全 文 ：第 ws卷 第 t期
u s s w年 t 月
林 业 科 学
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¤±qou s s w
陕北黄土高原人工刺槐林生长
与土壤干化的关系研究
王 力 邵明安
k中国科学院水土保持研究所 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 杨凌 ztutssl
李裕元
k中国科学院地理科学与资源研究所 北京 tsststl
摘 要 } 通过对陕北黄土高原南北 y个人工刺槐林样地进行标准地调查 o结合树干解析与土壤含水量资料 o分析
了人工刺槐林树高 !胸径 !材积等指标的生长状况与土壤含水量亏缺的关系 ∀结果表明 o土壤含水量的亏缺程度与
刺槐林的生长有明显的一致性 ∀南部的宜君降雨充沛 o土壤含水量基本没有亏缺 o没有产生明显的土壤干化现象 o
相应刺槐林的生长状况良好 o没有产生衰退迹象 ∀随着降雨量的减少 o从富县开始 o土壤含水量发生了严重程度不
一的亏缺现象 ∀富县样地因水分亏缺而形成的干化层已影响到了人工刺槐林的生长 o林分已有了衰退的迹象 ∀样
地吴旗 !安塞 !绥德和米脂则土壤含水量亏缺严重 o形成了明显的土壤干化层 o并且严重影响到了人工刺槐林的生
长和发育 o导致人工刺槐林成为低效低产林 o限制了林分的生态防护效益 o说明这些地区属于不适宜人工刺槐林生
长的分布区 ∀
关键词 } 黄土高原 o人工刺槐 o土壤干化 o水分亏缺 o林木生长
中图分类号 }≥zt{1xt 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusswlst p ss{w p s{
收稿日期 }ussv p sv p tz ∀
基金项目 }国家重点基础研究发展规划项目k|zvlk编号 Šusssst{ysxl和国家自然科学基金重点资助项目k编号 vsuvsu|sl ∀
Στυδψ ον Ρελατιονσηιπ βετωεεν Γροωτη οφ Αρτιφιχιαλ
Ροβινια πσευδοαχαχια Πλαντατιον ανδ Σοιλ ∆εσιχχατιον
ιν τηε Λοεσσ Πλατεαυ οφ Νορτηερν Σηαννξι Προϖινχε
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k Στατε ΚεψΛαβορατορψοφ Σοιλ Εροσιον ανδ ∆ρψλανδ Φαρµινγ ον τηε Λοεσσ Πλατεαυ o Ινστιτυτε οφ Σοιλανδ Ωατερ Χονσερϖατιον o ΧΑΣ Ψανγλινγztutssl
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kΙνστιτυτε οφ ΓεογραπηιχαλΣχιενχεσ ανδ Νατυραλ Ρεσουρχεσ Ρεσεαρχηo ΧΑΣ… Βειϕινγtsststl
Αβστραχτ } …¤¶¨§²±·«¨ ¶∏µ√¨ ¼©²µy¶¤°³¯¨¤µ·¬©¬¦¬¤¯ Ροβινια πσευδοαχαχια©²µ¨¶·¯¤±§¶¬·¨¶¤±§·«¨ ¤±¤¯¼¶¬¶²©¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·
¤±§¥²¯¨ªµ²º·«µ¬±ªo·«¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³²©ªµ²º¬±ª¶·¤·∏¶k¤¥²∏·«¨¬ª«·o⁄…‹ ¤±§√²¯∏°¨ ¤±§¶²¬¯ º¤·¨µ§¨©¬¦¬·º¤¶¶·∏§¬¨§q׫¨
µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤··«¨ §¨©¬¦¬·§¨ªµ¨¨²©¶²¬¯ º¤·¨µº¤¶µ¨ ¤¯·¨§·²·«¨ ªµ²º·«¶·¤·∏¶²© Ροβινια πσευδοαχαχιαqŒ± ≠¬­∏± ≤²∏±·¼o
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Œ± ƒ∏≤²∏±·¼o§µ¬¨§¶²¬¯ ¤¯¼¨ µ«¤¶¥¨ ±¨©²µ°¨ §¥¨¦¤∏¶¨ ²©¶²¬¯ §¨¶¬¦¦¤·¬²±·«¤·¤¯µ¨¤§¼ «¤¶«¤§¥¤§ ©¨©¨¦·¶²±·«¨ ªµ²º·«²© Ροβ2
ινια πσευδοαχαχιαqŒ± • ∏´¬o „±¶¤¬o≥∏¬§¨ ¤±§ ¬½«¬≤²∏±·¼o¶²¬¯ º¤·¨µ§¨©¬¦¬·¥¨¦²°¨ ¶¨√¨ µ¨µo§µ¬¨§¶²¬¯ ¤¯¼¨ µº¤¶º²µ¶¨ o
º«¬¦«¦¤∏¶¨§¤µ·¬©¬¦¬¤¯ Ροβινια πσευδοαχαχια ³¯¤±·¤·¬²±·²©²µ°¬±·² ²¯º ©¨©¬¦¬¨±·¤±§³µ²§∏¦·¬√¨ ²±¨ ¤±§ ¬¯°¬·¨§·«¨ ¦¨²¯²ª¬¦¤¯
©∏±¦·¬²±¶²©¤µ·¬©¬¦¬¤¯ Ροβινια πσευδοαχαχια ³¯¤±·¤·¬²±¶∏ªª¨¶·¬±ª·«¤··«²¶¨ ¤µ¨¤¶º¨ µ¨ ±²·¶∏¬·¤¥¯¨©²µ·«¨ ªµ²º·«²©¤µ·¬©¬¦¬¤¯ Ροβ2
