榆林毛烏素沙地不同立地條件班克松生長(zhǎng)規(guī)律研究

史社強(qiáng)，楊 濤，王海鷹，席艷蕓

(陜西省治沙研究所，陜西 榆林 719000)

班克松(Pinusbanksiana)又稱北美短葉松，為松科松屬常綠喬木，自然分布于美國北部，廣泛分布于加拿大，是美洲松樹中分布最北的一種[1-4]，其自然分布范圍為北緯41°41′～ 64°40′，西經(jīng)60°06′～127°30′[5-6]。該樹種具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐寒、耐旱、耐瘠薄、早期速生等特性[1-2，7-8]。成熟林可高達(dá)20 m左右，樹干常彎曲，樹冠開展不規(guī)則，樹形優(yōu)美。適用于紙漿材、礦柱、燃料、用材及荒山(沙)造林和北方城市園林綠化。20世紀(jì)20年代，班克松引種在遼寧省熊岳樹木園獲得了成功，從而開創(chuàng)了班克松在我國引種栽培的新篇章。之后，吉林、甘肅等省份相繼從遼寧引進(jìn)該樹種[1,5]。截止目前，尚未有毛烏素沙地班克松引種及其物候與生長(zhǎng)規(guī)律等研究報(bào)道。為了豐富榆林毛烏素沙區(qū)造林、綠化樹種資源，改善造林樹種結(jié)構(gòu)組成，增加生物多樣性，充分發(fā)揮森林的生態(tài)效益，2009年陜西省治沙研究所開始從遼寧省章古臺(tái)引進(jìn)班克松優(yōu)良種源，在紅石峽實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)進(jìn)行育苗試驗(yàn)研究和班克松造林技術(shù)試驗(yàn)，并進(jìn)行了榆林毛烏素沙地不同立地條件班克松引種、造林及幼樹生長(zhǎng)規(guī)律研究，結(jié)果如下。

1 研究區(qū)自然概況

引種試驗(yàn)區(qū)位于榆林市的榆陽區(qū)、橫山區(qū)、神木市、靖邊縣和定邊縣，該區(qū)域?qū)俚湫痛箨懶詺夂?，四季分明，光熱條件較好，雨熱同季，該區(qū)年平均氣溫7.6～8.6 ℃，≥10 ℃活動(dòng)積溫3 217.6 ℃。極端最高氣溫38.6 ℃，極端最低氣溫-32.7 ℃，無霜期134～169 d，年平均降水量410.3 mm，多集中于7-9月，冬春季多風(fēng)，年平均風(fēng)速4.5 m·s-1，年大風(fēng)日數(shù)15～30 d，對(duì)春播及幼苗生長(zhǎng)危害較大。土壤主要為風(fēng)沙土，自然肥力差，表層土壤腐殖質(zhì)含量不足1%，結(jié)構(gòu)疏松，滲透力強(qiáng)，地下水位低，土壤pH值6.5～8.0，養(yǎng)分極易流失。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)布設(shè)

選擇有代表性的地域、立地條件和退化灌木林地，設(shè)置5個(gè)試驗(yàn)地，即陜西省治沙研究所紅石峽實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)(改良土壤)、橫山區(qū)吳東峁村(蓋沙黃土地)、神木市生態(tài)治沙協(xié)會(huì)基地(固定半固定沙地，沙壤土)、靖邊縣東坑鎮(zhèn)(原狀沙丘，沙壤土)、定邊縣長(zhǎng)城路南(鹽堿地)進(jìn)行引種、栽植、物候期、生長(zhǎng)量等試驗(yàn)研究；栽植株行距5.0 m×5.0 m，栽植穴規(guī)格50 cm×50 cm×50 cm，栽植深度以根際線以上5～10 cm，栽植后填土踩實(shí)，栽植后及時(shí)澆水。

2.2 班克松物候期與生長(zhǎng)量觀測(cè)

采用定點(diǎn)、定期、定株(樣株)觀察的方法，每個(gè)試驗(yàn)地隨機(jī)選取10株班克松為樣株，編號(hào)掛牌，主要觀測(cè)班克松葉芽膨大期、展葉期、開花期、果實(shí)成熟期。每年定期測(cè)量樹高、冠幅、新梢長(zhǎng)度等指標(biāo)。

2.3 土壤養(yǎng)分測(cè)定

2.3.1 土樣采集 采用土鉆法取樣，在每一個(gè)試驗(yàn)地隨機(jī)選取5個(gè)土壤取樣點(diǎn)，土壤采集深度100 cm，每20 cm為一層，每層混合取樣。

2.3.2 土壤養(yǎng)分測(cè)定 測(cè)定項(xiàng)目包括有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀。測(cè)定方法有機(jī)質(zhì)為重鉻酸鉀氧化比色法，速效鉀為四苯硼鈉比濁法，土壤酸堿度為混合指示劑比色法，速效磷為鉬蘭比色法。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel2003、DPS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 物候期

