全 文 ：第 ws卷 第 x期
u s s w年 | 月
林 业 科 学
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干旱 !半干旱区人工林边行水分利用特征与
优化配置结构研究
杨文斌 王晶莹
k内蒙古林业科学研究院 呼和浩特 stsstsl
摘 要 } 针对干旱半干旱区人工林的边行优势明显优于湿润区的现象 o分别在不同气候区对当地的主要造林树
种的片林及其边行外侧和行列式林分带间的沙土水分利用特征进行了测定 o发现树木能使边行外侧 { ∗ ts °土壤
中的含水率降低 o并形成一个土壤湿度梯度 o使 { ∗ ts °及其以外土壤中的水分向树木基部方向的沙土中渗透 o这
些侧渗的水分成为干旱年份边行树木正常生长的必要条件 ~说明林分边行树木存在一个土壤水分主要利用带和土
壤水分渗漏补给带 o进而提出了合理配置的人工林土壤水分利用特征模式 ∀最后论述了按照该模式构建的行列式
林分 o在同等密度或覆盖度时 o其防风固沙效益显著高于等株行距均匀分布或随机分布的林分 ∀
关键词 } 边行优势 o行列式林分 o水分利用特征
中图分类号 }≥ztx1v 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusswlsx p sssv p sz
收稿日期 }ussv p sv p ut ∀
基金项目 }得到国家林业局项目 ) ) ) 沙地雨养植物区试 !科技部 |zv项目/中国北方沙漠化过程及其防治研究k编号 }Šussssw{zsxl0 !国家
基金项目/干旱半干旱区沙地疏林配置结构与固沙机理的研究0和国家科技攻关计划重大专项专题/中国森林生态网篮体系建设项目0资助 ∀
在国家林业局沙地生物资源培育与保护重点开放实验室完成 ∀
Χηαραχτεριστιχσ οφ Ωατερ Υτιλιζατιον ιν Βορδερ Ροω ανδ Οπτιµ υµ ∆ισποσιτιον
Στρυχτυρειν Πλαντατιον ιν Αριδ ανδ ΣεµιpΑριδ Ρεγιον
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kΙννερ Μονγολια Αχαδεµψοφ Φορεστρψ Σχιενχε Ηυηηοτ stsstsl
Αβστραχτ } …¤¶¨§²±·«¨ ³«¨ ±²°¨ ±²±·«¤··«¨ §²°¬±¤±¦¨ ¬± ¥²µ§¨µµ²º ²©³¯¤±·¤·¬²±¬± ¤µ¬§¤±§¶¨°¬p¤µ¬§µ¨ª¬²±¬¶²¥√¬²∏¶¯¼
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Κεψ ωορδσ} ⁄²°¬±¤±¦¨ ¬± ¥²µ§¨µµ²º o≥·¤±§¶¬± ²µ§¨µ¯¼µ¤±®¶o≤«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶²©º¤·¨µ∏·¬¯¬½¤·¬²±
水分是干旱 !半干旱区的一个极为重要的生态制约因素k • ¬¯·«²µ³¨ ot|ys ~杨文斌 ot|{|l o由于水分胁迫导
致 ≥°„≤系统的水分不能正常运转 o致使解放以来所营造的各种人工林出现了影响其持续发展的许多问题 o
如形成/小老树0甚至出现成片衰退死亡现象k刘家琼等 ot|{{ ~杨文斌等 ot||t¤~t||t¥l ∀降水渗透贮存到土
壤中的水分基本上是干旱 !半干旱区大面积生态建设的唯一水分补给源 o干旱 !半干旱区雨养的天然乔灌木
林的密度一般低于 {ss株#«°pu o覆盖度低于 vs h k吴征镒 ot|{s ~赵兴梁 ot||t ~丘明新 ousssl ∀植被覆盖度
小于 x h时 o沙地处于流动状态 ~植被覆盖度达到 x h ∗ tx h时 o沙地处于半流动状态 ~当植被覆盖度达到
tx h ∗ vs h时 o沙地处于半固定状态k高尚武 ot|{w ~朱震达等 ot|{t ~t||wl ∀本文在对干旱 !半干旱区沙土的
