箭杆杨-乌拉尔甘草复合种植模式土壤水分特征研究

唐 诚，王 翠，杨 繁

（石河子大学 农学院，新疆 石河子832000）

杨树（Populus）是我国人工林的主要用材树种和防护林树种之一［1］。杨树-甘草复合经营作为林农复合种植模式的一种，既是一个特殊的生态系统，又是一种特殊的经营模式。箭杆杨（Populus nigra var.thevestina）是新疆干旱风沙区实施退耕还林工程选择的乡土树种之一，在新疆适应性强，生长速度快，木材产量高。乌拉尔甘草（Glycyrrhiza uralensis）作为重要的中药材，其经济价值潜力巨大。

杨树吸收根总量的84%集中在土层40～100 cm处［2］。甘草根系在土层中分布的鲜质量比例看，生长3年的甘草根系主要分布在0～50cm深的土层中，0～50cm土层集中了甘草根系总鲜质量的93.17%，干质量的92.81%［3］。植被根系作为植被吸收土壤水分和养分的主要通道，其分布空间直接影响到植被拥有土壤水分和营养空间的大小［4-7］，复合模式下不同带间距决定了地下根系的不同分布空间，其林地土壤水分的垂直和水平变化特征存在着很大差异［8］。

杨树-甘草复合模式下土壤水分如何变化，目前鲜见相关报道。本研究从准噶尔盆地南缘“箭杆杨-乌拉尔甘草”复合种植模式入手，研究2种复合种植模式下土壤水分的时空变化特征，为这一复合种植模式水资源的高效利用提供技术支持和理论指导。

1 研究区概况

试验在新疆生产建设兵团农业第八师149团14连（44°47′N、86°04′E）进行，该团位于新疆玛纳斯河东岸，准噶尔盆地南缘，团场处于天山山前冲积平原与古尔班通古特沙漠南缘交接处，地势东南高西北低，东西宽20.27km，南北长41.72km，总面积341.6km2，海拔337～359.7m。气候干燥，年平均降水量117mm，年蒸发量2 731mm，日照总时间2 752h，平均风速2.7m／s，全年以西北风和北风居多。试验地土壤类型为沙壤土，含碱性2%。该团场水土资源丰富，拥有耕地10 128hm2［9］。

2 试验设计与研究方法

2.1 试验设计

试验区栽植2年生杨树，株行距为1.5m×1.5 m，杨树栽植两行，杨树带与杨树带之间相距7.2m（图1）和14.4m2种模式（杨树种植同7.2m，中间甘草带为其2倍宽），带间种植甘草，地膜宽1.45 m，膜上宽1.2m，膜间距20cm。一膜种植4行甘草，甘草株行距为0.05m×0.3m。

图1 窄行种植示意图Fig.1 Planting diagram of narrow spacing pattern

2.2 研究方法

2.2.1 测点设置 窄行取样点设置：根据薄膜宽度及甘草带宽，及滴灌带位置，设置6个采样点，分别为两行杨树中间（测点1）；距离行间75、155、225、295、365cm和435cm，分别为测点2、3、4、5、6。宽行取样点设置：根据薄膜宽度及甘草带宽，及滴灌带位置，设置11个采样点，分别为两行杨树中间（测点1）；距离行间75、155、225、295、365、435、505、575、645、715cm 和785cm，分别为测点2、3、4、5、6、7、8、9、10、11。

2.2.2 土壤水分测定 试验区降雨量极小，试验区每15d灌水1次，灌水量为每次750m3／hm2，每次采样在灌水前2d进行。

分别于每年5、8、10月在各测点位置取样，土壤样品的采集使用土钻采取，取样深度为0～100cm，每20cm采集土样，重复3次。采集土样后现场用塑料密封袋封装，尽快带回室内。土壤含水量测定采用烘干称重法，烘干温度为105℃，烘干时间为10 h以上，烘干前后土重用高精度电子天平称量［10］。并同时在各样点埋入PR2-6土壤水分剖面测定仪进行土壤水分测量。

3 结果与分析

3.1 2种模式土壤含水量总体特征分析

图2表明，垂直方向上，7.2m、14.4m带间距2种模式下土壤含水量在0～100cm范围内，随着土层垂直深度的增加各层土壤含水量逐渐升高。除60～80cm层外，7.2m带宽的各层土壤含水量都低于14.4m带宽模式。

图3表明，水平方向上，不同的带间距影响到土壤水分含量，窄行模式土壤含水量低于宽行模式。杨树行间的含水量大于杨树下。宽行模式中，随着离杨树带的距离越远，土壤含水量变现出增长趋势，在155～435cm处于平稳阶段，435～715cm表现出明显上升现象，说明宽带的中央位置土壤含水量基本不受杨树带的影响。

