北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶引種抗逆植物篩選及經(jīng)濟(jì)適用性評(píng)估
——以懷來為例

楊洪波，董倩倩，李 昂，于曉丹，付海美，李慧婷

（1 億利生態(tài)修復(fù)股份有限公司，北京朝陽 100022；2 中國科學(xué)院植物研究所；3 北京市理化分析測(cè)試中心）

農(nóng)牧交錯(cuò)帶是我國半干旱或干旱氣候的農(nóng)業(yè)和牧業(yè)鑲嵌交匯地帶，一般沿著400mm 年等降水線分布[1]，是我國生態(tài)敏感性地帶?！稗r(nóng)牧交錯(cuò)帶”是人類活動(dòng)和自然氣候長(zhǎng)期演變互作的結(jié)果。自20 世紀(jì)以來，由于人類活動(dòng)的影響，該地區(qū)的原生植物遭到破壞[2]，土地的過度開發(fā)，傳統(tǒng)的放牧和農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)土地的粗放利用，導(dǎo)致土地質(zhì)量嚴(yán)重下降，地表植被類型的多樣性逐漸減少，出現(xiàn)了土地沙漠化、鹽堿化等現(xiàn)象，造成了生態(tài)環(huán)境的惡化[3-5]。所以，對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，使其成為我國重要的生態(tài)安全屏障[6-7]，迫切需要恢復(fù)和重建植物群落，有效提高土地生產(chǎn)力，擴(kuò)大綠色植被覆蓋面積，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件，增強(qiáng)生態(tài)功能。

在農(nóng)牧交錯(cuò)帶，挖掘和開發(fā)本地鄉(xiāng)土草種，適當(dāng)引進(jìn)抗逆性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)商業(yè)品種，研發(fā)和確定本區(qū)域植被恢復(fù)所需主要種源，是農(nóng)牧交錯(cuò)帶生態(tài)治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而評(píng)價(jià)引進(jìn)的物種與本區(qū)域多種生態(tài)條件的匹配適應(yīng)關(guān)系是恢復(fù)實(shí)踐需要解決的主要技術(shù)要素[8-9]。按照當(dāng)前的遙感和地理信息分析結(jié)果[10]，農(nóng)牧交錯(cuò)地區(qū)將面臨更為嚴(yán)峻的干旱、大風(fēng)、鹽堿化等問題，鄉(xiāng)土植物多樣性可能繼續(xù)降低[11]，因此本區(qū)域生態(tài)修復(fù)需要選育和引進(jìn)具有較強(qiáng)抗逆能力的物種。本地區(qū)人口向城鎮(zhèn)集中，一定程度上減輕了農(nóng)牧業(yè)的土地利用壓力，有利于環(huán)境恢復(fù)，但也產(chǎn)生了更多的城鎮(zhèn)綠化需求，需要開發(fā)適應(yīng)本地氣候土壤條件、環(huán)境友好的觀賞植物品種。鑒于以上實(shí)踐需求，需要結(jié)合農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)氣候和土壤等多種因素，大量篩選可用的兼具抗逆性和觀賞性的花草，為應(yīng)對(duì)氣候變化和美麗中國建設(shè)提供種質(zhì)資源保障。基于此，為了解決北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶植被恢復(fù)和城鎮(zhèn)綠化需求，在典型區(qū)河北張家口懷來縣進(jìn)行了抗逆植物引種試驗(yàn)，對(duì)63 種鄉(xiāng)土草種和普遍應(yīng)用的抗逆花草品種進(jìn)行適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

引種地為河北省張家口市懷來縣下八里村，（115°28′9″E，40°26′9″N），海拔792m。研究地所處的懷來盆地是我國北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶上的典型地區(qū)，氣候四季分明，雨熱同期，屬于溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。全年日照時(shí)數(shù)約3000h，年均降水量約413mm，年蒸發(fā)量約1700mm，年平均氣溫10.5℃，全年無霜期149d，全年大風(fēng)日較多，平均風(fēng)速約為3.3m/s。

1.2 試驗(yàn)材料

供試材料包括鄉(xiāng)土植物和外來植物，共計(jì)20 科，52 屬，63 種植物（見表1）。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)小區(qū)劃分成4m×4m 小格子，于2018 年在每個(gè)小格子中種植抗逆性花草，種植方式分為種子種植和以裸根苗形式分株栽植。種子播種前，先進(jìn)行灌溉，待2～3d 后進(jìn)行旋耕、整地。采用條播的種植方式，播種深度2～4cm，覆土后用腳輕輕踏實(shí)，種植行距30cm。裸根苗種植前先翻耕土地，深約20cm。不同植物種植模式不同，福祿考、五彩石竹采用1 穴3 株的栽植方式；鼠尾草、橡膠草、錦帶、藍(lán)香芥1 穴2 株；鳶尾類、萱草類、菊類、景天類、馬藺、魯冰花等其他植物1 穴1 株，行距30cm；種植后以大水漫灌的方式進(jìn)行灌溉，1 個(gè)月后，統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽率和裸根苗成活率。