水分特征及 ≥°„≤系统的水分动态关系研究的基础上k韩德如 ot||yl o从人工林边行的水分利用和沙土的水
分特征方面 o就提出的接近天然植被密度和覆盖度 !既能符合水量平衡又能显著提高防风固沙效益的人工林
优化配置结构模式的理论进行分析 o希望能为干旱 !半干旱区实现以水定林提供一定的依据 ∀
t 试验点概况
试验在甘肃 !内蒙古的 x个试验点进行 ox个点的位置及概括如下 }
甘肃临泽县 }北纬 v|βusχ o东经 tssβtsχ o海拔 t vws ∗ t vxs ° ~干旱区 o年平均气温 z1y ε o年平均降水量
tty1x °° o日降水小于 x °°的日数占年总降水日数的 {z h ~年平均蒸发皿蒸发量 u vtw1s °° o测定样地 s ∗
u °全为沙土 o容重 t1ys ∗ t1zu ª#¦°pv ∀
内蒙古磴口县 }北纬 wsβu{χ o东经 tsyβwyχ o海拔 t sxs ∗ t sys ° ~干旱区 o年平均气温 z1x ε o年平均降水量
txu1z °° o年平均蒸发皿蒸发量 u vxt °° o测定样地 s ∗ u °全为沙土 o容重 t1ys ∗ t1zs ª#¦°pv ∀
内蒙古达拉特旗 }北纬 wsβuuχ o东经 ts|βwuχ o海拔 t uss ∗ t vss ° ~半干旱区 o年平均气温 y1t ε o年平均降
水量 vtz1t °° o年平均蒸发皿蒸发量 u tyz1z °° os ∗ u °全为沙土 o容重 t1xs ∗ t1ys ª#¦°pv ∀
内蒙古乌审旗 }北纬 v{βwsχ o东经 ts|βsuχ o海拔 t uss ∗ t vxs ° ~半干旱区 o年平均气温 y1w ε o年平均降水
量 vys1t °° o年平均蒸发皿蒸发量 u vss °° os ∗ u °全为沙土 o容重 t1xu ∗ t1yx ª#¦°pv ∀
内蒙古科左中旗 }北纬 wvβxyχ o东经 tuuβusχ o海拔 tys ∗ t{s ° ~亚湿润干旱区 o年平均气温 x1x ε o年平均
降水量 wuu1t °° o年平均蒸发皿蒸发量 t {tv °° os ∗ u °全为沙土 o容重 t1xy ∗ t1yx ª#¦°pv ∀
u 研究方法
211 土壤含水量的测定
采用土钻取土 o分层取样 o烘干称量法测定 s ∗ uss ¦°土层含水量 ov个重复样 o根据土层的变化分为 {
层 !ts层或 tu层 ∀
212 林分特征调查
在确定研究内容的基础上 o选择有代表性的林地 o设置标准地进行调查 ∀标准地面积为 tus ∗ wss °u ∀
调查的基本内容有 }造林地立地类型 !造林年限 !林分密度 !平均树高 !胸径或地径 !冠幅以及生长状况等 ∀同
时调查林下植被覆盖度 ∀
v 干旱 !半干旱区人工林边行外侧的水分利用特征
林分的边行优势已被人们认识到 ∀普遍认为 }由于林分的边行通风好 o光照充足 o林木单株所占有的土
地面积大 o具有相对充足的水分 !养分供吸收利用 o进而促使边行的林木能够正常生长 o并已经考虑在造林中
尽可能地发挥林分边行优势 ∀在干旱 !半干旱区 o水分是林木生长的主要限制因子 ∀在研究了林木对林内沙
土利用特征后 o林分边行林木沙土水分利用特征亦是林分水利用特征之一 ∀
在干旱区 o对甘肃临泽的梭梭k Ηαλοξψλον αµ µοδενδρονl人工林的调查研究表明 }密度为 v tsx株#«°pu o
z ¤生的梭梭固沙林 o边行梭梭的平均高度可达 t1x ° o长势好于林内k平均高 s1{{ °l植株 o未出现严重衰退
和死亡植株 ∀对其边行及其外侧风沙土 o每隔 u1s °打钻取土 o测定的不同深度沙层含水量如表 t所示 ∀
表 1 梭梭固沙林边行外侧沙土含水率
Ταβ . 1 Τηε σανδ σοιλ ωατερ χοντεντ ιν τηε ουτσιδε οφ βορδερ ροω οφ σανδ−φιξατιον φορεστ οφ Η . αµ µοδενδρον kª#®ªptl
