全 文 ：第 41 卷 第 5 期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol． 41 No． 5
2013 年 5 月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY May 2013
1)科技部“十二五”农村领域国家科技计划(2011BAD38B0605)。
第一作者简介:章岳涛，女，1982 年 6 月生，省部共建森林培育
与保护教育部重点实验室(北京林业大学) ，硕士研究生。
通信作者:贾黎明，省部共建森林培育与保护教育部重点实验室
(北京林业大学) ，教授。E － mail:jlm@ bjfu． edu． cn。
收稿日期:2012 年 8 月 28 日。
责任编辑:程 红。
片麻岩石质山地火炬树幼林集水保墒措施优化1)
章岳涛 谭飞理
(省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学) ，北京，100083) (湛江师范学院)
李广德 贾黎明
(中央广播电视大学) (省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学) )
摘 要 通过对比火炬树幼林地树木生长及光合生理指标，配合土壤水分测定，对河北平山片麻岩石质山区
不同微地形集水保墒措施进行了优化。结果表明:①不同集水保墒措施下，翼式鱼鳞坑 +保水剂(YY + B)、翼式
鱼鳞坑 +石子(YY + S)都能有效提高土壤的保水能力，其中 YY + S持续时间较长，雨后第 6 天，YY + S 比 CK(不
做处理)的土壤含水量高出 43． 19%。到雨后第 14 天，YY + S的土壤含水率仍大于 CK。②YY + S 和翼式鱼鳞坑
+植物覆盖(YY + Z)对树木生长的影响最大。YY + S处理的火炬树树高年生长量为 12． 09 cm，极显著高于对照 3．
03倍。YY + S、YY + Z处理的地径年生长量分别为 0． 43、0． 40 cm，是 CK地径生长量的 2． 15、2． 00 倍。③YY + Z、
YY + B及 YY + S处理树木的净光合速率显著高于翼式鱼鳞坑(YY)和 CK处理，增幅 52． 91% ～ 59． 23%。④各种
处理方法火炬树幼树的光响应曲线趋势基本一致，各处理的光补偿点为 500 mol·m －2·s － 1，光饱和点为 1 600 mol
·m －2·s － 1。随着光强的增加，光合有效辐射(PAR) (600 ～ 2 000 μmol·m －2·s － 1)时，YY + B 及 YY + Z 处理幼
树的净光合速率显著高于对照。从降雨后土壤含水量的变化趋势、年终树木生长量、光合速率、光响应曲线综合看
来，翼式鱼鳞坑 +石子覆盖的集水保墒效果最优。
关键词 翼式鱼鳞坑;集水保墒;火炬树;光合特性
分类号 S728． 2
Optimization of Different Micro-Topography Water-harvesting and Soil Moisture Conservation Measures on
Young Rhus typhina L． in Gneiss Mountainous Area /Zhang Yuetao(The Key Laboratory for Silviculture and Conserva-
tion of Ministry of Education，Beijing Forestry University，Beijing 100083，P． R． China) ;Tan Feili(Zhanjiang Normal
University) ;Li Guangde(China Central Radio ＆ TV University) ;Jia Liming(The Key Laboratory for Silviculture and
Conservation of Ministry of Education，Beijing Forestry University)/ / Journal of Northeast Forestry University． － 2013，41
(5)． － 51 ～ 55
Different micro-topography water-harvesting and soil conservation measures of wing-style fish-scale pits (YY) ，wing-
