全 文 ：贵 州 科 学 28(1):57-61, 2010
GuizhouScience
收稿日期:2009-04-24;修回日期:2009-09-22
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(973)课题:喀斯特生物适
应对策及物种优化配置(2006CB403206-6),典型小流域基于生态水文
过程的生态需水的时空分异及其需水量计算(2006CB403204);2004-
2005年国家 “十五 ”科技重大攻关课题(2004BA606A-09), 贵州省优
秀科技青年人才基金(黔科合人字(2005)0529号)。
作者简介:李安定(1979-),男 ,助理研究员 ,博士研究生 ,主要从事恢
复生态及喀斯特区困难立地造林研究。 Email:anndynlee@ 126.com。
通讯作者:喻理飞,教授 ,博士生导师。 E-mail:gdyulifei@163.com。
贵州喀斯特区不同处理下顶坛花椒林地需水及节水补
水的研究
李安定1, 2　冉泽俊 3　张玉武 4　喻理飞 2
(1贵州大学 林学院 , 贵阳　550025;2贵州科学院 喀斯特资源环境与发展研究中心 ,贵阳　550001;3贵州省商业高等专科
学校 ,贵阳　550004;4贵州科学院 梵净山生态站 , 贵州　江口　554400)
摘　要:通过对试验区顶坛花椒林地的不同小生境在不同处理下需水量及节水补水技术的研究 , 其研究表明:在喀斯特区不
同小生境经覆盖后 ,各生长发育期土壤含水量提高 , 蒸发量减少。在各生长发育期需水量明显提高 , 亏缺水量都下降了;土
面 、石沟这两种小生境选用石面覆盖 ,石槽采用枯枝落叶覆盖为优;不同小生境补水期及补水量有较大的差异。
关键词:喀斯特区 , 不同处理 ,顶坛花椒 ,林地 , 需水量 ,节水补水量
中图分类号　P641P968X144　　　文献标识码　A　　　文章编号　1003-6563(2010)01-0057-05
StudyonEcologicalWaterRequirement, SavingandSupplyingWaterAmount
forZanthoxylum bungeanum var.dintanensisinForestlandunderDiferent
mulchinginkarstareas
LIAn-ding1, 2　RANZe-jun3　ZHANGYu-wu4　YULi-fei2
(1 ColegeofForestry, GuizhouUniversity, Guiyang550025 China;2 KarstResourceEnvironmentandDevelopment
ResearchCenterofGuizhouAcademyofSciences, Guiyang550001 , China;3 GuizhouCommercialColege, Guiyang,
550004 China;4 EcosystemStationofMt.Fanjing, GuizhouAcademyofSciences, Jiangkou, Guizhou554400 , China)
Abstract:　Waterrequirement, savingandsupplyingwateramountfordiferentmicrohabitatsofZanthoxylumbun-
geanumvar.dintanensisinforestlandhavebeenstudiedunderdiferentmulchinginkarstareas, Theresultsshows
thatbothsoilmoistureandwaterrequirementincreaseandbothevaporationandwatershortagedecreasefordiferent
microhabitatsunderdiferentmulchingduringgrowthperiods.Stonemulchingshouldbeusedforsoilsurfaceand
stoneguly, butlithermulchingshouldbeadoptedforstonepit.Timeandamountofsupplyingwaterarediferent
verymuchfordiferentmicrohabitats.