土层深度
≥²¬¯ §¨³·«Π¦°
距离 ⁄¬¶·¤±¦¨Π°
s u w y { ts tu 平均 „√¨ µ¤ª¨
ws s1{ys s1{zs t1t|u t1tsv t1vsy u1stu u1sts t1vvy
ys s1{|u s1|{s t1u{| t1vu{ t1wvy u1wxs u1z{x t1x|w
{s t1tty t1suy t1wuy t1zxu t1||v u1|su u1|tu t1{zx
tus t1t{v t1ust t1z{u t1|zz u1ws{ u1|xs v1tyu u1s|x
tys t1uzz t1u{s t1||t u1txs u1|s{ v1t|y v1|s{ u1v{z
uss t1utv t1vst t1{yw u1vyu v1vsw w1tvx v1||u u1tyz
平均 „√¨ µ¤ª¨ t1s|s t1tts t1x|t t1zz{ u1uuy u1|wt v1tu{ t1|{t
w 林 业 科 学 ws卷
可以看出 o边行及其外侧 w °之内 o各层沙土含水量基本相同 o成为梭梭边行的最主要的沙土水分利用
带 ~w °以外 o随距边行梭梭的距离增大 o不同深度沙层含水量逐步增加 ~直到 ts °以后 o其含水量基本与流
沙对照相似 ~如在沙土 tus ¦°深度沙层 o以距离梭梭 tu °处的含水量为 tss h o其他分别为 }ts °处 |v1v h o
{ °处 zy1u h oy °处 yu1x h ow °处 xy1w h ou °处 v{1s h o到边行基部仅为 vz1w h ∀可看出 os ∗ { °成为梭
梭边行树木水分主要利用带 o{ ∗ ts °及其以外沙土中蓄存的水分成为侧渗补给的水源 o在干旱年分通过 w
∗ { °的含水量梯度侧渗补给到沙土水分主要利用带共树木利用 ∀由此可见 o梭梭固沙林边行外侧含水量
等湿度线的分布类似一个 w °之内坡度较小 !w °之外坡度较大的斜面 ∀不同深度沙层含水量随距固沙林
边行距离增大的变化趋势基本相同 o仅变化速率有微小差异 o上层变化速率较深层的为小 ∀
在半干旱区 o对内蒙古达拉特旗营造的两行一带式柠条k Χαραγανα κορσηινσκιιl林地进行了调查研究 o调查
林带行距 t1x ° o株距 t1s ° o两行组成一带 o带间距 vs °∀对照样地为同年营造的 u ° ≅ w °柠条片林 ∀片林
平均株高 t1us ° o而两行一带行列式林带平均株高可达 t1zx ° o测定的土壤含水量见表 u ∀
表 2 柠条林带外侧不同距离沙土含水量
Ταβ . 2 Τηε σανδ σοιλ ωατερ χοντεντ ατ διφφερεντ διστανχειν τηε ουτσιδε οφ Χ . κορσηινσκιι φορεστ βελτ kª#®ªptl
土层深度
≥²¬¯ §¨³·«Π¦°
距离 ⁄¬¶·¤±¦¨Π°
片林对照
≤²±·µ²¯ ©²µ¨¶· s u w y { ts
平均
„√¨ µ¤ª¨
ws u{1w uz1y u|1v vu1s ww1s x{1y xz1y wt1x
ys vt1s vw1x v{1y wx1y xu1y yu1w yv1w w|1x
{s vx1y vx1{ v{1y w{1y xw1x yv1w yw1x xs1|
tus v{1y vz1y ws1{ w|1{ xx1y yy1{ yx1{ xu1z
tys v{1w v{1t wx1y xu1y x{1| y|1s zs1u xx1z
平均 „√¨ µ¤ª¨ vw1w vw1z v{1y wx1z xv1t yw1s yw1v xs1t
表 u表明 o柠条林带外侧 s ∗ u °沙土各层含水量基本与片林相似 ~林带外侧 w ∗ y °沙土的含水量逐步
提高 o比 ts °处平均含水量低约 u{1{ ª#®ªpt和 tz1w ª#®ªpt o成为柠条林带沙土水分主要利用带 ~{ ∗ ts °及
