2.1 林木枝条对宁夏沙化土壤保水特性的影响

2.1.1材料与方法

2.1.1.1研究区概况

试验区位于宁夏贺兰山东麓的银川腹部沙地（106°08′~107°22′E,38°28′~38°42′N），属于宁夏沙漠化地区，有流动沙丘分布，天然植被为草地，但由于毗邻黄河，节灌农业发达，且分布有大面积的以杨树为主的生态防护林。该地区的气候条件和土壤类型是宁夏全区沙漠化分布区现状的典型代表。试验区海拔1115 m，属中温带半干旱大陆性气候，主要气候特点：昼夜温差大，雨雪稀少，蒸发强烈，气候干燥，风大沙多等。年均气温10.1℃，年均降水量181.2 mm，年均蒸发量1882.5 mm。1月份平均最低气温-15.2℃，极端最低气温-27.9℃,7月份平均最高气温30.1℃，极端最高气温37.2℃。为体现研究的典型性，本研究选择了沙化程度较为严重的土壤开展试验研究，其土壤类型为砂土（砂粒含量92.5%，粉粒含量5.48%，粘粒含量2.02%）,0~40 cm土层土壤pH值9.07、有机质含量2.01 g/kg、全氮含量0.11 g/kg、全磷含量0.08 mg/kg和全钾含量14.51 g/kg。

研究区天然植被类型为草地，由于长期受放牧干扰，土壤沙化严重。主要植物种有赖草（Leymus secalinu）、中亚白草（Penniseturtt centrasiaticum）、狗尾草（Setaria viridis）、糜蒿（Artemisia blephareolepis）、猪毛蒿（Artemisia scopari）、木紫苑（Asterothamnus centrali-asiaticus）、黑沙蒿（Artemisia ordosica）、鹤虱（Lappula myosotis）和虫实（Corispermum hyssopifolium）等。

2.1.1.2试验材料与试验设计

本研究采用自制的微型蒸渗仪（Micro-lysimeter）进行模拟试验。微型蒸渗仪由白色的PVC管材制成，由内外两个圆柱桶组成。两个圆柱桶的内桶为实验桶，内径10 cm，高度23 cm，桶底部用打了孔的PVC管材专用堵头封闭，上口敞开；外桶为保护桶，内径15 cm，高度亦23 cm，上口和底部均不封闭。试验时，为模拟土壤自然环境，先将外桶埋入20 cm深度的沙土中，然后内桶置于其中。2种PVC桶均露出地表3 cm以方便试验时取出称量。整个试验在顶部白色透光的塑料遮盖、四周透风的抗旱试验棚进行。

试验供试土壤取于田间试验区，土壤性质见表2-1，土壤经风干后过2 mm筛备用。林木枝条选用宁夏常见的杨树枝条、槐树枝条、榆树枝条和葡萄树枝，同时选择其他传统土壤改良材料和当地常见物料作为供比较材料，包括小麦秸秆、稻壳和腐熟的牛粪。试验设计3种试验类型的处理。（A）类型：混施不同材料粉碎物——土壤分别按质量分数为5%混施牛粪、小麦秸秆、稻壳、杨树枝条、槐树枝条、榆树枝条、葡萄树枝条，以不添加为对照。上述林木枝条去除叶片后粉碎成长度约为0.5 cm的材料；玉米秸秆直接粉碎长度至约为0.5 cm；稻壳风干后直接使用；腐熟的牛粪风干后过0.5 cm筛，取筛子上部材料备用，同时挑除粒径大于0.5 cm的颗粒。上述处理分别用字母CM、WS、RH、PB、LB、EB、GB和CK表示。（B）类型：混施不同比例的杨树枝条粉碎物——土壤分别添加0%（即对照）、2%、5%、8%和11%的杨树枝条，分别用0%、2%、5%、8%和11%表示；（C）类型：杨树枝条的不同施用方式——以杨树枝条粉碎物和长度为2~10 cm不等、直径为1 cm的未粉碎杨树枝条为材料，处理包括土壤表施2层未粉碎枝条（每层1 cm厚，共计厚度2 cm；覆盖土表面积约50%~60%）、表施2 cm厚粉碎枝条、土壤按质量分数混施5%粉碎枝条、在混施5%枝条的基础上表施2层未粉碎枝条和不做任何处理的对照，分别用UBM、GBM、GBI、GBI+UBM和CK表示。以上每个处理均设4个重复，处理随机区组排列。以上试验处理中，其中A、B中的CK与B中的0%为同一处理，A中的PB、B中的5%PB和C中GBI为同一处理。

