全 文 ：第 wt卷 第 v期
u s s x年 x 月
林 业 科 学
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科尔沁沙地樟子松人工林土壤水分动态的研究
张继义t 赵哈林u 崔建垣u 张铜会u 赵学勇u
kt1 兰州理工大学石油化工学院 兰州 zvssxs ~ u1 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 兰州 zvssssl
摘 要 } 对樟子松人工林群落结构和土壤水分动态进行研究 ∀结果表明 }tv年林龄的樟子松人工林 vss ¦°深层
的土壤水分已基本耗竭 o而且整个生长季还在持续减少 o土壤水分不能得到有效补给 ~林木生长衰弱 o平均高仅
v1x| ° o平均胸径 x1zz ¦° o并出现大量枯梢 ~林木生长已受到土壤水分亏缺的严重制约 o林分开始衰败 ~林下草本层
发育良好 o盖度较高 ∀研究指出 o干旱半干旱地区人工林在不适宜的密度下造成群落结构与环境条件不相适应 o存
在着由乔木植被向草本植被演替的规律 o对人工林群落的稳定性进行分析 o指出通过密度控制 !树种选择等措施可
以进行调整 o延缓土壤水分的耗竭速度 o提高林分的稳定性 ∀要建立稳定性更高和维持时间更长的人工林 o从根本
上改变草本植被代替乔木植被的规律 o需要借鉴天然稀树草原植被的乔木密度 o大幅度降低人工林的密度 ∀在有
地下水存在和植物可以利用的情况下 o人工林的稳定性可以维持一个世代甚或更长 ∀
关键词 } 樟子松 ~人工林 ~群落结构 ~土壤水分 ~稳定性
中图分类号 }≥zu{1w 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussxlsv p ssst p sy
收稿日期 }ussv p sx p tu ∀
基金项目 }兰州理工大学科研发展基金项目k≥…sxusswtsl和国家 |zv项目/沙漠化的生物过程与植被恢复重建研究0kŠussssw{zswl ∀
Χοµ µ υνιτψ ΣτρυχτυρεoΣοιλ Ωατερ ∆ψναµιχσ ανδ Χοµ µ υνιτψ Σταβιλιτψ οφ Πινυσ
σψλϖεστρισϖαρ q µονγολιχα Πλαντατιον ιν Ηορθιν Σανδψ Λανδ
«¤±ª¬¼¬t «¤² ‹¤¯¬±u ≤∏¬¬¤±¼∏¤±u «¤±ª×²±ª«∏¬u «¤² ÷∏¨¼²±ªu
kt1 Χολλεγε οφ Πετροχηεµιχαλ Ενγινεερινγ o Λανζηου Υνιϖερσιτψοφ Τεχηνολογψ Λανζηουzvssxs ~
u1 Χολδ ανδ Αριδ Ρεγιονσ Ενϖιρονµενταλανδ Ενγινεερινγ Ρεσεαρχη Ινστιτυτε o Χηινεσε Αχαδεµψοφ Σχιενχεσ Λανζηουzvssssl
Αβστραχτ } ׫¨ ¦²°°∏±¬·¼¶·µ∏¦·∏µ¨ ¤±§§¼±¤°¬¦¶²©¶²¬¯ º¤·¨µ²© Πινυσσψλϖεστρισ √¤µq µονγολιχα ³¯¤±·¤·¬²± º¨ µ¨ ¶·∏§¬¨§¬± ¤
ªµ²º·«¶¨¤¶²±q׫¨ µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤··«¨ ¶²¬¯ º¤·¨µ¬±vss ¦° §¨³·«º¨ µ¨ ¤¯°²¶·µ∏±²∏·oº¬·«·«¨ ¶²¬¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·¥¨¬±ª²±¯¼
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Πq σψλϖεστρισ √¤µq µονγολιχα ³¯¤±·¤·¬²± º¤¶√¨ µ¼ º¨ ¤®o·«¨ ¤√¨ µ¤ª¨ ·µ¨¨«¨¬ª«·º¤¶²±¯¼ v1x| °o¤±§·«¨ ¤√¨ µ¤ª¨ §¬¤°¨ ·¨µ¤·
¥µ¨¤¶·«¨¬ª«·²±¯¼ x1zz ¦°qŠµ²º·«²©·µ¨ ¶¨º¤¶¶·µ²±ª¯¼ µ¨¶·µ¤¬±¨ §¥¼ ¶«²µ·¤ª¨ ²©¶²¬¯ º¤·¨µq׫¨ «¨µ¥¤¦¨²∏¶ ¤¯¼¨ µ∏±§¨µ·µ¨¨
¤¯¼¨ µ§¨√¨ ²¯³¨ §º¨ ¯¯ q׫¨ ¶³¨¦¬¨¶µ¬¦«±¨ ¶¶²© «¨µ¥¤¦¨²∏¶ ¤¯¼¨ µº¤¶z ∗ { ¶³¨¦¬¨¶³¨µ°u o¤±§·«¨ ≥«¤±±²±pº¬¨±¨ µ¬±§¨¬ º¤¶
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¶³¨¦¬¨¶¶¨¯¨ ¦·¬²±o ·¨¦q ˜±§¨µ·«¨ ¦²±§¬·¬²± ·«¤·∏±§¨µªµ²∏±§ º¤·¨µ¬¶¤√¤¬¯¤¥¯¨ ¤±§¦¤± ¥¨ ∏¶¨§¥¼ ³¯¤±·¶o·«¨ ¶·¤¥¬¯¬·¼ ²©
³¯¤±·¤·¬²±¦¤± ¥¨ °¤¬±·¤¬±¨ §²√¨ µ²±¨ ª¨ ±¨ µ¤·¬²±q
Κεψ ωορδσ} Πινυσσψλϖεστρισ √¤µq µονγολιχα~³¯¤±·¤·¬²±~¦²°°∏±¬·¼¶·µ∏¦·∏µ¨ ~¶²¬¯ º¤·¨µ~¶·¤¥¬¯¬·¼
樟子松k Πινυσσψλϖεστρισ √¤µq µονγολιχαl是我国北方沙区广泛引种并获得明显效益的树种k赵文智等 o
ussul o用樟子松营造的人工林发挥了显著的防风固沙作用 ∀对于樟子松人工林从土壤水分k焦树仁 ot|{zl !