其以外沙土中蓄存的水分成为侧渗补给的水源 o在干旱年分通过 w ∗ y °的含水量梯度侧渗补给到沙土水分
主要利用带共树木利用 ∀{ ∗ ts °的沙土含水量基本相同 ∀
在亚湿润干旱区 o对内蒙古科左中旗的 tx ¤生的杨树人工林进行调查研究 o调查杨树品种为白城 wt号
kΠοπυλυσ ξιαοζηυανιχα ¦√ q− Βαιχηενγ2wt. l o造林株行距 t ° ≅ v ° o林内平均胸径为 tv1{ ¦°o平均标准木单株
材积总量为 s1ttw °v o已出现严重衰退和腐烂病 o而边行的平均胸径可达 t|1u ¦°o平均标准木单株材积总量
为 s1uts °v o分别比林内平均胸径和单株材积增加 v|1t h和 {w1u h o平均标准木胸径和单株材积生长状况如
图 t所示 o未出现严重衰退和腐烂病 ∀对其边行及其外侧沙土 o每隔 u1s °打钻取土 o测定的不同深度沙层
含水量见表 v所示 ∀
图 t 杨树人工林及其边行平均标准木胸径k¤l和单株材积k¥l生长状况
ƒ¬ªqt Šµ²º·«¶¬·∏¤·¬²± ²©¤√ µ¨¤ª¨ ⁄…‹ ²©¶¤°³¯¨·µ¨¨k¤l ¤±§√²¯∏°¨ ²©¶¬±ª¯ p¨³¯¤±·k¥l²© Ποπυλυσ ³¯¤±·¤·¬²± ¤±§¬·¶¥²µ§¨µµ²º
τ 片林 ≥·¤±§¤µ§·µ¨ ¶¨¤·©²µ¨¶· υ边行林带 ≥·¤±§¤µ§·µ¨ ¶¨¤·©²µ¨¶·©µ¬±ª¨
x 第 x期 杨文斌等 }干旱 !半干旱区人工林边行水分利用特征与优化配置结构研究
表 3 杨树林带外侧不同距离沙土含水量
Ταβ . 3 Τηε σανδ σοιλ ωατερ χοντεντ ατ διφφερεντ διστανχειν τηε ουτσιδε οφ Ποπυλυσφορεστ βελτ kª#®ªptl
土层深度
≥²¬¯ §¨³·«Π¦°
距离 ⁄¬¶·¤±¦¨Π°
对照片林
≤²±·µ²¯ ©²µ¨¶· s u w y { ts tu tw
us x{1w xz1y x|1v yu1s yw1s z{1y {x1{ {x1w {z1y
ws yt1s ys1x yu1y yu1t zu1y zu1w {{1w tst1t ||1z
ys yx1y yw1{ y{1y y{1y zw1x {y1w |u1x |{1u ||1u
tss y1wy yz1y yz1{ zv1u {u1y {|1{ |x1{ |{1{ tss1y
tys zs1w zv1w zx1y z{1y {z1| |{1s ||1{ tsu1t tsv1u
平均 „√¨ µ¤ª¨ yw1s yw1 q{ yy1{ y{1| zy1v {x1s |u1x |z1t |{1t
可以看出 }边行及其外侧 y °之内 o各层沙土含水量基本相同 o沙土含水量显著降低 ~y °以外 o随距边
行杨树的距离增大 o不同深度沙层含水率逐步增加 o直到 ts °以后 o其含水量基本与对照相似 o如在沙土 ys
¦°深度沙层 o以距离杨树 tw °处的含水量为 tss h o其它分别为 tu °处 ||1s h ~ts °处 |v1u h ~{ °处
{z1t h ~y °处 zx1t h ~w °处 y|1u h ~u °处 y|1u h ~到边行基部仅为 yx1v h ∀可看出 os ∗ ts °成为杨树边
行树木的水分主要利用带 o{ ∗ ts °及其以外沙土中蓄存的水分成为侧渗补给的水源 o在干旱年份通过 y ∗
ts °的含水量梯度侧渗补给到沙土水分主要利用带共树木利用 ∀同样 o在亚湿润干旱区 o杨树人工林边行
外侧含水量等湿度线的分布类似一个 y °之内坡度较小 oy ∗ ts °之内坡度较大的斜面 ∀不同深度沙层含水
量随距林分边行距离增大的变化趋势基本相同 o仅变化速率有微小差异 o上层变化速率较深层的为小 ots °
之外基本不受影响 ∀
在亚湿润干旱区 o对内蒙古科左中旗的 tu ¤生的杨树/两行一带0配置结构的人工林进行调查研究 o调