ινια πσευδοαχαχια ³¯¤±·¤·¬²±q
Κεψ ωορδσ} ²¨¶¶°¯¤·¨¤∏o„µ·¬©¬¦¬¤¯ Ροβινια πσευδοαχαχια ³¯¤±·¤·¬²±o≥²¬¯ §¨¶¬¦¦¤·¬²±o • ¤·¨µ§¨©¬¦¬·oŠµ²º·«²©³¯¤±·¤·¬²±
刺槐k Ροβινια πσευδοαχαχιαl林是黄土高原半干旱半湿润地区植被恢复和重建的主要人工林类型之一 o作
为一种典型的中生树种 o既喜湿润肥沃的土壤又耐干旱瘠薄 o有较强的适应性和抗逆性k中国树木志编纂委
员会 ot|zyl ∀在 us世纪 zs年代末到 {s年代初 o陕北黄土高原从南到北进行了大面积的栽植 o对改善这一地
区的生态环境 !防治水土流失 o乃至调节黄河流域的水文状况发挥了重要作用 ∀但到 us世纪 |s年代以来 o
陕北黄土高原南北人工刺槐林群落的生长出现了明显的区域分异 ∀大约以延安为界 o南部的黄陵 !宜君等地
刺槐林群落生长基本正常 o不仅林木本身仍保持着较好的生长态势 o而且林下草灌结构也发生了明显的改
观 o说明群落在逐步按正向演替的规律发展 o其结构和功能正在不断的完善 o并继续发挥着生态防护和保持
水土的作用 ∀相反 o延安以北大部分地区 o刺槐人工林群落却出现了大面积衰败的现象k马玉玺等 ot||s ~郭
小平等 ot||{ ~侯庆春等 ot|||l ∀同时 o这些地区相应林地土壤也出现了严重的退化 o深层土壤含水量产生了
严重亏缺 o在 t1y ∗ u1s °以下出现了持续性的干化层 ∀调查发现 o出现衰退现象的人工刺槐林地深层土壤
都有程度不同的水分亏缺 o有些样地 v ∗ x °平均土壤含水量已接近萎蔫含水量 o严重地影响到了人工刺槐
林的持续生长k杨维西 ot||y ~杨文治等 ot||{ ~王克勤等 oussu ~李裕元等 ousst ~王力等 ousstl ∀那么 o陕北黄
土高原南北人工刺槐林生长出现明显的区域分异现象以及产生相应的干化层是该地区特定气候条件下的必
然结果 o还是不合理的人工林经营和管理方式造成的 ‚对此 o有的学者从植被分区的角度出发 o认为延安以
北属于森林草原区 o其降雨量条件难以满足耗水量大的乔木林k如人工刺槐林l对水分的需求 ~也有学者认为
人工林衰退和土壤干化层的出现是林木不合理利用经营的结果 o如栽植密度过大 o对群落的生产力要求过
高 o当植被生产力超出了其土地承载能力时 o必然要造成群落生长不良甚至衰退的后果 ∀
基于以上现象 o本研究试图通过对南北 y个地区典型样地的人工刺槐林进行标准地调查和树干解析 o分
析林木在其生长期内的树高 !胸径 !材积等指标的生长态势 o并结合相应的土壤含水量资料和降雨状况 o探讨
林木生长过程和土壤含水量状况之间的相互关系 o特别是林木生长耗水对土壤干化现象的影响 o说明土壤干
化的形成原因和形成机理 ∀
t 材料与方法
111 选取刺槐为研究对象
刺槐在陕北黄土高原广泛分布 o是唯一南北都有生长的树种 o而且面积大 o种类齐全 ∀因此 o以刺槐为研
究对象 o便于对比分析陕北黄土高原从南到北的土壤含水量亏缺状况 o从而有利于从整体上搞清楚陕北黄土
高原土壤干化问题的严重程度和分布规律 ∀
112 土壤含水量测定
从南到北选取人工林标准地 o在标准地内用打土钻法进行取样 o取样深度为 x ° o取样时间为 t|||年 y
月和 ts月 o是一年中土壤含水量变化最为活跃的时期 ∀土壤含水量的测定用 tsx ε 烘干法 os ∗ tss ¦°以 ts
¦°为一个层次 otss ∗ xss ¦°以 us ¦°为一个层次 o共 vs个层次 ∀
113 标准地调查和树干解析
对人工刺槐林进行标准地调查 o按群落常规调查法进行各株树胸径 !树高等指标的记测 o并对平均标准
木作树干解析 ∀采用中央断面区分法 o区分段为 t ° o即在高度为 s !s1w !t1v !u1v !v1v !w1v °等k依次类推 o直
到树梢l区分段处各取一个圆盘 o最后一段不足 t °为梢头 o各圆盘的径向生长是量测东西向和南北向生长
的平均值 o材积计算是由各分区段材积累加 o求得总蓄积量 ~同时 o计算各指标的连年生长量 !平均生长量以
及材积生长率 !胸高断面积k用以反映林分的栽植密度l ∀
u 结果与分析
211 土壤含水量与树高生长的关系
从图 t可知 o样地宜君人工刺槐林生长明显优于另外 x个地区 o这主要是因为宜君的土壤含水量条件明
显优于其它样地的缘故 ∀方差分析的结果表明 o人工刺槐林在整个生长期的树高生长与其它地区呈极显著
差异k表 wl o而其它地区之间的差异则不显著或显著性较低 ∀进入中龄林以后kts ¤后l o林分树高生长出现
了较明显的分异 o方差分析的结果表明k表 xl o除富县与安塞之间差异不显著 o绥德与米脂之间差异不显著
外 o各样地之间的差异显著性明显提高 o都达到了极显著的水平 ∀说明这几个样地之间在整个生长期差异显
著性较低主要是由于刺槐在幼龄阶段ks ∗ y ¤l生长差异不大造成的 ∀
x{ 第 t期 王 力等 }陕北黄土高原人工刺槐林生长与土壤干化的关系研究
表 1 各标准样地立地条件 ≠
Ταβ . 1 Τηε συρϖεψ οφ σιτε χονδιτιονσφορ αλλσαµ πλε πλοτσ
