全 文 ：E B L L I U TNOF B A O TNI CE S R A LE AR CH
第 “ .
V OI
.
1 4
1 9 9 4年
A Pi l r
,
4 月
19 9 4
三北防护林地区土壤水分动态研究 *
陈喜全 关继义 张 伟 崔晓阳
D Y N A M I C S O F S O I L M O I S T U R E I N T H E
,’
T H R E E
N O R T H
"
P R O T E C T I V E P L A N T A I O N R E G I O N
C h e n X i一 q u a n G u a n Ji一 y i Z h a n g W e i C u i X i a o 一 y a n g
〔摘 要 〕 东北 西部干早 、 半干早地区影响农 业 、 畜牡业 发展的 关健 因子
之一走 水分 。 水分在这一地 区 变化规律是 J~ 吞 月春早阶段 , 7、 8 、 9 三个 月足
土峨水分丰盛期 , 各层次水分相差不 大 , 10 月至来年 2 月足土坡储水期 。
农 田 防护林的建立减 少 了蒸发 , 提高 了土坡水分 。 但距林带不同距 离调 节水
分幅度不 同 , 明显 出现水分最佳 区和水分低谷 区 。 根据这一规律可 以调 整种植结
构 , 充分合理 的利 用土坡水分 , 为推广 节水型农 业提供 了途径 。
防护林带的种类 、 树 高 、 树种及林 带 间的距 离对林 网 内水分的分配都有杖大
影响 , 这一结论 为防护林体 系的优化提供 了科 学依据 。
关键词 防护林 , 土坡水分 ; 劝 态变化 ; 节水型农业
东北西部地区农牧业生产正在 日新月异的发展 , 八五期间要想农牧业上一个新台阶 ,
水分是影响该地区发展的关键 因子之一 , 因此着重研究地表地 、 地下水 、 土壤水的有效经
济的利用已是当务之急 , 为此作者愿将七五期间在该地区研究的土壤水分动态变化规律 ,
奉献出来为振兴当地的国民经济尽一份力量 。
本项研究是从 1 9 8 6 . 7 ~ 1 9 9 0 年 12 月 l’ed 进行的 。
研究地区自然概况
1
. 气候条件
试验区属大陆性季风气候 。 其特点是冬季漫长 、 严寒而干燥 , 夏季短促 , 酷热而雨 t
集 中 , 春季多风且少雨 , 秋季凉爽 、 晴朗 。 气候变化急剧 , 多风沙 。 年平均风速 4m /
本文作者工作单位 : 黑龙江 、 哈尔滨 、 东北林业大学 ( N o r山 e a s t Fo r e s rr y u n iv e r s it y , H a r b in 1 5004 0 ) 。
. 本文为国家 “ 七五 ”期间攻关项目。
本文承策许联吉先生 、 商爱廉老师 、 林学系 8 、 89 届毕业生徐贵椒 、 商信顶参加了部份研究工作 , 谨表谢忱。
19 9 3年 8月收到本文 。
2期 陈喜全等: 三北防护林地区土坡水分动态研究 1 7 8
秒 , 最大风速 40 m / 秒 , 八级大风以上 23 一 24 天 。 部分地区可达 10一 1 级大风 。
年平均气温 3 . 2~ 3 . 6℃ , 一月平均气温 一 19 . 0 ~ 2 0 . 2℃ 。 极端最低气温 一 38 . 4℃ , 七月
平均气温 2 2 . 8℃ , 极端最高气温 3 6 . 5℃ , 年 平均降水量 4 3 8一 4 4 5m m , 无霜期 1 3 9一 14 2
夭。
一
2
. 地形与母质
试验区的地形属松嫩平原中部和东部 , 平均海拔 14 0一 1 50 m 。
母质为碳酸盐淤积物 , 苏竹盐化淤积物等。 质地比较粘重 , 以中坡为主 。
3
. 植被
属东北中部大平原草甸草原区 。 从植物分布区的关系来说 , 基本上属于蒙古植物分布
区 , 但也是和长白植物分布区以及华北植物分布区交叉过渡的地方。
试验 区以羊草草甸草原植物为主 , 混有紫胡 、 蓄类 、 地榆 、 萎陵菜 、 免茅禽 、 拂子
茅 、 芦苇 、 碱草 、 西伯利亚要 、 虎尾草 、 红眼巴 、 剪刀股 、 小叶樟 、 苔草等。
4
. 土壤
地带性土壤为黑钙土 , 非地带性土壤有盐土 、 碱土 、 沼泽土 、 草甸土 、 沙土等 。 非地
带性土坡常带有某些地带性土壤的特征 。
研 究 方 法
本研究采取定点 、 定位 、 定时进行观测 。 试验区分主付点 , 主点设在肇州 、 大庆 、 肇
东三个地点 付点为临时调查点 , 以补充和验证主点的观测情况 。 现将各点的具体情况介
绍如下 :
1 5H
图 1 IOc m 深处土坡水分和林带间距离关系
肇州点情况 :
林网 长 5 0 0m , 宽 3 2 0m , 共
设 三 条 观 测 线 ( 依 次 设 在 长
10 0m
、
3 5 0m
、
5 0 0 m 处 ) , 每条线
设七个点 , 依次为树高的 1倍 、 5