蒸腾耗水k焦树仁 ot|{wl !林木生长k姜凤岐等 ot||z ~赵文智等 oussul !群落稳定性k曾德慧等 ot||yl等方面进
行了广泛研究 ∀土壤水分被认为是影响樟子松林分生长和林分稳定性的重要原因k曾德慧等 ot||yl ∀
科尔沁沙地是我国北方半干旱农牧交错带的严重沙化区域 o为了恢复植被和治理流沙 o当地引种樟子松
营造了大量的防风固沙林 ∀这里被认为是樟子松引种的降水量下限地区k赵文智等 oussul o这一地区的樟子
松人工林可能面临更为严重的土壤旱化和水分亏缺问题 ∀因此 o对于樟子松人工林的群落结构和土壤水分
动态仍然有必要进行深入的研究 ∀
t 自然概况
研究在位于科尔沁沙地中南部的内蒙古奈曼旗境内ktusβwtχ∞owuβxwχ‘l中国科学院奈曼沙漠化研究站
进行 ∀该地区属半干旱气候 o年平均降水量 vyy °° o年蒸发量 t |vx °° o年均气温 y1x ε ot月平均气温
p tu1z ε oz月平均气温 uv1z ε o∴ts ε 积温 v sss ε 以上 o无霜期 txs §∀年均风速 v1x °#¶pt o{级以上大
风年均 ut次 o主要发生在春季 v ) x月 ∀土壤类型为沙质栗钙土 o经破坏后则退化为流动风沙土 ∀沙土基质
分布广泛 o风沙活动强烈k朱震达等 ot||w ~赵哈林等 ot||{ ~刘新民等 ot||yl ∀
u 研究方法
选择位于研究站西边已固定沙丘上的樟子松人工林 o在 ussu年 x月中旬安装中子水分仪进行土壤水分
测定 ∀共选 v个测点 ov个测点的位置分别处于沙丘的迎风坡 !丘顶和背风坡 ∀在安装中子水分仪的同时 o
同步采取土样用烘干称重法测定土壤含水量 o用以标定中子水分仪 ∀土壤含水量的测定深度为 vss ¦°o每
ts ¦°一层 o每 us天测定一次 ∀在最后一次测定时再次同步取样 o用烘干称重法进行土壤含水量的测定 ∀
{月中旬进行群落调查 o以进行水分测定的 v个测点为中心选择 v块样地 o每块样地面积 ts ° ≅ ts °∀
在样地内对乔木层的樟子松进行每木调查 o记录树高 !胸径 o对出现枯梢的按照严重程度分为 x级 ∀每样地
内随机取 v个 t ° ≅ t °样方 o进行草本植被调查 o记录出现的所有种类 !多度 !高度和盖度 ∀
试验地土壤基质为深厚均一的松软沙层 o沙粒含量  |{ h o粘粉粒含量  u h o密度 t1yu ª#¦°pv o田间持
水量为 tss ∗ tus ª#®ªpt o凋萎系数 s1yx h ∀近年来由于科尔沁区域用水量不断增加 o地下水位呈逐年下降
趋势 o在地势低平草甸和丘间低地 o地下水位  v1s ° o而在沙丘上则取决于沙丘的相对高度 ∀该区域沙丘
起伏平缓 o相对高度多为 v ∗ { °∀
v 结果与分析
311 樟子松人工林的土壤水分动态
图 t 中子水分仪标定散点图
ƒ¬ªqt ≤¤¯¬¥µ¤·¬²± ¦∏µ√¨ ©²µ·«¨ ±¨ ∏·µ²± ³µ²¥¨ µ¨¤§¬±ª¶
图 t是对中子水分仪标定的散点图 ∀在正常情况下 o中子计
数与土壤含水量应呈直线关系 ∀可以看出 o由于沙层土壤水分严
重亏缺 o当中子计数低于 wx以后土壤含水量已基本超出了中子
水分仪的反应区 o这时中子计数已不能灵敏地反映土壤含水量的
变化 ∀以图 t所得的拟合曲线计算整个生长季土壤含水量动态
变化的测定结果如表 t ∀从表 t可以看出 o在研究年份生长季的
观测期间 os ∗ vss ¦°土层的含水量持续下降 o土壤旱化十分严
重 o仅有的很少的含水量还在持续减少 ∀降水对于沙层水分的补
给作用微弱 o沙层含水量不能得到有效恢复 ∀
试验期间的降水量为 tzz1xx °° o为偏旱年份 ∀总降雨次数
达 vv次k图 ul o而单次降雨量  x °°的降雨达 uu次 ox ∗ ts °°
的降雨 x次 ots ∗ tx °°的降雨 u次 o tx °°的降雨 w次 ∀次数
多而降雨量小 o水分频繁湿润表层土壤 o但由于无效蒸发损失 o深层土壤水分得不到有效补给而降低了水分
的有效性 ∀x月 u|日第 t次测定前共降雨 w|1tu °° o但由于间隔时间长 !单次降雨量小 o起始测定时的土壤
含水量仍然很低 ∀y月 |日 !ts日和 tt日连续 v天 t|1z °°的降雨后 o仅 s ∗ ws °°土层的含水量有所上升 o
而下层土壤并未得到补给 ∀y月 uu日 !uw日两次相隔时间不长且强度较大的降雨kvw1v °°l后 oy月 vs日测
定时 s ∗ {s ¦°土层的含水量 v个测点均有明显上升 o而以下土层的含水量变化较小或持续减少 ∀在此以
后 os ∗ vss ¦°深度各土层的土壤含水量呈持续减少趋势 ∀可见 o降雨对于沙层水分的补给仅限于浅表层 o很
少或不超过 {s ¦°∀
u 林 业 科 学 wt卷
表 1 生长季内土壤水分动态
Ταβ . 1 Τηε δψναµιχσ οφ σοιλ ωατερ ιν γροωτη σεασον ª#®ªpt
