沙棘在干旱山区水土保持作用的调查

摘 要：为了摸清沙棘在半干旱山区保持水土、涵养水源的功能，探索以沙棘为主的造林模式及沙棘的可续发展提供理论依据，采用野外观测试验和室内分析相结合的方法，在黄土丘陵半干旱区海原县进行了为期5年的观测和研究，初步掌握了沙棘林的水土保持作用与水份因子的相关性。

关键词：黄土丘陵；半干旱山区；沙棘；水土保持

沙棘是海原县造林的主要树种之一，由于其适应性强，成活率高，生长较快，在海原造林树种中，是为数不多的几个先锋品种之一，比重占到全县造林的19.5%，面积在16666.67hm2以上，主要分布在中南部11个乡镇和南华山、西华山和月亮山3个国有封山育林场。

1 基本情况

1.1 自然概况

海原地处黄土丘陵半干旱山区，沙棘主要分在北伟36°6′～36°35′，东径105°20′～106°10′之间，该区地貌以峁状地形为主。气候属典型的大陆性季风气候，夏季受东南季风的影响，冬季受干冷的蒙古高原气候及西伯利亚冷空气的控制，形成春暖迟、夏热短、秋凉早、冬寒长，四季分明的特点。年平均温度5.5～7.7℃，≥10℃的有效积温1972～2621℃。年降雨量300～350mm，且多集中在7、8、9这3个月，年蒸发量2136mm，日照2716小时，无霜期145～165天，土壤以黑垆土居多。这里降雨量少、蒸发量大、水土流失严重、生态环境恶劣。

1.2 沙棘的特性

学名：（Hipplhae rhamoides L）；科名：胡颓子科（Elaeagnaceae）；别名：醋柳、酸刺、黑刺。为落叶小乔木、灌木，最高单株可高达15m。沙棘是喜光树种，也能生于疏林下。对气候和土地的适应性较强，抗严寒、风沙，耐干旱和高温，当年生枝条未充分木质化时，也可以安全越冬。不畏酷暑，在炽热高温下能正常生长。对土地要求不严，耐水湿和盐碱，也耐干旱瘠薄。在针、阔叶林内成为下木，可与其它种配置混交。同时，沙棘又是优良的水土保持树种，沙棘生长较快，根系发达，主根浅，萌蘖性极强。根系在土地中向上方延伸的能力比较强，是固定侵蚀沟头和沟坡的优良树种。

2 观测地点及涉及面积

2.1 沙棘成林

地点在南华山自然保护区五桥沟林场，面积133.33hm2。五桥沟林场位于海原县城南侧，距县城7km。年平均降雨量484～530mm，且集中在7、8、9这3个月，年蒸发量2031mm。年平均日照时数为2716小时，日照率61%，年平均气温6.5～7.9℃，最热月7月平均气温10.6～12.4℃，最冷2月平均气温-11.2～-10.6℃，≥10℃的积温1638～2400℃，无霜期130天左右，土壤类型以灰褐土为主。

2.2 沙棘幼林

地点在树台乡韩庄村，面积466.67hm2，2001年造林。韩庄村位于海原县西南，距县城22km。年平均降雨量300～350mm，且集中在7、8、9这3个月，年蒸发量2131mm。年平均日照时数为2800小时，日照率63%，年平均气温7.0～7.9℃，≥10℃的积温1842～2600℃，无霜期150天，土壤类型以灰褐土为主。

3 试验过程

试验共设计了20个观测点，其中沙棘成林5个，沙棘幼林15个，主要观测当地降雨与沙棘林内土壤含水量、径流等因子的相关性。

4 近5年试验区降雨量统计

5 观测及研究分析

5.1 沙棘林冠和枯枝落叶层对涵养水源的作用

试验区3～7龄沙棘人工林林冠年截留率为5.9%，林冠截留率与林龄和郁闭度呈显著的幂相关。5～7龄沙棘林枯枝落叶层的持水量为0.58～1.19mm，其最大持水量与郁闭度和蓄积量显著相关。沙棘蒸腾强度与土壤水分条件有关，土壤供水充足时，沙棘蒸腾强度日变化呈单峰型，供水不足时，呈双峰型。蒸腾强度生长季月变化曲线呈单峰型，均值为0.658g/g.h。蒸腾耗水量5月因土壤干旱为生长季最低值，为38.21mm，6月蒸腾耗水量增大，7月达年内峰值，为81.96mm。

5.2 沙棘枯枝落叶层对土壤入渗、土壤抗冲刷的作用

沙棘林地土壤的平均入渗速率为0.622～1.415mm/min，其平均入渗速率与枯枝落叶层覆盖和降水强度密切相关。枯落物层厚度达到2cm以上时林地无降雨侵蚀发生。沙棘林地表层（0～5cm）土壤抗冲性能比荒坡提高27.0%～43.5%，其强弱与土层内毛根（≤1mm）的分布有关。沙棘林表层土壤的抗蚀性能大于下层，随着林龄的增大，土壤的抗蚀能力增强。

5.3 沙棘林对减少地表径流的作用

随着林龄的增加，其作用逐渐增大。4龄时减少径流的作用明显增强，成龄沙棘林的产流量仅为2.74t/hm，林地基本无径流发生。沙棘林平茬后仍具有减少地表径流的作用，平茬后第2年林地产流量比荒坡减少45.3%。

5.4 沙棘林对水土保持的作用

4龄沙棘林地的土壤侵蚀模数仅为20.11t/km，6龄以后林地坡面的水力侵蚀基本停止。与荒坡植被相比，成龄沙棘混交林可减少径流17.7%～51.7%，减少土壤侵蚀量68.4%～97.5%。

5.5 沙棘林生长季土壤水分变化情况

生长初期的4月，100cm以下土层含水率较高，平均含水率为6.7%。5月对深层土壤水分利用强度增大，土壤含水率为生长季最低，0～500cm土层平均土壤含水率为5.1%。7～9月，0～100cm土层的土壤水分得到部分补偿，10月末，土壤含水率补偿深度达500cm，土壤含水率为生长季最高，0～500cm土层平均含水率达8.3%。土壤水分的垂直利用分层为：表层（0～40cm）是气象因子和根系共同作用的主要层次，40～100cm土层是沙棘利用土壤水分的主要层次；100cm以下土层是沙棘抵御持续干旱的主要层次，沙棘及其混交林在干旱年份生长季的平均土壤含水量均很低，0～400cm土层平均容积含水量为0.063～0.084cm。沙棘纯林对土壤水分消耗大于混交林，两者间的差值变化在0.005～0.020cm。

5.6 林龄不同的沙棘林对土壤水分利用

4龄沙棘林年总耗水量为341.6mm，5龄、6龄、7龄沙棘林年总耗水量分别比4龄时增加138.3mm、323.3mm、392.2mm。7龄时，沙棘林年消耗土壤贮水231.2mm，0～500cm土层平均土壤含水率5.58%。

6 试验结论

根据试验和分析，得出如下结论：沙棘林冠和枯枝落叶层具有显著的水土保持和涵养水源的作用；沙棘枯枝落叶层具有增加土壤入渗、增强土壤抗冲刷的能力；沙棘林具有显著减少径流的作用，随着林龄的增加，其作用逐渐增大；沙棘林生长季节土壤水分的变化随温度和降雨量的不同也在变化；林龄不同的沙棘林对土壤水分利用强度不同。