全 文 ：1998年 12月　　　　　　　防　护　林　科　技 　　　　　　　第 4期　 (总 37期 )
天山北麓箭杆杨和梭梭柴防护林
的水分平衡定位研究
李银芳　杨　戈
(中国科学院新疆生态与地理研究所　乌鲁木齐 830011)
　　摘　要　采用非称重不计水位排水式蒸渗仪对幼林阶段的箭杆杨和梭梭柴
的水分平衡及其灌溉制度进行了探讨。结果表明 ,蒸散量均随树龄而增加 ,生长
期较其它时期大 ;箭杆杨明显大于梭梭柴。 确定箭杆杨的灌溉制度是 1～ 2年生
幼林的灌溉量为 600 mm ,灌溉时间和次数是 4、 5、 9、 10、 11月各 1次 , 6、 7、 8月
各 2次 ,灌水量 55 mm; 3年生幼林的灌溉量为 1 140 mm,灌溉时间和次数同
上 ,灌水量 104 mm。梭梭柴的灌溉制度是 1～ 2年生幼林的灌溉量为 140 mm ,
灌溉时间和次数是每年秋季 1次 ,灌水量 140 mm; 3年生幼林的灌溉量为 280
mm,灌溉时间和次数是 11和 6月各 1次 ,灌水量 140 mm。
关键词　箭杆杨 ;梭梭柴 ;水分平衡 ;蒸渗仪
　　天山北麓的准喝尔盆地南部平原农田
防护林区有林地面积 2. 93万 hm2 ,其中防
护林面积 1. 99万 hm2 [1 ] ,属灌溉林业。因
为水资源缺乏 ,所以发展林业的关键仍是
合理充分利用水资源 ,提高水分利用率。其
中代表性乔、灌木树种的需水量及水分平
衡各分量研究是对水分循环提供动态信息
和确定灌溉制度、指导生产实践的科学依
据。本文根据自制蒸渗仪 3年的定位实测
资料 ,对水分平衡各项水分参数作了较系
统的分析 ,为合理灌溉制度的确立提供了
科学资料。
1　水分平衡定位站的概况
本项试验设置在新疆石河子地区 150
团三营本所莫索湾沙漠研究站 ,东经
86°06′,北纬 45°03′,属 60年代新建人工绿
　收稿日期: 1998- 10- 19
洲 ,呈长廊式伸入古尔班通古特沙漠腹地
60 km ,东西北三面环沙 ,为洪积、冲积平
原。地带性土壤为灰漠土 ,系第四纪内陆河
床相沉积物 ,质地以亚粘土及粉沙质亚粘
土占优势。沙丘系风成堆积物 ,属半固定沙
丘 ,以细沙和极细沙为主 ,中沙、粉沙及粘
粒极少。 故沙表松软 ,风蚀作用较为明显 ,
丘顶呈流动性摆动。据本站气象站记载
( 1982年 12月始测 ) ,年均降水量 120. 7
mm ,最大 194. 2 mm ( 1988) ,最小 73. 1
mm ( 1991)。 年均气温 6. 1℃ ,极端最高气
温 42. 8℃ ,极端最低气温 - 41. 3℃ ,年蒸
发量 1 942. 1 mm ,为降水量的 16倍。地下
水位 13 m左右。全年日照 2 777 h。≥ 10℃
积温 3 594℃ ,春夏两季为风季 ,以西北风
为主 ,最大风速 20 m /s。因此 ,该地区的农
林业生产主要依靠人工灌溉。
2　试验仪器及方法
·26·
2. 1　试验仪器
我们从联合国粮农组织编写的《测渗
仪》 [ 2]一书中的非称重不计水位排水式测
渗仪的原理和设计特点中得到启示 ,为减
少材料对器内温度的影响和能多年连续性
观测 ,选用比热与土壤接近的玻璃钢材料 ,
并确保永不锈蚀。模拟林业生产 1 m× 2 m
株行距的生产实际 ,制成单株水分营养面
积 2 m2深 2. 5 m的筒装玻璃钢蒸渗仪 ,埋
没与地面齐平 ,器内装填风沙土。渗漏水观
测井设在蒸渗仪北侧 ,以减少气温对器内
温度的影响。此蒸渗仪结构简单 ,安装容
易 ,数据准确 ,测定项目完整。
2. 2　试验方法
试验以物理学质量守恒定律为基础 ,
水分平衡方程:
ET= I+ P- D±W
ET——蒸散量 ,即土壤蒸发量和树木
蒸腾量之和 ; I—— 灌溉量 ; P——降水量 ;
D——渗漏量 ;W—— 土壤含水量变化量。
灌溉模拟生产实际 ,采用表面浇法。灌
溉量和渗漏量用称量法 ;降水量从本站气
象站抄录 ;土壤含水量用中子仪测定。
树种选用人工绿洲防护林体系中农田
防护林网常用的箭杆杨 ( Populus nigra
var. thevest ina )和防风固沙林与天然荒漠
林 的 主 要 树 种 梭 梭 柴 ( Haloxylon
ammodendron ) ,于 1992年 5月初用 1年
生苗木带土移栽入蒸渗仪内。