标准
地号
‘²q
样地名
‘¤°¨ ²©¶¤°³¯¨³¯²·
年均降雨量
„±±∏¤¯ ° ¤¨±
³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±Π°°
样地株数
‘∏°¥¨µ²©
¬±§¬√¬§∏¤¯
地被物多样性
⁄¬√ µ¨¶¬·¼ ²©
¦²√¨ µ³¯¤±·¶
坡度
≥¯ ²³¨
Πkβl
坡向
⁄¬µ¨¦·¬²±
海拔
„¯·¬·∏§¨Π°
林龄
„ª¨Π¤
郁闭度
≤µ²º± §¨ ±¶¬·¼
„ p wt 宜君县城北‘²µ·«¨µ±o ≠¬­∏± zts qx vt us ux ≥ • t vss us s qz
„ p vu 富县子午岭¬º∏¯¬±ªƒ∏¬¬¤± xy| qu t{ t| t| ≥ t tus uu s qz
„ p ut 吴旗铁边城׬¨ ¥¬¤± ¦«¨ ±ªo • ∏´¬ w|x qv ux | ux ≥ t v{s tx s qx
„ p sx 安塞县城南≥²∏·«¨µ±o„±¶¤¬ w|u qw vw y ut ≥ • t uus ut s qw
„ p s{ 绥德辛店沟÷¬±§¬¤±ª²∏o≥∏¬§¨ w{z qu tx y us ≥ t sss ty s qw
„ p ty 米脂高西沟Š¤²¬¬ª²∏o ¬½«¬ wxs qz uy x ty ≥ • t tts t| s qx
≠ y样地标准地面积为 ts ° ≅ ts ° o土壤为黄绵土 o地形为坡地 o地貌为梁貌坡 ~吴旗铁边城样地人工刺槐林 ts年生后进行了 vs h的间伐 o
其它样地没有人工抚育措施 ∀ ׫¨ ¤µ¨¤²© ¤¨¦«¶¤°³¯¨³¯²·¬¶ts ° ≅ ts ° oº«¬¦««¤¶¼¨ ¯¯²º ²¯¨ ¶¶¬¤¯ ¶²¬¯o¬·¶µ¨ ¬¯¨©¬¶¶¯²³¬±ª©¬¨ §¯¶o¬·¶¯ ¤±§©²µ°¶¬¶¶¯²³¨ ¬±
¬±§ª¨©²µ° q׫¨ Ρ qπσευδοαχαχια ³¯¤±·¤·¬²± ªµ²º±¬± ׬¨ ¥¬¤± ¦«¨ ±ª • ∏´¬oº¤¶¬±·¨µ°¨ §¬¤·¨¯¼ ¦∏·¤·vs h ¯¨ √¨¯ ¤©·¨µ³¯¤±·¬±ªts ¼¨ ¤µ¶q׫¨ ²·«¨µ¶¤°³¯¨ ³¯²·¶
º µ¨¨ ±²··¨±§¨§q
表 2 6 样地 6 月份 !10 月份各层次人工刺槐林土壤含水量 ≠
Ταβ . 2 Σοιλ ωατερ χοντεντ ιν τηε διφφερεντ λαψερσ οφ σοιλ ον τηε 6 σαµ πλε πλοτσιν ϑυνε ανδ Οχτοβερ kª#®ªptl
土层深度
≥²¬¯ §¨³·«Π¦°
宜君 3 ≠¬­∏± 富县 ƒ∏¬¬¤± 吴旗 • ∏´¬ 安塞 „±¶¤¬ 绥德 ≥∏¬§¨ 米脂 ¬½«¬
y月
∏±¨
ts月
’¦·²¥¨µ
y月
∏±¨
ts月
’¦·²¥¨µ
y月
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ts月
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y月
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ts月
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y月
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ts月
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y月
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ts月
’¦·²¥¨µ
s ∗ ws tvy qw uts q{ tvu qz t|{ qs xs qv {x qu vu qz yu qx ux qv zu qy t{ qx |y qx
ws ∗ tss tu{ qu t{| qy |v q{ tvu q| zx qz xw qv x| qx x{ q| vz qx wu qx vw qv wz qy
tss ∗ uss tuu qw t{v qx {z qy |v qx y| qs {s qv ys qx x| qs v| qs wx qt vx q{ w{ qv
uss ∗ vss tt{ qx |{ qs {v qv |u qw x| q{ {s q{ ys q{ x| qy wv qw wy q{ v| q{ wx qz
vss ∗ wss twv q| |x qy zz qv {y qs {u q| yx qs xx qv xw qs ww q| wy q{ v| qz w| qu
wss ∗ xss tv{ qw {x qt {s qt {y qy {u qu zu qs ww q{ wv qs xt qz xv qz xs q{ x| qv
≠ 3 表中的地名所代表的含义同表 t o如宜君指/宜君县城北0 ~以下各表和图中的地名含义同此解释 ∀ ׫¨ ³¯¤¦¨ ±¤° ¶¨¬± פ¥qu ¤µ¨ ·«¨ ¶¤°¨