Keywords:　karstarea, diferentmulching, Zanthoxylumbungeanumvar.dintanensis, forestland, waterrequire-
ment, savingandsupplyingwater
1　引言
喀斯特环境是一种脆弱的生态环境 ,环境容纳
量小 ,土地承载力低 ,环境系统内物质的移动能力很
强 ,受干扰后自然恢复的速度慢 ,难度大 (朱守谦
等 , 2002)。喀斯特地区土壤水分亏缺是人工造林 、
植被恢复的主要障碍因子。其成因不是由于降水量
不足 ,而是因为土层浅薄 、土壤总量少 、贮水能力低
及由于岩石渗漏性强 ,是一种湿润气候背景上的临
时性干旱 ,不同于干燥气候区的水分亏缺(朱守谦 ,
等 , 2002)。
顶坛花椒 (Zanthoxylumbungeanum var.din-
tanensis)与竹叶椒(Zanthoxylumplanispinum)比较接
近 ,可视为竹叶椒的 1个新变种(屠玉麟等 , 2001)。
顶坛花椒林作为花江喀斯特区植被恢复中最主要的
类型 ,其土壤水分状况影响示范区恢复的效果。为了
掌握喀斯特区在不同覆盖处理(枯枝落叶覆盖 、石面
覆盖 、薄膜覆盖 ,但薄膜覆盖经效果检验后 ,存活率最
低 ,效果最差 ,不予考虑)条件下了解土壤水分蒸散 、
植物需水量 ,弄清林地的整个需水过程及需水量(最
大及最小需水量),以及在生长发育期的水分亏缺和
补水量 ,从而有利于找出需水 、补水期 、补水量及提高
土壤的保墒效能的技术 ,对于解决喀斯特地区土壤水
分供应和植被需求的矛盾 ,提高林地土壤水分利用效
率 ,促进植被恢复和森林生产力的提高具有极其重要
的意义。其研究结果 ,一方面可以填补喀斯特石漠化
区林地需水研究方面的空白 ,为喀斯特地区生态系统
恢复提供理论依据。另一方面也可以为喀斯特地区
植被恢复提供技术支撑 。
1　研究区概况
研究区位于贵州西南部 ,关岭县和贞丰县交接
处的北盘江花江段兴北镇板围和查尔岩村。区内地
表起伏较大 、相对高差悬殊 、最高海拔 1 473m,最低
海拔 370 m。气候类型主要为亚热带季风湿润气
候 ,年均温 18.4℃,年均极端最高气温为 32.4℃,年
均极端最低气温为 6.6℃,年均降雨量 1 100mm,年
总积温达 6 542.9℃,年日照时数 2 500 h以上。
2　研究方法与材料
2.1　自然条件下不同小生境土壤水分动态测定
选择典型的土面 、石槽 、石沟 3种小生境各 3个
作为固定观测点 ,其中包括枯枝落叶 、石面 、薄膜 3种
覆盖作为固定样地观测点。从 2004年 8月到 2005
年 9月每隔 15d分别在 5cm、10 cm、20 cm、30cm土
层取土样 ,每层取 3个 ,用酒精烧土法测量测定土壤
含水量年变化(固定在每个测定日的下午 4点进行),
从而获取生长发育期(3 ～ 8月)土壤含水量。
2.2　土壤水分的蒸发量的测定
通过不同体积的 PV管在不同小生境(土面 、石
槽 、石沟)中取原状土 ,即 PV管直径为 13 cm,分别
取土面 、石槽 、石沟不同深度(5 cm、10 cm、20 cm、
30 cm)原状土 ,然后放回原处 ,在不同生长发育期
(3 ～ 8月份)定期观测土壤水分的蒸发情况。
2.3　自然条件下顶坛花椒林木的蒸腾量测定
在样地内选择标准株顶坛花椒作为对象 ,在典
型晴天内用感量为 1/1 000的电子天平快速称重法
测量叶片蒸腾速率 ,从早上 8:00到下午 18:00,每
2 h测量一次 ,每株标准株每次选 5个重复 ,先称初
始重 ,然后隔 3min称一次 ,最后在标准纸上画出所
测叶片面积 ,称 3个重复的标准纸重(g),最后计算
其单位叶面积蒸腾速率(g/m2.h)。并在生长发育
时期(3 ～ 8月份)每个月中旬测定一次 ,计算其月平
均植物蒸腾耗水量(mm)。
2.4　林地需水量的计算
在计算林地需水量时 ,首先了解其潜在和实际
需水量 。其具体公式(张远等 , 2002)如下:
SMC=Wq×A×H (1)
ETj=(ETq)j×A/100 (2)
EWQ=SMC+∑ETj (3)