查杨树品种为白城 wt号 o造林株行距配置结构为 v ° ≅ v ° ∗ us ° ∗ v ° ≅ v ∗ us ° o平均胸径为 tw1{ ¦° o在带
间每隔 u °测定的土壤含水量分布状况见表 w ∀s ∗ txs ¦°土壤的平均含水量以林带中间 ts °处为 tss h o
向两侧林带方向距林带 { °处分别降低 t|1x h和 t|1u h ~y °处分别降低 ux1{ h和 uu1u h ~w °处分别降低
vw1x h和 vs1y h ~u °处分别降低 ux1y h和 vu1x h ~s °处分别降低 ww1w h和 x{1x h ∀
表 4 杨树/两行一带0杨树人工林带间不同距离沙土含水量
Ταβ . 4 Τηε σανδ σοιλ ωατερ χοντεντ ατ διφφερεντ διστανχε βετωεεν / τωο−ροω−ανδ−ονε−βελτ0 Ποπυλυσ πλαντατιον βελτ kª#®ªptl
土层深度
≥²¬¯ §¨³·«Π¦°
距离 ⁄¬¶·¤±¦¨Π°
s u w y { ts { y w u s
us ut1w uy1t t|1| uy1y vt1y v{1{ vy1y ux1y t|1| us1t t|1w
ws tz1s uz1u uz1u vw1y xy1{ yz1| xw1{ vy1y vs1u u{1t tx1t
ys vv1x wz1x vw1s v|1y uy1u wt1y uy1u w|1y vw1s wz1x vv1x
tss ux1t u{1| u{1t vy1t vz1w w{1y vw1w vx1t vu1w ux1y us1u
txs wt1s x|1y xv1x wz1w wz1y xt1s w{1y wy1w xx1x wy1u wu1s
平均 „√¨ µ¤ª¨ uz1y vz1| vu1x vy1{ v|1| w|1y ws1t v{1y vw1w vv1x us1y
上述研究表明 o在干旱 !半干旱区形成边行优势的沙土水分利用特征为从边行向外侧形成一个由低向高
的含水量梯度 o这个梯度一直延伸到土壤含水量稳定不变的地段 o明显地出现了一个土壤水分主要利用带及
其外侧的高含水量带 o我们称后者为土壤水分渗漏补给带 ∀而且 o不同气候区 !不同林种 !不同密度或配置方
式的带间宽度有所不同 ∀
w 初始含水量对入渗的影响
水分入渗的湿润峰的形状和前进速率极大地取决于系统的初始含水量k¤¯¦«∏¶ot|{v ~杨文斌等 ot||zl o
降水的入渗深度 !入渗速率和入渗水量同样受到初始含水量的影响 ∀结果表明k见表 xl o初始含水量达 xw1{
ª#®ªpt时 o只需 x °¬±水分就入渗达 x1s ¦°深处 o渗透速率分别比初始含水量为 y1{ !v|1{ ª#®ªpt时增加了
y1s倍和 u1y倍 ∀
y 林 业 科 学 ws卷
表 5 人工模拟不同沙土初始含水量条件下水分的入渗过程
Ταβ . 5 Ινφιλτρατιον προγρεσσ οφ µ οιστυρε υνδερ τηε αρτιφιχιαλσιµ υλατιον οφ διφφερεντ ινιτιαλσανδ σοιλ ωατερ χοντεντ
初始含水量 开始供水时间 入渗深度 到达时间 渗透时间 渗透速率
Œ±¬·¬¤¯ º¤·¨µ¦²±·¨±·Πkª#®ªptl …¨ ª¬±±¬±ª·¬°¨ ⁄¨ ³·«²©¶¨ ³¨¤ª¨ º¤·¨µΠ¦° „µµ¬√¤¯ ·¬°¨ ≥¨ ³¨¤ª¨ ·¬°¨ Π°¬± ≥¨ ³¨¤ª¨ µ¤·¨Πk¦°#°¬±p tl
y1{s tv }us x1s tv }xu vu s1txw
ux1y tv }ut x1s tv }vx tw s1vxu
v|1{ tv }uu x1s tv }u{ y s1zux
xw1{ tv }uv x1s tv }u{ x s1|uy
初始含水量与降水入渗量和入渗深度的关系还可以从表 y的实地观测中体现出来 ∀在 t号样地 os ∗