¤¶¬± פ¥qt o¨qªq ≠¬­∏± ¬¨³µ¨¶¶¨¶±²µ·«¨µ± ≠¬­∏±o¤±§·«¨ ¶¤°¨¬± ²·«¨µƒ¬ªq¤±§×¤¥qq
从表 t可知 o宜君年均降雨量为 zts1x °° o经过一个生长季后 ox °土层 ts月储水量达到 {xs1sv °°k表
tsl o高于其年均降水量 o说明宜君的水分条件不仅能满足刺槐良好高生长的需要 o而且不会造成深层土壤含
水量的严重亏缺 ∀表 u为 y样地 y月份和 ts月份 x °土层含水量 ∀从表可以看出 oy月份宜君样地 x °土
层含水量整体接近或高于其田间稳定持水量ktuy1s ª#®ªptl o基本没有形成土壤干层 ∀ts月份 os ∗ u °土层
含水量得到明显的恢复 o土壤含水量已达 uss1s ª#®ªpt o接近田间持水量kuts1s ª#®ªptl的水平 ~而 v ∗ x °土
层土壤含水量有所下降 o形成了轻度干层 o主要是因为刺槐在生长季内向深层土壤吸收水分造成的 o但由于
上层土壤含水量较高 o在生长季过后 o土壤含水量可以得到有效的恢复 o达到田间稳定持水量的水平 ∀样地
富县年均降雨量为 xy|1x °° o经过一个生长季后 ox °土层 ts月储水量达 yyw1yy °° o高于其年均降水量 o但
土壤含水量主要储存于 s ∗ u °土层内 ov ∗ x °深层土壤含水量只有 {|1s ª#®ªpt左右 o相比 y月份的 {s1s ª#
®ªpt有所恢复 o但仍低于其田间稳定持水量ktux1w ª#®ªptl o说明深层土壤形成了干化层 o并且影响到了刺槐
的高生长 ouu年生平均树高仅达 z1{ °∀吴旗 !安塞 !绥德 !米脂 w样地年均降雨量相差不大 o约在 w|x1v ∗
wxs1z °°之间 o经过一个生长季后 ox °土层 ts月储水量均低于其相应的降水量 ∀相比 y月份 ots月份土壤
含水量有所增加 o但不管是深层还是浅层 o土壤含水量均低于其相应的田间稳定持水量k见表 vl o’ ∗ u °浅
层土壤含水量仅占田间稳定持水量的 zs h左右 o形成了轻度干化层 ~而深层土壤储水则存在严重的亏缺 ov
∗ x °土层含水量低于田间稳定持水量的 xs h o形成了严重的干化层 ∀同时 ow样地刺槐平均高分别仅为
y{ 林 业 科 学 ws卷
x1| !z1| !w1x和 w1y o属于低产低效林 o说明 w样地的降雨条件整体不足 o不能满足刺槐这类耗水性较强的植
物高生长的需求 ∀因为 w样地不仅深层土壤形成了干化层 o而且浅层土壤含水量在经过雨季后仍不能得到
有效的恢复 o属于不适合刺槐林生长区 ∀样地绥德和米脂之间由于降雨量接近 o土壤储水接近 o因此没有造
成其树高生长明显差异 ∀样地安塞降雨量和土壤储水均远远低于富县 o但没有造成树高生长的差异 o其原因
在下文讨论 ∀除宜君之外其它各样地在幼龄阶段差异不显著 o主要是由刺槐的生物学特性决定的 ∀
表 3 6 样地的田间持水量和田间稳定持水量
Ταβ . 3 Φιελδ χαπαχιτψ ανδ στεαδψφιελδ χαπαχιτψ οφ 6 σαµ πλε πλοτσ kª#®ªptl
地名 °¯ ¤¦¨ 宜君 ≠¬­∏± 富县 ƒ∏¬¬¤± 吴旗 • ∏´¬ 安塞 „±¶¤¬ 绥德 ≥∏¬§¨ 米脂 ¬½«¬
田间持水量 ƒ¬¨ §¯¦¤³¤¦¬·¼ uts qs us| qs usy qs t{w qs tys qs tx{ qs
田间稳定持水量 ≥·¨¤§¼©¬¨ §¯¦¤³¤¦¬·¼ tuy qs tux qw tuv qy tts qw |y qs |x qs
ρ 宜君 ≠¬­∏±~ τ 富县 ƒ∏¬¬¤±~ 3 吴旗 • ∏´¬~ ¿ 安塞 „±¶¤¬~ ≅ 绥德 ≥∏¬§¨ ~ ο 米脂 ¬½«¬q
图 t 不同样地标准木树高生长比较
ƒ¬ªqt ׫¨ ¦²°³¤µ¬¶²± ²©«¨¬ª«·ªµ²º·«²©¶·¤±§¤µ§·µ¨ ¶¨
¬±·«¨ §¬©©¨µ¨±·¶¤°³¯¨³¯²·¶
图 u 不同样地标准木胸径生长比较
ƒ¬ªqu ׫¨ ¦²°³¤µ¬¶²± ²© ⁄…‹ ªµ²º·«²©¶·¤±§¤µ§·µ¨ ¶¨
¬±·«¨ §¬©©¨µ¨±·¶¤°³¯¨³¯²·¶
表 4 不同样地人工刺槐林在整个生长期树高生长方差分析表
Ταβ . 4 ς αριανχε αναλψσισ οφ ηειγητ γροωτη οφ Ρ . πσευδοαχαχια φορ τηε ωηολε περιοδ ιν τηε διφφερεντ σαµ πλε πλοτσ
地名 °¯ ¤¦¨
宜君 ≠¬­∏± 富县 ƒ∏¬¬¤± 吴旗 • ∏´¬ 安塞 „±¶¤¬ 绥德 ≥∏¬§¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
富县 ƒ∏¬¬¤± tt qxxx s qssv
吴旗 • ∏´¬ uy qzzw s qsss t quzs s quzx
安塞 „±¶¤¬ | qvtu s qssz s qsyv s q{sw t q{y{ s qt{|
绥德 ≥∏¬§¨ wt qzyw s qsss x qxw{ s qsvs u qwsz s qtv{ y qwxw s qsut
米脂 ¬½«¬ wt qt{{ s qsss w q|{s s qsv| t q{zx s qt{{ x qx{{ s qsuy s qtuw s1zu{
