全 文 ：书第 51 卷 第 5 期
2 0 1 5 年 5 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 5
May，2 0 1 5
doi:10．11707 / j．1001-7488．20150501
收稿日期: 2014 － 09 － 15; 修回日期:2015 － 04 － 10。
基金项目:引进国际先进林业科学技术项目 ( 2013 － 04 － 79 ) ; 国家林业公益性行业科研专项 ( 201304311 ) ; 国家国际合作专项
(2011DFG32780)。
* 谢应忠为通讯作者。
地表人工覆盖对宁夏沙化土壤保水能力的影响*
李志刚1，2 李 健2 谢应忠1
(1．宁夏大学农学院 银川 750021; 2．种苗生物工程国家重点实验室 银川 750004)
摘 要: 【目的】研究地表人工覆盖对宁夏沙化土壤保水能力的影响，以期为宁夏沙化土地的生态建设及农业生
产提供技术支持，同时促进当地林木废弃物的循环利用。【方法】以宁夏当地新疆杨树枝条碎屑和垂柳树枝条为
添加物或覆盖物，对宁夏贺兰山东麓银川腹部沙地有灌溉和无灌溉土壤设置 4 种处理(每处理 5 个重复)，即添加
木屑(CA)、覆盖木屑(CM)、添加木屑 +覆盖枝条(CA + BM)和不做任何处理的对照(CK)，探讨地表人工覆盖对沙
化土壤蓄水量、土壤温度、土壤密度、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、饱和持水量、毛管持水量和非毛管持水
量的影响。【结果】灌溉条件下土壤蓄水量表现为 CA + BM ＞ CA ＞ CM ＞ CK，平均值分别为 19. 14，18. 27，14. 65 和
10. 20 mm; 无灌溉条件下土壤蓄水量表现为 CA + BM ＞ CM ＞ CA ＞ CK，平均值分别为 10. 95，10. 05，7. 75 和
6. 92 mm。灌溉条件下土壤日均温度和日最大温度均表现为 CA + BM ＜ CM ＜ CA，CK，其中 CA 和 CK 的土壤日均
温度和日最大温度间变化不明显，CA + BM，CM，CA 和 CK 的土壤日均温度平均值分别为 24. 16，25. 37，26. 66 和
26. 27 ℃，土壤日最大温度平均值分别为 26. 72，27. 73，31. 77 和 31. 88 ℃ ; 无灌溉条件下土壤日均温度和日最大温
度均表现为 CA + BM ＜ CM ＜ CA ＜ CK，日均温度平均值分别为 24. 50，25. 67，26. 76 和 27. 20 ℃，日最大温度平均值
分别为 27. 23，27. 92，31. 09 和 32. 74 ℃。土壤密度在灌溉和无灌溉条件下均表现为 CA + BM，CA ＜ CM，CK 的趋
势，CA + BM和 CA 间差异不显著(P ＞ 0. 05)，CM 和 CK 间差异亦不显著(P ＞ 0. 05)。土壤总孔隙度、毛管孔隙度和
非毛管孔隙度在灌溉和无灌溉的条件下均表现为 CA + BM ＞ CA ＞ CM ＞ CK。土壤饱和持水量、毛管持水量和非毛
管持水量在灌溉条件下表现为CA + BM ＞ CA ＞ CM，CK，CM 和 CK 间差异不显著(P ＞ 0. 05); 在无灌溉条件下表现
为 CA + BM，CA ＞ CM，CK，CA + BM 和 CA 间差异不显著 ( P ＞ 0. 05)，CM 和 CK 间差异亦不显著 ( P ＞ 0. 05)。
【结论】添加、覆盖木屑以及添加木屑 +覆盖枝条均能有效提高沙化土壤的持水能力。相关分析结果表明: 覆盖木
屑或枝条主要通过降低土壤温度、抑制蒸发保持土壤水分; 添加木屑主要通过改善土壤水分物理性质保持土壤水
分; 而添加木屑 +覆盖枝条则通过降低土壤温度和改善土壤水分物理性质的双重作用来保持土壤水分。不同处理
方式可以根据当地实际情况有选择地在生态建设和农业生产中应用。
关键词: 覆盖; 木屑; 林木枝条; 沙化土壤; 水分保持能力; 宁夏
中图分类号: S156. 5 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2015)05 － 0001 － 11
Effects of Surface Artificial Cover on Water Holding
Capacity of Desertified Soils in Ningxia
Li Zhigang1，2 Li Jian2 Xie Yingzhong1
(1 ． School of Agriculture，Ningxia University Yinchuan 750021;
2 ． State Key Laboratory of The Seedling Bioengineering Yinchuan 750004)
Abstract: 【Objective】The effects of surface artificial cover on water holding capacity of desertified soils in Ningxia was
studied in order to provide technology support to ecological construction and agricultural production for local desertified