土 层
⁄¨ ³·«Π¦°
测点 t丘顶 °²¶¬·¬²± t ≤µ¨¶·²©·«¨ §∏±¨
月 p日 ²±·«p§¤¼
测点 u迎风坡 °²¶¬·¬²± u •¬±§º¤µ§¶¯²³¨
月 p日 ²±·«p§¤¼
测点 v背风坡 °²¶¬·¬²± v ¨ º¨¤µ§¶¯²³¨
月 p日 ²±·«p§¤¼
sx p
u|
sy p
tw
sy p
vs
sz p
tw
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sv
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t{
s| p
sv
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u|
sy p
tw
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sv
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u|
sy p
tw
sy p
vs
sz p
tw
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sv
s{ p
t{
s| p
sv
s ∗ us w1s y1x tu1z {1v |1s x1w v1y v1u z1x {1y w1z y1u w1t v1s u1w w1y {1s {1v y1| x1w v1u
us ∗ vs y1s y1| ty q{ tt q{ | qs y q{ x qu x qs tu qy tt qw z q{ z qt x qy w qu x qu y qx tv qy ts q{ | qu z qu w q{
vs ∗ ws y q{ z qv tz qt tv qs | qz y qy x q{ y q{ z q| tw qt | qw z qy z qu x qy z qu { qt t{ qu tv qs ts q| { qs z qt
ws ∗ xs z q{ z qz t{ qs tw qw | qx z qs y qx z q{ z qz tx qs tt qt { qx z qw y q| { qt { qt t{ qy tt q{ ts q| { qu z qt
xs ∗ ys { qz { qv t{ qu tv q| | qs z qw z qt { qt { qt tx qu | qz { q{ z qu z qt { qv { qx tz qx ts qy ts qw { qs z qz
ys ∗ zs | qx { qz ty qt tv qs ts qw { qu z qt { qz { qt tt q{ { qx { qx z qu z qt | qt { q| tu qv | qw | qz z q{ z qt
zs ∗ {s ts qt | qz tt qw tt qv | qz { qs { qt z q{ z q| { qy { qx { qx y qy y qz { q| { q| | qx { qz | qs z qu z qt
{s ∗ |s ts qt | q| | q{ | qz | q| z q{ z q| { qt z q| { qs { qv { qs y qw y qu { qz { qz { qw { qx { q{ z qs z qx
|s ∗ tss | q| ts qt | q{ ts qt | qz { qu z q| { qz { qv z qz { qx { qx z qu y q| { qx { qx { qs { qv { q{ z qs z qx
tss ∗ tts | qv | qz | qt | qz | qu { qw z q| { qz { qz { qs { qv { q{ z qs z qx { qx { qv { qu { qv { qx z qs y qz
tts ∗ tus ts qt | q| | qx | qw | qu z q{ { qv | qx { q| { qw { qz { qx y q{ z qv { qx { qx z qv { qv { qv y q{ z qt
tus ∗ tvs | qx | qx | qt | qu { q{ z qw z qz | qt | qt { qw { qz { qx z qw z qv { qx { qz { qs | qs { qx y q{ z qx
tvs ∗ tws | qx | q| { qy | qu | qz z qy z q| | qx | qz { q| | qu | qs z qu z qx { q| { qv z qz { qx { q{ y q{ y qz
