韓城市花椒經(jīng)濟林冠層特性及土壤養(yǎng)分特征研究*

唐榮華,李凱榮

(西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,陜西楊陵712100)

花椒(Zanthoxylum bungeanum)為蕓香科花椒屬,落葉小喬木或灌木,喜光照和干燥溫涼的環(huán)境,適應(yīng)性強,管理簡便,經(jīng)濟效益高,作為一種經(jīng)濟林木,在我國有著廣泛的分布[1]?；ń贩N植在韓城市有著悠久的歷史,近年來,在國家和政府的幫助下,建成了“百里三千萬株花椒林帶”,成為全國規(guī)模最大、效益最好的花椒生產(chǎn)基地。近年來,隨著人民生活水平的提高和食品加工業(yè)的發(fā)展,對花椒的需求越來越大,如何提高花椒單位面積產(chǎn)量,有效的利用光能和肥力,增加經(jīng)濟效益,促進農(nóng)業(yè)生態(tài)和經(jīng)濟效益的提高就成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。為此,本文通過研究韓城市花椒的冠層特性和土壤養(yǎng)分狀況,為花椒林的合理光照、施肥、高產(chǎn)和持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

韓城市位于陜西關(guān)中東北部,總面積1 630.48 km2,屬于黃土高原與關(guān)中盆地的過渡地帶,主要有山、川、原3種地貌類型,暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候,年日照時數(shù)2 436 h,年總輻射量8.878×108J/m2,年平均氣溫13.6℃,極端最高氣溫40.6℃,極端最低氣溫-16.7℃,無霜期209 d,年降雨量590 mm。該區(qū)主要土壤種類為土和黃綿土,成土母質(zhì)多為黃土。剖面可分為上下兩部分,上部為覆蓋層,顏色灰棕,團粒結(jié)構(gòu),質(zhì)地輕至中壤,有較多的侵入體,石灰反應(yīng)較為強烈;下部為原來的自然褐土,有棕色黏化層,質(zhì)地中至重壤,棱柱狀結(jié)構(gòu),鈣積層質(zhì)地中壤,塊狀結(jié)構(gòu),此種土體結(jié)構(gòu)具有良好的保水保肥、耐旱耐澇的生產(chǎn)性能。

2 材料與方法

2.1 樣地選擇與采樣

本試驗主要研究不同立地條件下花椒林地的冠層特征和土壤養(yǎng)分狀況。在3種立地條件下各選擇5塊具有典型代表性的花椒林地,樹齡在15 a左右,株行距為2.53 m。每塊樣地各選10株進行冠層特性研究。采用分層調(diào)查法[2]對樣樹的樹體結(jié)構(gòu)進行調(diào)查。測量其樹高、基徑、枝下高、然后在垂直于樹干方向上,從樹冠基部開始往上調(diào)查枝條數(shù)、冠基徑等。調(diào)查結(jié)果如表1所示。

表1 樹體結(jié)構(gòu)指標(biāo)

2.2 冠層特性測定

采用英國Delta-T Devices公司生產(chǎn)的Hemi-View(Delta-T2000)型冠層影像分析系統(tǒng)。該儀器利用180°廣角魚眼鏡頭從下往上拍攝得到樹冠的半球面影像(圖 1),然后下載到計算機上,用HemiView(Version 2.1)軟件進行影像分析[3]。

圖1 花椒樹冠的半球面影像

研究所采用的指標(biāo)主要有葉面積指數(shù)(LAI)、冠型參數(shù)(ELADP)、平均葉片傾角(MLA)、直射光立地系數(shù)(ISF)、散射光立地系數(shù)(DSF)和綜合光立地系數(shù)(GSF)等。

其中,葉面積指數(shù)指單位地表面積上葉片投影面積,冠型參數(shù)表示樹冠的外形結(jié)構(gòu)[3-5],當(dāng)ELADP=1表明樹木冠型接近圓形;ELADP＜1時,表明樹木冠型各組成部分角度大部分接近垂直,冠型為長軸垂直的橢圓形;ELADP＞1時,表示樹木各組成部分角度大部分接近水平,冠型為長軸水平的橢圓形。直射光立地系數(shù)(DSF)指直射光到達指定地點的量占在同樣情況下直射光到達開放地區(qū)的量的比值,散射光立地系數(shù)(ISF)和綜合光立地系數(shù)(GSF)分別指散射光及直射光和散射光的總和。所測數(shù)據(jù)用SPSS(統(tǒng)計分析系統(tǒng))軟件進行方差分析和LSD(最小顯著差數(shù)法)多重比較。