lands，and to promote recycling of local forest residues．【Method】Wood chips produced from poplar trees and branches of
willow trees were used respectively as additions to the surface soil and mulch． Experiments were set up in soils with and
without irrigation in the center of Yinchuan Desert in the eastern foot of Helan Mountain in Ningxia with four treatments
each with five replications: addition of wood chips into the surface soil (CA)，cover with mulch (CM)，addition of wood
chips plus cover with branches (CA + BM)，and control (CK) ． Effects of the four treatments on soil water storage，soil
temperature，soil bulk density，total porosity，capillary porosity，non capillary porosity，saturated water holding capacity，
林 业 科 学 51 卷
capillary water holding capacity and non capillary water holding capacity were tested． 【Ｒesult】Soil water storage showed a
tendency as CA + BM ＞ CA ＞ CM ＞ CK under irrigated condition，and their mean values were 19. 14，18. 27，14. 65，
and 10. 20 mm respectively． However，the tendency was CA + BM ＞ CM ＞ CA ＞ CK under unirrigated condition，and
their mean values were 10. 95，10. 05，7. 75，and 6. 92 mm respectively． Both daily mean temperature and daily maximal
temperature showed in order of CA + BM ＜ CM ＜ CA and CK under irrigated condition，and found there was no regular
change between CA and CK，the mean values obtained from daily mean temperature of CA + BM，CM，CA and CK were
24. 16，25. 37，26. 66，and 26. 27 ℃ respectively，from daily maximal temperature were 26. 72，27. 73，31. 77，and
31. 88 ℃ respectively; however，both temperatures showed in order of CA + BM ＜ CM ＜ CA ＜ CK under unirrigated
condition，and the mean values from daily mean temperature were 24． 50，25． 67，26． 76，and 27． 20 ℃ respectively，from
daily maximal temperature were 27． 23，27． 92，31． 09，and 32． 74 ℃ respectively． Soil density presented as CA + BM and
CA ＜ CM and CK under both irrigated and unirrigated conditions，and there was no significant difference not only
between CA + BM and CA，but also between CM and CK (P ＞ 0． 05) ． The tendency of total porosity，capillary porosity
and no capillary porosity presented as CA + BM ＞ CA ＞ CM ＞ CK under both irrigated and unirrigated conditions．
While saturated water holding capacity，capillary water holding capacity and non capillary water holding capacity showed