试验在2013年7月布置完毕并开始浇水，第1次浇水相当于降雨量10 mm，完成第1次蒸发量测定之后进行第2次浇水，第2次浇水相当于降雨量20 mm，完成第2次蒸发量测定以后每10 d浇水1次，每次浇水均相当于降雨量20 mm，直至9月底以后不再浇水。总浇水量为150 mm。实验内桶在次年2月移至室内，解冻后测定相关指标。

2.1.1.3测定指标与方法

蒸发量的测定采用称重法。2次浇水后均每天上午10:00左右利用精度为0.1 g电子秤称重，根据初始浇水量计算出每天由于蒸发作用损失的水分，直至水分损失变化不大时停止测定。

蓄水量的测定采用称重法。每次浇水前利用精度为0.1g电子秤称重，然后根据内桶中已知土壤质量计算出水分质量，再用水分质量除以内桶横截面积计算出蓄水量。

土壤温度采用针式电子温度计测定0～15 cm土壤温度，为减少测量对土壤的扰动，只在7月、8月和9月的第1次浇水后第9天和第10天的14:00分别测定一次，2次测定值取平均值记为当月土壤温度的最大值。

渗漏率的测定采用积水法，具体方法是将搬至室内的土壤解冻，并且保持土壤中的水分持续蒸发，利用称重法测得土壤中水分蒸发殆尽时，量取200 ml自来水快速倒入微型蒸渗仪内桶中，记录下内桶土壤表层所有水分下渗至土壤中消耗的时间，根据消耗时间计算出每1 min下渗的水分（mm），将此初始入渗速率表示为渗漏率，估测土壤渗水性。

土壤孔隙度、持水量和密度的测定：每年0～20 cm土壤的孔隙度、持水量和密度均在10月底测定。孔隙度测定方法如下（Liu et al.,2009）：将装有原装土的环刀（5 cm高）置于盛有5 mm水的托盘中，在环刀上口覆盖一滤纸，待滤纸完全湿润后开始称重环刀中土的质量，根据滤纸湿润时土壤质量与烘干质量之差再除以环刀体积换算出毛管孔隙度；将装有原装土的环刀再置于盛水的托盘中浸泡24 h，水面高度同环刀高度（5 cm）但不淹过环刀，然后称重浸泡后土的质量，根据浸泡后土的质量和烘干土质量之差再除以环刀体积换算出总孔隙度；非毛管孔隙度为总孔隙度和毛管孔隙度之差。土壤饱和持水量、毛管持水量和非毛管持水量测定方法如下（贾秀红等，2013）：分别将测定总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度中的水分质量除以烘干土质量计算得到。

2.1.1.4数据处理

利用Excel 2007建立数据库，同时以Excel 2007和Origin 8.6绘图，采用SPSS 19.0进行单因素方差分析和相关分析。

表征土壤水分物理性质的指标利用隶属函数计算得出隶属函数值后再与土壤蓄水量进行相关性分析。隶属函数值计算方法如下（王谧等，2014；张利霞等，2014）：

Xij为i指所有处理中表征某一土壤水分物理性质的指标，Xmax和Xmin为j该指标在所有处理中的最大值和最小值；R（Xij）为i处理j指标经计算得到的隶属函数值。如果某一指标与土壤持水性正相关则采用公式（1），反之采用公式（2）。将所有土壤水分物理性质指标利用隶属函数法计算出每个指标的隶属函数值，再将所有指标的隶属函数值进行累加，求其平均数得每个处理的隶属函数值R，以R表示土壤水分物理性质的综合值，R值越大则表示土壤持水能力越强。

