中国沙棘人工林植被承载力对土壤含水率的响应

郭峰

摘要：为探讨土壤含水率对中国沙棘人工林植被承载力的影响，在水分条件不同的情况下对4年生中国沙棘人工林进行观测。结果表明：随着土壤含水率的增大，中国沙棘人工林土壤水分植被承载力呈凸形抛物线变化即先升后降；土壤含水率较低情况下，林分个体小、密度低、生物量少、种群稳定性差；土壤含水率适宜情况下，林分个体大、密度高、生物量多、种群稳定性强；土壤含水率过高时，同样导致林分个体小、密度低、生物量少、种群稳定性差。

关键词：中国沙棘；人工林；植被承载力；土壤含水率

中图分类号：S793.6

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）14-0198-03

1 引言

中国沙棘（Hippophae rhamniodes ssp. Sinensis）是沙棘属（Hippophae）胡颓子科（Elaeagnaceae）的一种多年生落叶灌木或小乔木，发达的根系、较快的生长速度，以及耐旱、耐贫瘠、培土固氮等成为其显著特点[1]。沙棘是一种生态幅较广的植物，在我国多地（豫、蒙、晋、陕、甘、青、川）皆有分布。中国沙棘环境适应能力较强，大多集中分布于生态环境恶劣的干旱半干旱地区 [2～5]。中国沙棘由于自身水土保持、防风固沙的生态作用，成为了干旱半干旱地区重要的先锋树种和半生树种，也成为了植被恢复建设过程中的关键树种。

郭忠升等人经过长期实践研究后提出了土壤水分植被承载力的概念，即土壤水资源承载植物时存在一定的负荷（密度），当该负荷（密度）达到最大时即为当前土壤水分条件下的土壤水分植被承载力[6]。干旱、半干旱区内植被承载力主要是由土壤水分条件决定的，不同土壤水分条件下承载植物的能力不同。目前，关于土壤水分植被承载力的研究已经涉及草本植物（苜蓿）、灌木（柠条）、乔木（杏）等植物种群，并取得了丰硕成果[7～9]。然而，中国沙棘作为对该区生态建设具有重要意义的树种，其人工林土壤水分植被承载力相关方面的研究则鲜见报道。中国沙棘种群中，分株大小、种群数量以及种群生物量分别代表生长量、繁殖能力以及产量水平。基于不同土壤含水率，以4年生中国沙棘人工林种群分株大小（树高、地径、冠幅）、种群个体数量及种群生物量的平均值为样本分析土壤含水率和分株大小对种群数量的影响、土壤含水率和分株大小对种群生物量的影响以及土壤含水率和种群数量对种群生物量的影响，以此探究承载力变化规律。

2 材料与方法

2.1 材料及设计

以试验样地内不同灌水强度下4年生中国沙棘人工林作为试验对象。采用单因素回归方法设计试验，小区内进行全面灌溉，在流量相同的情况下，通过调控灌水时长达到灌水强度不同的效果，以此对降水梯度进行模拟。田间排列方式采用随机区组法，重复3次，每个区组4个小区，共12个小区，各小区间做防渗水处理，材料为厚油毛毡和厚塑料膜。每个小区以株行距1m×1.5m为标准栽植30株实生苗。以预备试验结果为参考，以当地年均降水量的3倍、6倍、9倍作为标准，将试验区内灌水强度划分为3个梯度，对照样地做不灌水处理，整个试验就涵盖了由干旱胁迫到水分不足，再从水分适宜到水分过多的整个动态变化过程[10，11]。每年5～8月按试验设计对小区进行全面灌水，灌水日期为每月5、10、15、20、25、30日（表1）。

2.2 测定方法

土壤含水率采用“烘干法”，在地表下50 cm处用环刀取样，该区域为中国沙棘土壤水分强吸收层，将采集的土样带回实验室烘干至恒重得到土壤含水率。每月10日灌水前采集土样并测定土壤含水率。

種群数量通过统计小区内母株、子株数量确定，即每个小区内母株与子株数量之和为该小区内的种群数量。

生长量调查采用“每木检尺法”，即对试验地的中国沙棘逐株进行树高、地径、冠幅测定，每年5月1日至8月30日、每月10、20、30日进行测定，直至8月30日结束（此时生长已经减缓、树叶开始凋落）。用最后一次调查的数据减去第一次的调查数据，即为中国沙棘净生长量。

生物量的测定采用“平均标准木法”，标准木的选取依据“每木检尺”所得数据（树高、地径、冠幅）的平均值确定。选定标准木后对标准木进行整株挖掘，挖掘过程中尽量确保各器官组织完整。将标准木挖出后将叶、枝、干、水平根垂直根各部分分离后称取鲜重。称取完毕将各部分器官分别选取一定比例带回实验室进行烘干，烘至恒重后称取重量，获得各器官样品干重，计算干重、鲜重比，求得各器官干重。