倍 、 10 倍 、 15 倍 、 2 0 倍 、 2 5 倍 、
30 倍 。 采样深度 (每个点 ) 分 别
为 s e m 、 10 e m 、 30 e m 、 5 0 e m 。 采
样时 间为每 月 10 日 、 2 0 日 、 3 0
日 , 遇雨 可提前或推迟 卜 2 日 。
水分采样 10 次 , 共搜集 1 139 个数
据 , 水分采样用土钻 。 用环刀采容
重样品 , 采样深度 0一 2 c0 m , 做 17
个样品 。 在室内进行了水分物理常
数的测定 , 即测定 了饱和持水 量 、
田间持水量 、 持水 当量 、 凋萎 系
数 , 共测定 14 4 个数据 , 水分常数
的测定是采用压力膜法 (美国进 口
含水率%
1 88 植 物 研 究 14 期
的仪器 ) 。
大庆点情况 :
试验地设在大庆市中部的马鞍 山农场 , 土坡为黑钙土 。
林带宽度 gm , 长度 1350 m , 林带间距 160m , 树高 19m 。
从林带南部末端 2 30 m 处起设第一条取样线 , 每隔 10 0 m 为一次重复 , 共 3 条取样
线 。 (分别为 10 0 m 处 、 2 0 0m 处 、 30 m 处 ) 。 每条线设七个取样点 , 依次为树高的 l 倍 、
3倍 、 5 倍 、 7 倍 、 10 倍 、 12 倍及 15 倍 。
肇东点情况 :
试验地设在 肇东市先进乡先进大队 、 林带长 540 m , 宽 450 m (间距 ) 林带宽 7 . 5 m ,
株行距 Z x l . s m , 树高 14 m , 土坡为黑钙土 。 从主林带南端起 100m 处为第一条取样线 ,
每隔 10 0m 为 一次 重复 , 共三条取样线 。 每 条线设八 个样点 , 分 别为树 高的 l 、 3 、 5 、
10
、
1 5
、
2 0
、
2 5
、
3 0 倍。 在林带内和对照样地各设一个点。
大庆 、 肇东点取样深度 , 时间以及室内分析同雄州点 。
结 果 与 分 析
1
. 林带对土坡水分变化规律影响的研究结果
林网内土壤水分变化情况大的趋势与无林地相同 , 一年内土壤水分变化最大时期是早
春 , 即 5一 6 月份 , 7 、 8 、 9 三个月的集中降水土壤中的水分含量各点各层 间相差不 大 ,
进人秋季秋雨及冬雪是土坡水分储水时期 。
含水率51052053”405
7H 争翅
图 2 不同深度土坡含水灸与林带间距离关系
但林网的存 在可以提高土坡水分 、 减少蒸发 、 改变土坡水分在林网内各点的分配情
况 , 这在 4 ~ 6 月份的水分变化情况明显表现出来 (见图 l ) 。 3c0 m 以上水分变化比较剧
烈 , 并出现水分最佳值和水分低谷区 , 以大庆材料为 例 , 水分最佳值为树高的 3一 5 倍 (3
~ SH ) 区和 10~ 12 倍 ( 10 ~ 12 H ) 区 , 水分含量最佳 。 l 倍 、 7 倍 、 1 5 倍 (相当于 IH )
2 期 陈喜全等 : 三北防护林地区土坡水分动态研究 18 9
水分处于低谷 。 3 0cm 以下土坡水分变化趋向于缓和 ( 见图 2 ) 。
6月中旬至 6月底西部地区气温逐渐升高 ( 有时可高达 2 3℃ ) , 土坡蒸发及植物蒸腾
加快 , 土坡迅速失水 , 此时土城水分处在一年的最低值 ( 图 1) 。 林网内各点的水分分配
较均匀。 7、 8 、 9 月是雨季 , 虽然气温逐渐增高 , 各种失水因素仍然存在 , 但天然降水使
土坡水分得到了补充 , 林网内各点水分都比较充足 , 水分在各点的差异不显著 。
10 月以后至第二年的 l 、 2 月份是秋雨及冬雪季节 , 是土坡储水时期 。
林网 内水分的变化 (各点 ) , 存在着明显的规律性 , 但这种规律性受防护林带的类
型 、 树种 、 结构等的影响 , 有明显的差别 , 林网内前茬 、 农业措施也影响各点水分变化。
解冻与冻结直接影响土坡水分的运行 , 黑龙江省西部地区解冻可推迟至 4 月末 、 5 月
初 。 19 8 8 年 4 月 16 日在大庆调查 , 5 0 e m 处普遍存在着冻层 , 19 8 9 年 4 月 2 9 日在肇东调
查 , 5c0 m 处普遍存在着冻层 , 冻层的存在深度影响早春的水分变化与供应 。
2
. 试验地土坡水分物理性质的研究结果
在肇东点 、 肇州点分别进行 了土壤水分物理常数的测定 。 分析结果 (见表 ) 表明 , 试
验地的 O一 2 c0 m 的 田间持水量与下层 4 0一 6 c0 m 的田间持水量有一定的差值 , 但大部都在
38 一 41 % 之间 。 凋萎系数各点差异较大 , 上下土层之间凋萎系数相差也较大 , 因此林网内
各点的有效水不尽相同 。
表 雄州护林网内
取样 深度 饱和持 压力板法 / 水分 (% )
地点 扣m ) 水量
(% ) 0
.