style fish-scale pits + soil absorbent polymers (YY + B) ，wing-style fish-scale pits + stone-mulching (YY + S) ，wing-style
fish-scale pits + plant cover (YY + Z )and CK were optimized by contrast young Rhus typhina L． growth，photosynthetic
physiological indices and soil water content in gneiss rocky mountain area of Pingshan Mountain，Hebei Province． The
treatments of YY + B and YY + S can effectively improve water-retention capacity of the soil among different micro-topogra-
phy water-harvesting and soil conservation measures and YY + S is the best one for improving water-retention capacity． The
soil moisture content by YY + S is 43． 19% higher than that by CK (not treated)after six days rain as well as after 14 days
rain． Treatments of YY + S and YY + Z can significantly enhance the plant growth than other measures． The annual height
growth of Rhus typhina L． with YY + S treatment is 12． 09 cm，3． 03 times higher than that with CK． The ground diameter
annual growths of R． typhina L． with YY + S and YY + Z are 0． 43 cm and 0． 40 cm，respectively，2． 15 and 2． 00 times
higher than that with CK． The diurnal change in net photosynthetic rate (Pn)of R． typhina L． leaves with YY + Z，YY +
B and YY + S are from 52． 91% to 59． 23%，respectively，more than those in control group． Light response curve of every
treatment is with the same trend． Light compensation point and light saturation point of leaves are 500 and 1600 mol·m －2·
s － 1，respectively． With the increasing of the PAR，net photosynthetic rate of YY + Z and YY + B are significantly higher
than those in control group． YY + S plot has the best effect on soil moisture variation in the rainfall，photosynthesis rate，
growth of ground diameter and height among different treatments．
Keywords Wing-style fish-scale pits;Water-harvesting;Soil moisture conservation;Rhus typhina L．;Photosynthe-
sis characteristics
在干旱、半干旱的华北石质山区严酷的自然条件
下，水分亏缺及利用效率低严重影响林木的成活率与
