果(荒草地的土壤水分補償高于所有林地的土壤水分補償，土壤深度為0～200 cm)基本相同，固沙林土壤110 cm以下土壤水分開始保持穩(wěn)定與本結論有些差別，這應該是取土層次不同、固沙林樹種不同、研究年份不同共同作用的結果，本項研究時間年限較長，增加了赤松樹種，但基本結論兩者很相似。不同林分土壤含水率的時空差異應與不同樹種根系生長與分布有關［13－15］，但本研究未對根系做相關調查。

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