黄土丘陵半干旱区人工沙棘林水文作用研究

【摘要】： 沙棘是黄土高原地区森林带、森林草原带和典型草原带同时分布的少数树种之一。在黄土高原，特别是在黄土丘陵半干旱区被作为保持水土、改善生态环境的主要树种。然而，这一地区水分缺乏、水土流失严重、生态环境恶劣，是否会制约现有沙棘林的持续发展?未来以沙棘为主植被建设模式如何?都是当前生态环境建设中急需解决的重要问题。针对上述存在问题，本文采用野外观测试验和室内分析相结合的方法，在黄土丘陵半干旱区安塞县纸坊沟流域开展了沙棘水文作用的系统研究，取得了如下主要结论： 1．沙棘林冠和枯枝落叶层具有显著的水文作用。该区6～10龄沙棘人工林林冠年截留率为5.9％，林冠截留率与林龄和郁闭度呈显著的幂相关。5～10龄沙棘林枯枝落叶层的持水量为0.58～1.19mm，其最大持水量与郁闭度和蓄积量显著相关。沙棘蒸腾强度与土壤水分条件有关，土壤供水充足时，沙棘蒸腾强度日变化呈单峰型，供水不足时，呈双峰型。蒸腾强度生长季月变化曲线呈单峰型，均值为0.658 g/g.h。蒸腾耗水量5月因土壤干旱为生长季最低值，为38.21mm，6月蒸腾耗水量增大，7月达年内峰值，为81.96mm。 2．沙棘枯枝落叶层具有增加土壤入渗、增强土壤抗冲刷的能力。沙棘林地土壤的平均入渗速率为0.622～1.415mm/min，其平均入渗速率与枯枝落叶层覆盖和降水强度密切相关。枯落物层厚度达到2cm以上时林地无降雨侵蚀发生。沙棘林地表层(0～5cm)土壤抗冲性能比荒坡提高27.0％～43.5％，其强弱与土层内毛根(≤1mm)的分布有关。沙棘林表层土壤的抗蚀性能大于下层，随着林龄的增大，土壤的抗蚀能力增强。 3．沙棘林具有显著减少径流的作用，随着林龄的增加，其作用逐渐增大。4龄时减少径流的作用明显增强，10龄沙棘林的产流量仅为2.74t/hm~2，林地基本无径流发生。沙棘林径流深与降水量和最大30min雨强均呈正相关。沙棘林平茬后仍具有减少地表径流的作用，平茬后第2年林地产流量比荒坡减少45.3％。 4．沙棘林具有显著的水土保持效益，4龄沙棘林地的土壤侵蚀模数仅为20.11t/km~2.a，6龄以后林地坡面的水力侵蚀基本停止。与荒坡植被相比，10龄沙棘混交林可减少径流17.7％～51.7％，减少土壤侵蚀量68.4％～97.5％。沙棘纯林的水土保持效益好于混交林，沙棘+小叶杨混交林的效益好于沙棘+油松混交林。 5．沙棘林生长季土壤水分的变化是，生长初期的4月，100cm以下土层含水率较高，平均含水率为6.7％。5月对深层土壤水分利用强度增大，土壤含水率为生长季最低，0～500cm土层平均土壤含水率为5.1％。7～9月，0～100cm土层的土壤水分 得到部分补偿，10月末，土壤含水率补偿深度达 500cm左右，土壤含水率为生长季 最高0～500cm上层平均含水率达8．3％。土壤水分的垂直利用分层为，表层（0—40cm） 是气象因子和根系共同作用的主要层次；40—100cm土层是沙棘利用土壤水分的主要 层次；100cm以下土层是沙棘抵御持续干旱的主要层次。沙棘及其混交林在干旱年 份生长季的平均土壤含水量均很低，0一00cm土层平均容积含水量为0刀63什刀84 cm’．cm‘。沙棘纯林对土壤水分消耗大于混交林，两者间的差值变化在0刀05～0刀20 C＊3C＊3。 6．林龄不同沙棘林对土壤水分利用强度不同。5 龄沙棘林年总耗水量为 341石mm，6龄、7龄、8龄沙棘林年总耗水量分别比5龄时增加 138．3nun、323．3mm、 392．Zmm。8龄时，沙棘林年消耗土壤贮水 231二rum，0～500cm土层平均土壤含水 率5．58％。综合分析沙棘林的水土保持功能和土壤水分条件表明，沙棘8龄时进行 平茬，有利于其的更新和持续发展。 7．根据对土壤干层形成和危害分析后认为，在森林带，沙棘林地没有明显的干 层存在，但深层土壤仍有逐渐干化的潜在危险；在森林草原带，沙棘林在100刁50cm 土层，柠条林地在100cm—400cm土层，刺槐林在100cm～1000cm土层存在明显干层。 在降水较丰年份，沙棘林0～500cm土层的水分可得到一定程度恢复，但土壤干层仍 难以消除；在典型草原带，不论是荒坡植被或人工沙棘林下均存在明显的土壤干层， 沙棘林150～500cm土层即使在降水较丰年也难以得到有效补偿。 8．三个植被带的沙棘林平均年总耗水量分别为647rum、570mm、379。，均大于 当地降水量。沙棘林地上净初级生产量随植被带变化差异不大，越是干旱的地区， 沙棘林水分利用率越高。结合土壤水分条件和造林实践分析后认为，在森林带，沙 棘可用于该区北部营造人工乔林的先锋树种或乔灌混交的主要树种；在森林草原带 的梁赤坡，可营造沙棘或沙棘＋草类混交植彼，但沙棘纯林的造林密度以不超过 10000 株／hln‘为宜，在水分条件较好的沟坡，可适当建造稀乔一沙棘混交林。在典型草原 带，应以营造沙棘＋草类混交林为主，并需依据水分条件，确定适宜的混交方式和比 例。

【关键词】：沙棘林 水文作用 土壤水分 水土保持功能
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：S715
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