其中 SMC是月平均土壤含水量(m3), Wq为月
平均林地土壤含水量定额(m3 /m3), A为林地面积
(m2), H为土壤深度 (m), EWQ为生态需水量
(m3), SMC为土壤含水量 (m3 ), A为林地面积
(m2), (ETq)j为第 j月份林地蒸散定额 (mm), ∑
ETj代表第 j月份的林地蒸散量(m3)(即林木蒸腾
量和土壤蒸发量总称)。(注:j为第 j月份 ,在本文
中为 3月至 8月份 ,其原因是本文研究顶坛花椒的
生长发育期)。
Penman认为 ,在水分供应不充足的条件下 ,实
际蒸散与潜在蒸散成正比 ,即
ETa=β ×ETp (4)
式中 , ETa为实际蒸散量(mm);ETp为潜在蒸散
量(mm);β为蒸发比系数 ,其中 , β≈w/wk, w为土壤
水分含量(mm), wk是临界土壤水分含量(mm),其值
大约为田间持水量(wf)的 70%-80%,本文取 75%。
3　结果与分析
3.1　试验区不同处理条件下小生境林地实际需水量
3.1.1　不同处理条件下小生境土壤含水量定额
58 贵　州　科　学 　　　　　　　　　　　　　　　　28卷　
土壤含水定额又分为最大含水定额和最小含水
定额 ,其中林地最大含水定额应该是土壤的田间持水
量 ,并认为是能够维持树木生命和基本生长所需要的
土壤含水量为最小含水定额 ,即植物生长阻滞含水
量 ,根据资料分析最小含水定额约占田间持水量的
65% ～ 70%,本文选择 65%。据此 ,林地需水量对土
壤含水量的需求条件是林地土壤含水定额应该处在
林地土壤田间持水量的 65% ～ 100%。不同处理下小
生境在不同月份土壤含水量定额(Wq)(表 1)。
表 1　不同处理下的小生境在不同月份土壤含水量定额(Wq)
Tab.1　Soilwaterquotaofdifferentmicrohabitatsunderdifferentmulchingindiferentmonths(Wq)
不同小生境类型 覆盖类型
不同月份土壤含水量定额(m3 /1m3)
3月 4月 5月 6月 7月 8月
土面 枯枝落叶 0.2654 0.2669 0.2538 0.3187 0.2827 0.3336石面 0.2745 0.2466 0.2566 0.3028 0.2862 0.3108
石槽 枯枝落叶 0.3826 0.3364 0.3860 0.3357 0.3533 0.4331石面 0.2801 0.2741 0.2558 0.3011 0.3223 0.3664
石沟 枯枝落叶 0.3419 0.3103 0.3013 0.3822 0.3680 0.3950石面 0.3703 0.3628 0.3668 0.4668 0.4016 0.5131
表 2　不同处理下生长发育期林地蒸散量(m3)
Tab.2　Evapotranspirationofforestlandunderdiferentmulchingingrowingperiods(m3)
不同小生境类型 覆盖类型
生长发育期林地蒸散量(m3)
3 ～ 4月 5 ～ 6月 7 ～ 8月 总蒸散量
土面
无 0.0256 0.0988 0.0729 0.1973
枯枝落叶 0.9413 3.5355 2.4295 6.9063
石面 3.0673 1.5035 4.8157 9.3866
石槽
无 0.0057 0.0213 0.0136 0.0405
枯枝落叶 0.7817 0.1695 0.2447 1.1960
石面 0.0817 0.1305 0.1883 0.4006
石沟
无 0.0058 0.0206 0.0151 0.0414
枯枝落叶 0.1135 0.1598 0.2977 0.5710
石面 0.0874 0.1230 0.2291 0.4395
3.1.2　不同小生境在生长发育期内土壤蒸发量及
林地蒸散量
根据公式(2)(3)可以得出不同处理下的小生
境在生长发育期林地蒸散量及需水量(表 4、5)。
从表 2可以看出 ,经覆盖后林地的蒸散量却增
大了 ,在未覆盖下土壤表面蒸发大些 ,从而林地蒸散
量就大 ,事实上却相反 ,其原因是经覆盖后 ,土壤水
分充足 ,植物可以从土壤中吸收充足的水分来满足