212 土壤含水量与胸径生长的关系
图 u是不同样地间胸径生长状况比较 ∀方差分析可知k表 yl o样地宜君与其它样地之间胸径生长呈极
显著差异 o而其它样地之间的关系较为复杂 ∀在幼林阶段 o除宜君之外的其它样地之间胸径生长没有明显的
规律 o安塞 !富县 !吴旗 v地胸径生长速度较快 o但进入中龄林以后 o安塞样地胸径生长速度趋缓 o明显低于富
县 !吴旗 u地 ∀根据前文分析 o安塞样地的树高生长较好 o优于除宜君之外的其它样地 o但胸径生长却较差 o
说明安塞的整体水分条件不能同时满足胸径和树高优良生长的需要 o这就说明了在水分条件明显差于富县
的情况下两地树高生长差异不显著的原因 ∀富县 !吴旗 !绥德 v地刺槐胸径和树高的生长状况都处于中等状
z{ 第 t期 王 力等 }陕北黄土高原人工刺槐林生长与土壤干化的关系研究
表 5 不同样地人工刺槐林生长 10 年后树高生长方差分析表
Ταβ . 5 ς αριανχε αναλψσισ οφ ηειγητ γροωτη οφ Ρ . πσευδοαχαχια πλαντατιον αφτερ πλαντινγ 10 ψεαρσιν τηε διφφερεντ σαµ πλε πλοτσ
地名 °¯ ¤¦¨
富县 ƒ∏¬¬¤± 吴旗 • ∏´¬ 安塞 „±¶¤¬ 绥德 ≥∏¬§¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
吴旗 • ∏´¬ ts qyxu s qss|
安塞 „±¶¤¬ t quuy s qu|w v{ q{xu s qsss
绥德 ≥∏¬§¨ ws qwu{ s qsss tx qv{s s qssv tv{ qt{| s qsss
米脂 ¬½«¬ wt qtzv s qsss tx qy|v s qssv txy q{x| s qsss s qsys s q{tt
态 o平均胸径分别仅为 z1| !y1v !y1x ¦°o但如前所述 o吴旗 !绥德 u地降雨量较低 o不仅浅层土壤形成了干化
层 o而且土壤深层储水在被消耗之后亦没有得到有效恢复 o形成了程度严重的干化层 ~富县样地由于降雨量
较多 o浅层土壤含水量经过雨季之后得到了有效恢复 o但深层土壤形成了轻度干化层 ∀米脂样地刺槐胸径和
树高生长都很差 o平均胸径只有 x1{ ¦°o且深层土壤形成了严重的干化层 o说明其水分条件不能够满足刺槐
正常生长的需要 ∀绥德与米脂样地树高生长差异不显著 o但胸径生长差异达显著水平 o说明 u样地之间降雨
量和土壤含水量条件的差异主要导致人工刺槐林胸径生长的分异 ~同时表明 o在陕北黄土高原特殊的半干旱
气候条件下 o水分对植被生长的反映非常敏感 o不同样地之间土壤含水量条件的微小差异就有可能导致植物
某些生长指标出现的明显的分异 ∀
表 6 不同样地人工刺槐林在整个生长期胸径生长方差分析
Ταβ . 6 ς αριανχε αναλψσισ οφ ∆ΒΗ γροωτη οφ Ρ . πσευδοαχαχια πλαντατιον δυρινγ τηε ωηολε περιοδ ιν τηε διφφερεντ σαµ πλε πλοτσ
地名 °¯ ¤¦¨
宜君 ≠¬­∏± 富县 ƒ∏¬¬¤± 吴旗 • ∏´¬ 安塞 „±¶¤¬ 绥德 ≥∏¬§¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
富县 ƒ∏¬¬¤± v q{{{ s qsyw
吴旗 • ∏´¬ x qxvx s qsvs s qvt| s qxz|
安塞 „±¶¤¬ { q{s{ s qss{ s qy{t s qwus s qts| s qzwx
绥德 ≥∏¬§¨ z qssx s qsty s qsxy s q{ty s qtzz s qyz| s qxws s qwzu
米脂 ¬½«¬ tz qwxy s qsst t q|v| s qt{t s q{sz s qv{t s qt{t s qyzx u qu|| s qtwz
213 土壤含水量与材积生长的关系
表 7 不同样地人工刺槐林生长 10 年后胸径生长方差分析
Ταβ . 7 ς αριανχε αναλψσισ οφ ηειγητ γροωτη οφ Ρ . πσευδοαχαχια πλαντατιον αφτερ 10 ψεαρσιν τηε διφφερεντ σαµ πλε πλοτσ
地名 °¯ ¤¦¨
富县 ƒ∏¬¬¤± 吴旗 • ∏´¬ 安塞 „±¶¤¬ 绥德 ≥∏¬§¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
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Φ值
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显著性
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Φ值
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显著性
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Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