2009年陜西省治沙研究所開始在榆林沙區(qū)引種、栽植3 a生班克松苗木，這些栽植的幼樹2012年開始出現(xiàn)雄花，2013年個(gè)別植株開始長(zhǎng)出雌花，雌球花受粉后當(dāng)年體積不增大，2014年春開始生長(zhǎng)，9月中下旬果實(shí)成熟，但種鱗不開裂，球果通常彎曲且在彎曲內(nèi)側(cè)沒有種子。2015年引種栽植的400株班克松68.5%結(jié)實(shí)且胚胎發(fā)育完整(表1)。

2014-2018年連續(xù)5 a的物候觀測(cè)(表1)，在榆林沙區(qū)班克松4 月上旬葉芽膨大(月均溫11.5～13.0 ℃)，5月上旬頂芽展葉，6月上中旬完全展葉，從葉芽開始膨大到完全展葉需要70 d左右；班克松為雌雄同株，5月上中旬開始開花，雌雄花開花時(shí)間基本相同，持續(xù)開放10 d左右雌雄花開始授粉，6月中旬花期基本結(jié)束；7月份球果開始膨大，9 月下旬球果基本成熟。在毛烏素沙地班克松物候期種群內(nèi)個(gè)體之間變化不大，從葉芽開始膨大到完全展葉大約70 d左右；雌雄花基本同期開放，花期持續(xù)30～35 d；果實(shí)從開始膨大到成熟80 d左右。表明班克松能適應(yīng)榆林沙區(qū)氣候、土壤等環(huán)境條件，能正常生長(zhǎng)發(fā)育、開花、結(jié)實(shí)，即都能正常完成營養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，可在榆林毛烏素沙地引種栽植和推廣。

表1 2014-2018年班克松物候期 單位：日/月

3.2 班克松生長(zhǎng)規(guī)律

3.2.1 不同試驗(yàn)區(qū)幼樹高生長(zhǎng) 班克松在陜西省治沙研究所紅石峽實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)(榆陽區(qū))、靖邊縣東坑鎮(zhèn)、神木市生態(tài)治沙協(xié)會(huì)基地、橫山區(qū)吳東峁村、定邊縣長(zhǎng)城路南等5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)(編號(hào)依次為1～5號(hào))的高生長(zhǎng)變化規(guī)律一致，即春季當(dāng)土壤解凍時(shí)，樹液流動(dòng)，4月5日前后開始萌動(dòng)，從4月15日前后開始高生長(zhǎng)，隨著氣溫迅速回升，班克松生長(zhǎng)量也隨之加快，至4月25日前后，樹高處于快速生長(zhǎng)期，到6月6日，5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)班克松高生長(zhǎng)量分別達(dá)到55.4、52.6、51.7、46.7、37.2 cm。6月24日之后高生長(zhǎng)量逐漸放緩，之后新梢生長(zhǎng)進(jìn)入粗生長(zhǎng)階段，7月10日前后高生長(zhǎng)基本停止，粗度生長(zhǎng)加快，新梢逐步木質(zhì)化；班克松高生長(zhǎng)量主要集中在4月中旬至5月底6月初。為此，在日常的生產(chǎn)管理中，4-5月是施肥、灌溉的關(guān)鍵時(shí)間。

圖1還顯示，盡管不同試驗(yàn)點(diǎn)同期幼樹高及其最大量不同，且從大到小依次為榆陽區(qū)、神木市、靖邊縣、橫山區(qū)、定邊縣試驗(yàn)點(diǎn)，生長(zhǎng)季中不同試驗(yàn)點(diǎn)班克松幼樹高生長(zhǎng)趨勢(shì)(曲線)一致，即都呈現(xiàn)Logistic型生長(zhǎng)曲線(表2)，與大多數(shù)學(xué)者[9-11]研究的林木生長(zhǎng)擬合規(guī)律一致，即班克松高生長(zhǎng)和其他松柏類幼苗期特征類似。

圖1 不同試驗(yàn)點(diǎn)班克松高生長(zhǎng)曲線

表2 榆林毛烏素沙地班克松幼樹高生長(zhǎng)Logistic型曲線參數(shù)