CA + BM ＞ CA ＞ CM and CK under irrigated condition，and found there were no significant difference between CM and
CK (P ＞ 0． 05) ． However，they changed as CA + BM and CA ＞ CM and CK under unirrigated condition，and there
were no significant difference not only between CA + BM and CA，but also between CM and CK ( P ＞ 0． 05 ) ．
【Conclusion】All strategies of branch addition，mulch and addition plus mulch can increase water holding capacity of
desertified soils． Correlation analysis indicated that cover with wood chips or branches on soil surface for water
conservation was by lowering soil temperature and preventing evaporation，addition of wood chips to soils to conserve soil
water was by improving physical properties of soil water． Addition of wood chips addition plus cover with branches to
conserve soil water by both lowering soil temperature and improving soil physical properties． So，all strategies in this study
can be chosen and applied in ecological construction and agricultural production of desertified soil according to local
practical condition．
Key words: mulch; chips; tree branches; desertification soil; water holding capacity; Ningxia
沙漠化是最主要的土地退化类型之一，也是影
响全球生态和社会经济最严重的问题之一 (王涛，
2008)。沙漠化多发生于降雨稀少的地区( Thomas，
1997; Wang et al．，2013)。我国沙漠化地区的年降
水量仅为 20 ～ 350 mm，而年蒸发量为 1 200 ～ 3 500
mm(Zhang et al．，2009)。宁夏回族自治区是我国沙
漠化最严重的地区之一，年降水量 180 ～ 350 mm，年
蒸发量 2 100 ～ 2 300 mm，干旱指数为 3. 3 ～ 4. 7(Li
et al．，2013)。宁夏沙漠化主要分布于宁夏中部和
北部，有山地和丘陵广泛分布，也有大面积的平原、
台地和沙丘。山地和丘陵受干旱气候和土壤沙化的
影响，只能开展生态建设和保护，而平地虽然受黄河
灌溉之利，具有开展农业生产的条件，但扬黄和引黄
灌溉工程所覆盖的区域大多为土壤沙漠化或潜在沙
漠化地区，由于沙化土壤对水分的保持能力低
(Andry et al．，2009)，不仅使得有限的降水未得到充
分利用，而且相当一部分灌溉用水也因渗漏而被损
失。水资源不足成为限制宁夏生态建设和农业生产
的重要问题，也是需要解决的技术难题。
目前，国内外在提高土壤保水性能方面的研究
多集中于秸秆还田、有机物料覆盖和凋落物返还等，
而且发现这些措施可以提高土壤的持水性、改善土
壤孔隙度和土壤渗透率、降低土壤密度和增加土壤
养分 等 ( Celik et al．， 2004; Cheng et al．，2004;
Allington et al．，2010; Herencia et al．，2011; Sousa et
al．，2012; Fernández-Gálvez et al．，2012; Thangarajan
et al．，2013)，但在干旱半干旱地区的沙土中，如果
采用秸秆或木质化程度低的草本类材料改良沙化土
壤，一般在 2 年内即可分解消失(介晓磊等，2006;
Weedon et al．，2009)，达不到长期保水的效果。学
者们在提高沙化土壤保水能力方面也做了一些尝
试，如利用积沙层、盐结皮层、枯落物和棕榈树残渣
制成的垫状物等覆盖土壤、阻隔土壤蒸发 (周宏伟
等，2008; 张建生等，2008)，也有在沙化土壤中添
加秸秆、粉煤灰、聚丙烯酰胺及其复合材料等改善土
壤结构、提高土壤持水性的研究(曹丽花等，2008;
赵亮等，2009; 孙荣国等，2011)。以上科学研究均
在提高沙化土壤保水性方面提供了宝贵的参考依
