賈文娟

(山西省桑干河楊樹豐產(chǎn)林實(shí)驗(yàn)局梁家油坊中心林場(chǎng)，山西 右玉 037200)

小葉楊具有分布廣泛，栽培歷史悠久的特點(diǎn)，當(dāng)前小葉楊已經(jīng)成為我國鄉(xiāng)土樹種和栽培樹種中的主要種植類型，在我國18個(gè)省份當(dāng)中都有小葉楊天然林的分布。由于小葉楊樹種在生長過程中具有極強(qiáng)的抗旱和耐鹽堿的特性，并且雜交親和力極強(qiáng)，因此被植物育種領(lǐng)域的研究人員視為防護(hù)林建設(shè)的主要樹種類型。近幾年，時(shí)代的變化和社會(huì)的發(fā)展，使得生態(tài)與環(huán)境問題在全球領(lǐng)域范圍內(nèi)不斷出現(xiàn)，人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)的意識(shí)也逐漸提高，環(huán)境的保護(hù)和發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)前社會(huì)的熱點(diǎn)話題。森林是地球生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中十分重要的組成部分，在改善環(huán)境方面起到了至關(guān)重要的作用[1]。因此，基于這一特點(diǎn)，為了做到防風(fēng)固沙，維護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，開展了大量防護(hù)林工程建設(shè)項(xiàng)目。因此，為了進(jìn)一步鞏固小葉楊防護(hù)林的體系建設(shè)，該文開展小葉楊防護(hù)林生長及林下土壤特征分析研究。

1 基本概況

1.1 試驗(yàn)地概況

由于自然因素和非自然因素的干擾和破壞，現(xiàn)有防護(hù)林逐漸出現(xiàn)了大面積衰退的現(xiàn)象，并主要表現(xiàn)為林木生長緩慢、材積小、材質(zhì)差等，絕大多數(shù)防護(hù)林形成了“小老樹”林形態(tài)[2]。小葉楊防護(hù)林是主要衰退的樹種類型之一，并且在其衰退的過程中，對(duì)其他林木的正常生長造成了嚴(yán)重的影響和危害，若不對(duì)其采取有效的防護(hù)措施，則會(huì)嚴(yán)重阻礙林業(yè)以及種植小葉楊防護(hù)林區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，從而抑制防護(hù)林整體的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益提升，對(duì)于防護(hù)林體系工程建設(shè)而言也會(huì)造成極大的損失。通過選擇某地區(qū)現(xiàn)有小葉楊防護(hù)林作為研究區(qū)域，開展如下研究，針對(duì)該區(qū)域中小葉楊的防護(hù)林生長情況和土壤特征進(jìn)行分析。研究區(qū)域總面積為41 552 km2，東西長度約為500 km，南北寬度約為260 km。

1.2 試驗(yàn)方法

該次實(shí)驗(yàn)以小葉楊防護(hù)林為實(shí)驗(yàn)林木，已知該防護(hù)林的樹木密度為2000株/m2，樹木的存活率保持在90%以上。在實(shí)驗(yàn)過程中，分別從土層高度、生長周期、土壤緊實(shí)程度等方面改變小葉楊防護(hù)林生長條件，在近五年，通過對(duì)不同生長條件下的小葉楊防護(hù)林生長過程以及林下土壤特征進(jìn)行調(diào)查和分析，探究影響小葉楊防護(hù)林生長過程中的各項(xiàng)因素。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣地進(jìn)行調(diào)查，并將所獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，完成下述試驗(yàn)調(diào)查及分析。