2.1.2结果与分析

2.1.2.1施用林木枝条对土壤抑制水分蒸发的影响

土壤中混施不同来源的有机物料对水分蒸发的抑制效果不同（图2-1A）。第1次浇水10 mm后土壤中水分剩余量可以划分为2个阶段，第1阶段为0~9 d，处理间的土壤中水分剩余量表现为WS>RH>PB>GB>EB>LB>CM>CK，以混施小麦秸秆和稻壳最高，但杨树枝条仅次于稻壳，而牛粪仅高于对照；第2阶段为第9d后，土壤水分剩余量变化趋势变为PB>WS>GB>RH>EB>LB>CM>CK，以混施杨树枝条最高，而且在第2次浇水20 mm此趋势保持不变，牛粪仍然仅高于对照。土壤水分蒸发的统计学特征表明（表2-2），有机物料处理土壤及对照土壤中水分的剩余量与蒸发时间呈极显著的指数关系变化（R2=0.835-0.939, P<0.001），但有机物料处理的水分剩余量动态变化的变异系数均小于对照，说明有机物料处理土壤较对照更不易受环境等因素的影响；研究还表明，浇水10 mm和20 mm下，混施杨树枝条的土壤水分蒸发变异系数最小，分别是0.63和0.24，说明施用杨树枝条下土壤水分变化幅度最小。

土壤中混施不同比例的杨树枝条对水分蒸发的抑制效果也不同（图2-1B）。2次浇水后土壤水分剩余量均表现为随施入量的增加而增加。土壤水分蒸发的统计学特征表明（表2-2），不同杨树枝条粉碎物混施比例中的土壤水分剩余量均与蒸发时间呈极显著的指数关系变化（R2=0.887-0.957, P<0.001），而且变异系数随着混施比例的增加而减小。

图2-1混施不同材料（A）、混施不同比例杨树枝条（B）和杨树枝条不同施用方式（C）对土壤蒸发的影响

Fig.2-1 Effects of incorporated different materials（A）, incorporated different proportion of poplar branches（B）and different restored patterns with poplar branches（C）on soil evaporation

以杨树枝条为原料，进行不同处理后对土壤水分的蒸发抑制效果如图2-1C所示。2种表施方式UBM和GBM都能明显的抑制土壤水分的蒸发，且以GBM效果更显著，尤其在2次浇水的初期均GBM的抑制效果占优势，但随着时间的推移土壤添加5%杨树枝条粉碎物的GBI和GBI+UBM的抑制效果接近GBM，而最终又以GBI+UBM的抑制效果占优势，GBI其次。土壤水分蒸发的统计学特征表明（表2-2），首先不同施用方式下的土壤水分剩余量均与蒸发时间仍呈极显著的指数关系变化（R2=0.863-0.986, P<0.001），变异系数亦为不同处理方式均小于对照，其中以GBI和GBI+UBM变化最小，说明混施下土壤水分变化较单纯覆盖缓和。

表2-2土壤水分蒸发的统计学特征

Table 2-2 Statistical characteristics of soil evaporation

注Note:***P<0.001.

图2-2混施不同材料（A）、混施不同比例杨树枝条（B）和杨树枝条不同施用方式（C）对土壤蓄水量的影响

Fig.2-2 Effects of incorporated different materials（A）, incorporated different proportion of poplar branches（B）and different restored patterns with poplar branches（C）on soil water storage

注：不同字母表示处理间差异显著。

Note:Pillar marked with different letters are significantly different according to Duncan's test（P<0.05）.

2.1.2.2施用林木枝条对土壤蓄水量的影响

土壤定期持续浇水下混施不同有机物材料对蓄水量的变化影响不同，但所有处理的土壤蓄水量均呈线性变化（R2=0.884-0.939, P<0.01）（图2-2A，表2-3）。首先，与对照CK相比，7种有机物材料处理下的土壤蓄水量在试验期间均高于CK（图2-2A），其平均值亦均高于CK（表2-3）。其次，7种材料处理间对土壤蓄水量的变化有所不同，WS蓄水量在试验期间的变化幅度最大，在8月20日之后蓄水量在处理间最大（图2-2A），而且蓄水量的始末之差也是最大的（表2-3）；但是杨树枝条PB蓄水量的变化幅度仅次于WS（线性斜率为1.67），其蓄水量在8月20日及此前较其他6种材料最大，而此后则居于WS之后（图2-2A），蓄水量始末之差及平均值亦仅次于RH（表2-3）; CM在整个试验期间的土壤蓄水量均小于其他6种材料（图2-2A），其蓄水量平均值亦在6种材料中最低（表2-3）; LB、EB、RH和GB之间的变化不明显（图2-2A）。但是，试验末期各处理间的土壤蓄水量表现为WS>PB>RH>LB、EB、GB、CM>CK，且差异显著（P<0.05），说明林木枝条特别是杨树枝条亦具有强的提高土壤的蓄水能力。