据，但是目前还缺少通过覆盖、添加林木废弃物材料
以及覆盖和添加结合等多种措施来改善沙化土壤结
2
第 5 期 李志刚等: 地表人工覆盖对宁夏沙化土壤保水能力的影响
构和提高沙化土壤保水能力的研究。与秸秆及其他
草本材料相比，木质材料(如树枝)在土壤中的分解
速率慢(张鼎华等，2004; Weedon et al．，2009)，可
以降低沙化土壤改良的成本，而且林木废弃物中还
含有大量的纤维素和半纤维素，是天然的保水材料
(彭燕，2013)，可能在保持沙化土壤水分方面具有
长效作用。
杨树(Populus)是我国分布最广泛的树种(徐梅
卿等，2009 )，面积达 101 万 km2，其种植面积为
75. 7 万 km2 (贾黎明等，2013)。在我国北方地区，
杨树多以农田防护林形式分布(井大炜等，2015)。
在宁夏，杨树种植面积占据第一位(孙颖等，2009)。
另外，杨树生长速度快 (Yang et al．，2010)，可以有
丰富的林木废弃物材料用于土壤改良。除杨树外，
柳树(Salix)也是我国北方地区重要的水土保持植
物和园林绿化植物，在宁夏也广泛分布(彭小平等，
2013)。
本 研 究 选 择 新 疆 杨 ( Populus alba var．
pyramidalis) 修 剪 条 粉 碎 木 屑 和 垂 柳 ( Salix
babylonica)修剪条为添加物或覆盖物，探讨添加木
屑、覆盖木屑和添加木屑 + 覆盖枝条处理对沙化土
壤保水能力的影响，旨在为宁夏沙化土地的生态建
设及农业生产提供有效的技术支持，同时促进当地
林木废弃物的循环利用。
1 研究区概况
试验区位于宁夏贺兰山东麓的银川腹部沙地
(107°22 E，38°28 N)，属于宁夏沙漠化地区，有流
动沙丘分布，天然植被为草地，但由于毗邻黄河，节
灌农业发达。试验区海拔 1 115 m，属中温带半干旱
大陆性气候，主要气候特点是昼夜温差大、雨雪稀
少、蒸发强烈、气候干燥、风大沙多等。年均气温
10. 1 ℃，年 均 降 水 量 181. 2 mm，年 均 蒸 发 量
1 882. 5 mm。1 月份平均最低气温 － 15. 2 ℃，极端
最低气温 － 27. 9 ℃，7 月份平均最高气温 30. 1 ℃，
极端最高气温 37. 2 ℃。为体现研究的典型性，本研
究选择沙化程度较为严重的土壤开展试验研究，其
土壤类型为砂土 (砂粒含量 92. 5%，粉粒含量
5. 48%，黏粒含量 2. 02% )，0 ～ 40 cm 土层土壤 pH
值为 9. 07，有机质含量为 2. 01 g·kg － 1，水解性氮含
量为 9. 06 mg·kg － 1，有效磷含量为 15. 86 mg·kg － 1，
速效钾含量为 114. 08 mg·kg － 1。
研究区天然植被类型为草地，由于长期受放牧
干扰，土壤沙化严重。主要植物种有赖草 ( Leymus
secalinus)、中亚白草 ( Pennisetum centrasiaticum)、狗
尾草(Setaria viridis)、糜蒿(Artemisia blephareolepis)、
猪毛蒿 ( Artemisia scopari )、木紫苑 ( Asterothamnus
centrali-asiaticus)、黑沙蒿( Artemisia ordosica)、鹤虱
( Lappula myosotis ) 和 虫 实 ( Corispermum
hyssopifolium)等。
2 研究方法
2. 1 材料与样地设置
本研究根据当地生态建设与生产实践的实际情
况，在银川腹部选择平坦沙地设计了 2 因素试验，主
区为 2 种灌溉水平: 1)自然降水的无灌溉区; 2)参
考宁夏枸杞( Lycium barbarum)林的常规灌溉量，每
年 4—10 月每 10 天利用喷灌装置灌溉 20 mm。收
集宁夏分布较为广泛的新疆杨和垂柳修剪条，以新
疆杨枝条粉碎木屑和不粉碎的垂柳枝条为添加或覆
盖物，设置 4 种地表人工处理方式(改良方式): 1)
对照(CK) 不做任何处理; 2)添加木屑(CA) 即土壤
0 ～ 20 cm 土层添加 5% (质量比)的垂杨枝条粉碎木
屑; 3)覆盖木屑(CM) 即土表覆盖 3 cm 的垂杨枝条
粉碎木屑; 4)添加木屑 + 覆盖枝条 (CA + BM)即
0 ～ 20 cm土层添加 5% (质量比)的杨树枝条粉碎木
屑，并在地表覆盖 30 cm 的垂柳枝条，覆盖度为
50% ～ 60%。所有收集到的枝条晒干后去除叶片，
以防止试验期间风力带走叶片而干扰试验结果。用
于添加(CA)和覆盖木屑处理 ( CM)的材料为直径
为 0. 5 cm、长度为 1 cm 的新疆杨枝条粉碎材料; 未
粉碎的垂柳枝条用于添加木屑后的土壤表层覆盖处
理(CA + BM)。在添加木屑处理(CA)的地表不再
覆盖木屑是由于在降雨和灌溉的作用下，一些添加
至土壤中的木屑会浮出土表而自然形成一层木屑的
覆盖，而选择垂柳枝条是因为其枝条分枝紧密，易于
形成较好的覆盖层。
2 种灌溉方式下每个处理设 5 个重复，每个重
复小区面积均为 3 m × 3 m。试验小区随机区组排
列，每个区组之间设 3 m 宽的过道，小区间相距1 m。
灌溉区与无灌溉区相距 10 m。试验期间定期拔除
小区中的杂草，保证所有小区无植物生长。试验样
地的布置于 2011 年 11 月初完成。
2. 2 土壤物理性质测定