吴旗 • ∏´¬ u q{wv s qtuv
安塞 „±¶¤¬ u qt{w s qtzs s qssw s q|xt
绥德 ≥∏¬§¨ t qzt{ s qut| s qtwz s qzts s qtvw s qzuu
米脂 ¬½«¬ tx qusz s qssv z q{y| s qst| v q|uz s qszy | qs|u s qstv
从图 v可以看出 o除样地宜君之外 ots年生以前 o由于不同样地林分间平均胸径的差异极不显著 o加上
受平均树高差异不显著的影响 o单株材积生长量并没有因样地土壤含水量不同而产生明显的分异k表 {l ∀
从第 ts年开始 o各样地平均单株材积生长量随样地土壤含水量的变化而出现了较明显的差异 o方差分析表
明k表 |l o尽管各样地间差异不显著 o但与幼龄阶段相比 o差异显著性有明显的提高 o说明土壤含水量条件的
{{ 林 业 科 学 ws卷
图 w 不同样地林分单位面积材积连年生长量对比
ƒ¬ªqw ׫¨ ¦²°³¤µ¬¶²± ²©¦∏µµ¨±·¬±¦µ¨°¨ ±·²©
√²¯∏°¨ ³¨µ¤µ¨¤¬±·«¨ §¬©©¨µ¨±·¶¤°³¯¨¶¬·¨¶
图 v 不同样地林分标准木单株材积生长对比
ƒ¬ªqv ׫¨ ¦²°³¤µ¬¶²± ²©¬±§¬√¬§∏¤¯ √²¯∏°¨ ²©¶·¤±§¤µ§
·µ¨ ¶¨¬±·«¨ §¬©©¨µ¨±·¶¤°³¯¨³¯²·¶
不同是影响刺槐林材积生长的重要因素 ∀而宜君与其它样地相比单株材积在整个生长期达到了差异极显著
水平 ∀这是因为宜君的年降雨量明显高于其它地方 o土壤含水量能够满足刺槐在整个生长期所需要的水分 ∀
样地宜君 us年生刺槐林单株材积累积明显高于其它样地 o达 s1sxz {u °v ∀而在其它样地 o特别是吴旗 !安
塞 !绥德 !米脂 o单株材积累积分别为 s1ss{ tu °vkus ¤l !s1st{ | °vkus ¤l !s1suu ww °vkus ¤l !s1ss| °vkt| ¤l o
均远远低于宜君 o也低于富县的 s1svv ty °vkus ¤l o主要是因为其年均降雨量明显低于宜君 o在刺槐生长初
期 o降雨量尚能在一定程度上满足其生长所需 ~当降雨量不足时 o还可通过吸收深层土壤含水量以缓解水分
亏缺的矛盾 o但这种以消耗深层土壤储水为特征的生长模式对林分的可持续生长十分不利 ∀由于黄土高原
特殊的水文特征 o其降水入渗深度一般在 u °以内 o且没有深层渗漏k杨新民等 ot|{{ ~聂道平 ot|{| ~杨海军
等 ot||vl o因此深层储水一旦被消耗很难在短时间内得到恢复 o加之黄土高原地区干旱频发 o而林木为了正
常生长必然要不断的从深层土壤中吸收水分 o结果最终导致了土壤深层储水不断减少 o形成了土壤干化层 ~
土壤干化层的出现反过来又严重的制约了人工刺槐林在干旱年份向深层土壤吸收水分 o从而限制了刺槐林
的正常生长和发育 o最终导致了低效低产人工林的形成 ∀
从图 w中可以看出 o单位面积材积连年生长量从南到北降低 ∀其中由宜君到吴旗 o降低的趋势较为明
显 o该值由 ts1z{x x °v 减到 t1yus s °v o而吴旗到米脂 o该值变化不是十分明显 o变化范围为 t1uus w °v ∗
t1yus s °v ∀这同样是因为由宜君到吴旗 o年降水量降低的趋势非常明显 o由 zts1x °°到 w|x1v °° o因之 x
°土层储水量也明显的减少 oy月份从 {wx1xz °°减少到 wyx1uv °° o而 ts月降低更多 o从 {xs1sv °°降低到
vzz1u| °°∀而从吴旗到米脂 o年降水量变化不大 o基本上处于同一水平范围内kw|x1v °° ∗ wxs1z °°l o土壤
深层储水状况亦相差不是很大 o只有安塞样地储水量较其它 v样地略有明显的提高 ∀
214 分析
从陕北黄土高原的水分条件来看 o降雨量由南向北逐渐减少 o而干燥度增加 o在同一方向上随纬度和海
拔升高而降低k杨文治等 ot||{l ∀在这种气候条件下 o高原南部降水充沛 o土壤持水能力强 o因而土壤水库一
经蓄满 o土壤深层储水对植物需水有较强的调节作用 ~而在黄土丘陵区 o梁峁地土壤深层储水均处于低湿状
态 o其值一般低于田间稳定湿度 o对植物的生理需水的调节明显降低 ∀具体表现为 o从富县开始 o人工刺槐林
地下都存在不同程度的土壤干化现象 o且从南到北渐趋严重 ∀这一趋势与人工刺槐林的生长状况紧密地结
合在一起 o即从南到北 o人工刺槐林的生长状况受土壤含水量的影响也渐趋恶化 ∀从表 ts分析 o宜君样地每
公顷断面积高达 vv1w{ °u o其材积连年生长量仍能保持在 ts1z{x x °v#«°pu较高的水平 o说明其土壤含水量
条件可以充分满足刺槐在较高密度下保持良好的生长 ∀富县样地这两项指标分别达到 tv1ty °u 和 v1szw x
°v#«°pu的水平 o同时深层土壤出现了轻度干化现象 o说明其土壤含水量条件尽管可以在一定程度上满足刺
|{ 第 t期 王 力等 }陕北黄土高原人工刺槐林生长与土壤干化的关系研究
表 8 不同样地人工刺槐林在整个生长期材积生长方差分析