uss ¦°沙层各层最低初始含水量为 yu1u ª#®ªpt o平均含水量为 zt1x ª#®ªpt时 oz月 ut日的 zz1| °°降水 o到
z月 u|日k降水后 { §l时 ouss ¦°处的含水量增加了 wz1y ª#®ªpt ~而对于 u号样地 o初始含水量最低仅为
vs1s ª#®ªpt o平均仅为 vy1tª#®ªpt o同样的降水量 o降水 {天后仅入渗到 tss ¦°沙层 o使 tss ¦°处的含水量
比初始含水量增加了 zv1w ª#®ªpt o直到 {月 us日k降水后 u| §l o降水才入渗到 txs ¦°沙层以下 o使该层含水
量比初始含水量增加了 vt1x ª#®ªpt o而 uss ¦°沙层的含水量仍与初始含水量相似k杨文斌等 ot||vl ∀
表 6 沙土初始含水量与降水下渗的关系 ≠
Ταβ . 6 Ρελατιονσηιπ βετωεεν τηεινιτιαλσανδ σοιλ ωατερ χοντεντ ανδ περµεατιον οφ πρεχιπιτατιον kª#®ªptl
样地
≥¤°³¯¨
项 目
Œ·¨°
测定日期
⁄¤·¨k°° p §§l
取样深度 ⁄¨ ³·«²©¶²¬¯ ¶¤°³¯¨Π¦°
ts us ws ys {s tss txs uss 平均 „√ µ¨¤ª¨
初始含水量
Œ±¬·¬¤¯ º¤·¨µ¦²±·¨±· sz p us zz1w yz1y yu1y yu1y yu1u z|1| {{1x zt1t zt1w
‘²qt
降水 {天后含水量
• ¤·¨µ¦²±·¨±·²©{ §¤¼¶¤©·¨µ
³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±
sz p u| zx1| {w1s |x1s tsw1s tsx1v tty1t tvu1w tt{1{ tsv1|
降水 u|天后含水量
• ¤·¨µ¦²±·¨±·²©u| §¤¼¶¤©·¨µ
³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±
s{ p us ||1s |{1t |t1z z|1t {w1x ttv1{ tuu1z tty1{ tss1z
初始含水量
Œ±¬·¬¤¯ º¤·¨µ¦²±·¨±· sz p us v{1| v|1z vu1y vs1s vt1w vs1{ wu1x wu1| vy1t
‘²qu
降水 {天后含水量
• ¤·¨µ¦²±·¨±·²©{ §¤¼¶¤©·¨µ
³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±
sz p u| yv1s zx1w zw1s {u1z |u1z tsw1u xs1t wu1| zv1t
降水 u|天后含水量
• ¤·¨µ¦²±·¨±·²©u| §¤¼¶¤©·¨µ
³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±
s{ p us yt1t yv1v yu1s ys1t yy1s zx1w zw1s x|1{ yx1u
≠ z月 ut日降水 zz1| °° ∀°µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ²± ∏¯¼ ut ¬¶zz1| °° q
相似的结果亦在达拉特旗境内的库布齐沙漠东部沙母花的风沙土水分动态调查中发现k见图 ul ∀由于
春季干旱 oz月 us日时风沙土 s ∗ vs ¦°土层含水量均已降到 tx ª#®ªpt以下 oz月 us日晚 uu }ss左右突然一
场约 ww1v °°的大雨 out日 t{ }ss左右测定的湿润峰入渗深度约 t| ¦°o平均渗透速率约 s1|x ¦°#«pt ~ut日
uu }ss左右又降一场约 vv1y °°的大雨 o此后 o降水在近饱和的沙土中入渗 o到 uu日早 z }ss左右测定的湿润
峰入渗到 vv ¦° o平均渗透速率可达 v1yz ¦°#«pt o渗透速率比沙土干燥时增加了 w1w倍之多 ∀