生长。该地区年际间连旱频发，年内降雨多集中在
7—9月份，区域性、季节性干旱缺水突出。坡面降雨
径流既是产生水土流失的动力，又是缓解干旱缺水的
重要水源［1］。采取合理措施有效地利用坡面降雨径
流是缓解这一地区生态用水的关键所在。国内外学
者对集雨、雨水资源的概念进行了不同的概括和描
述［2 － 7］，但其基本内涵是一致的。1997年 Y． Tilander
和 M． Bonzi在半干旱地区布基纳法索(非洲) ，研究
评定了不同土壤覆盖措施对不同作物在土壤含水量、
养分及温度上的影响［8］。A． Tubeileh 研究了在叙利
亚旱地集水对橄榄树幼苗的生长影响［9］。国内，集水
面由早期的利用自然坡面、取草皮坡面、经拍光压实
的机械土制面，到各种物理、化学防渗材料的应用，使
径流收集效率得到很大地提高［10 － 12］。
DOI:10.13759/j.cnki.dlxb.2013.05.033
火炬树(Rhus typhina L．)别名鹿角漆，原产美
国和加拿大南部，耐旱、耐瘠薄、喜光、幼期生长迅
速，是水土保持的优良树种，秋季景观优美、独
特［13］。同时，火炬树还是生产栲胶的优良原料之
一;是鞣革的原料;和重要的工业原料［14 － 15］。目前
对火炬树苗木的耐旱性、发育解剖、形态结构、组织
培养、水源涵养功能、传粉和幼苗幼树的分布格局、
克隆生长和生物量特征、培育技术等已经有了较多
的研究［16 － 22］。火炬树虽抗旱性强，但在河北片麻岩
山地上的幼林生长却很差，造林 5 a 以上的幼林地
仍不能郁闭，如何采取集水保墒措施促进其生长至
关重要。本研究对火炬树幼林地采取不同微地形集
水保墒措施后的光合因子和生长指标的变化进行了
对比，优化形成该树种在片麻岩山地利用微地形的
最优集水保墒措施，为火炬树在华北干旱半干旱地
区的培育提供技术支撑。
1 试验地概况
试验地位于河北省西部太行山中段东麓的平山
县岗南镇寺家沟村。以丘陵为主，海拔 100 ～ 300
m，坡度大都在 4° ～ 40°。该地区属暖温带大陆性季
风气候，冬春寒冷干燥，秋季凉爽少雨，无霜期 140
d。据平山县气象局 1960—2004 年资料统计，该地
区多年平均降水量 500 mm，集中于 7—9 月份，其余
时间多干旱少雨。由于植被稀疏，土层较薄，降水多
以地表径流的形式输出。最大蒸发出现在 4—6 月
份，表现出典型的北方严重春旱的特征。试验区母
岩以片麻岩、花岗岩和页岩为主;低山土壤分布有山
地褐土、粗骨土和石质土;丘陵地带则分布有褐土，局
部地段分布有黄土;农田土壤为石灰性褐土。试验地
平均土壤密度 1． 50 g·cm －3、饱和含水量 29． 41%、田
间持水量 11． 50%。
2 材料与方法
2． 1 试验材料
于 2007年 5 月下旬对试验地进行了调研，查清
现有人工植被的生长及林分结构情况，根据现有林
地、地形、海拔、坡位、坡向等因素选取了火炬树作为
试验对象。根据该地区地形破碎、裸岩较多的特点，
因地制宜采取不同形式翼式鱼鳞坑集水保墒技术，即
在将原造林整地时形成的鱼鳞坑(多年已经破坏)修复
基础上，在坑的斜上两侧开翼，翼角 45°，平均翼长 100
cm，集雨面积为 5 m2。微型集水区表面为自然坡面，均
位于立地条件基本一致的同一坡面，坡度为(26 ±1)°，
坡向分别为北偏西 40°、南偏西 70°。处理前幼树平均
树高为(1． 45 ±0． 31)m，地径为(5． 33 ±0． 63)cm。
2． 2 试验设计
采用单因子完全随机区组设计，共设置了 3个区
组，每小区8 ～11株。在翼式鱼鳞坑集水的基础上，设置
坑内保水剂、平茬荆条覆盖、石子覆盖等不同保墒措施。
利用以上技术综合集成来改善林地土壤水分，促进林木
生长。设置了翼式鱼鳞坑、翼式鱼鳞坑 +保水剂、翼式鱼
鳞坑 +石子、翼式鱼鳞坑 +植物覆盖及对照 5个处理，分
别用YY、YY +B、YY +S、YY +Z、CK表示。
2． 3 测定指标及方法
①生长调查 地径、树高的调查采用每木检尺
法逐株测定，记载长势、枯梢和断顶等情况，初次测
定地径时起点处用油漆做好标记。
②土壤含水量 测定用烘干法，测定时间是降
雨后的一个周期里，用取土钻采集 20 cm处的土壤。
③光合作用 用 Li － 6400 便携式光合测定系
统在生长季典型条件下，选取苗木中上部位枝条叶
片进行定时、定位观测，从 8:00 到 18:00，每 2 h 观
测一次，每处理重复 3 次。
④光响应曲线采用 Li － 6400 便携式光合测定
系统，测定光源选用 6400 － 02B 红蓝光源。测定光