2012 年 6—10 月(当地降水集中时期)利用烘
干称质量法测定土壤含水量。每次降雨后每天测定
0 ～ 20 cm 土层的土壤含水量，连续测定 10 天，无降
雨时每 4 天测定 1 次，遇特殊情况稍作调整。为防
止多次取样对样地的破坏，利用自制的直径为 2 cm
的土壤取样器取样，2 种灌溉条件下各处理分别取 5
3
林 业 科 学 51 卷
个土样。测定土壤含水量期间，每月中旬利用环刀
法分别测定 1 次 0 ～ 20 cm 土层的土壤密度，根据土
壤密度将每月的土壤含水量按照以下公式换算为蓄
水量(邓妍等，2014):
W =［(W2 － W1) /W1 × 100%］× H × D。
式中: W(mm)为土壤蓄水量; W2 和 W1 分别为湿土
和烘干土质量; H 为土层厚度 (mm)，本研究中为
200 mm; D 为土壤密度。
土壤温度利用 HOBO node temp 无线温度传感
器 W-TMB(美国 Onset HOBE)测定。在每个试验小
区 10 cm 土壤深处垂直安装 1 个温度传感器，传感
器每分钟读数 1 次，传感器读数利用 W-ＲCVＲ-USB
HOBO node Wireless Ｒeceiver 无线接收器记录于 1
台专用计算机上，每个月导出计算机上的数据并整
理统计土壤水分测定当天的土壤最大温度和土壤平
均温度。
图 1 灌溉区不同处理下土壤蓄水量的动态变化
Fig． 1 Dynamic changes of soil water storage under different treatments in irrigated plots
土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及土
壤密度于 2012 年 10 月底参考 Liu 等(2009)方法采
用环刀法测定; 土壤饱和持水量、毛管持水量和非
毛管持水量利用总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔
隙度中的水分质量计算得到(贾秀红等，2013)。
2. 3 数据处理
利用 SPSS 19. 0 软件进行不同处理间的水分及
其因子的单因素差异分析和水分与因子间的简单相
关分析，采用 EXCEL2007 建立数据库及绘图。
3 结果与分析
3. 1 各处理对土壤蓄水量的影响
灌溉区与无灌溉区土壤蓄水量的动态变化如图
1 和 2。在灌溉区(图 1)，CM(覆盖木屑)与 CK(对
照)相比显著提高了土壤的蓄水量(图 1)，其平均值
高于 CK 4. 45 mm(相对差值为 43. 63% ) (P ＜ 0. 05)
(表 1)。CA(添加木屑)处理与 CK 相比亦显著提高
了土壤蓄水量(图 1)，平均值高于 CK 8. 07 mm(相对
差值为 79. 12% ) (P ＜ 0. 05) (表 1)，效果优于 CM。
在 CA 的基础上进行覆盖枝条(即 CA + BM)后，CA
和 CA + BM 蓄水量的动态变化出现了交替现象(图
1)，6—7 月以 CA 处理的土壤蓄水量最大，而 8—9 月
则以 CA + BM 处理占优势，但就蓄水量的平均值而
言，CA + BM 的蓄水量平均值比 CA 的蓄水量平均值
高 0. 87 mm(相对差值为 4. 76% ) (P ＜ 0. 05)，比 CM
高 4. 49 mm(相对差值为 30. 65% )，比 CK 高 8. 94 mm
(相对差值为 87. 65% )(P ＜ 0. 05)(表 1)。土壤蓄水
量的变异系数以 CM 处理最小(28. 61% )，表明土壤
蓄水量在木屑覆盖下的变化波动最小; 而 CK 土壤蓄
水量的变异系数则最大(49. 56% )，说明对照土壤水
分的干湿交替现象频繁，加之其土壤蓄水量一直较
低，可能不利于植物的生长; CA 和 CA + BM 的变异
系数居中，虽然高于 CM，但是由于蓄水量均显著高于
CM(P ＜ 0. 05)，所以对植物正常生长的影响不及 CM
和 CK(表 1)。
在非灌溉区，蓄水量的变化和灌溉区有所不同
(图 2)。CM 与 CK 相比显著提高了土壤蓄水量，平
均值高于 CK 3. 13 mm(相对差值为 45. 23% ) (P ＜
0. 05)，而 CA 处理下土壤的蓄水量平均值仅比 CK
高 0. 83 mm(相对差值为 11. 99% ) (P ＜ 0. 05) (表
1)，效果不及 CM。当在 CA 的基础覆盖枝条后，土
壤蓄水量又明显升高，CA + BM 土壤的蓄水量平均
值比 CA 高 3. 20 mm (相对差值为 41. 29% ) ( P ＜
0. 05)，比 CM 高 0. 9 mm(相对差值为 8. 86% )(P ＜
0. 05)，比 CK 高 4. 03 mm (相对差值为 58. 24% )
(P ＜ 0. 05)(表 1)。无灌溉区土壤蓄水量变异系数
的变化不同于灌溉区(表 1)，CA + BM 最小(相对差
值为 55. 94% )，而 CK 最大(相对差值为 83. 55% )，
4
第 5 期 李志刚等: 地表人工覆盖对宁夏沙化土壤保水能力的影响
表 1 土壤水分和土壤日温度的平均值及变异系数①
Tab． 1 Mean values and coefficients of variation(CV) of soil water storage and daily temperature