tws ∗ txs | q| ts qv { q| | qz | qs { qu { qv | qx ts qt | qt | qs | qu z qw z qx { qv { qx { qs { qx { qx z qs z qv
txs ∗ tys ts qz ts qv | qt ts qt | qx { qs { qt | qv | qv { qy | qs { qx z qu z qv { qz { qz { qs { qx | qs z qw z qx
tys ∗ tzs ts qt ts qv | qx ts qt | qx { qu { qt | qt | qt { qy | qs { q{ z qy z qv { q| | qt { qs { qx { qx z qs z qz
tzs ∗ t{s tt qt ts qz ts qu | q| | q| { q{ { qx { qz | qt { qy { qz { q{ z qw y q| { q| | qv { qs { qz { qv z qu z q|
t{s ∗ t|s tt qv ts qz ts qs ts qy ts qy { q{ { qx { qz | qv { qy { qz { q{ z qu z qt { q| { qz { qu { qz | qs z qu z qv
t|s ∗ uss tt qz tt qx ts q| ts qt ts qy { q{ | qz { q| { qz { qw { qv | qu z qs z qt | qv { q| { qy | qu | qs z qw z q|
uss ∗ uts tt qv tt qt ts qu ts qt tt qt | q| { q| { qx { qz { qu | qs { qs z qu z qx { q| | qt { q| | qu | qs z qw z qz
uts ∗ uus tt qx tt qt ts q| ts qw tt qt | qu | qv { qz { q| { qw { qx { qx z qu y q| | qv | qv { qw | qu | qs z q{ { qv
uus ∗ uvs tt q| ts q| ts qx tt qv tt qt | qy | qv { q| | qt { qw { qx { qx z qs z qv | qv | qx | qt | qw { q{ z qy z qx
uvs ∗ uws tt qt tt qx tt qy tt q{ tt qt | qy | q| { q| { q| { qw { qx { qx y q{ z qz | qv | q| { q| | qs | qz z qy z qz
uws ∗ uxs tt q| tt qx ts qu ts qy tt qt | qw | qz { qz { qt { qs { qv { qv y q{ y qz | qz | qz { qy { qz | qu z qy z q|
uxs ∗ uys tt qx tt q| tt qt tt qv tt qy | qw | qz { qt { qx { qs { qs { qs z qs y q| | q| | qx | qv | qu | qx z q{ z qz
uys ∗ uzs tt qz tt qx tt qw tt qt tt qv | qy | qx { qv { q| { qs { qs { qs z qs z qt ts qt ts qt { q| | qs | qu { qs { qt
uzs ∗ u{s tt q| tu qy tt qw tt qv tt qt | qy | qx { qz { qv { qs { qv { qx y qy z qx | qz | qx | qt { qz | qu z qy z qz
u{s ∗ u|s tu qt tu qv ) tt qt tt qv | q| ts qu { qz | qt { qw { qx { qv y q{ z qt | q| | qv | qv | q| | qx z q{ { qt
u|s ∗ vss tu qt tt qz ) tt qx tt qy | qy | qz { q| { qv { qu { qx | qu z qs z qt | q| | qx | qt | qw | qx { qs z qx
平均  ¤¨± ts qt ts qt tt qy ts q{ ts qt { qw { qu { qw { q{ | qu { qx { qw y q| y q{ { qy { qz | q{ | qu | qt z qw z qv
标准差 ¶q§q u qs t qy u q| t qw s q| t qt t qx t qv t qs u qt t qs s qy s qz t qs t qx t qt v qu t qt s q{ s qy t qs