蒸渗仪的灌溉时间和灌水量依据《农
田防护林营造技术规程》 [3 ]。 箭杆杨 4、 5、
9、 10、 11月各灌溉 1次 , 6、 7、 8月各 2次 ,
每次灌水量 120mm( 1 200 m3 /hm2 )。梭梭
柴 11月初灌 1次 ,灌水量 150 mm。为确保
第 2年苗木的正常生长 ,于 1993年 4月初
补灌 1次 ,灌水量为 120 mm。灌溉前后测
定土壤含水量 ,其间每 5 d加测 1次。渗漏
量每日定时测定。 林木生长量 5 d测定 1
次。
3　试验结果分析与讨论
3. 1　水分平衡的动态变化规律
箭杆杨和梭梭柴蒸渗仪内的水分平衡
测定结果见表 1、表 2。
表 1　箭杆杨水分平衡表 mm
月　　份 11～ 3 4 5 6 7 8 9 10 合计
1992
灌 溉 量
降 水 量
渗 漏 量
土壤水变化量
蒸 散 量
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
120　
7. 5
0　
+ 16. 6
110. 9
240　
17. 2
30. 7
+ 36. 2
190. 3
240　
16. 1
55. 2
+ 2. 5
198. 4
120　
24. 9
21. 2
- 25. 4
149. 1
120　
9. 2
0. 2
+ 56. 1
72. 9
840　
74. 9
107. 3
+ 86. 0
721. 6
1993
灌 溉 量
降 水 量
渗 漏 量
土壤水变化量
蒸 散 量
120　
37. 3
79. 6
+ 19. 5
58. 2
120　
4. 0
100. 9
- 7. 8
30. 9
120　
10. 3
85. 4
+ 3. 4
41. 5
240　
12. 4
189. 1
+ 0. 3
63. 0
240　
20. 7
122. 7
- 4. 8
142. 8
240　
63. 3
101. 4
+ 7. 4
194. 5
120　
10. 1
46. 5
- 62. 7
146. 3
120　
5. 2
0. 4
+ 42. 7
82. 1
1 320　
163. 3
726. 0
- 2. 0
759. 3
1994
灌 溉 量
降 水 量
渗 漏 量
土壤水变化量
蒸 散 量
120　
48. 8
84. 9
+ 24. 7
59. 2
120　
33. 2
96. 6
+ 15. 5
41. 1
120　
11. 4
88. 2
- 55. 9
99. 1
240　
6. 1
0　
- 79. 6
325. 7
240　
26. 6
0　
- 44. 4
311. 0
240　
27. 4
0　
+ 12. 2
255. 2
120　
2. 6
0　
- 1. 2
123. 8
120　
18. 6
0　
+ 84. 3
54. 3
1 320　
174. 7
269. 7
- 44. 4
1 269. 4
　　资料表明 ,箭杆杨的蒸散量明显大于
梭梭柴。说明灌溉量大则蒸散量就大 ,灌溉
增加了土壤贮水量 ,增加了蒸散耗水的物
质基础。箭杆杨是中生树种 ,其生态学特性
只有通过加大灌溉量才能保证正常生长 ,
所以蒸散量明显大于梭梭柴。 2个树种的
蒸散量均随树龄增大而增加 ,是因为树体
随树龄逐年高大 ,起蒸腾作用的叶片和同
·27·
化枝也在随着树体的渐大而增多 ,成为蒸
散量逐年增加的原因之一。 蒸散量在一年
里还随时间推移发生明显变化 ,生长期的
5～ 9月较非生长期大 ,其间的 6～ 8月最
大 ,除了与树木的蒸腾作用有关外 ,还与影
响土壤蒸发的气温、空气饱和差和日照百
分率等气象因子有关 [4 ]。
表 2　梭梭柴水分平衡表 mm
月　　份 11～ 3 4 5 6 7 8 9 10 合计
1992
灌 溉 量
降 水 量
渗 漏 量
土壤水变化量
蒸 散 量
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0　
7. 5
0　
- 19. 3
26. 8
0　
17. 2
0　
- 35. 9
53. 1
0　
16. 1
0　
- 33. 2
49. 3
0　
24. 9
0　
- 2. 4
27. 3
0　
9. 2
0　
+ 1. 4
7. 8
0　
74. 9
0　
- 89. 4
164. 3