灌溉条件
Water
condition
处理
Treatment
土壤蓄水量
Soil water storage /mm
日均温度
Daily mean temperature /℃
日最大温度
Daily maximal temperature /℃
平均值
Mean
CV(% ) 平均值
Mean
CV(% ) 平均值
Mean
CV(% )
灌溉区
Irrigated plots
CK 10. 20 ± 0. 12a 49. 56 26. 27 ± 0. 15a 12. 93 31. 88 ± 0. 28a 11. 34
CA 18. 27 ± 0. 33b 45. 12 26. 66 ± 0. 23a 13. 16 31. 77 ± 0. 30a 12. 22
CA + BM 19. 14 ± 0. 25c 45. 96 24. 16 ± 0. 14b 11. 67 26. 72 ± 0. 26b 11. 18
CM 14. 65 ± 0. 38d 28. 61 25. 37 ± 0. 26c 9. 76 27. 73 ± 0. 34c 9. 31
无灌溉区
Unirrigated
plots
CK 6. 92 ± 0. 08a 83. 55 27. 20 ± 0. 04a 13. 20 32. 74 ± 0. 26a 12. 21
CA 7. 75 ± 0. 06b 63. 02 26. 76 ± 0. 19b 11. 80 31. 09 ± 0. 63b 10. 53
CA + BM 10. 95 ± 0. 07c 55. 94 24. 50 ± 0. 12c 11. 31 27. 23 ± 0. 27c 10. 55
CM 10. 05 ± 0. 09d 62. 93 25. 67 ± 0. 10d 9. 98 27. 92 ± 0. 19c 9. 24
①表中同一水分条件下同列的不同小写字母表示差异显著(P ＜ 0. 05)。下同。Different small letters in same line under same water condition
indicate significant difference between treatments at 0. 05 level． The same below．
图 2 非灌溉区不同处理下土壤蓄水量的动态变化
Fig． 2 Dynamic changes of soil water storage under different treatments in unirrigated plots
说明对照的水分变化波动较大，加之其土壤水分含
量较低，不利于植物生长。
3. 2 各处理对土壤温度的影响
土壤温度是影响土壤水分蒸发损失的一个重要
生态因子。对土壤的日均温度和日最大温度的分析
结果表明，土壤日均温度和土壤日最大温度间的动
态变化规律在同一灌溉条件下的处理间基本一致，
但在灌溉区和无灌溉区有所不同。在灌溉区，CM
的土壤日均温度和日最大温度曲线一直保持低于
CK 的趋势(图 3)，平均值分别低于 CK 0. 9 和 2. 5
℃ (P ＜ 0. 05)(表 1); CA 处理的土壤日均温度和日
最大温度与 CK 相比变化不明显，二者出现交叉现
象(图 3)，而且 CA 和 CK 的土壤日均温度和日最大
温度的平均值差异亦不显著(P ＞ 0. 05)(表 1); 在
CA 的基础上覆盖枝条后，CA + BM 土壤的日均温度
和日最大温度曲线明显低于 CA，CM 和 CK，其平均
值分别低于 CA 2. 50 和 5. 05 ℃ (P ＜ 0. 05)，分别低
于 CM 1. 21 和 1. 01 ℃ ( P ＜ 0. 05 )，分别低于 CK
2. 11 和 5. 16 ℃ (P ＜ 0. 05)。就变异系数而言，CM
最低(9. 76%和 9. 31% )，说明 CM 对温度变化具有
很 好 的 缓 冲 作 用; 而 CK 最 高 ( 12. 93% 和
11. 34% )，说明温度变化波动最大。
在非灌溉区 (图 4)，CM 的土壤日均温度和日
最大温度曲线一直保持低于 CK 的趋势 (图 4)，平
均值分别低于 CK 1. 53 和 4. 28 ℃ ( P ＜ 0. 05) (表
1); CA 的土壤日均温度和日最大温度曲线不同于
灌溉区，基本保持低于 CK 的趋势，其平均值分别低
于 CK 0. 44 和 1. 65 ℃ (P ＜ 0. 05); 在 CA 的基础上
覆盖枝条后，CA + BM 土壤日均温度和日最大温度
曲线又明显低于其他处理，其平均值分别低于 CA
2. 26 和 3. 86 ℃ ( P ＜ 0. 05 )，低于 CM 1. 17 ( P ＜
0. 05)和 0. 69 ℃ (P ＞ 0. 05)，低于 CK 1. 55 和 4. 82
℃ (P ＜ 0. 05)。变异系数同灌溉区一致，CM 最低，
CK 最高，CA 和 CA + BM 居中，且二者间差异不大。
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林 业 科 学 51 卷
图 3 灌溉区不同处理下土壤温度的动态变化
Fig． 3 Dynamic changes of soil temperature under different treatments in irrigated plots