变异系数 ¦q√ q t q| t qy u qx t qv s q| t qw t q| t qy t qt u qv t qt s qz t qs t qx t q{ t qu v qu t qu s q| s q{ t qw
表 2 生长季前后土壤含水量
Ταβ . 2 Σοιλ ωατερ χοντεντ ατ τηε βεγινινγ ανδ τηε ενδ οφ τηε γροωτη σεασον ª#®ªpt
土 层
⁄¨ ³·«Π¦°
测点 t丘顶
°²¶¬·¬²± t ≤µ¨¶·²©·«¨ §∏±¨
测点 u迎风坡
°²¶¬·¬²± u •¬±§º¤µ§¶¯²³¨
测点 v背风坡
°²¶¬·¬²± v ¨ º¨¤µ§¶¯²³¨
生长季前
׫¨ ¥¨ª¬±¬±ªksx p uzl
生长季后
׫¨ ±¨§ks| p syl
生长季前
׫¨ ¥¨ª¬±¬±ªksx p uzl
生长季后
׫¨ ±¨§ks| p syl
生长季前
׫¨ ¥¨ª¬±¬±ªksx p uzl
生长季后
׫¨ ±¨§ks| p syl
s ∗ ts w1v v1w w1z w1s x1t w1v
ts ∗ us x1| x1t y1v y1w x1z w1z
us ∗ vs y1w w1{ y1| y1w y1w x1t
vs ∗ ws y1v x1u y1| x1w y1z x1v
ws ∗ xs y1x x1y y1{ {1y x1z y1u
xs ∗ ys z1v y1w |1s {1z z1t {1|
ys ∗ zs |1z y1x {1t {1w z1y z1y
zs ∗ {s |1x {1x y1u z1x z1x y1z
{s ∗ |s ts1t {1u y1y z1{ z1y z1|
|s ∗ tss {1x {1y |1y z1{ z1x z1y
tss ∗ tts z1w |1z |1t |1s z1y |1v
tts ∗ tus {1z |1v {1u z1{ z1z ts1z
tus ∗ tvs {1u |1x z1{ y1z {1u tt1u
tvs ∗ tws {1z {1x |1u z1s |1u |1y
tws ∗ txs |1z |1{ |1u y1t {1y {1t
txs ∗ tys |1{ z1v |1s y1| {1{ {1u
tys ∗ tzs y1{ {1u {1| ts1w z1x {1w
tzs ∗ t{s {1| z1{ {1t tt1y {1t {1u
t{s ∗ t|s |1w z1t {1y |1w z1{ {1v
t|s ∗ uss ts1w z1y |1s t|1y |1u {1t
uss ∗ uts tt1{ {1u {1{ ts1| |1| z1w
uts ∗ uus tt1{ |1s tt1{ |1{ {1x {1s
uus ∗ uvs tt1x |1v ts1s tt1| |1y z1|
uvs ∗ uws tv1w tt1w {1| tu1u ts1u z1{
uws ∗ uxs tv1y tx1| {1y tt1w {1| {1t
uxs ∗ uys tu1z tz1v ) tu1x |1y {1x
uys ∗ uzs tv1{ tw1w z1w ut1| |1w |1s
uzs ∗ u{s tu1x tw1u ts1u ty1{ |1v z1x
u{s ∗ u|s tv1t tw1v tu1z tw1v ts1y z1s
u|s ∗ vss tw1{ tz1x ts1y tu1s ts1y {1w
平均  ¤¨± |1z |1v {1x ts1s {1u z1{
标准差 ¶q§q u1z v1z t1z w1t t1w t1y
变异系数 ¦q√ q u1{ w1s u1s w1t t1{ u1s
v 第 v期 张继义等 }科尔沁沙地樟子松人工林土壤水分动态的研究
图 u 观测期间的降雨量
ƒ¬ªqu °µ¨¦¬³¬·¤·¬²±¬±·«¨ ³¨µ¬²§²© ¬¨³¨µ¬° ±¨·
以生长季前期和终期 u次
用烘干称重法测得的土壤含水
量进行分析k表 ul ov个测点中
只有测点 u的土壤含水量在生
长季末有微弱上升 o而测点 t和
v生长季前后 vss ¦°沙层土壤
含水量各降低了 s1w ª#®ªpt ∀
说明沙层水分状况没有得到明
显恢复 o并且由于植物对水分的
消耗而持续恶化 ∀
312 樟子松人工林的群落结构
所研究的樟子松人工林林
龄为 tv年 o面积 us «°u ∀人工
林建立初期是一片流动沙丘 o经过 ts多年后已完全演变为固定沙丘 ∀樟子松人工林群落结构分为 u个极为
明显的部分 o即上层乔木层和林下草本层 ∀表 v !w是对乔木层林分生长状况的调查 ∀
表 3 样地的基本情况
Ταβ . 3 Τηε βασιχ δατα οφ σιτεσ
样地
≥¬·¨
立地条件
≥·¤±§¦²±§¬·¬²±
株行距
≥ ∏´¤µ¨Π°u
株数
‘∏°¥¨µ²©¬±§¬√¬§∏¤¯¶
林龄
„ª¨Π¤
郁闭度
