小葉楊防護林生長及林下土壤特征分析

賈文娟

(山西省桑干河楊樹豐產林實驗局梁家油坊中心林場，山西 右玉 037200)

小葉楊具有分布廣泛，栽培歷史悠久的特點，當前小葉楊已經成為我國鄉土樹種和栽培樹種中的主要種植類型，在我國18個省份當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的抗旱和耐鹽堿的特性，并且雜交親和力極強，因此被植物育種領域的研究人員視為防護林建設的主要樹種類型。近幾年，時代的變化和社會的發展，使得生態與環境問題在全球領域范圍內不斷出現，人們對于環境保護的意識也逐漸提高，環境的保護和發展已經成為當前社會的熱點話題。森林是地球生態系統當中十分重要的組成部分，在改善環境方面起到了至關重要的作用[1]。因此，基于這一特點，為了做到防風固沙，維護自然生態環境，開展了大量防護林工程建設項目。因此，為了進一步鞏固小葉楊防護林的體系建設，該文開展小葉楊防護林生長及林下土壤特征分析研究。

1 基本概況

1.1 試驗地概況

由于自然因素和非自然因素的干擾和破壞，現有防護林逐漸出現了大面積衰退的現象，并主要表現為林木生長緩慢、材積小、材質差等，絕大多數防護林形成了“小老樹”林形態[2]。小葉楊防護林是主要衰退的樹種類型之一，并且在其衰退的過程中，對其他林木的正常生長造成了嚴重的影響和危害，若不對其采取有效的防護措施，則會嚴重阻礙林業以及種植小葉楊防護林區域的可持續發展，從而抑制防護林整體的生態效益和經濟效益提升，對于防護林體系工程建設而言也會造成極大的損失。通過選擇某地區現有小葉楊防護林作為研究區域，開展如下研究，針對該區域中小葉楊的防護林生長情況和土壤特征進行分析。研究區域總面積為41 552 km2，東西長度約為500 km，南北寬度約為260 km。

1.2 試驗方法

該次實驗以小葉楊防護林為實驗林木，已知該防護林的樹木密度為2000株/m2，樹木的存活率保持在90%以上。在實驗過程中，分別從土層高度、生長周期、土壤緊實程度等方面改變小葉楊防護林生長條件，在近五年，通過對不同生長條件下的小葉楊防護林生長過程以及林下土壤特征進行調查和分析，探究影響小葉楊防護林生長過程中的各項因素。針對標準樣地進行調查，并將所獲得的試驗數據統計，完成下述試驗調查及分析。

2 樹高生長過程試驗調查內容

2.1 樹高生長過程分析

為了確保對小葉楊防護林生長過程的有效分析，此次研究從小葉楊防護林的樹高入手，通過在不同生長階段防護林樹高的變化，進行此方面內容的進一步分析。通過對某地區小葉楊樹的生長數據采樣可知，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一種緩慢下降趨勢，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的植被會受到外界環境的影響出現突變生長現象。綜合對多個地區植被生長數據的采樣可以發現，大多數地區的小葉楊樹在生長的第10～12 a，樹高達到最高，在此階段中樹高的生長量約為0.58 m/a，在經過最高生長周期后，樹高的每年生長量逐步呈現一種下降趨勢，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更加顯著，每年的年生長量大約為0.10 m/a。綜合上述對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律性的，即在植被的幼年階段，其生長速度較快，當植被達到成年后，樹高長至最高，但隨著樹齡的成熟，樹高增長逐步下降，最終達到停止生長的現象[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，進行其樹高生長速度的進一步分析。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需求養分與持續的養料，并以此為依據，掌握植被在生長過程的樹高與樹齡之間的線性關系，確保后續有關造林工作的實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，包括生物學特性、樹木本身年齡、環境條件和人為經營措施等。在正確掌握小葉楊防護林的直徑生長規律后，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，達到高產、優質、速生的效果[5]。因此，針對小葉楊防護林的生長過程進行分析得出，在所有小葉楊防護林當中，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，當小葉楊生長在0～5A階段時，其直徑生長相對較快，當小葉楊生長在5A～15A階段時，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出明顯的降低變化趨勢，并且在30A階段以后幾乎不會再生長。同時，小葉楊防護林的直徑平均每年生長量和其連續多年生長量也與生長年齡有著直接的關系。在小葉楊生長的第10個生長周期當中，其直徑的平均生長量達到最大，并且在第10個生長周期之前，小葉楊的直徑平均生長量和連年生長量都呈現出隨著年齡增加而增加的變化，在第10個生長周期以后，隨著年齡的增加，上述兩種直徑生長數據又呈現出下降的趨勢[6]。除此之外，小葉楊防護林的直徑連年生長量與平均生長量會出現一個交點，這一交點通常會出現在小葉楊第20個生長周期之后。在這一交點出現以前，通常為小葉楊連年生長量超過平均生長量；這一交點出現以后，通常為小葉楊平均生長量超過連年生長量。因此，可以認為小葉楊生長周期在交點位置上時，達到了直徑數量的成熟階段。

2.3 樹干材積生長過程分析

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

3 土壤特征試驗調查內容

3.1 土壤緊實程度對土壤容重影響分析

為了進一步探究小葉楊防護林生長過程中其林下土壤的特征，從土壤容重特征入手，針對小葉楊防護林林下土壤最基本物理性質進行探究。通過土壤容重特征的變化，能夠反映出土壤的緊實程度變化，即土壤疏松程度越高，土壤容重越??；土壤緊實程度越高，土壤容重越大。同時，土壤容重與土壤的孔隙結構數量和密度之間都有著直觀的聯系。土壤容重的變化，會影響到土壤整體的透氣能力以及入滲能力。通過對土壤容重特征進行分析，可以實現對小葉楊防護林土壤肥力高低程度的評價，對于后續小葉楊防護林工程建設和維護而言都具有十分重要的現實意義。針對當前已經完成小葉楊防護林建設的區域，針對其不同位置上的林下土壤容重特征進行分析，得到如表1所示結果。