自己的生长发育要求。一般情况下 ,土壤水分越高 ,
植物的光合速率和蒸腾速率越强 ,因而蒸腾耗水能
力越强。所以经覆盖后 ,林地蒸散量增大了 。
3.1.3试验区不同处理下生长发育期需水量
与未覆盖下各小生境不同生长育期的林地需水
量相比(表 3),经覆盖后 ,土面 、石槽和石沟这 3种
小生境在各生长发育期需水量明显提高了 ,其不同
小生境需水量见表 3。
3.2　试验区不同处理下小生境林地生态亏缺水量
对各小生境不同覆盖处理下不同生长发育期林
地的亏缺水量计算结果表明:与最大需水量比较 ,覆
盖后 ,除土面外 ,石槽 、石沟均出现水分亏缺 ,表明覆
盖后土面环境能满足顶坛花椒的最大需水量 ,促使
顶坛花椒正常生长 ,充分发挥其生产潜力 。而石槽
只在顶坛花椒展叶期 ,石沟只在成熟期达到最大需
求 。但与不覆盖相比 ,亏缺量都下降了 。根据林地
最小需水计算的最小水分亏缺可知 ,覆盖后 ,不同小
生境的土壤水分状况均能满足植物生长 ,维持其生
59　1期　　　　　李安定 ,等:贵州喀斯特区不同处理下顶坛花椒林地需水及节水补水的研究
表 3　不同处理下生长发育期需水量(m3 /100m2)
Tab.3　Ecologicalwaterrequirementundermulchingingrowingperiods(m3/100m2)
不同小生境类型 覆盖类型
生长发育期需水量
3 ～ 4月 5 ～ 6月 7 ～ 8月 生长发育期总需水量
土面
无 4.980 5.440 5.715 16.135
枯枝落叶 6.2009 9.1919 8.5180 23.9108
石面 8.2151 7.0307 10.7144 25.9602
石槽
无 1.062 1.256 1.266 3.584
枯枝落叶 2.0561 1.5019 1.6386 5.1966
石面 1.1543 1.5095 1.4090 4.0729
石沟
无 1.316 1.430 1.553 4.298
枯枝落叶 1.3282 1.4328 1.7188 4.4797
石面 1.4527 1.6755 1.9325 5.0607
表 4　不同处理下各小生境在生长发育期生态亏缺水量(m3 /100m2)
Tab.4Ecologicalwatershortageofdiferentmicrohabitatsundermulchingingrowingperiods(m3 /100m2)
小生境类型 覆盖类型
生长发育期与最大需水量的差距 生长发育期与最小需水量的差距
展叶期
(3 ～ 4月)
开花结果期
(5～ 6月)
成熟期
(7 ～ 8月)
总亏缺
水量
展叶期
(3 ～ 4月)
开花结果期
(5 ～ 6月)
成熟期
(7 ～ 8月)
总亏
缺水量
土面
无 -1.851 -1.730 -1.314 -4.897 +0.494 +0.614 +1.032 +2.140
枯枝落叶 -0.631 +2.021 +1.490 +2.880 +1.714 +4.366 +3.835 +9.915
石面 +1.383 -0.140 +3.686 +4.929 +3.728 +2.205 +6.031 +11.964
石槽
无 -0.579 -0.754 -0.544 -1.877 -0.063 -0.239 -0.029 -0.331
枯枝落叶 +0.416 -0.507 -0.171 -0.262 +0.931 +0.007 +0.344 +1.281
石面 -0.486 -0.500 -0.401 -1.386 +0.029 +0.015 +0.114 +0.158
石沟
无 -0.311 -0.506 -0.237 -1.053 +0.212 +0.018 +0.287 +0.517
枯枝落叶 -0.298 -0.502 -0.070 -0.870 +0.225 +0.021 +0.452 +0.698
石面 -0.173 -0.259 +0.144 -0.289 +0.349 +0.264 +0.666 +1.279
(注:表中 “ -”代表亏缺 , “ +”代表水量足够)
命力 ,且生态亏缺量明显减少 。
3.3　不同林木生长发育期的节水 、补水技术