≤µ²º± §¨ ±¶¬·¼
冠幅
≥¬½¨ ²©¦µ²º±Π°u
t 沙丘顶部
≤µ¨¶·²©·«¨ §∏±¨
t1x ≅ u vs tv s1w t1w ≅ t1wt

u 沙丘迎风坡
•¬±§º¤µ§¶¯²³¨
t1x ≅ u vu tv s1x t1xt ≅ t1xx

v 沙丘背风坡
¨ º¨¤µ§¶¯²³¨
t1x ≅ u vv tv s1y t1xw ≅ t1x{

表 4 樟子松人工林乔木层的生长状况
Ταβ . 4 Τηε γροωτη οφ τρεειν Π . σψλϖεστρισ ϖαρ . µονγολιχα πλαντατιον
样地
≥¬·¨
树高
×µ¨¨«¨¬ª«·Π¦°
胸径
⁄…‹Π¦°
针叶长度
¨±ª«²©¯¨ ¤√¨ ¶Π¦°
生长量
Šµ²º·«Π¦°
枯梢率
•¤·¬²²© º¬·«¨µ¬±ª¶«²²·¶Πh
均值
 ¤¨±
标准
差
¶q§q
变异
系数
¦q√ q
均值
 ¤¨±
标准
差
¶q§q
变异
系数
¦q√ q
均值
 ¤¨±
标准
差
¶q§q
变异
系数
¦q√ q
ussu usst usss t||| t||{ t||z t||y ´ µ ¶ · ∏
t v1vt s1y s1t{ x1vy t1zy s1vv w1xz s1{z s1t| ts1s tv1s tw1s ty1x ty t{1x uv1s ty1yz us uv1vv v1vv ts
u v1xy s1zz s1uu x1{u u1uu s1v{ x1xt t1ts s1t| ts ts1x uu uu u| vu vv t{1zx |1vz |1vz v1tv s
v v1{| s1y s1tx y1tv t1x s1ux y1xw t1uy s1t| tu ts tz1x uv1s ux1s vv1s wv1x uw1uw ut1ut y1sy s s
根据表 v !w o樟子松人工林的生长状况很差 ∀以轮生枝的间距判别樟子松的年生长量 o随着林龄增加 o
人工林的生长量逐渐减小 ∀ussu年调查时当年新梢生长量仅有 ts ∗ tu ¦° o而且调查显示林木大量出现枯
梢 ∀以枯梢率将枯梢严重程度分为 x级 }枯梢率 ts h以下为 Œ级 o枯梢率 ts h ∗ us h为 µ级 o枯梢率 us h ∗
vs h为 ¶级 o枯梢率 vs h ∗ xs h 为 ·级 o枯梢率  xs h 或死亡为 ∏级 ∀v块样地中林木枯梢率分别已达
zv1v h !ws1y h和 xs1x h o而严重枯梢率分别为 tv1v h !v1t h和 s ∀说明林木生长已严重衰退 o林分生长已受
到干旱和土壤水分的严重制约 o频临枯死的边缘 ∀
根据表 x o樟子松林下草本层的发育较好 o对地表起到了很好的覆盖和保护作用 ∀由于樟子松人工林的
防风固沙作用显著 o对草本植物的侵入和定居起到了庇护作用 o沙地已完全转变为固定沙地 o稳定的沙面环
境利于植物的定居 !生长和繁殖 ∀
w 林 业 科 学 wt卷
表 5 樟子松人工林林下草本层的群落结构
Ταβ . 5 Χοµ µ υνιτψστρυχτυρε οφ ηερβαχεουσλαψερ
样地
≥¬·¨
群落盖度
≤²√ µ¨¤ª¨
物种丰富度
≥³¨¦¬¨¶µ¬¦«±¨ ¶¶
均值
 ¤¨±
标准差
¶q§q
变异系数
¦q√ q
均值
 ¤¨±
标准差
¶q§q
变异系数
¦q√ q
多样性指数
≥«¤±±²±2º¬¨±¨ µ
¬±§¨¬
生态优势度
∞¦²¯²ª¬¦¤¯
§²°¬±¤±¦¨
群落均匀度
≤²°°∏±¬·¼
√¨ ±¨¨ ¶¶
t xw1z uv1t s1wu z1yz t1xv s1u t1x| s1uv s1yy
u yt1| tw1t s1uv {1s t1s s1tv t1z| s1uv s1z{
v yx1w tt1| s1t{ z1vv s1x{ s1s{ t1{| s1t| s1z|
w 讨论与结论
tv年林龄的樟子松人工林土壤水分状况很差 o仅有的微弱的土壤含水量由于植物消耗还在持续减少 o
沙地已完全转化为非淋溶性沙地 o有限的降雨量只能浸润浅表层土壤 ∀生长季结束时土壤含水量的测定结
果表明 o沙丘上 vss ¦°深的沙层无明显地下水的补给k深层土壤水分无明显的恢复l ∀对于乔灌木树种来
说 ous ∗ vss ¦°深度是大多数沙地植物根系分布的主要区域和主要的水分供应区域 o也是根系分布的下限区
域 ∀从这一点看 o林木生长已受到土壤干旱和水分亏缺的严重制约 o林木生长衰弱 o大量出现枯梢 ∀焦树仁
kusstl在辽宁省章古台的研究也表明 o樟子松人工林大量出现枯梢 o并认为枯梢是由病害引起 ∀本次对樟子
松人工林群落结构和土壤水分的研究表明 o在半干旱的科尔沁沙地 o樟子松人工林枯梢的出现并非病害引
起 o而是林地土壤水分严重亏缺 !林木生长严重受阻的结果 ∀
樟子松人工林防风固沙作用显著 otv年的樟子松人工林已从流动沙地完全转变为固定沙地 o林下草本