Ταβ . 8 ς αριανχε αναλψσισ οφ ϖολυµε γροωτη οφ Ρ . πσευδοαχαχια πλαντατιον δυρινγ τηε ωηολε περιοδ ιν τηε διφφερεντ σαµ πλε πλοτσ
地名 °¯ ¤¦¨
宜君 ≠¬­∏± 富县 ƒ∏¬¬¤± 吴旗 • ∏´¬ 安塞 „±¶¤¬ 绥德 ≥∏¬§¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©q
富县 ƒ∏¬¬¤± | qtxv s qssz
吴旗 • ∏´¬ ty qywu s qsst s qtz| s qusy
安塞 „±¶¤¬ tu qv{y s qssu s quv{ s qyvu t qtvt s qvsu
绥德 ≥∏¬§¨ tt qzs{ s qssv s qtt| s qzvw t qxwv s quvs s qsvs s q{yx
米脂 ¬½«¬ t{ qv|| s qsss u qz|u s qttu s qwzz s qw|{ u qxvt s qtvs v qs{t s qs|y
表 9 不同样地人工刺槐林生长 10 年后材积生长方差分析
Ταβ . 9 ς αριανχε αναλψσισ οφ ϖολυµε γροωτη οφ Ρ . πσευδοαχαχια πλαντατιον αφτερ 10 ψεαρσιν τηε διφφερεντ σαµ πλε πλοτσ
地名 °¯ ¤¦¨
富县 ƒ∏¬¬¤± 吴旗 • ∏´¬ 安塞 „±¶¤¬ 绥德 ≥∏¬§¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
吴旗 • ∏´¬ w q{zx s qsxu
安塞 „±¶¤¬ s qz|u s qv|x w qtts s qszs
绥德 ≥∏¬§¨ s qxx{ s qwzu v q{ws s qsz| s qsut s q{{z
米脂 ¬½«¬ z qu{y s qsuu t qusx s qu|{ { qxwt s qstx z qvxz s qsuu
表 10 各样地人工刺槐林生长及土壤含水量状况比较
Ταβ . 10 Χοµ παρισον οφ σοιλ ωατερ χοντεντ ανδ γροωτη οφ αρτιφιχιαλ Ροβινια πσευδοαχαχια ιν τηε διφφερεντ σαµ πλε πλοτσ
标准
地号
‘²q
地名
°¯ ¤¦¨
年均
降雨量
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断面积
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Πk°u#«°pul
树龄
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平均
树高
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Π°
平均
胸径
„√¨ µ¤ª¨
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Π¦°
材积连年
生长量
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¶·²¦®Πk°v#«°p ul
x °土层 y月
储水量
• ¤·¨µ¶·²µ¤ª¨
²©x °
¬± ∏±¨ Π°°
x °土层 ts月
储水量
• ¤·¨µ¶·²µ¤ª¨
²©x °
¬± ’¦·²¥¨µΠ°°
差值
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„ p wt 宜君 ≠¬­∏± zts qx vv qw{ us tt qw tt qu ts qz{x x {wx qxz {xs qsv w qwy
„ p vu 富县 ƒ∏¬¬¤± xy| q| tv qty uu z q| | qx v qszw x xyv qx{ yyw qyy tst qs{
„ p ut 吴旗 • ∏´¬ w|x qv y qyv tx v q| x qz t qyus s uv| qyw uxv qy| tw qsx
„ p sx 安塞 „±¶¤¬ w|u qw tw quu ut | qs z qv t quus w vw| q|v vxy qtw y qut
„ p s{ 绥德 ≥∏¬§¨ w{z qu y qyu ty w qw z qx t qv|y t uzv q|t vt{ qsy ww qtx
„ p ty 米脂 ¬½«¬ wxs qz z qx| t| w qy y qt t qvuy s uxt qxu vxt qu{ || qzy
槐维持正常生长的需要 o但同时需要加强对刺槐人工林的合理经营和提高土壤含水量的利用效率 o以防止土
壤干化现象的进一步恶化 ∀吴旗 !绥德 !米脂 v地每公顷断面积数值都约在 z1s °u 左右 o说明 v样地栽植密
度相差不大 o加之 v样地降水量也相差不大 o因而其材积连年生长量也相差不大 ~但由于吴旗的降水量略高
于绥德 !米脂两地 o在栽植密度相当的条件下 o其材积生长量略好于绥德 !米脂 o其值达 t1yus s °v#«°pu o分
