紫色土地區(qū)不同直播造林模式造林效果研究

楊 艷， 湯玉喜， 李永進， 唐 潔， 陳 杰， 龍三元， 單志義， 呂 勇

(1.湖南省林業(yè)科學院， 湖南 長沙 410004；2.白鶴街道農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，湖南 祁東縣 421600；3.攸縣黃豐橋國有林場，湖南 攸縣 412300)

紫色土為紫色頁巖發(fā)育的巖性土壤，易水蝕，保水性差，其土壤中有機質(zhì)及氮素含量較低。因其顏色深，紫色土吸熱性強，溫度調(diào)節(jié)能力差，在高溫季節(jié)，其裸露的地表溫度可達70℃以上，以致于出現(xiàn)“天晴一把刀，落雨一團糟”的現(xiàn)現(xiàn)象，因此，紫色土地區(qū)素有“紅色沙漠”之稱[1-2]。由于紫色土特有的水熱不均衡的特點，致使紫色土地區(qū)植被單一且稀疏，水土流失和季節(jié)性干旱嚴重，嚴重制約著當?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展和生態(tài)穩(wěn)定性。

湖南省自1994年起便將紫色土等“三難地”改造列入各級黨委和政府的重要議事日程，并做出消滅宜林荒山，實現(xiàn)全面綠化達標的重要決定[3-4]。地方政府還采取客土培植的方法改善紫色土丘崗地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，但是這種方法投入大，收效甚微。近年來，相關(guān)學者開展了關(guān)于紫色土造林及植被恢復(fù)的研究，但多側(cè)重于紫色土植被構(gòu)建、生物多樣性以及土壤理化性質(zhì)等相關(guān)內(nèi)容[5-12]，而對紫色土地區(qū)直播造林種子的處理以及在該區(qū)域播種的效果并未進行相關(guān)的闡述。鑒于此，為了改善紫色土丘陵區(qū)的生態(tài)環(huán)境，加快該區(qū)域生態(tài)修復(fù)進程，本文通過對植物種子的處理及播種方法進行研究，以尋找一種快速恢復(fù)當?shù)刂脖坏闹辈ピ炝址椒?，為紫色土及相關(guān)困難立地區(qū)域退化生態(tài)系統(tǒng)的植被恢復(fù)提供參考。

1 試驗區(qū)概況

祁東縣位于湘南湘江中游，地處111°32′16″—112°20′10″E，26°28′01″—27°04′34″N。該區(qū)屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，四季分明，年平均日照為1580.8h，年平均氣溫為17.9℃，年平均降水量為1219.5mm，平均相對濕度為77%，年平均無霜期為282d。祁東縣地處衡邵丘陵盆地，境內(nèi)丘陵起伏，土壤主要以紅壤為主，其次是紫色土[13-14]。因紫色土地區(qū)是紫色頁巖成土，其土層薄，植被覆蓋率普遍較低，很多丘陵坡地處于荒蕪狀態(tài)。

2 研究方法

2.1 種子處理

以欒樹種子為試驗材料。將欒樹種子直接浸泡在流水中8h，然后以合肥遍地春生物科技有限公司生產(chǎn)的適拌牌驅(qū)蟲劑與種子以質(zhì)量比為1∶50混合，加適量水(剛好淹沒種子為宜)，浸泡30min。浸泡過的種子瀝干水分，平分成兩部分，其中一部分用于裸播，另外一部分進行抗旱抗蟲包衣處理。

利用潤華立農(nóng)種子包衣丸粒機，通過霧化粘合劑和保水劑溶液以及旋轉(zhuǎn)等工序，使種子與表1中不同處理所添加的包衣劑依次均勻粘合并形成一個完整的包衣結(jié)構(gòu)。包衣劑與種子質(zhì)量比為(15～25)∶1。

表1 種子處理方法Tab.1 Different treatment methods of seeds處理編號種子處理方法CK(對照)裸種子,不加任何處理CL1種子+黃心土CL2種子+菌棒廢料CL3種子+泥炭土CL4種子+黃心土+菌棒廢料+泥炭土+滑石粉

2.2 種子發(fā)芽試驗

2018年4月上旬開始種子發(fā)芽試驗。在紫色土地區(qū)用經(jīng)以上處理的種子進行直接開溝點播，采用隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理3次重復(fù)；觀察記錄經(jīng)不同處理的種子發(fā)芽時間和播種45d后的發(fā)芽率，以及當年12月的苗木保存率、苗高及生物量。