从图 u还可以看出 o在降水停止后 ows ¦°沙层以上的风沙土初始含水量小于 ux ª#®ªpt时 o渗透水头的
下渗速率仍很缓慢 oz月 uu日 z }ss到 uv日的 ty }ss仅下渗约 z ¦°o平均渗透速率约 s1ut ¦°#«pt o形成一个
明显的滞留区间 ∀而一旦水头渗透到初始含水量大于 ux ª#®ªpt的 ws ¦°以下沙层后 o下渗速率明显加快 o到
uw日 ut }ss时左右 o水头下降到 xz ¦°处 o平均渗透速率增加到 s1y| ¦°#«pt o比前者增加了约 v1v倍 ∀
可见 o沙土水分主要利用带沙土含水量低 o降水的入渗深度 !入渗速率和入渗水量要比沙土水分渗漏补
给带低 o加上林冠的截流 o使得沙土水分主要利用带降水的有效性要远低于土壤水分渗漏补给带 ∀
x 利用边行特征建立合理配置结构的人工林
根据人工林边行优势 !边行水分利用特征和沙土的渗透特征 o设计了干旱 !半干旱区人工林合理配置结
z 第 x期 杨文斌等 }干旱 !半干旱区人工林边行水分利用特征与优化配置结构研究
图 u 达旗库布齐沙漠东部沙母花沙土中降水后水分入渗过程等湿度线图
ƒ¬ªqu Œ¶²«∏°¨§∏µ¬±ª¬±©¬¯·µ¤·¬²± ²© °²¬¶·∏µ¨ ¤©·¨µ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±¬± ¶¤±§¶²¬¯¬± ¶«¤°∏«∏¤¬±·«¨ ¤¨¶·²©Ž∏¥∏´¬⁄¨ ¶¨µ·k∏¯¼l
构k见图 vl o我们也称为行列式配置结构k杨文斌等 ot||z ~t||{ ~李显玉 ot||zl ∀在这个设计中 o首先我们强
调发挥林分的边行优势 o形成由两行林木组成的林带 o实现了两行林木都具有边行优势 ~其次是按照人工林
水分利用特征在林带的两侧保留相应的土壤水分主要利用带 o确保正常年分林木的水分供应 ~第三是根据降
水入渗深度与土壤含水量呈反比的原理 o在林带之间两侧的土壤水分主要利用带中间 o空出一个土壤水分渗
漏补给带 ~这个带不受树冠截流的影响 o带内土壤含水量较高 o有利于降水的入渗 o能够在正常年份或多雨年
份有一定的降水渗透到土壤水分调节层或补给地下水 ∀这部分水在干旱年份通过侧渗或向上渗透补给水分
供林木利用 o避免干旱年份土壤水分亏缺对林木的严重胁迫 ∀
图 v中 o土壤水分主要利用带和渗漏补给带的宽度在不同气候区不同 o一般干旱区的宽度大于半干旱
区 !大于亚湿润区 o在同一气候区 o乔木树种大于灌木树种 ∀
图 v 合理配置的人工林土壤水分利用特征示图
ƒ¬ªqv ≤«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶²© º¤·¨µ∏·¬¯¬½¤·¬²±¬± ¶²¬¯ ²©µ¨¤¶²±¤¥¯¨§¬¶³²¶¬·¬²± ³¯¤±·¤·¬²±
y 行列式配置结构的林分能显著提高防风固沙效益
研究中发现 o林带走向与主害风方向夹角大于 wxβ的行列式配置结构的人工林 o可显著提高林分的防风
固沙作用 o即使其覆盖度仅 ts h ∗ tx h也能完全防止地面风蚀 ∀如在科左中旗调查的天然发育的榆树k Υλ2
µυσ πυµιλαl林 }平均密度 uux ∗ zxs株#«°pu o随机散生状分布 o林内地面仍出现风蚀现象 o每公顷约有 v ∗ ts
个风蚀坑 ~密度基本相同kyys株#«°pul的两行一带式kv ° ≅ x ∗ ts °l乔木林 o造林 x ∗ z ¤后 o覆盖度仅 tx h
{ 林 业 科 学 ws卷
∗ us h o完全防止了带内地表的风蚀 o带间能够恢复良好的草被 ∀同样在半干旱区的呼和浩特地区 o密度为
zxs ∗ t sxs株#«°pu天然柠条林 o呈单株散状分布 o防风固沙能力差 o地面有明显的风蚀痕迹 o处于半固定状
态 o而密度基本相同的行列式柠条林 o株行距 t ° ≅ tx °kyys株#«°pul o其覆盖度仅 tw h ∗ tz h o却能完全防