合响应曲线的光合有效辐射(PAR)取值为:2
000、1 800、1 600、1 200、1 000、800、600、500、400、
200、100、50、20、0 mol·m －2·s － 1。在光合测定前，
先用饱和光对植物叶片进行 30 min 光诱导。用光
合助手软件 Photosyn Assist 对光响应曲线进行模拟
计算。Photosyn Assist 原理是利用 Prioul 和 Charti-
er［23］建立的非直线双曲线模型，对叶片净光合速率
(Pn)与光合有效辐射(PAR)之间的关系进行拟合，
能直接求出暗呼吸速率(Rd)、表观光量子效率
(Φ)、光响应曲角(k)、最大净光合速率(Pnmax)、光
补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)等参数值。非直角
双曲线模型理论公式:
Pn =
ΦPAR +Pnmax － (ΦPAR +Pnmax)
2 －4kΦPARP槡 nmax
2k －Rd
［24］。
2． 4 数据处理
所有试验数据的处理和分析用 SPSS 13． 0 和
Excel完成，各处理方法之间在 0． 05 和 0． 01 水平上
显著的条件下进行 LSD多重比较。
3 结果与分析
3． 1 某次降雨后的土壤水分含量变化趋势
表 1所示为 2007 年 8 月 29 日一次 13． 3 mm 降
雨过程后各集水保墒措施土壤水分差异。采取集水
保墒措施处理的土壤含水量在降雨后的前、中期比对
照显著增高，在后期，随着土壤水分下降各处理之间
土壤含水量的差异逐渐减小。方差分析表明，距雨后
15第 5 期 章岳涛等:片麻岩石质山地火炬树幼林集水保墒措施优化
第 1天，所测定的离树体 20 cm远、深 20 cm左右的土
壤含水量，YY + B 和 CK 有显著差异，其他各处理之
间无明显差异。YY + B 土壤含水量为 11． 02%，比
CK提高 20． 6%。降雨后第 4 天，YY + S 和 CK 达到
了显著差异，其他各处理之间差异不显著。雨后第 6
天，YY + S、YY + B 和 YY + Z 比 CK 分别高出 20．
93%、22． 21%和 43． 19%。到雨后第 14 天，对照与
其他各处理的土壤含水量相比整体偏小，已无显著
差异。可见，YY + B和 YY + S能有效提高土壤的保
水能力，其中 YY + S持续时间较长。
表 1 某次降雨后不同集水保墒措施火炬树树穴土壤含
水量 %
时 间 YY YY + B YY + S YY + Z CK
雨后第 1 天 9． 39ab 11． 02a 10． 86ab 7． 64ab 9． 14b
雨后第 4 天 6． 92ab 7． 89ab 8． 47a 6． 89ab 5． 82b
雨后第 6 天 6． 81abAB 6． 69bAB 8． 09aA 6． 62bAB 5． 65bB
雨后第 14 天 4． 76a 4． 95a 4． 99a 4． 45a 3． 78a
注:采用单方向方差分析模型来比较火炬树在不同集水保墒措
施下各处理之间土壤含水量的差异显著性。不同大、小写字母分别
表示在 0． 01 和 0． 05 水平上差异显著。
3． 2 不同集水保墒措施对火炬树幼树生长的影响
由表 2 可以看出，不同集水保墒措施处理一个
生长季后，YY + S处理的火炬树幼树树高生长量为
12． 09 cm，极显著高于 YY 和 CK，分别比提高 1． 95
倍和 3． 03 倍。YY + S、YY + Z处理的地径生长量分
别为 0． 43、0． 40 cm，都显著高于 CK，其中 YY + S 处
理的地径生长量比 YY 和 CK 分别提高 86． 96%和
115． 00%，YY + Z 处理的地径生长量比 CK 提高
100%。其他各处理与 CK的地径生长量在 0． 05 水
平上没达到显著差异。用树高生长量(Δh)与地径
生长量平方(Δd2)的乘积来表征树体材积生长指标
(ΔhΔd2) (以下简称材积指标)。YY + S 处理的火
炬树幼树一个生长季后的材积指标与 CK 达到显
著差异，YY + S 的材积指标为 2 ． 24 cm3，比对照
提高 17． 67 倍。总体看来，YY + S和 YY + Z处理对
火炬树幼树生长促进效果最大，归因于石子、灌条覆
盖一定程度上阻止了土壤的无效蒸发，增加了水分
在土壤中留存的时间。
表 2 不同集水保墒措施对火炬树幼树一个生长季树高、地
径、材积生长量的影响
集水保
