毛烏素沙地樟子松造林效果對(duì)土壤鹽漬化程度的響應(yīng)

張　惠　張澤寧　劉姝玲

(1.榆林市林業(yè)科學(xué)研究所,陜西 榆林 719000；2.定邊縣林業(yè)工作站，陜西 定邊 718600)

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毛烏素沙地樟子松造林效果對(duì)土壤鹽漬化程度的響應(yīng)

張惠1張澤寧1劉姝玲2

(1.榆林市林業(yè)科學(xué)研究所,陜西 榆林 719000；2.定邊縣林業(yè)工作站，陜西 定邊 718600)

為探討毛烏素沙地樟子松造林效果對(duì)土壤鹽漬化程度的響應(yīng)規(guī)律和機(jī)制,分析其造林效果指標(biāo)、生理特征、生物量分配格局、土壤鹽漬化程度的相互關(guān)系。結(jié)果表明：隨著土壤鹽漬化程度的加重，全鹽、Na+、Cl-含量升高而含水率下降；凈光合速率、水分利用效率與全鹽、Na+、Cl-含量呈負(fù)相關(guān)，與造林保存率、林木生長(zhǎng)量呈正相關(guān)。同時(shí)，隨著土壤鹽漬化程度的加重，種群將更多的生物量分配于根系的生長(zhǎng)發(fā)育。由此可見(jiàn)：隨著土壤鹽漬化程度的加重，土壤含水率、凈光合速率、水分利用效率以及地上生物量分配比例下降，從而導(dǎo)致樟子松存活與生長(zhǎng)能力削弱。因此，提高鹽漬化地段造林效果必須從降低土壤鹽含量、改善土壤水分狀況入手。

樟子松；生長(zhǎng)性狀；生理響應(yīng)；生態(tài)響應(yīng)；鹽漬化程度；毛烏素沙地

土壤鹽漬化是全球性土地荒漠化和土地退化的主要類(lèi)型之一，也是最主要的環(huán)境問(wèn)題之一[1]。在鹽脅迫下，植物生長(zhǎng)緩慢、代謝受到抑制，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)萎焉甚至死亡。因此，改良鹽漬化土壤是人類(lèi)需要解決的重大問(wèn)題之一。在榆林毛烏素沙區(qū)，干旱缺水、風(fēng)蝕沙埋、土壤貧瘠一直是制約造林效果提升的瓶頸。針對(duì)這些問(wèn)題，榆林林業(yè)工作者創(chuàng)造性地提出“六位一體”造林技術(shù)[2-7]，并在樟子松(Pinussylvestrisvar.monglica)沙地人工林營(yíng)造中取得卓越成效，現(xiàn)已經(jīng)在橫山、靖邊等縣(區(qū))建成多處萬(wàn)畝樟子松示范基地[5-7]。然而，沙區(qū)土壤鹽漬化地段的造林效果依然良莠不齊[8]。目前，大部分學(xué)者均側(cè)重于對(duì)樟子松造林技術(shù)的研究[8-9]，樟子松造林效果對(duì)土壤鹽漬化程度的響應(yīng)規(guī)律及其機(jī)制，如何改良鹽漬化土壤以提高造林效果，以及關(guān)于土壤鹽堿化林業(yè)工程治理的研究?jī)H有少數(shù)報(bào)道，針對(duì)性的理論和技術(shù)研究十分薄弱[10-12]。為此，本研究以定邊縣鹽湖周邊的樟子松人工林為研究對(duì)象，分析土壤鹽漬化程度與造林效果、生理生態(tài)特征的關(guān)系，試圖為毛烏素沙地鹽漬化地段樟子松造林、營(yíng)林提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)設(shè)置在陜西省定邊縣鹽場(chǎng)堡鄉(xiāng)的鹽湖北側(cè)，地處毛烏素沙地南緣；屬中溫帶干旱、半干旱大陸性季風(fēng)氣候，特點(diǎn)是光照充足、干旱缺水、風(fēng)沙肆虐、生長(zhǎng)季短；年均氣溫7.9 ℃，極端高溫37.7 ℃，極端低溫-29.4 ℃，年平均日照2 743.3 h；年平均降水量316.9 mm，年蒸發(fā)量2 490 mm；年平均無(wú)霜期141 d左右，絕對(duì)無(wú)霜期110 d。地貌特征是沙丘起伏、沙帶連綿，海拔1 303～1 418 m。土壤以風(fēng)沙土和鹽堿土為主；地帶性植被屬于半荒漠草原，區(qū)系成分兼具沙生、旱生和鹽堿植物以及中生草甸植物。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用單因素對(duì)比法，將造林地分為輕度、中度、重度鹽漬化小區(qū)分別造林，田間布設(shè)采用隨機(jī)排列，重復(fù)3次。造林密度1 111株/hm2，株行距3 m×3 m；2009年4月造林，2014年8月調(diào)查。