2019 年春季統(tǒng)計(jì)植物越冬成活情況，篩選出長(zhǎng)勢(shì)較好的品種進(jìn)行生長(zhǎng)季（4～8 月）株高測(cè)定，重復(fù)10次，并觀測(cè)記錄分蘗數(shù)、花色、葉色、植被覆蓋度、抗逆性等指標(biāo)。通過樣方視覺估計(jì)，運(yùn)用層次分析法對(duì)篩選的抗逆植物進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)價(jià)；結(jié)合生態(tài)修復(fù)和城鎮(zhèn)綠化工程，評(píng)估抗逆花草植物應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)用價(jià)值包括經(jīng)濟(jì)可行性，即考慮原材料成本、生產(chǎn)過程中管理費(fèi)用以及與后期管護(hù)工作相關(guān)性、與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件適應(yīng)性[12-13]。

表1 供試植物材料

1.4 評(píng)價(jià)方法

1.4.1 層次分析法評(píng)價(jià)體系。通過對(duì)試驗(yàn)材料的觀測(cè)記錄，結(jié)合引種花草的自身特點(diǎn)及城鎮(zhèn)綠化所需條件，選取6 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系；評(píng)價(jià)體系分為3 個(gè)層次，目標(biāo)層A、約束層C 和標(biāo)準(zhǔn)層P；約束層指標(biāo)分適應(yīng)性指標(biāo)C1和觀賞性指標(biāo)C2，適應(yīng)性指標(biāo)主要有繁殖能力P1、抗逆性P2、擴(kuò)散速度P3；觀賞性指標(biāo)主要有葉色P4、花色P5、花葉覆蓋度P6；并采用1～9 標(biāo)度法進(jìn)行賦值，通過指標(biāo)間兩兩比較，對(duì)每層建立判斷矩陣，通過軟件進(jìn)行權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)，其中各指標(biāo)的最終權(quán)重為約束層權(quán)重與標(biāo)準(zhǔn)層權(quán)重的乘積（表2）。

表2 權(quán)重及一致性檢驗(yàn)

1.4.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)劃分。在徐煒[14]、張曉菲等[15]、謝曉蓉等[16]評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，結(jié)合生態(tài)修復(fù)和城鎮(zhèn)綠化側(cè)重點(diǎn)，分成5 個(gè)等級(jí)（1～5 分制），見表3。通過專家打分，再乘以對(duì)應(yīng)指標(biāo)的最終權(quán)重，得出每個(gè)指標(biāo)的分?jǐn)?shù)，然后將每種植物的各個(gè)指標(biāo)得分相加求和，即為綜合評(píng)價(jià)得分。

表3 引種適應(yīng)及觀賞性評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行分析和顯著性檢驗(yàn)。運(yùn)用方差分析比較組間差異，并用Duncan's 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較檢驗(yàn)，采用yaahp 12.4 軟件進(jìn)行權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 引種植物成活情況

圖1 鄉(xiāng)土植物與外來植物的成活率比較

將2018 年與2019 年統(tǒng)計(jì)的鄉(xiāng)土植物和外來植物成活率進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)鄉(xiāng)土植物與外來植物成活率有較大的差異。如圖1 所示，鄉(xiāng)土植物和外來植物的當(dāng)季種植成活率在60%左右，沒有顯著差異，但經(jīng)過冬天低溫后，外來植物越冬成活率下降了27 個(gè)百分點(diǎn)，而鄉(xiāng)土植物越冬率基本沒有下降，表明大部分外來植物對(duì)環(huán)境的不適應(yīng)性，從而難以越冬；對(duì)于鄉(xiāng)土植物來說，種子種植和分株種植2 種方式越冬率基本不會(huì)降低；但對(duì)于外來植物來說，在種子種植方式下越冬成活率降低約40 個(gè)百分點(diǎn)，分株種植方式下成活率降低14 個(gè)百分點(diǎn)，所以，本試驗(yàn)中引種的外來植物分株種植可能優(yōu)于種子種植。