墒措施
树 高
生长量 /
cm
相当对
照倍数
地 径
生长量 /
cm
相当对
照倍数
材 积
材积指标 /
cm3
相当对
照倍数
YY 4． 10bB 1． 36 0． 23bcA 1． 15 0． 22bA 1． 83YY +
B
8． 82abAB 2． 94 0． 32abA 1． 60 0． 90abA 7． 50
YY + S 12． 09aA 4． 03 0． 43aA 2． 15 2． 24aA 18． 67YY +
Z
8． 07abAB 2． 69 0． 40acA 2． 00 1． 29abA 10． 75
CK 3． 00bB 1． 00 0． 20bA 1． 00 0． 12bA 1． 83
注:采用单方向方差分析模型来比较火炬树幼树在不同集水保墒措
施下各处理之间树高、地径、材积生长量的差异显著性。同列数据后不
同字母表示差异显著，小写字母表示 p ＜0．05，大写字母表示 p ＜0． 01。
3． 3 不同集水保墒措施对火炬树幼树光合特性的
影响
3． 3． 1 不同集水保墒措施下火炬树幼树的光合日
进程
树木光合作用直接与生长速度相关，也最能从
根本上解释在集水保墒措施下树木生长差别的原
因，本研究对比了夏天典型天气条件下各种处理与
对照树木光合作用日动态。由 2007 年 7 月 19 日火
炬树幼树的光合日变化图(图 1)可以看出，不同集
水保墒措施下火炬树幼树叶片净光合速率变化趋势
一致，火炬树幼树的光合日变化图呈双峰曲线，最高
值出现在 10:00 和 14:00。从全天光合日变化的总
体趋势来看，对照的净光合速率最低，8:00—14:00
是光合高峰期，CK 均显著低于其他集水保墒处理。
10:00 的光合速率明显分为 2 组，最优的为所有采
取集水、保墒的处理，唯有对照的净光合速率最低，
仅为 7． 11 μmol·m －2·s － 1，YY + Z、YY + B、YY +
S、YY分别为 14． 77、13． 63、12． 78、2． 73 μmol·m －2
·s － 1，比 CK 提高 59． 23%、55． 84%、52． 91%、52．
69%。而在 12:00“光合午休”期，YY + B 和 YY + Z
处理的光合表现较优，YY + S次之，YY和 CK较差。
图 1 不同集水保墒措施对火炬树幼树光合速率日变化的
影响
由蒸腾速率日变化(图 2)可以看出，各处理的
蒸腾的日变化规律总体上呈现典型单峰形，峰值出
现在 12:00。此时，采取集水保墒措施的 YY + B、YY
+Z、YY + S 的蒸腾速率分别为 13． 10、12． 17、11． 68
mmol·m－2·s －1，比 YY 高出 73． 74%、61． 41%、54．
91%，比 CK高出 99． 39%、85． 24%、77． 78%。
图 2 不同集水保墒措施对火炬树幼树蒸腾速率日变化的
影响
叶片水分利用效率(WUE)指单位水量通过叶
片蒸腾散失时光合作用所同化的 CO2 量，为光合速
率与蒸腾速率的比值(Pn /Tr) ，是水分利用效率的
25 东 北 林 业 大 学 学 报 第 41 卷
理论值［25］。图 3 所示为不同集水保墒措施下水分
利用效率的日变化图，最低值出现在 12:00。从全
天水分利用效率日变化的总体趋势来看，YY + S 和
CK可以归为一组，其他 3 种处理归为一组，8:00
时，YY + S 和 CK 的水分利用效率最高分别达到
2 ． 27、2． 25 μmol·mol － 1，极显著地高于其他 3 种处
理。随着时间的推移，10:00 时，YY + S 和 CK 的水
分利用效率为最低，均显著低于其他各处理。结
合蒸腾速率日变化(图 2)可以看出，由于土壤水
分条件好，YY + S 具有较高的蒸腾速率，但其净
光合速率也高，所以 WUE 不高。而 CK 的蒸腾速
率很低，但它的净光合速率也小，所以 CK 的水分
利用效率很低。
图 3 不同集水保墒措施对火炬树幼树水分利用效率日变
化的影响
3． 3． 2 不同集水保墒措施下火炬树的光响应曲线
光照强度对植物的光合作用有显著的影响，不同
生态型植物对光照的响应也不相同，其光合速率变化
在强光和弱光下均有差异［26］。光响应曲线反应了植
物光合速率随光照强度改变的变化规律。随着光照
强度的增加，光合速率明显增大，当光照强度达到一
定值后，光合速率基本上稳定在一定水平，即达到饱
和。从图 4a Pn － PAR响应曲线可知，控制在自然光
强范围内，不同集水保墒措施下火炬树幼树净光合速