3.3.1　节水技术
各小生境在不同生长发育期(3 ～ 8月份)内其
需水量不一样 ,而各期的水分亏缺情况也不一致。
从表 4可知 ,对于石槽这种小生境连最低需水量都
不能保证 ,水分亏缺严重 。通过一些节水措施后 ,石
槽超过了需水最低线。但各小生境经过枯枝落叶覆
盖效果显著 ,在展叶期内需水量达到最大标准 ,并且
总水分亏缺最小。对于土面这种小生境来说 ,从亏
缺水总量来看(表 4),枯枝落叶覆盖后总亏缺水量
分别为 +2.880 m3 、 +9.915m3 ,石面覆盖分别为 +
4.929 m3 、 +11.964 m3 ,因此石面覆盖为最优 。对
于石沟而言 ,要达最佳生产力时出现了水分亏缺 ,通
过不同处理后 ,确定为石面覆盖最佳 ,因为亏缺水量
最少 ,只有 -0.289 m3 , 其次是枯枝落叶覆盖。因
此 ,对于土面和石沟而言 ,选用石面覆盖;而石槽这
种小生境 ,采用枯枝落叶覆盖。
3.3.2　补水技术
对于喀斯特区造林除了节水措施外 ,对于通过
节水措施后无法达到最大需水量时 ,可以采取补水
措施。
　　从表 5可知 ,没有采取任何节水措施时需要补
水的量最大 ,每个生长发育期都需要补水 ,其土面在
生长发育期总补水量为 -4.8966m3 ,石槽总补水量
为 -1.8768m3 ,石沟总补水量为 -1.0534m3。其各
小生境具体补水期及补水量见表 5。不管是哪种小
生境 ,在开花结果期(5 ～ 6月)补水量是最多的 ,其
次是展叶期(3 ～ 4月),而成熟期(7 ～ 8月)最少。
没有任何节水措施下 ,补水量最多的是土面 ,其次是
60 贵　州　科　学 　　　　　　　　　　　　　　　　28卷　
表 5　顶坛花椒林地不同生长发育期补水期和补水量(m3 /100 m2)
Tab.5　Periodandquantityofsupplyingwaterofforestlandindifferentgrowingperiods(m3/100m2)
小生境类型 覆盖类型
补水期及补水量
展叶期(3～ 4月)开花结果期(5 ～ 6月)成熟期(7 ～ 8月) 总补水量
土面
无 -1.8514 -1.7304 -1.3144 -4.8966
枯枝落叶 -0.631 -0.613
石面 -0.140 -0.140
石槽
无 -0.5788 -0.7538 -0.5441 -1.8768
枯枝落叶 -0.507 -0.171 -0.678
石面 -0.486 -0.500 -0.401 -1.386
石沟
无 -0.3112 -0.5056 -0.2366 -1.0534
枯枝落叶 -0.298 -0.502 -0.070 -0.870
石面 -0.173 -0.259 -0.432
　　注:“ -”为补水 , 空格为不需要补水
石槽 ,石沟最少 。都为枯枝落叶覆盖时 ,补水量最多
的是石沟 ,其次是石槽 ,土面最少。都为石面覆盖
时 ,补水量最多的是石槽 ,其次是石沟 ,土面最少 。
4　结论与讨论
不同小生境经覆盖后 ,各生长发育期土壤含水
量大部分有所提高 ,其中以石槽最为明显。同时土
壤表面水分的蒸发量明显减少。而且枯枝落叶覆盖
后蒸发量减少量少 ,说明石面覆盖最好 ,其次是枯枝
落叶覆盖 。覆盖后 ,土面环境能满足顶坛花椒的最
大需水量 ,促使顶坛花椒正常生长 ,充分发挥其生产
潜力 。而石槽在顶坛花椒展叶期 ,石沟在成熟期达
到最大需求。与未覆盖相比 ,根据林地最小需水计
算的最小水分亏缺可知 ,覆盖后 ,亏缺量明显减少 ,
不同小生境的土壤水分状况均能满足植物生长 ,维
持其生命力。
在喀斯特地区 ,土面 、石沟这 2种小生境选用石
面覆盖 ,石槽采用枯枝落叶覆盖 。不同小生境补水
期及补水量有较大的差异 。没有任何节水措施下 ,
各小生境在各生长发育期(3 ～ 8月)都需补水 ,补水
量最多的是土面 ,其次是石槽 ,石沟最少 。都为枯枝
落叶覆盖时 ,补水量最多的是石沟 ,其次是石槽 ,土
面最少。都为石面覆盖时 ,补水量最多的是石槽 ,其
次是石沟 ,土面最少 。
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