1巴 0 . 3 巴 . 0 . 5 巴 1 . 0 巴 3 . 0 巴 .5 0 巴 巧 . 0 巴
(吸力 ) (吸力 ) (吸力 ) (吸力 ) (吸力 ) (吸力 ) (吸力 )二
l H 0一 2 0 6 9
.
92 月4 . 02 4 1. 34 37 . 7 9 3 1 . 3 1 2 8 . 62 2 3 . 96 17 . 27
20 一 4 0 6 2
.
4 8 4 1
.
2 5 3 8
.
84 35
.
3 6 28
.
19 2 5
.
0 2 2 1
.
82 16
.
19
呜O一 6 0 6 7 . 89 4 3 . 62 4 1 . 2 5 37 . 3 9 3 1 . 14 2 7 . 57 2 3 . 4 7 19 . 97
5H 0一 20 6 6
.
59 4 3
.
09 4 0
.
7 2 37
.
12 30
.
7 9 2 7
.
4 1 2 3
.
4 3 18
.
30
20一 4 0 6 3
.
80 4 1
.
13 3 8
.
8 2 32
.
9 6 27
.
9 6 2 4
.
75 2 1
.
69 16
.
60
礴O一 6 0 68 . 4 3 4 2 . 4 0 39 . 6 8 32 . 8 2 26 . 2 8 2 3 . 65 2 1. 18 17 . 0 8
10 H 0一 2 0 63 . 9 0 40
.
2 8 39
.
0 7 32
.
1 0 26
.
0 5 2 3
.
0 7 2 0
.
50 15
.
8 2
20 一4 0 66
.
57 4 1
.
7 3 38
.
9 5 35
.
3 0 29
.
2 7 2 6
.
37 2 2
.
5 9 16
.
9 9
40 一 60 66 . 34 4 3 . 0 6 4 0 . 0 3 33 . 9 8 29 . 8 8 2 5 , 0 0 22 . 0 2 1 6
.
3 2
1S H 0 一2 0 6 6
.
24 4 3
.
0 1 4 1
.
4 7 3 5
.
60 2 9
.
92 2 5
.
9 1 2 2
.
3 1 }
20 一4 0 64 . 3 9 4 1。 70 3 9 . 28 3 5 . 4 8 3 0 . 6 5 2 5 . 37 2 2 . 23 ) ’ 6
·
35
4 0 一6 0 59
.
9 3 37
.
46 3 4
.
94 3 1
.
50 2 5
.
94 2 2
.
1 2 19
.
74 } 1 7
.
55
} 14
.
6 7
2 0 H 0一 20 6 6 . 99 4 7 . 14 4 1 . 30 3 5 . 8 1 2 9 . 60
1
24
.
9。 2 2 . 66 r
2 0一 4 0 6 6
.
3 6
、
4 1
.
69 3 8
.
82 3 1
.
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.
8 1 2 2
.
7 1 2 0
.
8 8 …’ “ · 4 2
4 0 一 6 0 6 3
.
4 7 4 1
.
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.
1 7 3 2
.
80 2 7
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.
6 3 2 0
.
83 {
’ 7 · 3 6
{
’ 6 · , 0
2 5 H 0一 2 0 6 3 . 9 1 4 1 . 17 3 8 . 6 2 3 3 . 9 1 2 7 . 8 7 24 . 7 1 2 1. 5 8 16 . 50
20一 4 0 6 2
.
94 42
.
4 9 3 9
.
17 3 3
.
4 1 2 7
.
4 5 2 4 5 7 2 1
.
8 1 1 6
.