图2 土壤水分垂直分布特征Fig.2 Vertical distribution characteristics of soil water content

3.2 窄行不同时期土壤含水量变化

由图4可以看出，5月、8月、10月间土壤垂直含水量基本表现为随深度增加，含水量逐渐上升。5月份杨树行间含水量大于杨树下，随着离杨树带距离增加，含水量逐渐上升，但测点4（295cm）后规律性不很明显，0～20cm含水量下降，但其他各层则先升后降。8月份随着水平距离增加，表现为升-降-升-降的波动变化中，且波动幅度较大，10月份6个测点的土壤含水量波动不大。

对比不同月份土壤含水量，发现5月份的土壤含水量较8月份和10月份都大，这是因为5月份为植物生长初期，土壤蒸发量小，杨树、甘草叶面积指数较低，对土壤水分的需求也相对较小所导致，这与马长明［11］的研究结果相似。

图3 土壤水分水平分布特征Fig.3 Horizontal distribution characteristics of soil water content

图4 窄行各月土壤含水量特征Fig.4 Soil water content characteristics of narrow spacing pattern in each month

3.3 宽行不同时期土壤含水量变化

从图5可以发现，宽行模式下，5月份、10月份土壤含水量垂直分布规律性比较明显，表现为随着深度增加，土壤含水量逐渐上升，8月份，各层土壤含水量规律性不强，60～80cm和80～100cm在0～365cm这个水平距离比较接近，随着离杨树带的距离增加，60～80cm含水量大于80～100cm土层。

同一土层的含水量表现为随着离杨树距离的增加，5月份为波动变化，8月份0～20、20～40、40～60cm 3层为波动变化，且基本为上升过程，60～80 cm和80～100cm 2层为上升趋势。10月份土壤含水量各层在水平方向上变化不大。

4 结论与讨论

影响土壤水分空间分布的因素很多［12-14］（土壤类型、种植密度、灌溉量等），在林农复合模式中，林木和农作物的耗水特性及其种植模式对水分分布空间差异性有显著影响，本研究中，箭杆杨林龄较小，根系分布范围浅而窄，甘草为人工播种2年生，根系分布亦尚浅，杨树和甘草吸水主要在土壤0～40cm层，对下层土壤水分影响较小。总体来看，土壤垂直方向上随着深度增加，土壤含水量逐渐上升。同一垂直层窄行含水量低于宽行。水平方向上表现为离杨树带越远，含水量逐渐上升。此结论与云雷［15］的研究结果一致，但与 YOU W Z［16］研究结论相反。

图5 宽行各月土壤含水量特征Fig.5 Soil water content characteristics of wide spacing pattern in each months

土壤水分季节动态受到地上植被的生长动态、降雨量、灌水量、土壤蒸发等因素影响［17-18］。本试验区位于沙漠-绿洲过渡带，4月份土壤解冻后，植被开始生长，5月是植被快速生长期，8月是该区域气温最高时期，土壤蒸发强烈，10月气温下降，植物叶片逐渐脱落，对土壤水分的利用程度下降。对比宽、窄带宽模式不同月份土壤水分垂直方向的动态变化，可以看到随着土层垂直深度的增加其土壤含水量也逐渐升高。水平方向动态变化来看，5月和8月含水量的波动性比较明显，而10月含水量变化比较稳定。

［1］ 富丰珍，徐程扬，李广德.我国杨树林农复合经营现状及存在的问题［J］.西北林学院学报，2010，25（2）：221-224.FU F Z，XU C Y，LI G D.Current situations and problems in the agroforestry management model of poplar plantation in China［J］.Journal of Northwest Forestry University，2010，25（2）：221-224.（in Chinese）

［2］ 徐红梅，汤景明，鲁黎，等.杨树农林复合经营研究进展［J］.湖北林业科技，2013，42（6）：45-48，52.XU H M，TANG J M，LU L，et al.The research progress of poplar agroforestry management［J］.Hubei Forestry Science and Technology，2013，42（6）：45-48，52.（in Chinese）

［3］ 安文芝，祝玲敏，谢建军，等.栽培甘草根系分布规律及生物量的研究［J］.草业科学，2007，24（7）：51-54.AN W Z，ZHU L M，XIE J J，et al.Study on the root distri-bution pattern and biomass of the cultivated Glycyrrhiza uralensis［J］.Pratacultural Science，2007，24（7）：51-54.（in Chinese）

［4］ 曹扬，赵忠，渠美，等.刺槐根系对深层土壤水分的影响［J］.应用生态学报，2006，17（5）：765-768.CAO Y，ZHAO Z，QU M，et al.Effects of Robinia pseudoacacia roots on deep soil moisture status［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2006，17（5）：765-768.（in Chinese）