1993
灌 溉 量
降 水 量
渗 漏 量
土壤水变化量
蒸 散 量
150　
37. 3
0　
+ 129. 7
57. 6
120　
4. 0
57. 6
+ 39. 6
26. 8
0　
10. 3
3. 7
- 10. 1
16. 7
0　
12. 4
0. 2
- 48. 3
60. 5
0　
20. 7
0　
- 62. 6
83. 3
0　
63. 3
0　
- 4. 9
68. 2
0　
10. 1
0　
- 7. 5
17. 6
0　
5. 2
0　
- 1. 4
6. 6
270　
163. 3
61. 5
+ 34. 5
337. 3
1994
灌 溉 量
降 水 量
渗 漏 量
土壤水变化量
蒸 散 量
150　
48. 8
0　
+ 128. 1
70. 7
0　
33. 2
0　
+ 17. 1
16. 1
0　
11. 4
0　
- 29. 2
40. 6
0　
6. 1
0　
- 117. 4
123. 5
0　
26. 6
0　
- 65. 7
92. 3
0　
27. 4
0　
- 1. 0
28. 4
0　
2. 6
0　
+ 0. 3
2. 3
0　
18. 6
0　
+ 2. 5
16. 1
150　
174. 7
0　
- 65. 3
390. 0
3. 2　土壤含水量的动态变化状况 箭杆杨的土壤含水量 (图 1)受逐月灌
图 1　箭杆杨土壤含水量动态变化图
·28·
溉的影响一直处于高含水量阶段。 30 cm
层始终保持着 50 mm高含水量 ,还陆续出
现 70 mm高含水量。下层的土壤含水量随
深度增加 ,高达 90、 100 mm ,延续到 1994
年 6月初。从水分平衡表中也可看出 1994
年 6月以前均有渗漏量 ,以后则无。说明随
着树龄增大 ,规程制定的灌水定额使器内
土体不再出现周期性饱和状态 ,多少出现
了一些水分亏缺现象 ,可能会影响到树木
的生长。
梭梭柴的土壤含水量 (图 2)也受灌溉
的影响非常明显 ,同时还受到 1993年 8月
19～ 22日 4 d 62. 2 mm强降水的影响。除
1993年 4月补灌 , 4、 5、 6月出现渗漏 (表
2)处于饱和外 ,其余月份均未渗漏。整个土
体都明显地表现出随生长季的变化而逐渐
干燥过程。10 mm和 20mm含水量似乎与
林木生长显得至关重要 , 1992、 1993年随
生长期下降到 190 cm处 , 1994年 7月中
下旬则下降到仪器测深的 210 cm底部 ,此
时也正是新枝和株高处于停止生长的时
期。土壤水分亏缺明显 ,意味着必须修订灌
溉制度来确保林木正常生长。
图 2　梭梭柴土壤含水量动态变化图
3. 3　林木的生长状况
图 3、图 4揭示了蒸渗仪内箭杆杨和
梭梭柴的生长状况。
　　箭杆杨连续 3年的株高、胸径、地径生
长基本正常 ,只是 1993年 5月初的冻害使
生长受到损害 ,是因为器内养分淋溶损失
严重造成 ,加强管理措施后迅速得到了恢
复 ,并受 8月份 62. 2 mm强降水的影响 ,
生长出现猛长势头。似乎植物受害后一旦
加强管理措施 ,其合成功能会超过一般正
常的管理措施。提示我们植物受害后的后
续管理的重要性和抗逆锻炼的可行性。
·29·
图 3　箭杆杨的生长变化曲线
图 4　梭梭柴的生长变化曲线
　　梭梭柴的新枝生长量和株高 1992、
1993两年正常 , 1994年不良 , 7月底以后
趋于停止。从水分供需平衡看 , 6月底以前
蒸散耗水 250. 9 mm ,灌溉加降水 249. 5
mm,入不敷出 ,已不能保证蒸散耗水的需
要 ,只有消耗土壤现有的贮藏水来维持正
常生长 ,其结果恶化了土壤水分条件 ,最终
影响了林木的正常生长。
3. 4　净灌溉需水量和合理灌溉制度的确
定
净灌溉需水量 H= ET - P- W
采用生长和土壤湿度诊断法 [ 5]并运用
动态规划原理 ,按生长阶段制定灌溉制度。
箭杆杨造林第 1、 2年生幼林的净灌溉需水
量取第 2年一个完整年为 598 mm,为便
于灌溉取整为 600 mm( 6 000 m3 /hm2 ) ,全
年仍灌溉 11次 ,分别为 4、 5、 9、 10、 11每月
1次 , 6、 7、 8每月 2次 ,每次灌水量 55 mm
( 550 m3 /hm2 )。第 3年的净灌溉需水量为