2.3 直播造林試驗

直播造林試驗采用在不破壞原有植被的基礎(chǔ)上，直接撒播(簡稱撒播)和開溝點播(簡稱溝播)。同樣用經(jīng)以上處理的種子進行直播造林。在撒播區(qū)撒播種子后，用竹竿拍打植被，以確保撒播的種子能夠落到地面；在開溝點播區(qū)采用帶狀錯位開溝，每條溝長50cm，深20～30cm，帶與帶間距為2m，每條溝播種50粒，播后覆土3～5cm。播種時間分別為2019年2、3、5月，隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理重復(fù)3次。具體設(shè)計見表2。播種45d后觀測不同處理的種子發(fā)芽率，12月初觀測記錄不同處理的苗木保存率和生長量。

表2 直播造林試驗設(shè)計Tab.2 Design of direct seeding afforestation experiment播種時間播種處理12342月裸種撒播包衣種子撒播裸種子短溝點播包衣種子短溝點播3月裸種撒播包衣種子撒播裸種子短溝點播包衣種子短溝點播5月裸種撒播包衣種子撒播裸種子短溝點播包衣種子短溝點播

2.4 數(shù)據(jù)處理和分析

數(shù)據(jù)利用Excel進行整理，用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析和相關(guān)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同方法處理的種子播種效果比較

從表3可知：在紫色土地區(qū)進行播種造林，經(jīng)過高溫和干旱的“歷練”，處理CL1、CL2、CL3以及CL4的播種效果與對照的相比差異明顯，發(fā)芽時間縮短2～4 d，種子發(fā)芽率提高6%～20%，苗木保存率增加19%～50%，苗高增加0.50～5.00cm，生物量增加1.32～3.93g。其中CL4處理的種子發(fā)芽率和苗木保存率最高，分別為95%和65%，與CK相比分別提高了20%和40%；播種后苗木的苗高和生物量均最大，分別為15.51cm和7.83g，與對照相比分別增加了0.45倍和1倍。因此，CL4的種子處理方法可視為紫色土播種造林用種子處理較理想的方法。

表3 不同處理種子的播種效果Tab.3 Planting effects of different treatment of seeds處理發(fā)芽時間/d發(fā)芽率/%保存率/%苗高/cm生物量/ gCK(對照)14.67±0.47 A75±0.82 D15±1.63 D10.70±0.15 B3.90±0.55 CCL110.67±0.45 BC85±1.63 B35±0.82 C11.86±0.13 B5.64±0.38 BCL211.00±0.81 B86±0.82 B40±2.05 B12.52±0.20 B6.17±0.20 ACL312.33±0.94 B81±0.01 C34±0.82 C11.24±0.18 B5.22±0.08 BCL411.00±0.82 B95±2.05 A65±0.82 A15.51±0.27 A7.83±0.18 A 注:表中同一列中不同大寫字母表示差異顯著性水平為0.01。

3.2 不同直播造林模式的造林效果比較

不同直播造林模式的造林效果見表4。由表4可以看出：不同直播造林模式的造林效果存在一定的差異。溝播與撒播相比，溝播的種子萌發(fā)率及苗木的保存率、苗高、地徑分別增加了44.93%～46.33%、20.33%～47.23%、7.90～17.50cm和6.16～7.27mm。相同播種時間的處理1和處理2，除3月的苗高差異顯著外，其他無論是種子發(fā)芽率、苗木保存率還是苗高和地徑，差異均不顯著；相同播種時間的處理3和處理4，其2月和3月的苗木保存率、地徑以及2月苗高均存在顯著差異，其他指標的差異均不顯著。不同造林模式的平均發(fā)芽率由大到小依次為處理4>處理3>處理2>處理1，其中發(fā)芽率最大的是處理4(2月)，達86.00%；發(fā)芽率最小的為處理1(5月)，統(tǒng)計時沒有發(fā)芽，或者是芽苗只生存了極短的時間。平均保存率與平均發(fā)芽率具有相同的變化規(guī)律，最大的仍為2月播種的處理4，其發(fā)芽率達55.4%；最小的有3月播種的處理1及5月播種的處理1和處理2，這些處理基本上是全軍覆沒，最終均沒有苗木存活下來。從苗木的生長情況來看，苗高最高的為2月播種的處理4，其苗高達33.57cm；其次是3月播種的處理4，其苗高為26.10cm；2月播種的處理1和5月播種的處理3苗高均較小，均低于所有處理的苗高平均值(14.80cm)。不同處理的苗木地徑差異規(guī)律同苗高，除3月播種的處理1以及5月播種的苗木地徑均較小外，其他各處理的苗木地徑，最大的為2月播種的處理4，其苗木地徑達13.27mm；3月播種的處理4的次之，為12.2mm；2月播種的處理1的最小，僅為4.07mm。由此可見，處理4(以包衣種子短溝點播)無論在哪一個時間段進行造林，均具有較好的播種效果，表明該直播造林模式比較適宜紫色土直播造林。