1.2.2野外調(diào)查生長(zhǎng)量測(cè)定采用“每木檢尺法”，即逐株測(cè)定樹(shù)高、胸徑、冠幅生長(zhǎng)量；生物量測(cè)定采用“平均標(biāo)準(zhǔn)木法”和“分層切割法”，即根據(jù)平均標(biāo)準(zhǔn)木各器官生物量和林分密度估計(jì)林分生物量；土壤樣品采集采用“對(duì)角線法”，每個(gè)小區(qū)采集5個(gè)點(diǎn)、每點(diǎn)重復(fù)3次，采集深度0～60 cm。

1.2.3室內(nèi)測(cè)定土壤與植物器官含水率測(cè)定采用“烘干法”，土壤全鹽及離子含量測(cè)定采用常規(guī)方法或標(biāo)準(zhǔn)方法[13-14]。

1.2.4數(shù)據(jù)分析采用Excel和DPS 7.05軟件處理分析數(shù)據(jù)，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析(決定系數(shù)等于相關(guān)系數(shù)的平方)。

2　結(jié)果與分析

2.1土壤鹽漬化程度差異

不同鹽漬化程度土壤性質(zhì)差異見(jiàn)表1。

表1　不同鹽漬化程度土壤性質(zhì)差異

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)；不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)。

由表1還可看出：土壤含水率隨著鹽漬化程度的加重而下降，輕度、中度、重度鹽漬化土壤間存在極顯著差異。

2.2樟子松生長(zhǎng)對(duì)土壤鹽漬化程度的響應(yīng)

樟子松生長(zhǎng)狀況與土壤性質(zhì)的相關(guān)分析見(jiàn)表2。

表2　土壤鹽含量、含水率、pH與樟子松生長(zhǎng)性狀的相關(guān)性分析

注：**為極顯著相關(guān)(P<0.01)。

為進(jìn)一步了解生長(zhǎng)量對(duì)土壤鹽漬化程度的響應(yīng)規(guī)律，分析樹(shù)高逐年生長(zhǎng)量與土壤鹽漬化程度的關(guān)系。由圖1可知：造林第1年(2009年)、第2年(2010年)，林木生長(zhǎng)量從大到小為中度鹽漬化林地、重度鹽漬化林地、輕度鹽漬化林地；從造林第3年(2011年)開(kāi)始，林木生長(zhǎng)量從大到小為輕度鹽漬化林地、中度鹽漬化林地、重度鹽漬化林地。從造林第1年到第6年，輕度鹽漬化林地的林木生長(zhǎng)量隨年齡增大而迅速上升，中度鹽漬化林地的樹(shù)高生長(zhǎng)量隨年齡增大緩慢上升，重度鹽漬化林地的林木生長(zhǎng)量隨年齡的增大呈拋物線變化即先升后降。具體而言，重度鹽漬化林地的林木生長(zhǎng)量第1～4年隨年齡的增大而上升，從第5年開(kāi)始隨年齡的增大而下降。由此表明：隨著土壤鹽漬化程度的加重，樟子松生長(zhǎng)受到的抑制程度上升，即早衰概率增大。

2.3樟子松對(duì)土壤鹽漬化程度的生理響應(yīng)