土壤混施不同比例的杨树枝条对土壤蓄水量的影响也不同（图2-2B，表2-3），但亦均呈线性变化（R2=0.899-0.954, P<0.01）。试验期间，土壤蓄水量均随着施入比例的增加而呈增加趋势，其蓄水量的差值也随着混施比例的增加而增加（表2-3）。但2%处理的蓄水量与0%（对照）相比，仅在7月28日显著高于0%（P<0.05）（图2-2B）。2%土壤蓄水量平均值与0%相比差异不显著（P>0.05），但5%、8%和11%间土壤的蓄水量平均值显著大于0%（P<0.05），且其三者间差异亦显著（P<0.05）。

杨树枝条不同施用方式对土壤蓄水量的影响亦不同（图2-2C），但亦均呈线性变化（R2=0.904-0.946, P<0.01）。首先，与CK相比，4种处理方式UBM、GBM、GBI和GBI+UBM在试验期间均显著提高了土壤的蓄水量（P<0.05）（图2-2C），而且土壤蓄水量平均值均显著高于CK（P<0.05），蒸发量均低于CK（P<0.05）。其次，处理方式间对土壤蓄水量的影响也不同，GBM处理随着时间的推移其蓄水量升高的幅度最大，GBI+UBM仅次于GBM, GBI次于GBI+UBM, UBM在4种处理中最低（图2-2C）；蓄水量平均值和始末差值亦呈现出与上述一致的变化规律，且平均值差异显著（P<0.05）（表2-3）。

表2-3土壤蓄水量（WS）动态变化特征及其平均值（MWS）

Table 2-3 Soil water storage（WS）change characteristics and mean water storage（MWS）

注：***P<0.001．不同字母表示处理间差异显著。

Note:Data marked with different letters are significantly different according to Duncan's test（P<0.05）.

2.1.2.3施用林木枝条对土壤温度的影响

一般认为，土壤温度与土壤水分的蒸发密切相关。本研究结果显示（表2-4处理类型A），不同材料对土壤的温度影响不同，而且在不同的时间变化也不同。7月份，LB、EB和GB较对照CK均显著升高了土壤温度（P<0.05），而其他几种材料对土壤温度的影响不显著（P<0.05）;8月份，CM、LB、EB和GB较对照CK均显著升高了土壤温度（P<0.05），而PB较CK显著降低了土壤温度（P<0.05）, RH和WS对土壤温度影响不显著（P<0.05）;9月份，所有处理与CK相比，均显著降低了土壤温度（P<0.05）。总体而言，土壤混施不同的有机物材料后，虽然对土壤温度的影响不同，但随着时间的推移，均具有降低土壤温度的效果。就土壤温度平均值而言，只有RH、WS和PB较CK分别显著降低了土壤温度1.02℃、1.37℃和1.32℃（P<0.05），其他处理对土壤温度影响不显著（P>0.05），这说明杨树枝条能在高温期具有降低土壤温度的效果，而其他林木枝条则无此作用。

表2-4混施不同材料（A）、混施不同比例杨树枝条（B）和杨树枝条不同施用方式（C）对土壤温度（℃）的影响

Table 2-4 Effects of incorporated different materials（A）, incorporated different proportion of poplar branches（B）and different restored patterns with poplar branches（C）on soil temperature

注：不同字母表示处理间差异显著。

Note:Data marked with different letters are significantly different according to Duncan's test（P<0.05）.

土壤混施不同比例杨树枝条对土壤温度的影响明显不同（表2-4处理类型B），在7~9月，土壤温度均随着杨树枝条混施比例的增加而降低，而且土壤温度的平均值随着混施比例的增加呈显著降低趋势（P<0.05）。11%、8%、5%和2%的土壤温度与0%相比分别降低3.01℃、2.00℃、1.32℃和0.56℃（P<0.05）。

杨树枝条不同施用方式对土壤温度的影响亦不同，但不同时间的变化基本一致（表2-4处理类型C）。2种表施UBM和GBM与CK相比均降低了土壤温度，但GBM效果优于UBM; GBI与CK相比，7月份对土壤温度的影响不显著（P>0.05），但8月和9月显著降低了土壤温度（P<0.05）；在GBI处理的基础上表施枝条后，GBI+UBM不但较GBI降低了土壤温度，较CK也降低了土壤温度。就平均值而言，GBI+UBM、GBI、GBM和UBM较CK可以分别降低土壤温度2.16℃、1.32℃、2.72℃和1.00℃（P<0.05）。