率(Pn)随着光合有效辐射(PAR)的增加呈上升趋势。
在较低 PAR(0 ～400 μmol·m－2·s －1)时，Pn 曲线趋于
平缓;当PAR在400 ～600μmol·m－2·s － 1时，Pn曲线
增幅最大;当 PAR达到一定的数值(1 600 mol·m －2
·s － 1)时，即达到火炬树的光饱和点时，Pn 曲线趋
于平缓，出现光饱和现象。随着光强的增加
(PAR600 ～ 2 000 μmol·m －2·s － 1) ，YY + B 及 YY
+ Z 的 Pn 显著高于对照，分别比高出 21． 17%和
18． 99%。Pn光补偿点越小、最大光量子效率越大
表明植物利用弱光能力越强，火炬树的各处理的光
补偿点基本一致，为 198 mol·m －2·s － 1，光饱和点
都为 1 427 mol·m －2·s － 1，最大净光合速率达到17．
7 mol·m－2·s －1，暗呼吸速率为 － 2． 85 mol·m－2·
s － 1，表观光量子效率为 0． 014 4 mol·mol － 1。火炬
树叶片的净光合速率 －光响应曲线方程为:
Pn =0．007 2PAR －0．500 5
(0．014 4PAR +17．700 0)
2 －1．018 5P槡 nmax +6．008 9。
光饱和点反映了植物利用强光的能力，越高说明
植物在受到强光刺激时不易发生抑制，植物的耐阳性
越强。但不同处理火炬树光饱和点的光合速率最高
为 YY + B处理的 16． 8 mol·m －2·s －1，对照仅为 13．
6 mol·m －2·s －1。各处理叶片蒸腾速率(Tr)、水分
利用效率(WUE)、水蒸气的气孔导度(Cond)均随着
PAR的增强而提高，这与光合速率随光强的变化一致
(图 4b，c，d)。胞间 CO2 摩尔质量分数(Ci)的变化趋
势却恰恰相反，在 PAR400 ～ 800 μmol·m －2·s －1时，
随着光强的增强而迅速变小;在 PAR500 ～2 000 μmol
·m －2·s －1Ci曲线的变化较为平缓(图 4e)。这是由
于 Cond在前期提高的幅度较小，而光合速率不加强
使得 Ci急剧下降，CO2 供应赶不上光合速率的需求
所致。从图 4c 可知，WUE 从高到低依次为 YY + B、
YY + S、YY、YY + Z、CK。
4 结论与讨论
通过对某次降雨后土壤水分含量变化的研究表
明，不同集水保墒措施下，YY + B 和 YY + S 都能有
效提高土壤的保水能力，其中 YY + S 持续时间较
长。雨后第 6 天，YY + S 比 YY + B、YY + Z、CK 分
别高出 20． 93%、22． 21%和 43． 19%。从年终生长
来看，不同处理对火炬树幼树的生长有显著影响，其
中 YY + S 和 YY + Z 对幼树生长改善的效果最大。
两处理的火炬树幼树树高生长量为 12． 09、8． 07 cm，
比 YY 提高了 194． 88%、96． 83%，比对照提高了
303%、169%;地径生长量分别为 0． 43、0． 40 cm，是
CK地径生长量的 2． 15、2． 00 倍;材积指标为 2． 24、
1． 29 cm3，是对照的 18． 67、10． 75 倍。通过夏季典
型天气条件下某次光合日进程的研究可以看出，YY
+ Z、YY + B、YY + S处理幼树光合能力明显优于 YY
和 CK，3 个处理在光合最高点时(10:00)的净光合
速率分别比 CK提高 107． 59%、91． 66%和 79． 71%。
各处理间火炬树幼树的光响应曲线趋势基本一致，
光补偿点为 500 mol·m－2·s －1、光饱和点为 1 600 mol
·m －2·s － 1。随着光强的增加(600 ～ 2 000 μmol·
m －2·s － 1) ，YY + B及 YY + Z 的净光合速率显著高
于对照，分别比对照的 Pn高出 21． 17%和 18． 99%。
由于研究地当年整体降水不足，片麻岩山地是
极为苛刻的造林地和生态环境建设用地，限制了多
次研究。从一次降雨后的土壤含水量的变化趋势、
年终树木生长量、光合速率及光响应曲线综合看来，
翼式鱼鳞坑 +石子覆盖为该地区火炬树幼林地最优
集水保墒措施。
35第 5 期 章岳涛等:片麻岩石质山地火炬树幼林集水保墒措施优化
图 4 不同集水保墒措施下火炬树幼树各光合指标对不同光合有效辐射(PAR)的响应
参 考 文 献
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