2.3 土壤采集與分析

采用“S”型隨機多點混合取樣方法,在樹冠邊緣距樹干2/3處分別采集0-20,20-40,40-60 cm土層土壤樣品。土壤樣品自然風(fēng)干,分別過0.25 mm和1.0 mm篩以供測定。

土壤養(yǎng)分測定采用常規(guī)分析方法[6]。土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量-外加熱法;堿解氮采用堿解擴散法;速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀采用NH4OAC浸提-火焰光度法進行測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同立地條件下花椒樹冠層特性分析

從表2可以看出,花椒樹體冠層特性的各項指標(biāo)在這3種立地條件下具有一定的差異性。對比這3種立地條件可以知道,平地上的花椒葉面積指數(shù)較北坡水平梯田增加29.8%,較南坡水平梯田增加9.3%;南坡水平梯田葉面積指數(shù)較北坡增加22.5%。同時方差分析結(jié)果表明,這3種立地條件 下的葉面積指數(shù)均存在顯著性差異。

表2 不同立地條件下冠層特性指標(biāo)

3種立地條件下,花椒樹的冠型參數(shù)在4～7之間,均大于1,表明其冠型為長軸水平的橢圓形。方差分析結(jié)果顯示,北坡水平梯田和南坡水平梯田的冠型參數(shù)之間存在顯著性差異。花椒樹的平均葉傾角在33～44之間,方差分析結(jié)果顯示,南坡水平梯田和北坡水平梯田、平地的平均葉傾角之間存在顯著性差異。

從表2中可以看出,在3種立地條件下,南坡水平梯田的各項光立地系數(shù)尤為突出,較北坡水平梯田的ISF、DSF和GSF增加的幅度分別為24.3%、19.3和20%;較平地增加的幅度分別為30.6%、25.9和26.5%,由此可見,南坡水平梯田的光照條件良好,樹體的透光性能增加,而平地的樹體,由于葉面積指數(shù)大,枝葉繁茂,其相互重疊遮蔭,反而使其透光性減少。方差分析結(jié)果顯示,南坡水平梯田與北坡水平梯田、平地的散射光立地系數(shù)、直射光立地系數(shù)和綜合光立地系數(shù)之間均存在顯著性差異。

圖2為太陽輻射通過樹冠后所截獲的散射、直射和輻射量。從圖中可看出,樹冠截獲的散射量、直射量和輻射量,南坡水平梯田＞北坡水平梯田＞平地,其中,南坡水平梯田較北坡水平梯田所截獲的散射能、直射能和總輻射能增加的幅度為 24.5%、19.2%和20.1%;較平地所截獲的散射能、直射能和總輻射能增加的幅度為 30.7%、25.7%和26.7%?？梢?由于立地條件的不同,樹冠對太陽輻射的截獲量差異顯著。

圖2 不同立地類型冠層截獲的散射量、直射量和輻射量

3.2 花椒地土壤養(yǎng)分分析

3.2.1 土壤養(yǎng)分分級 參照陜西土壤養(yǎng)分分級指標(biāo)[7],將韓城地區(qū)的土壤養(yǎng)分進行初級分類(表3)。

表3 花椒地土壤養(yǎng)分分級指標(biāo)

3.2.2 土壤有機質(zhì) 有機質(zhì)是土壤的重要組成部分。其含量雖少,但對土壤肥力的作用很大,它不僅含有各種營養(yǎng)元素,給土壤微生物活動提供必要的能源,而且對土壤物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)起著重要的作用。土壤有機質(zhì)含量是衡量土壤肥力水平高低的一項重要指標(biāo)。通過對供試土壤樣品的分析(表4),可知,花椒地土壤有機質(zhì)平均含量為1.179%,變異系數(shù)為12.1%。3種立地條件下,表層0-20 cm土層中有機質(zhì)含量達到1.34%高于平均水平,20-40 cm土層中有機質(zhì)含量為1.12%,40-60 cm土層中有機質(zhì)含量為1.06%,3個層次土壤有機質(zhì)北坡水平梯田＞南坡水平梯田＞平地,對照土壤養(yǎng)分分級指標(biāo)可以知道,該地區(qū)花椒地土壤有機質(zhì)含量為中等偏下水平,尤其是平地條件下的花椒樹更需加強有機肥的施用,以提高土壤肥力。