2.1.2.4施用林木枝条对土壤水分物理性质的影响

（1）对土壤密度的影响。土壤密度是土壤紧实度的敏感性指标，反映着土壤的疏松程度和通气性，是土壤质量的一个重要参数，其值大小与土壤的通气性、透水性和根系生长阻力有关（杨弘等，2007）。可以从表2-5（处理类型A）看出，对照CK的土壤密度高达1.45 g/cm3，而混施有机物料的处理EB、RH、GB、LB、WS和PB与CK相比均显著降低土壤密度15.86%～12.41%（P<0.05）, WS和PB效果最佳，CM的效果不显著（P>0.05），说明林木枝条特别是杨树枝条均可有效降低土壤密度。

对于杨树枝条混施比例的影响而言（表2-5处理类型B），土壤密度随着杨树枝条的混施比例的增加而明显降低。与0%相比，2%、5%、8%和11%的添加比例可以分别降低土壤密度3.24%、15.63%、25.27%和32.51%，但2%与0%间差异不显著（P>0.05）。

杨树枝条不同施用方式对土壤密度的影响表2-5（处理类型C）所示，与CK相比，2种表施处理UBM和GBM对土壤密度的影响不显著（P>0.05）, GBI和GBI+UBM显著降低土壤密度至14.48%（P<0.05），但后二者间差异亦不显著（P>0.05）。

（2）对土壤孔隙度的影响。土壤孔隙状况直接影响着土壤的通气透水性及根系穿插的难易程度，对土壤中水、肥、气、热以及生物活性等发挥着不同的作用，是表征土壤结构的重要指标（杨弘等，2007）。土壤混施不同材料对孔隙度的影响也不同（表2-5处理类型A），与对照CK相比，7种材料可以提高土壤总孔隙度17.32%～46.78%（P<0.05），可以提高毛管孔隙度3.52%～20.01%，可以提高非毛管孔隙度173.45%～892.92%。在7种材料中，WS和PB对3种孔隙度的影响均达到显著水平（P<0.05），说明林木枝条特别是杨树枝条具有提高沙化土壤孔隙度的作用。

对于土壤混施杨树枝条比例的研究结果显示（表2-5处理类型B），土壤3种孔隙度的数量均随混施比例的增加而呈增加趋势。与0%相比，2%、5%、8%和11%的施用比例可以分别提高总孔隙度17.98%、35.62%、43.59%和44.80%，可以分别提高毛管孔隙度5.79%、12.24%、19.89%和10.02%，可以分别提高非毛管孔隙度405.56%、779.11%、797.33%和1150.89%，对提高非毛管空隙度的比例亦高于总孔隙度和毛管孔隙度。

杨树枝条不同施用方式对土壤孔隙度的影响也不同（表2-5处理类型C）。2种表施UBM和GBM较CK均显著提高了土壤的总孔隙度和非毛管孔隙度（P<0.05），但其2者间差异不显著（P>0.05）; GBI与CK相比，均显著提高3种孔隙度比例（P<0.05）；在GBI的基础表施枝条后，GBI+UBM与CK相比亦均显著提高3种孔隙度比例（P<0.05），但与GBI差异不显著（P>0.05）。总体比较，GBI+UBM、GBI、GBM和UBM较CK可以分别提高土壤总孔隙度13.16%、7.78%、35.62%和31.45%，可以分别提高土壤毛管孔隙度5.93%、0.90%、12.24%和6.73%，可以分别提高土壤非毛管孔隙度243.11%、226.67%、779.11%和807.78%，对提高非毛管空隙度的比例亦高于总孔隙度和毛管孔隙度。

（3）对土壤持水量的影响。土壤持水量直接表征土壤对水分的保持能力。在本研究中，土壤混施不同有机物材料均提高了土壤的持水量（表2-5处理类型A），与CK相比，7种材料可以提高土壤饱和持水量11.58%～29.39%，可以提高毛管持水量19.43%～40.37%，可以提高非毛管持水量4.30%～19.38%（其中LB与CK相比降低了土壤非毛管孔隙度）。7种材料中，以WS和PB提高土壤持水量的效果最佳，说明杨树枝条在林木枝条中对提高沙化土壤持水量更有效。

土壤混施不同比例杨树枝条对持水量的影响也不同（表2-5处理类型B），土壤的3种持水量指标均随着杨树枝条木屑施用比例的增加而增加。与0%相比，2%、5%、8%和11%的施用比例可以分别提高土壤饱和持水量8.02%、28.63%、48.83%和56.19%，可以分别提高毛管持水量9.21%、33.29%、60.77%和64.41%，可以分别提高土壤非毛管持水量5.65%、19.38%、25.18%和30.90%。