图 4 非灌溉区不同处理下土壤温度的动态变化
Fig． 4 Dynamic changes of soil temperature under different treatments in unirrigated plots
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第 5 期 李志刚等: 地表人工覆盖对宁夏沙化土壤保水能力的影响
3. 3 各处理对土壤密度、总孔隙度、毛管孔隙度、非
毛管孔隙度、饱和持水量、毛管持水量和非毛管持水
量的影响
土壤密度及孔隙度直接影响土壤通气透水性。
表 2 表明:CM 与 CK 相比，在 2 种灌溉条件下均未
降低土壤密度 (P ＞ 0. 05)，也未提高非毛管孔隙
度、毛管孔隙度和总孔隙度(P ＞ 0. 05);CA 与 CK
相比，灌溉和无灌溉条件下的土壤密度均显著降低
(P ＜ 0. 05)，非毛管孔隙度和总孔隙度均显著升高
(P ＜ 0. 05)，但毛管孔隙度变化不大;在 CA 的基础
上覆盖枝条后，CA + BM 与 CA 相比，灌溉和无灌溉
条件下的土壤密度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度变
化均不显著 (P ＞ 0. 05)，但总孔隙度显著提高
(P ＜ 0. 05); CA + BM 分别与 CM 和 CK 相比，灌溉
和无灌溉条件下密度亦显著降低(P ＜ 0. 05)，非毛
管孔隙 度、毛管孔隙度和总孔隙度 亦 显 著 提
高(P ＜ 0. 05)。
CM 与 CK 相比均未显著提高土壤的非毛管持
水量、毛管持水量和饱和持水量(P ＞ 0. 05);而 CA
与 CK 相比均显著提高了土壤的非毛管持水量、毛
管持水量和饱和持水量(P ＜ 0. 05);CA + BM 与 CA
处理相比，土壤的 3 个持水量指标在灌溉条件下均
显著提高(P ＜ 0. 05)，但在无灌溉条件下变化不显
著(P ＞ 0. 05)，说明一定的灌溉条件可能利于改善
土壤结构，提高土壤的持水性;CA + BM 分别与 CM
和 CK 相比，在 2 种灌溉条件下均显著提高了土壤
的非毛管持水量、毛管持水量和饱和持水量 ( P ＜
0. 05)。本研究结果还显示，CA 和 CA + BM 处理土
壤的毛管持水量 /饱和持水量与 CK 相比均降低，说
明这 2 种处理下土壤的非毛管水提高的比例高于毛
管水。
3. 4 土壤蓄水量影响因子分析
以土壤蓄水量的平均值为因变量，土壤日均温
度的平均值、土壤日最大温度的平均值、土壤密度、
总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、饱和持水量、
毛管持水量和非毛管持水量为自变量，采用相关分
析的方法研究了覆盖、添加及添加 + 覆盖条件下影
响土壤蓄水量的主要因子(表 3)。覆盖措施表明，
在土表覆盖木屑，土壤蓄水量与土壤日均温度和土
壤日最大温度均显著 ( P ＜ 0. 05 )或极显著 ( P ＜
0. 01)负相关，而与密度、总孔隙度、毛管孔隙度、非
毛管孔隙度、饱和持水量、毛管持水量和非毛管持水
量间无显著相关(P ＞ 0. 05)，这说明覆盖措施主要
是通过降低土壤温度、抑制土壤水分蒸发而保持土
壤中的水分。添加措施表明，土壤蓄水量与密度、总
孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、饱和持水量、毛
管持水量和非毛管持水量显著(P ＜ 0. 05)或极显著
(P ＜ 0. 01)正相关，而与土壤日均温度和土壤日最
大温度相关性不显著(P ＞ 0. 05)，说明添加处理是
通过改善土壤水分物理性质而保持土壤中的水分。
添加 +覆盖的措施表明，土壤的蓄水量不仅和土壤
日均温度、土壤日最大温度间存在极显著的负相关
(P ＞ 0. 01)，而且与密度、总孔隙度、毛管孔隙度、
非毛管孔隙度、饱和持水量、毛管持水量和非毛管持
水量极显著正相关(P ＜ 0. 01)，说明添加 + 覆盖可
以通过降低土壤温度和改善土壤水分物理性质的双
重作用来保持土壤中的水分，效果优于单纯的添加
处理或覆盖处理。
4 结论与讨论
有机物覆盖是一种被广泛推荐的保持土壤水分
的技术措施(Tomasz et al．，2008)。国内大量的研究
表明，各种有机物料的覆盖均主要是通过降低土壤
温度、抑制土壤蒸发来保持水分的 (张建生等，
2008; 杨直毅等，2012; 王敏等，2011)，而且覆盖
对于降低土壤温度和抑制土壤水分蒸发的效果与覆
盖量的多少成正比关系 (张俊鹏等，2009; 王兆伟
等，2010)。本研究的短期结果也表明，覆盖可以显
著降低土壤温度，抑制土壤水分的蒸发。另外，有机
物覆盖不但在高温时具有降低土壤温度的“低温效
应”，而且在低温时还具有“高温效应”，能有效缓解
气温激变对植物生长的伤害(江永红等，2001)，这
对高温的土壤沙漠化区植物的生长十分有意义。
土壤密度、孔隙度(总孔隙度、毛管孔隙度和非
毛管孔隙度)和持水量(饱和持水量、毛管持水量、
非毛管持水量及田间持水量)等是表征土壤水分物
理性质的主要指标，决定着土壤中水、气、热和生物
状况(杨弘等，2007)。土壤密度小，表明土壤疏松