层植被发育良好 o盖度较高 o对地表的保护作用较好 ∀从林地土壤水分和群落结构看 o所研究的樟子松人工
林由于过高的密度导致土壤水分的严重亏缺 o枯梢的出现代表林分衰败的开始 ∀随着时间延续和干旱程度
的加深 o该人工林上层乔木将完全枯死 o最后将完全由下层草本植被代替 ∀从群落演替的角度看 o在干旱半
干旱地区 o人工林在过高的密度下当土壤水分被耗竭而只能以自然降水为水分来源时 o人工林的群落结构便
不能与环境条件相适应 o这时就存在着草本层代替乔木层的趋势 o这一过程发生的根本原因就是土壤水分的
缺乏 ∀流动沙地上植被少 o水分消耗少 o并且松软沙层的水分下渗能力强 o降雨能够补给深层土壤水分 o因而
水分状况较好 o这是人工林建立初期有利于林木生长的有利条件 ∀随着人工植被发育 o对水分的消耗加剧 o
深层储备水分逐渐被消耗 o土壤旱化k丛自立等 ot||vl o沙地由流动沙地的淋溶型完全转变为非淋溶型 o有限
的降雨只能补给浅表层 s ∗ ws ¦°土层 o这时密度过高的人工林的水分需求便不能得到保证 o逐渐枯死 !衰
败 o而完全由林下草本层代替 ∀
人工林的稳定性受到了研究者的广泛注意 ∀在干旱半干旱地区保证林木生存和最小生长量所需水分供
给 !维持林地土壤水分平衡是维持林分稳定的基本条件 ∀如果环境条件长期不能满足植物的水分需求 o群落
的稳定性就会发生变化 o以至导致整个群落的衰败k杨维西 ot||yl ∀不能保持沙层内的水分平衡 o也就不能
保持人工植被的相对稳定k蒋瑾等 ot|{yl ∀当土壤水分被逐渐消耗 o不能满足林木最低需水量时 o林分生长
将严重受阻 o开始发生枯梢等现象 o这时林分就失去了稳定性 ∀随着时间延续和受旱程度累积 o林分衰败 o大
部分林木将完全枯死k杨维西 ot||yl ∀可以说 o人工林的稳定性就是林分正常生长所能维持的时间的长短 ∀
在干旱半干旱地区有地下水存在和植物可以利用的情况下 o在灌溉农田边缘的防护林带等有水分供给的情
况下 o人工林的稳定性可以维持一个世代k曾德慧等 ot||yl o具体时间的长短与树种特性有关 ∀所研究的固
定沙丘上的 tv年樟子松人工林由于地势较高 o林木生长不能利用到地下水 o且由于密度过高造成土壤水分
的耗竭 o其稳定性只能维持 tv年左右 ∀
人工林的稳定性可以通过科学的管理措施来调控 ∀研究证明 o人工林的密度决定土壤水分资源的消耗
速率k蒋瑾等 ot|{y ~曾德慧等 ot||xl ∀过大的密度必然引起过量的水分消耗 o导致生长环境水分的恶化 o最
终造成群落自身的衰亡k杨维西 ot||yl ∀通过降低密度 !增加单株营养面积 o可以改善林木的水分供应状况 o
延缓土壤水分被耗竭的速率 o从而延长稳定性维持的时间 ∀因此 o密度管理是调控干旱半干旱地区人工林稳
定性现实可行的途径 ∀所研究的 tv年樟子松人工林的株行距为 u ° ≅ t1x ° o密度达到了 v vss株#«°pu o其
土壤水分的迅速耗竭与过高的密度有关 ∀稀树草原是科尔沁沙地的原生植被类型 o这种自然存在的地带性
x 第 v期 张继义等 }科尔沁沙地樟子松人工林土壤水分动态的研究
植被类型具有较高的稳定性 o其上层乔木的密度为 tss ∗ uss株#«°pu ∀这一现象促使我们考虑 o在这一地区
要建立稳定的人工林就要大幅度地降低人工林的密度 o这其中还必须除去表层 s ∗ us ¦°土层用于土面蒸发
和草本层吸收利用的水量 ∀适宜密度应借鉴天然稀树草原植被的乔木密度 o以 txs ∗ vss株#«°pu为宜 ∀
从群落结构和土壤水分状况来看 o所研究的 tv年樟子松人工林的土壤水分由于过高的密度已基本完全
被耗竭 ∀可以预测 o在未来的若干年内该林分的乔木层将逐渐枯死 o而完全由草本层所代替 ∀草本层的发育
状况良好 o盖度较高 o完全可以起到对地表的保护和维持沙地的固定状态 ∀但是从物种组成上看 o群落仍然
以 t年生植物为主 o多年生植物在群落中还不占主要地位 ∀t年生植物地下部根系生物量较低 o对土壤的固
结保持能力较差 ∀因而 o植被结构和群落生态功能还很脆弱 ∀在乔木层退出群落后 o必须完全禁止放牧等引
起的对植被的扰动 o这样才有可能维持和促进草本植被的进一步发育 o并维持沙地的固定状态 ∀否则 o放牧
引起的对植被的破坏和对沙面的践踏破坏可能使风沙流加强 o沙丘重新活化 ∀
在干旱半干旱土地荒漠化严重地区 o人工林的建立其主要目的是防风固沙 o促进沙丘固定 ∀在不适宜的
密度下 o如过高密度造成群落结构与环境条件不相适应 o引起土壤水分的耗竭和林木个体需水的严重亏缺 o
人工林存在着从乔木植被向草本植被演替的规律 ∀因此 o对人工林的稳定性要有一个适宜的估计 o特别是大
面积高密度的片林 o对其稳定性不能期待过高 ∀其稳定性需要在一定的条件下维持 o关键是要建立与环境条
件相适应 o特别是能维持土壤水分平衡的群落结构 ∀人工林稳定性维持时间的长短与群落结构 !立地条件 !