枝条杨树不同施用方式对土壤持水量的影响也不同（表2-5处理类型C）。与CK相比，2种表施处理UBM和GBM均显著提高了土壤饱和持水量（P<0.05），均对毛管持水量影响不显著（P>0.05）, UBM显著提高非毛管持水量（P<0.05），而GBM对毛管持水量影响不显著（P>0.05）; GBI与CK相比，均显著提高了土壤饱和持水量和非毛管持水量（P<0.05），对毛管持水量影响不显著（P>0.05）; GBI+UBM与CK相比，亦均显著提高了土壤饱和持水量和非毛管持水量（P<0.05），对毛管持水量影响不显著（P>0.05）。总体比较，GBI+UBM、GBI、GBM和UBM 较CK 可以分别提高土壤饱和持水量16.03%、0.83%、28.63%和25.84%，可以分别提高毛管持水量6.52%、-1.90%、33.29%和31.12%，可以分别提高非毛管持水量34.86%、6.26%、19.38%和15.40%。

（4）对土壤渗漏性的影响。本研究对蒸发殆尽的土壤采用等体积的水分测定了其初始的渗漏率，与传统概念的初始入渗速率和稳定入渗速率有所不同，反映的是土壤水分渗漏损失的情况。研究结果表明，土壤混施不同材料对渗漏性影响不同（表2-5-类型A），与CK相比，7种材料均显著降低了土壤的渗漏性（P<0.05）, CM、LB、EB、RH、GB、WS 和 PB 与 CK 相比分别可以降低渗漏速率47.25%、69.65%、75.36%、91.65%、76.75%、95.13%和84.29%（P<0.05），以WS、RH和PB的降低效果最佳，CM最差，说明杨树枝条具有同小麦秸秆与稻壳一样的具有阻止土壤快速渗漏的效果。

土壤混施不同比例杨树枝条对渗漏性的影响也不同（表2-5处理类型B）。与0%相比，2%、5%、8%和11%的施用比例可以分别显著降低土壤渗漏率57.01%、82.88%、93.67%和96.55%（P<0.05）；处理间，5%、8%和11%降低的效果显著优于2%（P<0.05），但前3者差异不显著（P>0.05）。

杨树枝条施用方式不同，对土壤渗漏性的影响也不同（表2-5处理类型C）。与CK相比，2种表施方式UBM和GBM均显著降低了土壤的渗漏率（P<0.05），且GBM优于UBM（P<0.05）; GBI与CK相比亦显著降低了土壤入渗率（P<0.05）；在GBI的基础表施枝条后，GBI+UBM与CK相比显著降低了土壤渗漏（P<0.05），但与GBI差异不显著（P>0.05）。总体比较，GBI+UBM、GBI、GBM和UBM较CK可以分别降低土壤渗漏速率89.58%、84.50%、88.56%和14.84%，以GBM效果最差。

（5）土壤水分物理性质的总体评价比较。本研究中，由于处理间表征土壤水分物理性质指标和表征土壤水分指标的响应并不完全一致，难以客观评判每个处理类型下处理间土壤水分物理性质的总体变化趋势。因此，为了更直观、更便捷地研究土壤水分物理性质的变化，本文首先将土壤水分物理性质指标进行了无量纲的归一化处理，然后计算出表征土壤物理性质的一个综合相对值-隶属函数值R（表2-6），依据R值的排序比较处理间水分物理性质优劣。

R值的排序表明，混施不同有机物料对土壤水分物理性质影响的排序为PB>WS>RH>EB>GB>LB>CM>CK，表明杨树枝条具有最强的保水特性；混施不同比例杨树枝条对土壤水分物理性质影响的排序为11%>8%>5%>2%>0%；有机物料不同施用方式对土壤水分物理性质影响的排序为GBI>GBI+UBM>UBM>GBM>CK，表明混施杨树枝条措施对沙化土壤物理特性改善效果最明显。

2.1.2.5土壤水分与其影响因子间的相关分析

本研究中，影响土壤水分保持能力的主要因子是温度和土壤水分物理性质，但由于处理间表征土壤水分物理性质指标和表征土壤水分指标的响应并不完全一致，也导致了难以客观评判二者间的相关性。因此，本文用R和土壤温度与土壤水分进行相关分析，揭示影响土壤蓄水量、蓄水效率和蒸发量的主要因子。