1 139. 1 mm ,取整为 1 140 mm ( 11 400
m
3
/hm
2
) ,灌溉次数和时间同上 ,每次灌水
量 104 mm( 1 040 m3 /hm2 )。
梭梭柴造林第 1、 2年生幼林的净
灌溉需水量为 139. 5 mm ,取整为 140 mm
( 1 400 m
3
/hm
2
) ,每年秋季灌溉 1次 ,灌水
量 140 mm ( 1 400 m3 /hm2 )。 第 3年的
净灌溉需水量为 280. 6 mm,取整为 280
mm( 2 800 m
3
/hm
2
) ,最好分 11和 6月 2
次灌溉 ,每次灌水量 140 mm ( 1 400 m3 /
hm
2 )。
3. 5　使用评价
本仪器的设计是封闭式容量法 ,试验
方案以接近自然状况和与生产实际结合为
原则 ,又以造林规程提出的供水条件为依
据 ,资料可直接服务于生产。由于器内是隔
离土体 ,可能会出现水气交换产生的差异。
但用中子仪加密土壤水分贮存量的测定 ,
反映每月较长时间的蒸散耗水量 ,数据准
确可靠 ,是可以接受的 [ 2]。林木需水量是受
树木生理学和所处环境的物理学交互作用
的结果 ,本文只涉及到林木的幼林阶段 ,还
未进入成林阶段 ,实现节水灌溉仍需进行
长期观测。
·30·
参 考 文 献
1　林业部调查规划设计院 .新疆维吾尔自治区林业发
展规划方案 ( 1986- 2000) .北京: 1987
2　 A. A boukhaled.测渗仪 .罗马:联合国粮食及农业组
织 , 1982
3　新疆标准局 .农田防护林营造技术规程 . 1988, 62～
65
4　刘绍民 ,李银芳 .箭杆杨林地蒸散的研究 .干旱区研
究 , 1996, ( 2): 74
5　新疆维吾尔自治区水利厅 .新疆灌溉 .乌鲁木齐: 新
疆人民出版社 , 1993
(上接 13页 )成果的推广应用 ,特别在工程
建设处于关键时刻 ,由于加大科技支持的
力度 ,保证了工程的顺利进行 ,将工程推向
新的阶段 ,取得新的进展。
5　三北防护林工程走过了辉煌
的 20年 ,将大踏步地高举科技
兴林的大旗 ,以更新、更高的工
程建设成就进入新的世纪
科教兴国是国家建设的基本国策 ,加
速生态环境建设和国土保护已经成为国人
的共识。江泽民主席发出的“再造一个山川
秀美的西北地区” ,“大搞生态农业建设”的
伟大号召 ,对生态林业工程提出了殷切的
期望。作者认为 ,当前必须高举科技兴林的
大旗将三北防护林工程推向更新、更高的
阶段 ,使其发挥更大的作用。为此 ,作者提
出以下几点:
5. 1　转变观念 ,改革机制 ,以极大的注意
力大幅度地提高现有科技成果转变为生产
力的转换率。
5. 2　切实加大科技兴林的力度 ,将涉及工
程的技术、管理、经营 ,乃至政策的各项工
作和措施 ,摆在科学有据的基础之上。以先
进的科学技术 ,特别是当代高新技术的科
研成果的应用 ,全方位地进行工程的科学
营造 ,科学管理和经营。
5. 3　加强现有的防护林体系工程的保护、
改造、管理 ,提高其应有的生态经济功能与
效益。
5. 4　根据三北不同类型区的特点、主要矛
盾和优势 ,在防护林体系工程建设上实行
分类指导。
5. 5　以最新科技成果 ,合理规范地进行区
域性防护林体系工程的规划、设计、实施 ,
以使高质量的防护林工程 ,真正成为区域
性可持续发展的重要物质基础和推动区域
生态经济良性循环的最具活力的经济因
素。 为形成不同防护林类型区的林业产业
创设条件。
5. 6　设定防护林体系工程综合效益 (生
态、经济、社会 )定位站 ,开展长期、定位的
动态观测、研究、监测等科研工作 ,以向国
内外将有关各类防护林体系效益作出科学
回答 ;而更重要的是以此作为对区域防护
林体系工程进行科学管理的依据。
5. 7　对防护林体系工程 ,同时要加强软科
学内容的科学研究。
参 考 文 献
1　高志义 .试论三北生态经济型防护林体系 .应用生态
学报 , 1991, ( 4)
2　高志义 (执笔 ) .三北生态经济型防护林体系学术研
讨会纪要 .防护林科技 , 1992, (创刊号 )
3　林业部三北防护林建设局 .中国三北防护林体系建
设 .北京:中国林业出版社 , 1992
4　高志义 .中国防护林工程和防护林学发展 .防护林科
技 , 1997, ( 2)
·31·