2.2 引種植物長(zhǎng)勢(shì)情況

篩選出越冬成活率高于80%的優(yōu)良品種，通過查找植物原產(chǎn)地正常生長(zhǎng)的株高，與本試驗(yàn)植物停止生長(zhǎng)時(shí)株高進(jìn)行比較，了解各種植物的生長(zhǎng)停滯狀況，為園林綠化植物配置提供依據(jù)。成活率80%以上的植物有26 種（表4），其中，外來植物有福祿考、鼠尾草、扁蓿豆、假龍頭。從表4 可知，大部分植物在正常植物株高范圍內(nèi)，只有德國景天、金娃娃萱草、荷蘭菊、燕麥和假龍頭的株高低于正常株高的最低值，但長(zhǎng)勢(shì)較好，呈矮壯化現(xiàn)象。

表4 引種植物株高與正常株高比較

2.3 引種植物適應(yīng)性評(píng)價(jià)

通過各層權(quán)重及判斷矩陣一致性檢驗(yàn)，計(jì)算出的各個(gè)指標(biāo)的最終權(quán)重見表2，統(tǒng)計(jì)每個(gè)指標(biāo)打分情況，對(duì)優(yōu)良品種進(jìn)行等級(jí)評(píng)分（如表5）。由表示可知，五彩石竹、黃花鳶尾、藍(lán)花鳶尾、大花萱草、金娃娃萱草、荷蘭菊、地被菊、三七景天、扁蓿豆為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在植物修復(fù)和重建以及綠化工程上可以直接利用；德國景天、八寶景天、福祿考、拂子茅、燕麥、狼尾草、鼠尾草、羊草、毛茛、天人菊為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可根據(jù)實(shí)際需求，加上人為管護(hù)可進(jìn)行利用；苜蓿、玉帶草、畫眉草、桔梗、胭脂紅景天、假龍頭為三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可根據(jù)具體生境條件加以利用，作為增加植物多樣性的補(bǔ)充材料。

表5 引種適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)

2.4 引種植物經(jīng)濟(jì)適用性

表6 是將篩選的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以上抗逆植物進(jìn)行成本評(píng)估，體現(xiàn)引種植物的經(jīng)濟(jì)可行性。成本評(píng)估包括植物材料購買、人工栽種等原成本，以及雜草控制、灌溉、施肥等管護(hù)成本。購買植物材料的成本來自于供應(yīng)商，栽植費(fèi)用來自當(dāng)?shù)爻邪鼊趧?wù)隊(duì)報(bào)價(jià)，雜草控制成本是通過雇傭工人時(shí)間和工作量計(jì)算，施肥、灌溉費(fèi)用是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的花費(fèi)。表6 中，花卉植物比牧草植物原材料價(jià)格高出0.26～4 元/m2；在種植方式中，分株種植比種子種植費(fèi)用高出約2 元/m2，這些都是由于當(dāng)?shù)貏趧?dòng)力提高了植物在綠化應(yīng)用過程中的成本。在成本造價(jià)中，材料占總成本的20%，經(jīng)濟(jì)占比較低，適用性較高，且通過考慮原材料的擴(kuò)繁速度可進(jìn)一步降低原材料成本；本地勞動(dòng)力成本平均占總成本的77%，成本的增加主要是種植和管護(hù)中人工成本，所以，有必要改變勞動(dòng)力輸出方式，通過機(jī)械操作替代，控制人工成本。

目前數(shù)據(jù)顯示，一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的植物有五彩石竹、拂子茅、燕麥、狼尾草、羊草、毛茛、扁蓿豆、鼠尾草，可以選擇種子直播作為綠化工程方法，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的植物是藍(lán)花鳶尾、荷蘭菊、地被菊、三七景天、八寶景天、德國景天、天人菊，可以分株栽植綠化；三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)有黃花鳶尾、萱草、福祿考，雖然原材料價(jià)格較高，但是以分株方式繁殖，繁殖速度快，且能保持原有的遺傳性狀，經(jīng)濟(jì)適用性也會(huì)有所提高。

表6 種植和管護(hù)成本 單位：元/m2

3 討論

本研究采用層次分析法綜合評(píng)價(jià)植物的環(huán)境適應(yīng)能力，并結(jié)合該植物經(jīng)濟(jì)適用性，判斷其在園林綠化中的應(yīng)用價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)牧交錯(cuò)帶這種脆弱的生態(tài)環(huán)境下，所引種的63 種植物中有18 種適應(yīng)性好，經(jīng)濟(jì)可行性高，可以被選用為生態(tài)修復(fù)和園林綠化備選品種，因?yàn)檫@些物種大部分為鄉(xiāng)土草種，其它外來種大多被引進(jìn)多年，沒有發(fā)展為入侵植物。因此，建議在氣候土壤條件同河北省北部類似的農(nóng)牧交錯(cuò)帶恢復(fù)中，可以考慮所報(bào)道的耐受性強(qiáng)的觀賞草種。