2 樹高生長過程試驗(yàn)調(diào)查內(nèi)容

2.1 樹高生長過程分析

為了確保對(duì)小葉楊防護(hù)林生長過程的有效分析，此次研究從小葉楊防護(hù)林的樹高入手，通過在不同生長階段防護(hù)林樹高的變化，進(jìn)行此方面內(nèi)容的進(jìn)一步分析。通過對(duì)某地區(qū)小葉楊樹的生長數(shù)據(jù)采樣可知，其樹高生長曲線呈“S”形，在小葉楊樹生長的前1～5 a中，樹高生長較為迅速，但此階段不是其樹高生長的最快階段[3]。在此后的5～15 a年，小葉楊樹進(jìn)入樹高生長最快階段，在15～20 a間，楊樹樹高的生長開始呈現(xiàn)一種緩慢下降趨勢(shì)，在20～25 a間，樹高的生長開始更加緩慢，在25 a后，小葉楊樹的樹高生長趨近于極值，即樹高生長開始停止。但在此過程中也不排除部分地區(qū)的植被會(huì)受到外界環(huán)境的影響出現(xiàn)突變生長現(xiàn)象。綜合對(duì)多個(gè)地區(qū)植被生長數(shù)據(jù)的采樣可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)地區(qū)的小葉楊樹在生長的第10～12 a，樹高達(dá)到最高，在此階段中樹高的生長量約為0.58 m/a，在經(jīng)過最高生長周期后，樹高的每年生長量逐步呈現(xiàn)一種下降趨勢(shì)，從0.58 m/a逐步跌落到0.25 m/a。在15～20a間，樹高的每年生長量下降趨勢(shì)更加顯著，每年的年生長量大約為0.10 m/a。綜合上述對(duì)小葉楊樹樹高生長過程的分析可知，其高度增長過程是存在某種規(guī)律性的，即在植被的幼年階段，其生長速度較快，當(dāng)植被達(dá)到成年后，樹高長至最高，但隨著樹齡的成熟，樹高增長逐步下降，最終達(dá)到停止生長的現(xiàn)象[4]。因此，可在此過程中，通過分析樹齡與小葉楊樹生長周期階段的方式，進(jìn)行其樹高生長速度的進(jìn)一步分析。以此種方式，掌握植被在不同階段的生長需求，為小葉楊樹植被的生長供應(yīng)需求養(yǎng)分與持續(xù)的養(yǎng)料，并以此為依據(jù)，掌握植被在生長過程的樹高與樹齡之間的線性關(guān)系，確保后續(xù)有關(guān)造林工作的實(shí)施可以滿足既定效果。

2.2 直徑生長過程分析

小葉楊的直徑生長程度是指其直徑的生長量，影響小葉楊直徑生長的條件眾多，包括生物學(xué)特性、樹木本身年齡、環(huán)境條件和人為經(jīng)營措施等。在正確掌握小葉楊防護(hù)林的直徑生長規(guī)律后，能夠通過更加有效的措施，改善小葉楊樹木的生長狀況，并起到提升生長量，達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、速生的效果[5]。因此，針對(duì)小葉楊防護(hù)林的生長過程進(jìn)行分析得出，在所有小葉楊防護(hù)林當(dāng)中，小葉楊的直徑都是隨著樹木的年齡增加而不斷增長的，同時(shí)小葉楊直徑的生長過程與樹高的生長過程十分相似。以小葉楊生長周期A為單位，當(dāng)小葉楊生長在0～5A階段時(shí)，其直徑生長相對(duì)較快，當(dāng)小葉楊生長在5A～15A階段時(shí)，其直徑生長速度最快，隨后直到30A階段位置，其直徑生長速度呈現(xiàn)出明顯的降低變化趨勢(shì)，并且在30A階段以后幾乎不會(huì)再生長。同時(shí)，小葉楊防護(hù)林的直徑平均每年生長量和其連續(xù)多年生長量也與生長年齡有著直接的關(guān)系。在小葉楊生長的第10個(gè)生長周期當(dāng)中，其直徑的平均生長量達(dá)到最大，并且在第10個(gè)生長周期之前，小葉楊的直徑平均生長量和連年生長量都呈現(xiàn)出隨著年齡增加而增加的變化，在第10個(gè)生長周期以后，隨著年齡的增加，上述兩種直徑生長數(shù)據(jù)又呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)[6]。除此之外，小葉楊防護(hù)林的直徑連年生長量與平均生長量會(huì)出現(xiàn)一個(gè)交點(diǎn)，這一交點(diǎn)通常會(huì)出現(xiàn)在小葉楊第20個(gè)生長周期之后。在這一交點(diǎn)出現(xiàn)以前，通常為小葉楊連年生長量超過平均生長量；這一交點(diǎn)出現(xiàn)以后，通常為小葉楊平均生長量超過連年生長量。因此，可以認(rèn)為小葉楊生長周期在交點(diǎn)位置上時(shí)，達(dá)到了直徑數(shù)量的成熟階段。