樟子松生理特性與土壤性質(zhì)相關(guān)分析見(jiàn)表3。

表3　土壤鹽含量、存活率、生長(zhǎng)量與樟子松生理特性相關(guān)關(guān)系

注：*為顯著相關(guān)(P<0.05)，**為 極顯著相關(guān)(P<0.01)。

由表3還可看出：凈光合速率、水分利用效率與造林保存率、林木生長(zhǎng)量呈正相關(guān)關(guān)系。由此表明：隨著土壤鹽漬化程度的加重，凈光合速率、水分利用效率下降，從而使樟子松存活與生長(zhǎng)能力降低。

2.4樟子松對(duì)土壤鹽漬化程度的生態(tài)響應(yīng)

生物量分配是植物適應(yīng)不同環(huán)境的重要途徑之一。在不同的環(huán)境條件下，植物會(huì)選擇不同的生物量分配模式來(lái)適應(yīng)環(huán)境。不同鹽漬化條件下樟子松生物量分配情況見(jiàn)表4。

表4　不同鹽漬程度生物量分配

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)；不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)。

由表4可知：隨著土壤鹽漬化程度的加重，樹(shù)干和枝條的生物量分配比例下降，輕度、中度、重度鹽漬化林地之間存在極顯著差異；隨著土壤鹽漬化程度的加重，根系生物量分配比例上升，輕度、中度、重度鹽漬化林地之間存在極顯著差異。由此表明：隨著土壤鹽漬化程度的加重，種群將更多的生物量分配于地下部分(根系)的生長(zhǎng)發(fā)育，地上生物量分配比例則相應(yīng)減少，因此導(dǎo)致林木地上生長(zhǎng)量降低。

由表4還可看出：隨著土壤鹽漬化程度的加重，造林保存率下降，輕度、中度、重度林地之間存在極顯著差異；隨著土壤鹽漬化程度的加重，枯死枝葉的生物量分配比例上升，輕度、中度、重度林地之間存在極顯著差異。由此表明：隨著土壤鹽漬化程度的加重，種群在個(gè)體和構(gòu)件水平做出稀疏，因此導(dǎo)致造林保存率和林木生長(zhǎng)量下降。

3　結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明：隨著土壤鹽漬化程度的加重，造林保存率、林木生長(zhǎng)量、林分生物量下降。其中，全鹽、Na+、Cl-含量起著主導(dǎo)作用，這與李根前等[10]對(duì)不同土壤鹽漬化程度下樟子松存活與生長(zhǎng)、李秀芬等[11]對(duì)黃河三角洲2種樹(shù)種在重度鹽漬化地塊生長(zhǎng)受到顯著抑制的研究一致。從生理學(xué)角度分析，隨著土壤鹽漬化程度的加重，樟子松光合速率和水分利用效率下降，從而導(dǎo)致存活與生長(zhǎng)能力減弱。從生態(tài)學(xué)角度分析，隨著土壤鹽漬化程度的加重，種群將更多的生物量分配于地下部分(根系)的生長(zhǎng)發(fā)育，這樣勢(shì)必減少對(duì)地上部分的生物量分配，從而使地上部分生長(zhǎng)發(fā)育所需物質(zhì)和能量供給水平降低，削弱了樟子松的存活與生長(zhǎng)能力。因此，在土壤鹽漬化程度較重的情況下，種群以部分個(gè)體及枝葉的死亡為代價(jià)提高現(xiàn)存植株的生存和生長(zhǎng)概率。由此可見(jiàn)：隨著土壤鹽漬化程度的加重，凈光合速率、水分利用效率及地上生物量分配比例下降，從而導(dǎo)致林木存活與生長(zhǎng)能力削弱。