管理措施 !树种特性有关 ∀一般来说 o植被自然建立的过程首先要有种源存在 o并需要经过侵入 !定居 !繁殖
和扩散等过程 ∀而人工林的建立通过人为措施干预 o直接使种群实现定居 ∀因此 o人工林稳定性的维持只能
由人为干预来实现 o这些措施包括 }立地条件选择 !密度调控 !树种选择等k杨维西 ot||yl ∀在干旱半干旱地
区土壤水分是人工林稳定性维持的基础条件 o在这些有地下水存在以及植物可以利用的地区或灌溉农田边
缘的防护林带 o人工林的稳定性可以维持一个世代甚至更长 ∀大面积高密度的片林只能稳定维持 ts ∗ tx
年 o如果需要建立高稳定性或维持时间更长k至少一个世代l的人工林 o则需要大幅度地降低人工林的密度 ∀
低密度可以降低土壤水分的消耗 o但是人工林定植初期较高的密度能起到较强的防风固沙作用 o从而加速沙
地的固定过程 ∀因此 o对人工林的密度需要在其稳定性和防风固沙作用之间做出选择 ∀也可以高密度定植 o
随着林木个体发育和树冠增大 o逐渐疏伐 o保持个体充足的水分营养面积 o使最终密度维持在 txs ∗ vss株#
«°pu o这样就可以使人工林的稳定性和防风固沙作用二者统一起来 ∀
参 考 文 献
丛自立 o李 进 o张 伟 o等 qt||v q科尔沁沙地东部地区沙漠化及其逆转过程中生态环境变化初探 q见 }刘新民 o赵哈林主编 q科尔沁沙地生
态环境综合整治研究 q兰州 }甘肃科学技术出版社 o{{ p ttx
姜凤歧 o曾德慧 qt||z q人工固沙林经营管理基础 q中国沙漠 otzkvl }uxs p uxw
蒋 瑾 o丛自立 qt|{y q从水分平衡角度探讨固沙植物的合理密度问题 q生态学杂志 oxktl }z p tu
焦树仁 qusst q辽宁省章古台樟子松固沙林提早衰弱的原因与防治措施 q林业科学 ovzkul }tvt p tv{
焦树仁 qt|{z q辽宁省章古台樟子松人工林水分动态的研究 q植物生态学与地植物学学报 ottkwl }u|y p vsz
焦树仁 qt|{w q樟子松人工林蒸腾耗水量的初步研究 q生态学杂志 ovkwl }tx p t{
刘新民 o赵哈林 o赵爱芬 qt||y q科尔沁沙地风沙环境与植被 q北京 }科学出版社
杨维西 qt||y 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 ovuktl }z{ p {x
曾德慧 o姜凤歧 o范志平 o等 qt||y q樟子松人工林稳定性的研究 q应用生态学报 ozkwl }vvz p vwv
曾德慧 o姜凤岐 qt||x q从水量平衡角度探讨沙地樟子松人工林的合理密度 q防护林科技 oktl }w p z
赵哈林 o刘新民 o李胜功 qt||{ q科尔沁沙地脆弱生态环境的基本属性特征和成因分析 q中国沙漠 ot{k≥∏³³qul }ts p ty
赵文智 o刘志民 o常学礼 qussu q降水量下限引种区沙地樟子松幼林种群树高分布偏斜度和不整齐性 q应用生态学报 otvktl }y p ts
朱震达 o陈广庭 qt||w q中国土地沙质荒漠化 q北京 }科学出版社
y 林 业 科 学 wt卷