研究发现，土壤混施不同有机物材料后保持土壤水分的影响因子不同（表2-7处理类型A），根据相关分析结果可以分为3类：第1类为CM处理，其土壤蓄水量平均值与土壤温度和土壤水分物理性质间的相关性均不显著（P>0.05），说明该处理对保持土壤水分的效果不明显；第2类为LB、EB和GB，其土壤蓄水量平均值与土壤温度相关性均不显著（P>0.05），而与土壤水分物理性质间显著（P<0.05）或极显著正相关或负相关（P<0.01），说明这3种林木枝条保持土壤水分的主要机理是降低了土壤温度，减少了土壤蒸发；第3类为RH、WS和PB，其土壤蓄水量平均值分别与土壤温度和土壤水分物理性质间极显著正相关或负相关（P<0.01），说明这些材料保持土壤水分的主要机理是降低土壤温度，同时改善土壤水分物理性质，也说明杨树枝条在保持土壤水分方面的优越性等同于小麦秸秆和稻壳。

保持土壤水分的影响因子还和土壤混施杨树枝条不同比例有关（表2-7处理类型B），当杨树枝条混施比例为2%，土壤蓄水量平均值与土壤温度和土壤水分物理性质间均无相关性（P>0.05），说明2%的混施比例对土壤水分的保持作用不明显；当杨树枝条混施比例≥5%时，土壤蓄水量平均值与土壤温度和土壤水分物理性质间分别极显著正相关或负相关（P<0.01），说明此时土壤水分的保持受降低土壤温度和改善土壤水分物理性质双重作用影响。

杨树枝条不同施用方式对土壤保持水分作用的影响机理也不同（表2-7处理类型C），根据相关性分析亦可以分为3类：第1类处理为GBM，其土壤蓄水量平均值与土壤温度极显著或显著负相关（P<0.01），而与土壤水分物理性质间相关性不显著（P>0.05），说明GBM处理主要通过降低土壤温度，减少土壤蒸发保持土壤水分；第2类为处理UBM，其土壤蓄水量平均值与土壤温度极显著负相关（P<0.01），而与土壤水分物理性质间显著正相关（P<0.05），说明该处理时的土壤水分受土壤温度的降低和土壤水分物理性质的改善双重因子影响，但受降低土壤温度的影响可能大于改善土壤水分物理性质的影响；第3类是处理GBI和GBI+UBM，其土壤蓄水量平均值与土壤温度和土壤水分物理性质间分别极显著正相关和负相关（P<0.01），说明该类处理下土壤水分的保持受土壤温度的降低和土壤水分物理性质的改善双重因子影响的。

表2-7土壤蓄水量平均值（MWS）与其影响因子间的相关分析

Table 2-7 Correlation coefficients between mean soil water storage and its factors

注：n=8. **、*和ns 分别表示差异极显著、显著和不显著。

Note:**, * and ns in table means difference extremely significant（P<0.01）, significant（P<0.05）and not significant （P>0.05）respectively.

2.1.3讨论

虽然利用林木枝条系统开展沙化土壤水分保持能力的研究还不多，但是国内外在秸秆还田方面开展了大量的研究，这些研究虽然集中于农田土壤的改良和秸秆的回收利用，但都为本研究对沙化土壤的改良提供了宝贵的借鉴依据。

2.1.3.1混施林木枝条与其他有机物料对土壤保持水分能力的影响

虽然同时开展不同秸秆材料还田的研究不多，但单一秸秆翻埋（混施）还田的大量研究表明，秸秆还田后土壤的密度降低、贮水量升高、持水能力提高以及作物的产量也提高（劳秀荣等，2002; Pérez-de-los-Reyeset al.,2011；高飞等，2011；刘慧军等，2012）。本研究也发现，沙土中施入有机物料均可以有效改善其物理特性，提高土壤持水能力，这和秸秆还田的结果一致，但本研究中不同材料对提高沙土的持水能力是不同的，排在前三位的是PB、WS和RH，充分说明了杨树枝条材料保持沙化土壤水分的可行性；而且其他林木枝条LB、EB和GB持水能力亦优于CM，其蓄水量平均值仅受土壤水分物理性质影响；在所有有机物料中CM持水能力最差，其蓄水量平均值与土壤温度和土壤水分物理性质均不相关，表明传统施用有机肥的措施虽然可以提高土壤养分，但是不能有效保持土壤水分。Karami等（2012）也发现，当土壤中混施不同来源的有机物料后土壤的水分含量明显升高，但甘草渣、稻壳、小麦秸秆的效果优于羊粪、牛粪；土壤密度均下降，但是处理间差异不明显。但无论如何，林木枝条特别是杨树枝条可有效提高沙化土壤保水性，这对林木枝条改良土壤提供了可借鉴的理论依据。