研究結(jié)果還表明：隨著土壤鹽漬化程度的加重，土壤含水率下降。因此，樟子松存活、生長(zhǎng)能力對(duì)土壤鹽漬化程度的響應(yīng)也包含了土壤水分的作用。相關(guān)分析結(jié)果表明：土壤含水率與全鹽、Na+、Cl-含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨著土壤鹽漬化程度的加重，土壤含水率下降。這與郭亮等[12]對(duì)干旱區(qū)鹽漬地土壤含水量分布的研究一致。然而，凈光合速率、水分利用效率、存活率、生長(zhǎng)量與土壤含水率呈正相關(guān)關(guān)系。由此可見(jiàn)：土壤鹽漬化程度加重使土壤含水率下降，土壤含水率下降使光合速率和水分利用系數(shù)下降，從而削弱了樟子松的存活與生長(zhǎng)能力。因此，在土壤鹽漬化地段，樟子松的存活、生長(zhǎng)受到鹽堿和干旱的雙重脅迫。這種雙重脅迫對(duì)樟子松的存活、生長(zhǎng)造成多方面壓力。例如：造成土壤水勢(shì)下降，導(dǎo)致植物吸水困難而“干旱死亡”；對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)造成傷害，嚴(yán)重影響細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能；破壞葉綠體結(jié)構(gòu)及光合電子傳遞系統(tǒng)，從而降低凈光合速率[15-17]。

上述研究結(jié)果表明：如要提高土壤鹽漬化地段的造林效果，必須從降低土壤含鹽量、改善土壤水分狀況入手。一是選擇適宜的造林地段，要求土壤含鹽量較低而水分條件較好。根據(jù)本研究結(jié)果，土壤全鹽含量超過(guò)0.40 g/kg時(shí)應(yīng)進(jìn)行土壤改良；二是土壤改良與增水措施相結(jié)合從而降低土壤含鹽量、改善土壤水分狀況，如澆水(洗鹽)+覆蓋；三是降鹽措施中，以降低全鹽、Na+、Cl-含量為主要目標(biāo)；四是在造林、營(yíng)林的整個(gè)過(guò)程中，始終堅(jiān)持采用降鹽增水措施，從而遏制人工林早衰進(jìn)程。根據(jù)本研究結(jié)果，隨著造林時(shí)間的延長(zhǎng)，鹽堿危害逐漸加劇，重度鹽漬化地段尤其如此；如果不能及時(shí)遏制，必將導(dǎo)致人工林早衰。

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(責(zé)任編輯張坤)

Afforestation Effect of Pinus sylvestris var. monglica on Soil Salinity Degree in Mu Us Sandy Land

Zhang Hui1，Zhang Zening1，Liu Shuling2

(1. Forestry Science Institute of Yulin City, Yulin Shannxi 719000, China; 2. Forestry Station of Dingbian Country, Dingbian Shannxi 718600, China)

To explore the afforestation effect ofPinussylvestrisvar.monglicaplantation on the response regularity and mechanism of soil salinization degree, we analyzed the physiological and ecological characteristics, the afforestation effect index and soil salinization degree of relationship. The results showed that, as soil salinization degree aggravating, the salt, Na+and Cl-content increased and the moisture content decreased; Net photosynthetic rate and water use efficiency had negative correlation with total salt, content of Na+, Cl-, while afforestation survival rate, the tree growth were positively correlated. At the same time, along with the soil salinization degree aggravating, the population would be more biomass allocation to root growth and development. Thus, as the soil salinization degree aggravating, soil moisture content, net photosynthetic rate and water use efficiency and biomass allocation proportion dropped on the ground, thereby resulting in impaired the ability of mongolica to survive and grow. Therefore, we must improve the effect of afforestation of salinization area from the lower soil salt content, improve soil moisture conditions.

Pinussylvestrisvar.monglica; growth trait; physiological response; ecological response; salinization degree; Mu Us sandy land

2015-08-24

榆林市科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目(2014jh-02)資助。

張澤寧(1965—)，男，高級(jí)工程師。研究方向：林業(yè)科學(xué)。Email：411738785@qq.com。

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.01.008

S718.51;S722

A

2095-1914(2016)01-0044-05

第1作者：張惠(1987—)，女，碩士生，助理工程師。研究方向：林業(yè)科學(xué)。Email：22458338@qq.com。