2.3 樹干材積生長過程分析

小葉楊防護(hù)林的樹木材積是指木材的體積，包括原木、原條等的體積。在小葉楊防護(hù)林工程建設(shè)過程中，考慮到樹木經(jīng)濟(jì)利用條件，通常將樹干作為測(cè)定其材積的主要目標(biāo)。在測(cè)算的過程中，將單株小葉楊作為測(cè)算對(duì)象，將防護(hù)林當(dāng)中所有的小葉楊樹干材積作為蓄積量[7]。通過對(duì)小葉楊防護(hù)林的樹干材積生長過程進(jìn)行分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)防護(hù)林經(jīng)營利用基本經(jīng)濟(jì)性能的描述。小葉楊樹干材積的凈生產(chǎn)量包括小葉楊植株的掉落物和枯損物的總量、被動(dòng)物吃掉的植物量以及在特定時(shí)間階段中植物的增長量。小葉楊防護(hù)林的單株樹干材積決定著整個(gè)防護(hù)林的樹高和樹干的形狀。一般情況下，小葉楊的防護(hù)林樹干材積的生長量會(huì)呈現(xiàn)出“S”型曲線，并且其增長速度是由慢變快，再到慢的過程。這一特點(diǎn)與小葉楊防護(hù)林的直徑生長和樹高生長有著直接的關(guān)系，樹干材積的生長穩(wěn)定上升，并且并沒有隨著小葉楊年齡的增加而呈現(xiàn)出下降的變化趨勢(shì)[8]。在不同地區(qū)，小葉楊防護(hù)林的樹干材積總生長量都會(huì)呈現(xiàn)出隨年齡的增長而增長的變化特征，并且變化整體表現(xiàn)均一致。以上述小葉楊的生長周期為例，在第5個(gè)生長周期之前，小葉楊防護(hù)林的樹干材積生長速度十分緩慢；在第5個(gè)生長周期開始，直到第10個(gè)生長周期，生長速度逐漸加快；在第10個(gè)生長周期到第20個(gè)生長周期之間，其生長速度迅速增加；隨后直到第30個(gè)生長周期位置，樹干材積的生長量增長幅度逐漸減小，并且在第30個(gè)生長周期之后，盡管仍然處于不斷增長的態(tài)勢(shì)，但其幅度較小，基本趨于平緩生長狀態(tài)。

3 土壤特征試驗(yàn)調(diào)查內(nèi)容

3.1 土壤緊實(shí)程度對(duì)土壤容重影響分析

為了進(jìn)一步探究小葉楊防護(hù)林生長過程中其林下土壤的特征，從土壤容重特征入手，針對(duì)小葉楊防護(hù)林林下土壤最基本物理性質(zhì)進(jìn)行探究。通過土壤容重特征的變化，能夠反映出土壤的緊實(shí)程度變化，即土壤疏松程度越高，土壤容重越小；土壤緊實(shí)程度越高，土壤容重越大。同時(shí)，土壤容重與土壤的孔隙結(jié)構(gòu)數(shù)量和密度之間都有著直觀的聯(lián)系。土壤容重的變化，會(huì)影響到土壤整體的透氣能力以及入滲能力。通過對(duì)土壤容重特征進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小葉楊防護(hù)林土壤肥力高低程度的評(píng)價(jià)，對(duì)于后續(xù)小葉楊防護(hù)林工程建設(shè)和維護(hù)而言都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)當(dāng)前已經(jīng)完成小葉楊防護(hù)林建設(shè)的區(qū)域，針對(duì)其不同位置上的林下土壤容重特征進(jìn)行分析，得到如表1所示結(jié)果。

表1 不同土層高度土壤容重對(duì)比

通過對(duì)上述得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出，土壤的容重與土層高度之間有著直接的關(guān)系，土層高度越高，則土壤的容重越大，反之同理。再利用GIS軟件對(duì)小葉楊防護(hù)林林下土壤容重趨勢(shì)面進(jìn)行分析，分別針對(duì)土層高度為0～20 cm和20～40 cm的林下土壤容重趨勢(shì)面分布情況進(jìn)行探究。在探究的過程中發(fā)現(xiàn)，小葉楊防護(hù)林林下土壤存在異質(zhì)性特征，這一特征的形成受到成土母質(zhì)、地形以及人類活動(dòng)的影響。林下土壤的容重為中等空間相關(guān)特征，說明在該區(qū)域內(nèi)空間上的變化差異受到了結(jié)構(gòu)因素和隨機(jī)因素的共同影響[9]。同時(shí)，林下土壤容重的空間變異趨勢(shì)呈現(xiàn)出從南向北逐漸減小的變化，而在東西方向上基本不會(huì)發(fā)生變化。同時(shí)，林下土壤容重趨勢(shì)面在空間分布上呈現(xiàn)出斑塊狀的鑲嵌分布形式。針對(duì)不同海拔、地形和氣候特征的區(qū)域中種植的小葉楊防護(hù)林的林下土壤容重分析得出，土壤容重在不同區(qū)域上既有整體相似性特點(diǎn)，同時(shí)又存在局部差異性特點(diǎn)。