3 结果与分析

3.1 种群数量对土壤含水率及分株大小的响应

由图1可以看出：当土壤含水率水平较低时，小区内植被承载力低，相应的分株个体较小、种群数量也较少；当土壤含水率水平适宜时，小区内植被承载力最高，相应的分株个体最大、种群数量最多；小区内植被承载力较高，土壤水分过多时，相应的分株个体较大、种群数量较多。由此可见，中国沙棘分株个体大小受土壤水分条件的影响，而个体大小又进一步影响繁殖能力，两种影响共同作用最终体现在种群数量的变化上。

3.2 种群生物量对土壤含水率及分株大小的响应

由图2可以看出：当土壤含水率水平较低时，小区内承载力也低，区内分株个体较小、生物量也较低；当土壤含水率水平适宜时，小区内承载力最高，区内分株个体最大、生物量也最大；土壤水分过多时，小区内承载力有所下降，区内分株个体较大、种群数量也较多。由此可见，土壤水分条件和分株个体大小共同对种群生物量产生影响。

3.3 种群生物量对土壤含水率及种群数量的响应

由图3可以看出，种群生物量同时受土壤含水率和种群数量的影响。具体表现为：土壤含水率较低时，承载力也低，种群数量较少，种群生物量也低；随着土壤含水率的增加，承载力逐步上升，种群数量逐渐增多，种群生物量随之上升；在到达一定程度后土壤含水率开始下降，承载力再次降低，种群数量减少，种群生物量降低。可见，在土壤含水率和种群数量的共同作用下，种群生物量会随着二者的变化表现出不同的规律。

4 结论与讨论

试验表明，土壤含水率差异导致区域内中国沙棘人工林土壤水分植被承载力差异。中国沙棘种群数量同时受土壤含水率和分株大小的影响，当土壤含水率适宜且分株个体最大时，种群数量达到最大；种群生物量受土壤含水率和分株大小的共同影响，土壤含水率适宜且分株个体都为大时，种群生物量达到最高值；种群生物量同时受土壤含水率和种群数量的影响，当土壤含水率适宜且种群数量最大时，种群生物量达到最大值。

中国沙棘可以在生长的同时通过水平根进行繁殖，在水分条件较差时多为单株形式，而在水分条件优越时则以丛生形式为主，并借此不断向外部扩张，扩大领地。因此，为达到生态效益最大化的目的，在土壤水分植被承载力一定的情况下，应明确中国沙棘人工林的初植密度及繁殖策略，并注重人为管护，保证其稳定性，防止早衰的发生。

在干旱、半干旱区中国沙棘种群的生长、繁殖过程受土壤水分条件的影响显著。为了确保中国沙棘种群在干旱半干旱区能够发挥最大的生态功能，在进行人工林营造时，应顺应土壤水分植被承载力等自然规律，做到合理密植，并进行适度、适时、适法的人工干扰。

参考文献：

[1]郭 峰.中国沙棘人工林种群数量对土壤含水率的响应[J].防护林科技，2016，8（8）：43～47.

[2]李代琼，梁一民，侯喜禄，等.黄土高原沙棘建造植被的生态功能及效益试验研究[J].沙棘，2003，16（3）：16～21.

[3]阮成江，李代琼，姜峻，等.半干旱黄土丘陵区沙棘的水分生理生態及群落特性研究[J].西北植物学报，2000，20（4）：621～627.

[4]阮成江，李代琼.沙棘改善黄土高原生态环境的功能与效益[J].环境保护，2000， （5）：30～31.

[5]王占孟.沙棘改良土壤、保持水土、改善生态环境的效应[J].沙棘，1994，7（3）：14～18.

[6]郭忠升，邵明安.半干旱区人工林草地土壤旱化与土壤水分植被承载力[J].生态学报，2003，23（8）：1460～1467.

[7]郭忠升，邵明安.黄土丘陵半干旱区柠条锦鸡儿人工林对土壤水分的影响[J].林业科学，2010（12）：36～158.

[8]王延平，邵明安.陕北黄土丘陵沟壑区杏林地土壤水分植被承载力[J].林业科学，2009，12（45）：1～7.

[9]郭忠升.水资源紧缺地区土壤水分植被承载力论述[J].林业科学，2011，5（5）：140～144.

[10]李甜江.中国沙棘人工林衰退的水分生理生态机制[D].北京：北京林业大学，2011.

[11]李甜江，李根前，徐德兵，等.中国沙棘克隆生长对灌水强度的响应[J].生态学报，2010，30（24）：6952～6960.