表1 不同土層高度土壤容重對比

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

3.2 土層高度對土壤含水量影響分析

林下土壤的組成主要包括固、液、氣三項組成，其中土壤的液相即為土壤水分，是土壤當中不可或缺的組成要素，對于土壤當中的物質交換而言具有至關重要的作用，同時也是小葉楊防護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循環和能量流動，這一過程同時也需要借助于土壤當中的水分完成。除此之外，土壤當中的水分也是有機體的重要組成，對于小葉楊防護林的光合作用而言具有積極影響。因此，通過對小葉楊防護林林下土壤含水量特征的分析，能夠實現對小葉楊防護林生長情況的反映。土壤含水量與土層高度之間也有著一定聯系，通過對不同區域、不同土層高度的小葉楊防護林土壤含水量進行探究，得出如表2所示結果。

表2 不同土層高度對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林。因此，通過上述數據可以看出，小葉楊防護林土壤含水量會隨著土層高度的增加而增加，并且隨著土層高度的進一步增加，土壤含水量呈現出持續增大的趨勢。土壤當中的水分主要通過三種方式進行補給，其一為地下水在運動的過程中，通過毛細水的形式進行補給；其二為大氣降水以及凝結水形成的補給；其三為灌溉系統的入滲形成的補給。在小葉楊防護林建設區域內，為了給毛細水提供更加良好的運移環境，通常會在土壤層巖性的選擇上選用亞砂土、亞粘土以及中細砂等，以此確保土壤的顆粒松散。通過對不同區域內的小葉楊防護林的土壤含水量進行測定得出，在小葉楊覆蓋率高的區域內，土壤含水量通常會比小葉楊覆蓋率低的區域土壤含水量更高。產生這一現象的主要原因是，小葉楊防護林在生長過程中會不斷吸收來自地下水補充的水分，并通過葉片對降水進行攔截，以影響到土壤水分的補給。

3.3 土層深度對土壤機械組成影響分析

完成對土壤相關內容的分析后，下述將從土壤機械構成入手，進行土壤機械組成特征的分析。在開展此方面內容的分析時，可從土層深度入手，土層深度在表層以下20.0cm范圍內時，其中極粗砂粒、粗砂粒、中砂礫(砂礫)、細砂礫、極細砂粒、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，對應物質的含量分別為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，對應物質的含量分別為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。綜合上述對不同土層機械物質含量的分析后可知，大部分機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較低。由此可見，小葉楊樹的根系應當在最底層以下，此部分土層中的土質較為細膩、松軟，更加適宜植被根系結構的生長，但上述采樣得到的數據僅為單一地區的數據，數據的代表性較差，還需要后期通過對多地區的采樣綜合分析后得出土壤機械組成的進一步特征。

3.4 土層高度對土壤養分含量影響分析

土壤養分是構成土壤肥力的主要組成部分，土壤的養分發生改變，相應的土壤肥力也會發生改變，土壤養分的豐富程度對于小葉楊防護林的生長發育狀況都會產生直接的影響。從根本上而言，土壤當中的養分退化，實質上是土壤肥力發生了退化。若土壤養分缺失嚴重，則無法供應土壤本身的發育，更無法為種植的植被提供生長條件。通過對小葉楊防護林生長區域內的土壤養分進行分析得出，土壤當中的有機物質會隨著土層的高度增加而增加，并且土壤當中含有的氮含量和土壤速效氮含量，也會呈現出隨著土層高度增加而不斷增加的趨勢。但土壤當中的速效磷含量，不會受到土層高度增加而發生過改變，不存在垂直分布的規律。在小葉楊防護林種植區域內，土壤養分通常包括有機物質、全氮、速效氮、速效磷等。若土壤當中的養分含量過低，則會造成小葉楊防護林養分的缺失，進而使得其無法維持正常的生長狀態。土壤當中的成分含量變化會在一定程度上影響到土壤的酸堿度，因此再對小葉楊防護林土壤的酸堿度進行分析，土壤的酸堿度在不同區域當中存在的極顯著性的差異，在小葉楊防護林區域內表層結構、深層結構當中的土壤均為酸性，并且表層結構當中土壤的酸性程度更加明顯。同時，在小葉楊防護林生長區域內，土壤的酸堿度在空間分布上的變化一致，這一現象與土壤本身含有的物質資源和含量之間有著關系。

4 結語

當前，我國針對小葉楊防護林建設工程的研究已經逐漸步入全面發展階段，針對小葉楊的生理、生態和遺傳學特征等進行了細致地探討，在育種方面的研究也逐漸進入到了系統化的常規育種階段。上述發展背景使得小葉楊防護林建設的支撐條件更加充分，在該文上述論述內容的基礎上，結合小葉楊的生長特點以及其林下土壤的特征能夠進一步實現對小葉楊防護林生長建設的合理完善。在后續的研究當中，還將針對小葉楊的基因條件進行更加深入研究，并為其樹種的攝取、保存和導入其他株體提供理論支撐，從而實現小葉楊防護林工程建設的可持續發展，為生態環境的平衡提供保障。