3.2 土層高度對(duì)土壤含水量影響分析

林下土壤的組成主要包括固、液、氣三項(xiàng)組成，其中土壤的液相即為土壤水分，是土壤當(dāng)中不可或缺的組成要素，對(duì)于土壤當(dāng)中的物質(zhì)交換而言具有至關(guān)重要的作用，同時(shí)也是小葉楊防護(hù)林在生長過程中主要的水分來源。大氣與土壤和植被之間形成了物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，這一過程同時(shí)也需要借助于土壤當(dāng)中的水分完成。除此之外，土壤當(dāng)中的水分也是有機(jī)體的重要組成，對(duì)于小葉楊防護(hù)林的光合作用而言具有積極影響。因此，通過對(duì)小葉楊防護(hù)林林下土壤含水量特征的分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)小葉楊防護(hù)林生長情況的反映。土壤含水量與土層高度之間也有著一定聯(lián)系，通過對(duì)不同區(qū)域、不同土層高度的小葉楊防護(hù)林土壤含水量進(jìn)行探究，得出如表2所示結(jié)果。

表2 不同土層高度對(duì)土壤含水量影響分析

從表2中可以看出，在土層高度為20～40 cm上種植的小葉楊防護(hù)林，其土壤含水量明顯大于土層高度為0～20 cm上種植的小葉楊防護(hù)林。因此，通過上述數(shù)據(jù)可以看出，小葉楊防護(hù)林土壤含水量會(huì)隨著土層高度的增加而增加，并且隨著土層高度的進(jìn)一步增加，土壤含水量呈現(xiàn)出持續(xù)增大的趨勢(shì)。土壤當(dāng)中的水分主要通過三種方式進(jìn)行補(bǔ)給，其一為地下水在運(yùn)動(dòng)的過程中，通過毛細(xì)水的形式進(jìn)行補(bǔ)給；其二為大氣降水以及凝結(jié)水形成的補(bǔ)給；其三為灌溉系統(tǒng)的入滲形成的補(bǔ)給。在小葉楊防護(hù)林建設(shè)區(qū)域內(nèi)，為了給毛細(xì)水提供更加良好的運(yùn)移環(huán)境，通常會(huì)在土壤層巖性的選擇上選用亞砂土、亞粘土以及中細(xì)砂等，以此確保土壤的顆粒松散。通過對(duì)不同區(qū)域內(nèi)的小葉楊防護(hù)林的土壤含水量進(jìn)行測(cè)定得出，在小葉楊覆蓋率高的區(qū)域內(nèi)，土壤含水量通常會(huì)比小葉楊覆蓋率低的區(qū)域土壤含水量更高。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是，小葉楊防護(hù)林在生長過程中會(huì)不斷吸收來自地下水補(bǔ)充的水分，并通過葉片對(duì)降水進(jìn)行攔截，以影響到土壤水分的補(bǔ)給。

3.3 土層深度對(duì)土壤機(jī)械組成影響分析

完成對(duì)土壤相關(guān)內(nèi)容的分析后，下述將從土壤機(jī)械構(gòu)成入手，進(jìn)行土壤機(jī)械組成特征的分析。在開展此方面內(nèi)容的分析時(shí)，可從土層深度入手，土層深度在表層以下20.0cm范圍內(nèi)時(shí)，其中極粗砂粒、粗砂粒、中砂礫(砂礫)、細(xì)砂礫、極細(xì)砂粒、粉粒、粘粒的含量分別為：13.177 9 g/cm3、1.462 1 g/cm3、17.568 g/cm3、58.981 g/cm3、4.562 g/cm3、0.082 1 g/cm3、0.005 g/cm3；土層深度在20.0～40.0 cm時(shí)，對(duì)應(yīng)物質(zhì)的含量分別為8.265 4 g/cm3、1.086 5 g/cm3、12.756 8 g/cm3、60.560 4 g/cm3、14.923 0 g/cm3、2.212 6 g/cm3、0.012 0 g/cm3；土層深度在40.0～60.0 cm時(shí)，對(duì)應(yīng)物質(zhì)的含量分別為5.669 2 g/cm3、1.062 1 g/cm3、14.569 8 g/cm3、58.218 4 g/cm3、18.589 3 g/cm3、2.760 26 g/cm3、0.065 26 g/cm3。綜合上述對(duì)不同土層機(jī)械物質(zhì)含量的分析后可知，大部分機(jī)械成分的粒徑集中在2.0～2.0×103μm之間，主要組成成分為砂礫，其中粉粒的含量相對(duì)較低。由此可見，小葉楊樹的根系應(yīng)當(dāng)在最底層以下，此部分土層中的土質(zhì)較為細(xì)膩、松軟，更加適宜植被根系結(jié)構(gòu)的生長，但上述采樣得到的數(shù)據(jù)僅為單一地區(qū)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的代表性較差，還需要后期通過對(duì)多地區(qū)的采樣綜合分析后得出土壤機(jī)械組成的進(jìn)一步特征。