止了地表风蚀 ∀同理 o在毛乌素沙地调查的天然沙蒿k Αρτεµισια ορδοσιχαl植被 o植被覆盖度在 tx h ∗ us h o沙
地处于半流动状态 ~而覆盖度基本相同kty h ∗ t{ h l的沙蒿 o人工配置成 s1x ° ≅ x °的行列式状 o造林 x ¤
后 o没有发现地表风蚀痕迹 o带内沙地形成了结皮 ∀这说明 o对于低密度或覆盖度的林分 o林分的配置结构对
林分的防风固沙作用有显著影响 o其中行列式配置就能显著提高林分的防风固沙作用 ∀
实际上 o行列式配置结构形成了类似农田防护林带的结构 o在降低风速方面 o紧密结构的林带大约在林
带后平均树高的 y倍处降低风速最显著 ~稀疏结构的林带大约在林带后平均树高的 tw倍处降低风速最显
著 ~所以行列式配置的人工林的带宽可以在林带平均高的 y ∗ tw倍之间 ∀
z 结束语
干旱半干旱区水分不足而风力盛强 o成为我国土地荒漠化和沙尘暴发生的主要地区 o因此 o在干旱半干
旱区进行林业生态建设必须走以水定林 !提高林分的生态效益的发展方向 ∀而行列式配置的乔灌木林分正
好是实现在低密度或低覆盖度条件下确保水量平衡和林分最佳生态效益的一个人工林模式 o他是在维持天
然植被的密度的基础上人为合理组合的结果 o实际上是人为在合理应用自然规律的基础上对生态系统的调
控 o通过水分和配置的调控 o实现了林分的正常生长 o水分的持续利用 o并提高了林分的防风固沙等生态效
益 ∀
在行列式配置结构中 o我们提倡/两行一带0式 o两行组成的林带增加了林的特征 o也能发挥林木的边行
优势 o可显著减少林带的断带现象 o进一步提高行列式配置林分的防风固沙效益 ∀
参 考 文 献
高尚武主编 q治沙造林学 q北京 }中国林业出版社 ot|{w }vw p wy
李显玉 q半干旱杨树用材林/两行一带0配置造林技术研究 q内蒙古跨世纪青年林业研究文选 q呼和浩特 }内蒙古人民出版社 ot||z ousv p us{
刘家琼 o黄子琛 o丁声怀等 q人工梭梭固沙林衰亡原因探讨 q中国沙漠 ot|{u oukul }tv p t|
丘明新 q我国沙漠中部地区植被 q兰州 }甘肃文化出版社 ousss ous p yu
吴征镒 q中国植被 q北京 }科学出版社 ot|{s }|xy p |z|
杨文斌 q干旱区几种树木的蒸腾速率及其与环境因子的关系 q干旱区研究 ot|{{ ow }wz p xx
杨文斌 o杨茂仁 q蒸腾速率 !阻力与顺内外水势差和光强关系的研究 q林业科学 ot||t ox kttl }xwx p xw|
杨文斌 o包雪峰 o杨茂仁等 q梭梭抗旱的生理生态水分关系研究 q生态学报 ot||t ottkwl }vt{ p vuv
杨文斌 o任建民 o姚建成 q柠条 !沙柳人工林水分特性及其在固沙造林中的应用 q内蒙古林业科技 ot||v ou }w p {
韩德儒 o杨文斌 o杨茂仁等 q干旱半干旱区沙地灌k乔l木种水分动态关系及其应用 q北京 }中国科学技术出版社 ot||y }t| p uy
杨文斌 o任建民 o贾翠萍 q柠条抗旱的生理生态与土壤水分关系的研究 q生态学报 ot||z otzkvl }uv| p uww
杨文斌 o潘宝柱 o阎德仁等 q/两行一带式0杨树丰产林的优势及效益分析 q内蒙古林业科技 ot||z ov }x p |
杨文斌 o任居平 q农牧林复合轮作系统治沙模式及其效益分析 q中国沙漠 ot||{ ot{k增 tl }ttv p tt{ q
赵兴梁 q沙坡头地区植物固沙问题的探讨 q流沙治理研究k二l q银川 }宁夏人民出版社 ot||t }wz p xx
朱震达 o刘 恕 q中国北方地区的沙漠化过程及其治理区划 q北京 }中国林业出版社 ot|{t }v p z
朱震达 o陈广庭 q中国土地沙质荒漠化 q北京 }科学出版社 ot||w }tw p yz
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| 第 x期 杨文斌等 }干旱 !半干旱区人工林边行水分利用特征与优化配置结构研究