表4 不同直播造林模式效果差異性Tab.4 Differences of different direct seeding afforestation modes播種處理發(fā)芽率/%保存率/%2月3月5月2月3月5月138.67±3.21 b34.97±0.06 b0.00±0.00 b5.07±0.21 c0.00±0.00 c0.00±0.00 a241.07±2.53 b38.17±0.76 b2.00±1.00 b8.17±0.38 c3.17±0.21 bc0.00±0.00 a385.00±2.00 a76.10±1.15 a45.23±0.40 a25.4±0.78 b10.37±0.72 b4.03±0.15 a486.00±4.00 a80.33±0.76 a53.13±0.42 a55.4±0.78 a23.13±0.23 a9.07±0.21 a苗高/cm地徑/mm2月3月5月2月3月5月14.73±0.74 c0.00±0.00 c0.00±0.00 b4.07±0.21 c0.00±0.00 bc0.00±0.00 b16.07±0.51 bc15.23±0.32 ab0.00±0.00 b6.20±0.78 c5.30±0.10 b0.00±0.00 b22.63±0.42 b20.13±0.15 a11.80±0.44 a10.20±0.53 b7.07±0.92 b3.17±0.15 a33.57±0.40 a26.10±0.36 a17.40±0.56 a13.27±0.49 a12.2±0.82 a5.00±0.10 a 注:表中同一列中不同小寫字母表示差異顯著性水平為0.05。下同。

3.3 不同時間播種的苗木生長差異性

從表5看出：播種時間對不同直播造林模式的影響存在較大差異，不同時間直播造林的平均發(fā)芽率最高的為62.69%(2月)；3月的次之，為57.39%；5月的最低，僅為25.09%。不同播種時間各處理的平均保存率由大到小依次為23.51%(2月)>9.17%(3月)>3.28%(5月)；平均苗高月生長量最大的為2.18cm(2月)，最小的為5月的，僅為1.04cm；平均地徑月生長量由大到小依次為0.87mm(2月)>0.68mm(3月)>0.29mm(5月)。

表5 不同時間播種的苗木生長差異性Tab.5 Differences of growth of seedlings at different sowing times播種時間發(fā)芽率/%保存率/%苗高月生長量/cm地徑月生長量/mm2月62.69±26.37 a23.51±23.06 a2.18±0.86 a0.87±0.41 a3月57.39±24.14 b9.17±10.27 b1.71±1.24 ab0.68±0.56 ab5月25.09±28.01 c3.28±4.31 b1.04±1.25 b0.29±0.35 b

3.4 直播造林效果與氣候因子的相關(guān)性

直播造林效果與氣候因子的相關(guān)性分析結(jié)果見表6。從表6可以看出：種子發(fā)芽率、苗木保存率以及苗高和地徑與地表溫度均呈負相關(guān)，與空氣濕度和降雨量均呈正相關(guān)。苗高和地徑與空氣濕度和降雨量均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均達到0.66以上；苗木保存率與降雨量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均達0.803。綜合以上可以看出：直播造林的成敗與造林時間及環(huán)境因子有較大的相關(guān)性。紫色土色深且保水性差，受溫度、降雨量等環(huán)境因子影響較大；2月是紫色土地區(qū)直播造林較理想的時間。

表6 直播造林效果與氣候因子的相關(guān)性Tab.6 Correlation between seedling growth and climatic factors地表溫度/℃空氣濕度/%降雨量/mm發(fā)芽率/%-0.4410.5270.558保存率/%-0.5520.6190.803**苗高/cm-0.5290.667*0.714*地徑/mm-0.6110.755*0.741* 注:**表示在0.01水平上的顯著相關(guān);*表示在0.05水平上的顯著相關(guān)。