9 2
40一 60 5 8 . 57 3 8 . 82 3 6
.
35 3 1
.
5 8 2 6
.
28 一 2 3· 6 1 2 0 97 14 . 02
l
19 0 14 期
结 论
1
. 东北西部地区土壤水分变化规律是 : 早春 5一 6 月是春旱阶段 , 7 、 8 、 9 三个月是
雨季土壤中的水分 各层相差不大 , 10 月以后至第二年的 l 、 2 、 月份是秋雨及冬雪季节 ,
是土坡的储水期 。
2
` 农 田防护林内土坡水分的变化规律大体同无林地 , 但防护林的存在可以 减少 蒸
发 , 提高土坡水分 , 调了了水 、 肥 、 气 、 热之间的关系 , 调节水分主要在春季 4一 6 月 。
3
. 由于林带的存在 , 从整体上看土坡水分有明显的提高 , 但不同距离提高的幅度不
同 , 土坡水分出现两处最佳区和一处低谷区 。
4
. 农田防护林网内的土坡水份补给主要来源于秋雨和冬季的降雪 。
5
. 林网内的种植结构可 以根据水分最佳区和低谷区的有效水含量的大小进行调整 ,
做到科学种田 , 实现节约用水 。
6
. 防护林带的种类 、 树高 、 树种以及林带间的距离对林网内土坡水分的分配都有较
大影响 , 因此研究不同林带间距 、 类型是提高经济效益的效途径之一 。
A B S T R A C T
I n t h e a r id a n d s e m i一 a r i d a r e a s o f t h e w e s t p a r t o f N o r t h e a s t e r n C h i n a
.
o n e o f th e k e y
fa e t o r s t o a g ir e u lt u r e a n d a n im a l h u s b a n d r y 15 a b o u t w a t e r
.
T h e r e g u la r i t y o f 5 0 11m o i s t u r e
dy m
a m ie s i n th i s a r e a e o u ld b e e h a r a e t e r i z e d b y a d r y s P r i n g i n M a y a n d J u n e
, a w a t e r 一 s u -f
if e i e n t p e r i o d fr o m J u l
.
t o S e p t
.
(
n o s i s n i if e a n t d ife
r e n e e b e t w e e n 5 0 11 l a y e r s )
, a n d a
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e r一 er t a i n i n g P e r i o d fr o m O e t
.
t o F e b
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.
T h e e s t a b l i s h m e n t o f s h e l t e r b e l t s d e e r e a s e d t r a n s P i r a t i o n a n d e o n s e q u e n t ly i n e er a s e d
50 11 m o i s t u r e : b u t t h e e fe
e t v a r ie d w i t h i t
` 5 d i s t a n e e fr o m t h e b e l t
,
a n d th e r e e x i s t e v id e n t ly
a n o P t im a l Z o n e a n d a m i n im u m Z o n e i n 5 0 11 m o i s t u r e e o n t e n t
.
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,
t h e a g r i e u L
ot r a l p l
a n t i n g P a t t e r n s e o u l d b e r e g u la t e d t o u t i l i z e 50 11 w a t e r m o r e e if e i e n t ly
,
w h i e h P r o
-
vi d e d o n e a PP r o a e h t o w a t e r s a v i n g a g r i e u l t u r e
.
I t r e a c h e d t h e e o n e lu s i o n t h a t t h e t y P e o f s h e lt e r b e l t s
,
h e ig h t o f t r e e s
, e o m p o s i t i o n o f
tr e e s P e e i e s
,
a n d d i s t a n e e s b e tw e e n tw o b e lt s w e r e a l l im P o r t a n t fa e t o r s a fe e t i n g 50 11 m
o i s
-
ut er d i s t r ib u t i o n i
n t h e s h e l t e r n e t
,
w h i e h P r o vi d e d s e ie n t i if e b a s i s t o t h e o p t im i z a t i o n o f
hs e e let r b e l t s y s t e m
.
K e y w o r d s S h e l t e r b e l t : 5 0 11 m o i s t u r e ; D y n a m i e s : W a t e
r 一 s a v i n g a g r i e u lt u r e
参 考 文 献
〔1〕 中国科学院南京土坡研究所土城物理研究室编 , 19 7:8 土城物理性质测定法 , 科学出版社。
〔2〕 向开馥 , 1 9 8 9: 东北西部内蒙古东部防护林研究第一集 , 东北林业大学 出版社 。
〔3〕 〔苏联〕 A . A . 罗杰著 , 19 6 5: 土坡水分状况的研究方法 , 中国工业出版社 。
〔4〕 联合国粮食及农业组织 , 19 78 : 国际林业论文选集 。
〔5〕 林业部科技情报中心 , 19 86 : 第九届世界林业大会论文选集 。