注：式中H為生長(zhǎng)季幼樹高度，t為生長(zhǎng)天數(shù)(自4月13日起)。

3.2.2 幼樹高生長(zhǎng)與土壤養(yǎng)分含量的的關(guān)系 從圖2～5可以看出，榆陽區(qū)、神木市、靖邊縣、橫山區(qū)、定邊縣等5個(gè)試驗(yàn)區(qū)，土壤有機(jī)質(zhì)平均含量分別是1.93、1.58、0.92、0.77、0.66 g·kg-1，其中榆陽區(qū)、神木市明顯高于其他3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，定邊縣最低，可能與該試驗(yàn)點(diǎn)為鹽堿地有關(guān)；土壤堿解氮平均含量分別是13.00、12.10、18.06、6.63、9.65 g·kg-1，其中靖邊縣、榆陽區(qū)、神木市等3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)明顯高于橫山區(qū)、定邊縣；土壤速效磷平均含量分別是32.92、21.02 、18.12 、17.06、11.97 g·kg-1，其中榆陽區(qū)最高，定邊縣最低，神木市、靖邊縣、橫山區(qū)三者之間差別不大；土壤速效鉀平均含量分別是89.74、76.26、70.50、37.28、41.90 g·kg-1，其中榆陽區(qū)、神木市、靖邊縣等明顯高于橫山區(qū)、定邊縣。綜合來看，榆陽區(qū)土壤養(yǎng)分含量中有機(jī)質(zhì)含量、速效磷、速效鉀均大于其他試驗(yàn)區(qū)，其次為神木市，而定邊縣、橫山區(qū)的土壤養(yǎng)分含量相對(duì)較低，即土壤養(yǎng)分含量為榆陽區(qū)>神木市>靖邊縣>橫山區(qū)>定邊縣，這與班克松高生長(zhǎng)量榆陽區(qū)>神木市>靖邊縣>橫山區(qū)>定邊縣一致，說明班克松高生長(zhǎng)與土壤養(yǎng)分含量有關(guān)，養(yǎng)分含量越高越有利于高生長(zhǎng)，為促進(jìn)幼苗、幼樹快速生長(zhǎng)、成林，應(yīng)為其提供較為優(yōu)良的土壤養(yǎng)分環(huán)境。

圖2 不同造林區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量比較

圖3 不同造林區(qū)域土壤堿解氮量比較

圖4 不同造林區(qū)域土壤速效磷比較

圖5 不同造林區(qū)域土壤速效鉀含量比較

4 結(jié)論

(1)通過連續(xù)5年對(duì)班克松物候期的觀測(cè)表明，在榆林沙區(qū)引進(jìn)的班克松能適應(yīng)該區(qū)域氣候和環(huán)境條件，可正常生長(zhǎng)發(fā)育、開花、結(jié)實(shí)，完成整個(gè)生命周期。 班克松在毛烏素沙地物候期總體變化不大，從4月上旬氣溫開始回升葉芽開始膨大到完全展葉大約70 d左右；5上中旬開花，雌雄花基本同期開放，花期持續(xù)30～35 d；從7月果實(shí)開始膨大到成熟80 d左右，9月下旬果實(shí)成熟。班克松是繼樟子松成功引種并大面積推廣之后，又一值得推廣的常綠針葉樹優(yōu)良樹種。

(2)榆林沙區(qū)5個(gè)不同(立地條件)試驗(yàn)點(diǎn)的班克松苗期生長(zhǎng)特征在logistics函數(shù)回歸方程的擬合良好，可以用logistics函數(shù)的參數(shù)來解釋環(huán)境的變量特征。根據(jù)擬合結(jié)果環(huán)境容量K從57.470 7依試驗(yàn)地序列至定邊縣試驗(yàn)地遞減。土壤養(yǎng)分研究結(jié)果為，不同試驗(yàn)點(diǎn)之間土壤養(yǎng)分含量不同，榆陽區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量、速效磷、速效鉀含量均大于其他試驗(yàn)區(qū)，其次為神木市，橫山區(qū)和定邊縣土壤養(yǎng)分含量相對(duì)較低，即土壤養(yǎng)分含量為榆陽區(qū)>神木市>靖邊縣>橫山區(qū)>定邊縣，與班克松高生長(zhǎng)量趨勢(shì)線吻合，說明在榆林沙區(qū)班克松幼樹健壯快速生長(zhǎng)，也需要較好的土壤養(yǎng)分環(huán)境。在本試驗(yàn)logistics函數(shù)中環(huán)境容量系數(shù)K可表征立地的土肥特征。

(3)有學(xué)者對(duì)植物的營養(yǎng)需求研究時(shí)指出，植物苗期土肥供應(yīng)為指數(shù)特征[12]。不符合苗木的養(yǎng)分需求規(guī)律，不僅造成大量肥料浪費(fèi)，且不能最大程度滿足苗木在各個(gè)生長(zhǎng)階段對(duì)養(yǎng)分的需求[13]。Ingestad等根據(jù)“指數(shù)養(yǎng)分承載理論”提出指數(shù)施肥技術(shù)，隨苗木生長(zhǎng)時(shí)間以指數(shù)遞增方式添加養(yǎng)分，以滿足植物在各生長(zhǎng)階段對(duì)養(yǎng)分的需求，該技術(shù)具有促進(jìn)苗木生長(zhǎng)、提高苗木質(zhì)量和減少肥料浪費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。本試驗(yàn)用logistics函數(shù)擬合特征也反應(yīng)了這一規(guī)律，logistics函數(shù)的實(shí)質(zhì)也是指數(shù)養(yǎng)分承載的數(shù)學(xué)表達(dá)，是生態(tài)學(xué)意義在土肥養(yǎng)分方面的真實(shí)體現(xiàn)，對(duì)深入理解和發(fā)掘logistics函數(shù)在土肥養(yǎng)分需求理論上做了有價(jià)值的補(bǔ)充和啟迪。下一步可以就指數(shù)Ingestad等提出的“指數(shù)養(yǎng)分承載理論”和logistics函數(shù)解釋“指數(shù)養(yǎng)分承載理論”方面拓展更加適合logistics函數(shù)優(yōu)化公式來指導(dǎo)用肥，做更加深入的理論探索。