3.2.3 土壤堿解氮 土壤堿解氮包括土壤礦化氮和一部分易溶解的有機氮。實踐證明,堿解氮是土壤氮素肥力的重要指標(biāo)之一。生物氣候條件、耕作施肥以及灌溉等,都會影響土壤速效氮含量的變化。

由表4可知,花椒地土壤堿解氮平均含量為49.019 mg/kg,變異系數(shù)為9.7%。0-20 cm土層中,平地土壤堿解氮平均含量為57.194 mg/kg,高于北坡和南坡水平梯田,20-40 cm土層含量較表土少37%,40-60 cm土層含量僅為表層土的34%,可見,表層土壤養(yǎng)分富集,隨著深度的增加,含量逐漸減少。3種立地條件下,平地土壤的堿解氮含量高于北坡和南坡水平梯田。總體上看,該地區(qū)土壤堿解氮含量屬于中等水平偏上,說明該地區(qū)花椒地土壤氮素不缺。

3.2.4 土壤速效磷 磷素是植物重要的營養(yǎng)元素,是植物體內(nèi)生理活動所不可缺少的。因此了解土壤速效磷含量狀況,對合理施用磷肥有著重要意義。

由表4可知,花椒地土壤速效磷平均含量為11.621 mg/kg,變異系數(shù)為23.8%。0-20 cm土層中,南坡土壤速效磷平均含量為17.825 mg/kg高于北坡和平地水平梯田,表層0-20 cm土壤與40-60 cm土壤的速效磷含量的變異系數(shù)為23.8%。3種立地條件下,南坡土壤的速效磷含量均高于北坡水平梯田和平地?？傮w上分析,該地區(qū)土壤速效磷含量小于30 mg/kg,說明該地區(qū)花椒地土壤磷素中等偏下,需要追加施肥。

3.2.5 土壤速效鉀 鉀素是植物必需的營養(yǎng)元素,能加速植物對CO2的同化作用,促進碳水化合物的轉(zhuǎn)化,增強植物的抗病力,提高植物的抗寒性和抗旱性,緩和由于氮肥過量所引起的有害作用等。

由供試土樣的速效鉀分析結(jié)果(表4)可知,土壤速效鉀平均含量為249.93 mg/kg,變異系數(shù)為25.2%。0-20 cm土層中,南坡土壤速效鉀平均含量為308.91 mg/kg高于北坡和平地水平梯田。3種立地條件下,南坡土壤的速效鉀含量均高于北坡水平梯田和平地?？傮w上分析,該地區(qū)土壤速效鉀含量大于100 mg/kg,說明該地區(qū)花椒地土壤鉀素極為豐富,不需要追加施肥。

表4 花椒地土壤養(yǎng)分狀況

3.3 花椒地冠層特性與養(yǎng)分關(guān)系

由表5可以看出,冠層葉面積指數(shù)與有機質(zhì)含量和速效鉀含量呈極顯著相關(guān),增加有機肥和鉀肥的投入有利于增加樹冠的葉面積指數(shù);散射光立地系數(shù)與有機質(zhì)含量、速效磷和速效鉀呈極顯著相關(guān);折射光和綜合光立地系數(shù)與養(yǎng)分之間無明顯相關(guān)性;截獲散射能與有機質(zhì)含量、速效磷和速效鉀呈極顯著相關(guān),截獲直射能與養(yǎng)分之間無明顯相關(guān)性。

表5 冠層特性指標(biāo)與養(yǎng)分的相關(guān)系數(shù)(R)和回歸方程

4 結(jié)論

(1)由于立地條件的限制,花椒樹生長的環(huán)境迥異,花椒樹冠對光能的利用情況差異明顯。南坡水平梯田各項冠層指標(biāo)相比較北坡水平梯田和平地具有一定的優(yōu)勢。表明南坡花椒樹冠長勢良好,有較大的葉面積指數(shù)和葉傾角,增加了樹體對太陽輻射的截獲量,一定程度上提高了對光能的利用率,有利于產(chǎn)量的增加,經(jīng)濟效益的提高。

(2)花椒是一種喜肥的經(jīng)濟林木,而花椒地土壤養(yǎng)分分析結(jié)果表明,韓城地區(qū)花椒地整個區(qū)域土壤有機質(zhì)、磷素不足;氮素處于中等水平;鉀素尤為豐富。其中,平地更應(yīng)該加大對有機肥和磷肥的投入,北坡水平梯田次之,南坡水平梯田土壤養(yǎng)分條件相對好一些,但是還應(yīng)該加大有機肥的投入。

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