3.4 土層高度對(duì)土壤養(yǎng)分含量影響分析

土壤養(yǎng)分是構(gòu)成土壤肥力的主要組成部分，土壤的養(yǎng)分發(fā)生改變，相應(yīng)的土壤肥力也會(huì)發(fā)生改變，土壤養(yǎng)分的豐富程度對(duì)于小葉楊防護(hù)林的生長發(fā)育狀況都會(huì)產(chǎn)生直接的影響。從根本上而言，土壤當(dāng)中的養(yǎng)分退化，實(shí)質(zhì)上是土壤肥力發(fā)生了退化。若土壤養(yǎng)分缺失嚴(yán)重，則無法供應(yīng)土壤本身的發(fā)育，更無法為種植的植被提供生長條件。通過對(duì)小葉楊防護(hù)林生長區(qū)域內(nèi)的土壤養(yǎng)分進(jìn)行分析得出，土壤當(dāng)中的有機(jī)物質(zhì)會(huì)隨著土層的高度增加而增加，并且土壤當(dāng)中含有的氮含量和土壤速效氮含量，也會(huì)呈現(xiàn)出隨著土層高度增加而不斷增加的趨勢(shì)。但土壤當(dāng)中的速效磷含量，不會(huì)受到土層高度增加而發(fā)生過改變，不存在垂直分布的規(guī)律。在小葉楊防護(hù)林種植區(qū)域內(nèi)，土壤養(yǎng)分通常包括有機(jī)物質(zhì)、全氮、速效氮、速效磷等。若土壤當(dāng)中的養(yǎng)分含量過低，則會(huì)造成小葉楊防護(hù)林養(yǎng)分的缺失，進(jìn)而使得其無法維持正常的生長狀態(tài)。土壤當(dāng)中的成分含量變化會(huì)在一定程度上影響到土壤的酸堿度，因此再對(duì)小葉楊防護(hù)林土壤的酸堿度進(jìn)行分析，土壤的酸堿度在不同區(qū)域當(dāng)中存在的極顯著性的差異，在小葉楊防護(hù)林區(qū)域內(nèi)表層結(jié)構(gòu)、深層結(jié)構(gòu)當(dāng)中的土壤均為酸性，并且表層結(jié)構(gòu)當(dāng)中土壤的酸性程度更加明顯。同時(shí)，在小葉楊防護(hù)林生長區(qū)域內(nèi)，土壤的酸堿度在空間分布上的變化一致，這一現(xiàn)象與土壤本身含有的物質(zhì)資源和含量之間有著關(guān)系。

4 結(jié)語

當(dāng)前，我國針對(duì)小葉楊防護(hù)林建設(shè)工程的研究已經(jīng)逐漸步入全面發(fā)展階段，針對(duì)小葉楊的生理、生態(tài)和遺傳學(xué)特征等進(jìn)行了細(xì)致地探討，在育種方面的研究也逐漸進(jìn)入到了系統(tǒng)化的常規(guī)育種階段。上述發(fā)展背景使得小葉楊防護(hù)林建設(shè)的支撐條件更加充分，在該文上述論述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合小葉楊的生長特點(diǎn)以及其林下土壤的特征能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)小葉楊防護(hù)林生長建設(shè)的合理完善。在后續(xù)的研究當(dāng)中，還將針對(duì)小葉楊的基因條件進(jìn)行更加深入研究，并為其樹種的攝取、保存和導(dǎo)入其他株體提供理論支撐，從而實(shí)現(xiàn)小葉楊防護(hù)林工程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，為生態(tài)環(huán)境的平衡提供保障。