2.1.3.2杨树枝条不同混施量对土壤保持水分能力的影响

路文涛等（2011）在宁南半干旱区将谷子秸秆和玉米秸秆粉碎并按不同量翻埋还田后发现，土壤含水量、作物水分利用效率和作物产量等随着还田量的增加而呈增加趋势，但高飞等（2011）在同一地区将小麦秸秆和玉米秸秆翻埋还田后却发现，土壤贮水量虽然均较对照有显著提高，但不同还田量间差异不显著，玉米光合效率、玉米叶面积、玉米茎粗以及玉米籽粒产量却均随还田量明显升高。而Karami等（2012）发现，土壤含水量均随不同有机物料混施比例的增加而增加，土壤密度随添加比例的增加而减小。本研究结果也表明，随着杨树枝条混施量的增加，土壤蓄水量逐渐增加，土壤温度也逐渐减小，而且表征土壤水分物理性质的R值逐渐增加。说明沙化土壤中随着有机物料混施量的增加对其持水能力的提高也逐渐增加，但从生产实践角度考虑，一方面添加量过大时会造成成本过高，另一方面随着土壤添加量的增加，导致土壤中的C/N值将越来越高，不利于植物的生长（蔡晓布等，2003；沈玉芳等，2011）。因此，还需要从经济效益和生态效益两方面出发研究使用量的问题。

2.1.3.3杨树枝条不同施用方式对土壤持水能力的影响

国内外在秸秆表施还田和混施还田方面做了大量研究，但是利用秸秆表施+秸秆混施方式还田的研究并不多。Zhao等（2014）在内蒙古河套灌溉区3年的研究表明，表施秸秆+混施秸秆与对照和单一的表施秸秆相比土壤含水量最高，对照土壤含水量最低。本研究也发现，杨树枝条不同施用方式的处理间土壤蓄水量为GBM>GBI+UBM>GBI>UBM>CK，说明在模拟230 mm降雨量的情况，单纯的林木枝条粉碎物的施入对土壤的水分保持能力最佳；其次是林木枝条的混施+表施的复合模式；而直接表施未粉碎的林木枝条在保水能力方面最差，但仍优于对照。GBM的土壤蓄水量最高，这可能是因为这种覆盖方式下的覆盖层疏松多孔并且与土壤不连续，可以隔断蒸发层和下层土壤的毛管联系，使得土壤水分不容易到达蒸发界面，这样就有效地减缓了土面蒸发的速率，同时在高温时又可以降低土壤温度，起到对土壤水分的保蓄作用（江永红等，2001；王晖等，2011）。本研究还表明，2种表施处理GBM和UBM与CK相比，虽然GBM和UBM均显著地降低了土壤的渗漏性（P<0.05），但 GBM 渗漏率仅是UBM 的13.43% （P< 0.05），推测GBM还可以有效减少土壤水分的渗漏损失，延长水分在土壤中的滞留时间。王静（2011）在典型草地土壤（沙壤土）表层覆盖凋落物后土壤的入渗减小，移除凋落物后土壤入渗增加，这说明砂质土壤表层覆盖凋落物也可以降低土壤的入渗，和本研究结果类似。

2.1.4结论

综上所述，研究区沙化土壤混施林木枝条和其他有机物料均具有保水效果，其中杨树枝条在所有试验林木枝条中保水性能最佳，具有潜在良好的应用价值。此外，土壤保水能力还随着杨树枝条混施比例的增加而提高，但2%的混施比例下土壤蓄水量与对照差异不明显，从应用成本及对植物生长角度考虑，5%的添加比例比较合适。其次，杨树枝条不同的施用方式对土壤保水性影响也不同，以直接表施枝条粉碎物（GBM）效果最佳，可以推断出在干旱半干旱地区表施可能是保持土壤的最佳方式，但是其对土壤物理性质的改善效果并非最佳，因此可以根据实际情况选择不同的使用方式。