4 結(jié)論與討論

在紫色土地區(qū)直播造林，種子的萌發(fā)需要適宜的土壤溫度、濕度以及一定的透氣性，當土壤條件適宜時才能激發(fā)種子體內(nèi)的酶活性，提高種子的發(fā)芽率[15]。紫色土吸熱性強，導熱性差，調(diào)節(jié)溫度能力差，同時水土流失嚴重，水肥保持性差，因此，要在紫色土上進行直播造林，就必須對直播種子進行抗旱保水處理，才能在一定程度上促進種子萌發(fā)，提高造林成活率[16]。通過對種子進行包衣處理再播種，與對照(CK)相比，其發(fā)芽時間和生長勢均表現(xiàn)較好，表明對種子包衣處理能夠在一定程度上提高種子的抗逆能力，但由于包衣結(jié)構(gòu)及基質(zhì)材料的不同，其對水分的保持以及透氣性存在一定的差異，為種子的萌發(fā)提供的微環(huán)境也有差異，幼苗生長也存在較大差異。處理CL1(種子+黃心土)、CL2(種子+菌棒廢料)、CL3(種子+泥炭土)雖然能增加種子的發(fā)芽率，但由于包衣結(jié)構(gòu)單一，保水供肥能力較差，苗木保存率以及生長量均低于處理CL4(種子+黃心土+菌棒廢料+泥炭土+滑石粉)的，可見在紫色土地區(qū)進行播種造林時，應(yīng)綜合保水性、通氣性以及養(yǎng)分供應(yīng)等方面，對林木種子進行“綠色環(huán)?！倍嘟嵌忍幚?，這樣不僅能夠促進種子萌發(fā)，增加抗逆性，提高造林成活率，而且還可加快紫色土地區(qū)生態(tài)修復(fù)進程，改善生態(tài)環(huán)境。

通過比較裸種和包衣種子的播種效果發(fā)現(xiàn)，包衣后的種子無論是撒播還是溝播均較裸種的播種效果好；溝播與撒播相比，溝播的種子萌發(fā)率及苗木的保存率、苗高、地徑分別增加了44.93%～46.33%、20.33%～47.23%、7.90～17.5cm和6.16～7.27mm，其中溝播包衣種子無論是種子發(fā)芽率還是苗木保存率、生長量等方面均表現(xiàn)最優(yōu)。主要原因可能是種子包衣處理后為種子的萌發(fā)提供了保水保肥條件，也為后期苗木的生長提供了一定的水肥條件；另外由于溝播的種子用表土覆蓋，在避免了鼠、蟲危害的同時也為種子萌發(fā)增加了一層持水保濕及保溫層，避免了雨水快速蒸發(fā)，為種子的萌發(fā)提供了較好的水熱條件，也為苗木的生長提供了保障。

植物栽培過程中，播種時間也是一個關(guān)鍵的因素，特別是對紫色土地區(qū)的直播造林，造林時間不僅影響種子發(fā)芽率和苗木保存率，同時還對苗木生長表現(xiàn)的好壞起決定性作用。本試驗發(fā)現(xiàn)，2月、3月和5月播種的種子萌發(fā)較好，且2月播種的苗木生長最優(yōu)，其種子發(fā)芽率、苗木保存率以及苗高月生長量、地徑月生長量分別為62.69%、23.51%、2.18cm、0.87mm；5月的造林效果最差，其種子發(fā)芽率、苗木保存率以及苗高月生長量、地徑月生長量分別為25.09%、3.28%、1.04cm、0.29mm。這與播種時的氣候因子有很大關(guān)系。紫色土地區(qū)由于保水性差，地表溫度高等因素，播種時間就必須提早，以便能夠為破土的幼苗提供充足的緩苗期。一般應(yīng)將紫色土的直播造林時間提早到2月到3月之間(具體時間要根據(jù)當年的具體天氣而定)，要早于常規(guī)造林時間的1個月左右。

紫色土地區(qū)植被恢復(fù)是一個長期而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程，種子的處理、播種方式以及播種時間雖然是影響紫色土地區(qū)直播造林的關(guān)鍵因素，但不同植物因其自身的生物學特性不同，在紫色土上萌發(fā)及生長情況存在很大差異。本文雖從不同種子處理方式及不同播種時間等對紫色土地區(qū)直播造林效果進行了探討，并初步探明了該類地區(qū)直播造林的宏觀影響因子及最佳造林時間，但供試植物相對單一，還需綜合喬灌草立體模式多角度進行測試與分析，并對種子萌發(fā)的微觀結(jié)構(gòu)及苗木生長的土壤及其相互作用的機理開展進一步深入探討，以期為紫色土地區(qū)的生態(tài)修復(fù)提供參考。