針對(duì)適合植物，從適應(yīng)性及綠化應(yīng)用成本方面論證了它們的優(yōu)勢(shì)。本研究篩選出的一些適合性植物，比如萱草、鳶尾等，具有很強(qiáng)的生態(tài)可塑性，即改變?nèi)~片性狀，如大小、卷曲、著生角度等，以保持水分；還有一些植物改變了資源分配策略，如德國景天、荷蘭菊、金娃娃萱草等，表現(xiàn)出矮壯化現(xiàn)象，即株高比在原產(chǎn)地生長(zhǎng)株高要低，提高了它們的適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)力。通過本研究各項(xiàng)費(fèi)用的計(jì)算，篩選的優(yōu)勢(shì)植物在整個(gè)種植過程中花費(fèi)成本4～10 元/m2，其中由于原材料產(chǎn)地較多，種子購買成本較低，占總成本20%左右。但是人工成本占比較大，因此，本研究篩選出的抗逆性強(qiáng)、無需精細(xì)照管的植物會(huì)有很大的實(shí)踐應(yīng)用潛力。

針對(duì)不適合植物，本研究發(fā)現(xiàn)有3 個(gè)原因，首先是土壤理化性狀的制約。本試驗(yàn)區(qū)位于懷來盆地西北部，土壤類型為褐土[17]，具有明顯的粘化作用和鈣化作用，pH 值一般為7.8～8.5。其中碳酸鈣多為假菌絲體狀廣泛存在于表土層以及中、下層[18]，導(dǎo)致所引種的魯冰花無法成活。原因是魯冰花對(duì)石灰質(zhì)土壤敏感，易發(fā)生失綠癥。另外，因?yàn)椴莸卦缡旌毯桶兹~要求土壤疏松肥沃，喜弱酸性土壤不耐鹽堿，所以也無法生長(zhǎng)[19]。

其次，在氣候環(huán)境方面，大風(fēng)、降雨格局等限制因子制約著植物的生長(zhǎng)。當(dāng)?shù)卮箫L(fēng)主要發(fā)生在冬春季，此時(shí)降水稀少，土壤含水量低，加上土壤易板結(jié)，加速水分蒸發(fā)，導(dǎo)致橡膠草等苗子從根部就抽干死亡。本試驗(yàn)區(qū)雨熱同季，降雨主要集中在7、8 月份，一些怕濕熱的植物如錦帶等容易爛根。同時(shí)，在降水集中的短暫時(shí)期，溫度較高雨水較大，導(dǎo)致植物病害短時(shí)期即可暴發(fā)[20]。

最后，植物自身的生態(tài)適應(yīng)性也是重要的限制因素。首先，部分植物的抗逆性單一，比如抗旱但不抗寒，耐鹽堿或不耐旱等。具體在本試驗(yàn)中，如電燈花，低于10℃就停止生長(zhǎng)，不耐寒；紅豆草在年降水量為500mm 以上地區(qū)才可以不灌水，抗旱性欠佳；小冠花抗旱、耐寒、耐瘠薄、耐鹽堿，但不耐濕[21]。紫菀生長(zhǎng)在山頂和低山草地及沼澤地，耐澇、怕干旱，耐寒性較強(qiáng)[22]。珠光香青在排水良好的砂質(zhì)土壤中生長(zhǎng)良好，喜肥水[23]；紫露草原產(chǎn)于美洲熱帶地區(qū)，需要用塑料薄膜覆蓋保溫越冬。植物休眠策略也會(huì)導(dǎo)致種植效率低，而且多見于適應(yīng)瘠薄自然環(huán)境的鄉(xiāng)土物種。在本試驗(yàn)中，胡枝子種子在自然條件下不易發(fā)芽，需播種前進(jìn)行處理，在保持一定溫度和濕度的條件下催芽[24]，因此限制這一物種的應(yīng)用潛力。

4 結(jié)論

綜上分析，綜合考慮鄉(xiāng)土與外來植物適應(yīng)性與經(jīng)濟(jì)可行性，在北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶環(huán)境下有18 種植物表現(xiàn)較好，分別為五彩石竹、拂子茅、燕麥、狼尾草、羊草、毛茛、扁蓿豆、鼠尾草，藍(lán)花鳶尾、荷蘭菊、地被菊、三七景天、八寶景天、德國景天、天人菊，黃花鳶尾、萱草、福祿考，可以作為大規(guī)模生態(tài)修復(fù)和城鎮(zhèn)綠化的生態(tài)工程材料。