别比绥德和米脂两地该值 t1v|y t °v#«°pu和 t1vuy s °v#«°pu高了 s1uuv | °v#«°pu和 s1u|w { °v#«°pu ∀安
塞样地每公顷断面积达 tw1uu °u o反映了其栽植密度较高 o但其材积连年生长量只有 t1uus w °v#«°pu o表明
刺槐生长状况很差 o说明其土壤含水量条件不能满足人工刺槐林在高栽植密度下保持良好生长 ∀数据说明 o
尽管安塞的土壤含水量优于吴旗 !绥德 !米脂 v地 o其 x月份土壤储水量达到了 vw|1|v °° o比其它 v地都高 o
但其刺槐生长却较差 o连年材积生长量亦低于 v地 o这说明除了降雨量和土壤储水外 o栽植密度也是影响林
木生长的重要因素 ∀因此 o适当的栽植密度在陕北黄土高原丘陵半干旱区是保证林木合理利用有限水资源
s| 林 业 科 学 ws卷
的重要因素之一 o在该区 o只有在合理的栽植密度下 o林分生长才能符合水分循环与水量平衡特征的要求 o既
可以充分利用当地有限的水分资源 o保证林分的正常生长发育 o又不至于造成土壤干化现象的发生 ∀
v 结论
ktl降雨量不足 o干旱缺水 o是黄土高原丘陵沟壑区k包括吴旗 !安塞 !绥德 !米脂 w样地l低效低产林形成
的主要原因 o也就是说土壤含水量的严重亏缺造成了低效低产林 ∀在黄土高原丘陵沟壑区人工刺槐林地 o由
于干旱少雨 o根际区土壤含水量很低 o在干旱年只有 ws ∗ |s ª#®ªpt o已接近萎蔫含水量 o在浅层土壤形成季
节性出现的干化层 ~在干旱年份 o人工刺槐林为维持其正常生长 o极大地消耗了土壤的深层储水 o而在深层储
水减少之后 o由于根层以下包气带供水能力有限 o形成持续性干化层 o使土壤水库调节作用大大削弱 o加剧了
土壤含水量的短缺 o更加恶化了林木生长的水分生态条件 o限制了林木的生长 o形成了低效低产林 ∀
kul在陕北黄土高原半干旱大陆性气候tl条件下k延安以北 o包括吴旗 !安塞 !绥德 !米脂 w样地l o现有的
人工乔灌林地 o水分供需关系失衡 o土壤含水量经雨季补充之后 o在浅层土壤含水量亏缺ku1s °以上l可得
到部分补偿 o但在 u1s °左右以下土壤中 o水分亏缺的补偿和恢复极为有限 o普遍存在较其上层含水量为低
的持续性干化层 ∀其含水量多在田间稳定持水量的 zs h以下 o最低达到了萎蔫含水量 o形成了严重的土壤
干化层 ∀
kvl土壤干化层的形成 o是林木生长和气候干旱双重作用的结果 o而人为高密度粗放经营 o不合理的种植
方式亦加剧了土壤的干化 o造成了水分长期亏损的累积 o且随着亏损程度的加剧 o干化层逐渐上移 ∀同时 o干
化层的存在 o严重地阻碍了植物对深层土壤含水量的利用 o使现有植被仅能利用当年的降雨而生存 o从而使
林分完全处于干旱气候的胁迫之下 ∀研究表明 o在陕北黄土高原半干旱大陆性特殊的气候条件下 o人工刺槐
林群落的衰败和干化层的出现互为因果 o在这种恶性循环中 o土壤含水量亏缺越来越严重 o林木生长条件越
来越恶化 o最终形成低效低产林而大面积衰退 ∀
kwl在陕北黄土高原 o除南部的宜君和富县之外 o北部的吴旗 !安塞 !绥德 !米脂等地人工刺槐林生长极为
缓慢 o经济效益甚微 o在改善生态环境和保持水土方面所起的作用也很低 o严重地影响了该区的植被建设和
可持续发展 o并损害了群众造林的积极性 ∀同时表明 o这些地方不适合选择刺槐这类耗水性较强的树种恢复
植被 o而应选用其它耗水性较弱的乔木或灌木树种进行植被的恢复和重建 ∀
tl5陕西省林业区划6编写组 q陕西林业区划k初稿l ot|{s oxs
参 考 文 献
郭小平 o朱金兆 o余新晓等 q论黄土高原地区低效刺槐林改造问题 q水土保持研究 ot||{ oxkwl }zz p {u
侯庆春 o韩蕊莲 o韩仕峰 q黄土高原人工林草地/土壤干层0问题初探 q中国水土保持 ot||| okxl }tt p tw
李裕元 o邵明安 q黄土高原气候变迁 !植被演替与土壤干层的形成 q干旱区资源与环境 ousst otxktl }zu p zz
马玉玺 o杨文治 o韩仕峰等 q黄土高原刺槐生长动态研究 q水土保持学报 ot||s owkul }uy p vu
聂道平 q油松人工林水分平衡与蒸散特点的研究 o林业科学研究 ot|{| oukyl }ysy p ys|
王克勤 o王斌瑞 q黄土高原刺槐林间伐改造研究 q应用生态学报 oussu otvktl }tt p tx
王 力 o邵明安 o侯庆春 q黄土高原土壤干层初步研究 q西北农林科技大学学报k自然科学版l ousst ou|kwl }vw p v{
杨维西 q试论我国北方地区人工植被的土壤干化问题 q林业科学 ot||y ovuktl }z{ p {x
杨文治 o邵明安 o彭新德等 q黄土高原环境的旱化与黄土中水分关系 q中国科学k⁄辑l ot||{ ou{kwl }vxz p vyx
杨新民 o杨文治 q干旱地区林地土壤含水量平衡的探讨 q水土保持通报 ot|{{ o{kvl }vu p v{
杨海军 o孙立达 o余新晓 o晋西黄土区水土保持林水量平衡的研究 q北京林业大学学报 ot||v otxkvl }wu p xs
中国树木志编纂委员会 q中国主要造林树种k上册l q北京 }农业出版社 ot|zy }yvt p ywt
t| 第 t期 王 力等 }陕北黄土高原人工刺槐林生长与土壤干化的关系研究