［5］ 安慧，韦兰英，刘勇，等.黄土丘陵区油松人工林和白桦天然林细根垂直分布及其与土壤养分的关系［J］.植物营养与肥料学报，2007，13（4）：611-619 AN H，WEI L Y，LIU Y，et al.Distribution characters of fine root of artificial Pinus tabulaeformis and natural Betula platyphylla forests and their relation to soil nutrients in Hilly Loess Regions［J］.Plant Nutrition and Fertilizer Science，2007，13（4）：611-619.（in Chinese）

［6］ 李建林，冯起，司建华，等.极端干旱区胡杨根系分布对土壤水分的响应［J］.干旱区资源与环境，2009，23（11）：186-190.LI J L，FENG Q，SI J H，et al.Response of root distribution of Populus euphratica Oliv.to soil moisture content in extreme arid region［J］.Journal of Arid Land Resources and Environment，2009，23（11）：186-190.（in Chinese）

［7］ 云雷，毕华兴，任怡，等.晋西黄土区核桃玉米间作界面土壤水分变化规律及其对玉米产量的影响［J］.西北林学院学报，2010，25（1）：47-51.YUN L，BI H X，REN Y，et al.Soil moisture distribution and the effects to grain production in walnut-maize agroforestry system on the Loess Plateau in West Shanxi Province［J］.Journal of Northwest Forestry University，2010，25（1）：47-51.（in Chinese）

［8］ 许德生，赵翠平，德永军，等.不同带间距柠条林林地土壤水分变化特征［J］.内蒙古农业大学学报：自然科学版，2008，29（4）：55-57.XU D S，ZHAO C P，DE Y J，et al.Soil moisture changing patterns of Caraganaand grass compound model with different spacing［J］.Journal of Inner Mongolia Agricultural Universi-ty，2008，29（4）：55-57.（in Chinese）

［9］ 农八师149团棉花全部实现机械采收［J］.新疆农机化，2011，（5）：13-13.

［10］ 赵景波，王长燕，岳应利，等.西安地区人工林土壤干层与水分恢复研究［J］.自然资源学报，2007，22（6）：890-895.ZHAO J B，WANG C Y，YUE Y L，et al.The research on the dried layer and the moisture restoration of the soils in the planted forests in Xi'an area［J］.Journal of Natural Resources，2007，22（6）：890-895.（in Chinese）（in Chinese）

［11］ 马长明.基于耗水特征的农林复合模式研究——以河北平山退耕区为例［D］.北京：北京林业大学，2007.

［12］ 潘占兵，李生宝，郭永忠，等.不同种植密度人工柠条林对土壤水分的影响［J］.水土保持研究，2004，11（3）：265-267.PAN Z B，LI S B，GUO Y Z，et al.Effect of planting density of caragana intermedia on soil moisture［J］.Research o f Soil and Water Conservation，2004，11（3）：265-267.（in Chinese）

［13］ 曹红霞，康绍忠，何华.蒸发和灌水频率对土壤水分分布影响的研究［J］.农业工程学报，2003，19（6）：1-4.CAO H X，KANG S Z，HE H.Effects of evaporation and irrigation frequency on soil water distribution［J］.Transactions of the CSAE，2003，19（6）：1-4.（in Chinese）

［14］ 张娟，宋维峰，彭永刚，等.元阳梯田水源区林地土壤水分时空变异性研究［J］.西北林学院学报，2014，29（2）：49-53.ZHANG J，SONG W F，PENG Y G，et al.Studies on spa-tial and temporal variations of soil moisture in forest in water source area of Yuanyang terrace［J］.Journal of Northwest Forestry University，2014，29（2）：49-53.（in Chinese）

［15］ 云雷，毕华兴，任怡，等，晋西黄土区果农间作界面土壤水分分布［J］.东北林业大学学报，2009，37（9）：70-73，78.YUN L，BI H X，REN Y，et al.Soil moisture distribution at fruit-crop intercropping boundary in the loess region of Western Shanxi［J］.Journal of Northeast Forestry University，2009，37（9）：70-73，78.（in Chinese）

［16］ YOU W Z，ZENG D H，LIU M G.Spatial and temporal variations of soil moisture in three types of agroforestry boundaries in the Loess Plateau，China［J］.Journal of Forestry Research，2010，21（4）：415-422.

［17］ 孔亮，蒙宽宏，陈宇，等.黑龙江省东部山地灌木林土壤水分动态变化［J］.东北林业大学学报，2005，33（5）：44-46.KONG L，MENG K H，CHEN Y.Soil water dynamic of several species of shrubs in east mountainous areas of Heilongjiang province［J］.Journal of Northeast Forestry University，2005，33（5）：44-46.（in Chinese）

［18］ 王贺年，余新晓，李轶涛.北京山区林地土壤水分动态变化［J］.山地学报，2011，29（6）：701-706.WANG H N，YU X X，LI T T.Soil water dynamics of four advantage forest in Beijing mountain area［J］.Journal of Mountain Science，2011，29（6）：701-706.（in Chinese）