多孔，结构性良好; 土壤密度大，则表明土壤紧实板
硬，缺乏团粒结构，土壤保水性差 (蔡立群等，
2012)。一定数量的孔隙度(包括总孔隙度、毛管孔
隙度和非毛管孔隙度)是土壤中养分、水分、空气和
微生物等的迁移通道、贮存库和活动场所，它直接影
响着土壤蓄水性和通气性，并间接影响着土壤肥力
和植物生长状况(蔡立群等，2012)。因此，研究有
机物覆盖下土壤密度、孔隙度(总孔隙度、毛管孔隙
度和非毛管孔隙度)和持水量(饱和持水量、毛管持
水量、非毛管持水量及田间持水量)等的变化显得
十分重要，李成华等(1997)曾利用农业废弃物堆肥
材料覆盖土壤后发现，0 ～ 5 cm 表层土壤的孔隙度
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林 业 科 学 51 卷8
第 5 期 李志刚等: 地表人工覆盖对宁夏沙化土壤保水能力的影响
降低，但 5 ～ 20 cm 土层的孔隙度增加。高茂盛等
(2010)也发现，渭北果园采用秸秆覆盖后，在第 2
年即显著提高了 0 ～ 40 cm 土层土壤的总孔隙度、毛
管孔隙度、非毛管孔隙度、饱和持水量、毛管持水量
和非毛管持水量。本研究结果显示，覆盖在降低土
壤密度、增加总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、
饱和持水量、毛管持水量和非毛管持水量方面的效
果均不明显，一方面可能是研究的时间较短，林木枝
条的分解不足以促进土壤物理特性的改善，另一方
面还可能与研究区土壤质地有关，沙化较为严重的
土壤很难在短期内通过林木枝条的覆盖发生物理特
性的改善。
国内大量的秸秆还田的研究结果表明，秸秆翻
埋至土壤(即添加)后可显著改善土壤水分物理性
质，提高土壤保水性能(蒋向等，2011)。本研究也
表明，与对照(CK)相比，2 种添加木屑处理(CA 和
CA + BM)可以通过降低土壤密度、提高土壤孔隙度
和持水量等来保持土壤中的水分。一般认为，土壤
总孔隙度在 50%左右，毛管孔隙度和非毛管孔隙度
的比值为 1. 5 ～ 4. 1 时，土壤的透水性、通气性和持
水性比较协调(杨弘等，2007)，而本研究中 CA 及
CA + BM 的总孔隙度均在这个范围之内，这说明这
2 种处理对于改善沙化土壤的水、热、气效果均较
好。Jones 等(2010)将不同的有机物料添加至沙土
6 周后即发现，沙土的土壤密度降低，总孔隙度增
加，田间持水量提高，这说明沙土添加有机物后短期
内物理特性即能得到改善，有力地支持了本研究结
果。Tejada 等(2008)的研究结果还表明，利用粉碎
的棉秆改良石灰性土壤后 4 年内，土壤的团聚体比
例也显著升高，也说明添加有机物料的确能改善土
壤物理特性。
国内外关于土壤覆盖和添加有机物料的研究已
有大量报道，但添加和覆盖结合后改良土壤的研究
报道并不多。本研究发现，添加 + 覆盖可以将添加
和覆盖二者各自保水特性的优势结合起来，高温时
可以降低土壤温度，抑制土壤水分蒸发，又可以改善
土壤物理性质，达到了双重保水效果，而且随着时间
推移，林木枝条的逐步分解也可以促进土壤结构的
改善。如果林木枝条不经粉碎处理而直接覆盖土表
则会妨碍农业耕作，但一些免耕或少耕的农业模式
(如果园)可以采用这种方法，这种措施还可以应用
于山地和丘陵地的生态建设中。
本研究还发现，在灌溉条件下，6—7 月份添加
木屑处理 CA 的土壤蓄水量最高，而 8—9 月份
CA + BM的蓄水量最高，分析原因可能是在灌溉条
件下大部分水分能够快速地入渗至无覆盖的土壤，
而有覆盖的枝条会将部分水分截留，然后通过蒸发
损失掉，因为 6—7 月是该地区气温最高的时期。另
外，CA 的蓄水量还受降水和灌水条件影响，灌溉区
CA 的蓄水能力高于 CM，而自然降雨的无灌溉区
CA 的蓄水能力却低于 CM，本研究初步推断，当降
雨量较大或者有一定的灌溉措施时，添加措施较覆
盖措施能更有效地保持沙化土壤的水分，这是因为
在降雨较大时覆盖会影响雨水的入渗产生部分径流
(王兆伟等，2010)，而添加处理由于增加了土壤的
孔隙度，其入渗性高，能吸纳更多的雨水(蒋向等，
2011); 但当降雨量较小且无灌溉措施时，覆盖措施
较添加措施更有效，这时覆盖发挥了降低温度和抑
制蒸发的作用。试验期间还发现，覆盖的木屑在一
次降雨后便形成了一层相互交织的木屑垫状物，不
会造成因风力作用带走覆盖物而影响生产应用。
综上所述，添加、覆盖以及添加 +覆盖林木枝条
等地表人工覆盖措施均能有效提高土壤的水分保持
能力，以添加 +覆盖措施的保水效果最好，改善土壤
结构的效果也最佳，可以考虑在生态建设和一些以
免耕为主的农业生产中应用; 添加措施在降雨充足
或具有灌溉条件下对土壤水分的保持能力优于覆
盖，且改善土壤结构效果明显，可以考虑在具有灌溉
条件的农业生产中推广使用; 覆盖措施在降雨量较
低同时不具备灌溉条件下保水能力优于添加措施，
但对土壤结构的改善效果不明显，可以在旱作农业
和生态建设中应用。本研究仅进行了 1 年的数据观
测，今后还需进一步加强长期观测研究，为生产实践
提供可靠数据。
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(责任编辑 于静娴)
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