民勤荒漠區(qū)檸條防護林平茬復壯技術研究

劉 偉，何 彩，周永海，張勤德，張 軍，李 強，金 娜，趙連鑫，李 棟，董存元，任德全

(1.武威市林業(yè)科學研究院，甘肅 武威 733000； 2.武威市涼州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，甘肅 武威 733000)

檸條(Caraganakorshinskii)為豆科錦雞兒屬植物，是水土保持、防風固沙的優(yōu)良灌木，常用于沙區(qū)造林、防護林帶建設等，同時也是優(yōu)質(zhì)的飼草資源。但是，檸條隨著造林時間的延長會逐漸出現(xiàn)枝條老化、生長力衰退等現(xiàn)象，導致生態(tài)效益降低[1]。包哈森高娃等[2-3]研究得出，平茬能夠有效緩解檸條植株衰敗、老化的問題，通過平茬不僅可促進檸條更新復壯，還可使平茬枝條得到有效利用，以緩解當?shù)匦竽翗I(yè)發(fā)展中飼草不足的問題。

武威市石羊河林業(yè)總場扎子溝分場的檸條人工林已有50年，衰敗老化很嚴重。據(jù)調(diào)查，武威干旱荒漠區(qū)沙生灌木林主要依靠自然更新，人工干預平茬復壯的更新方式還未大規(guī)模應用推廣。本研究在前人研究的基礎上，選擇石羊河林業(yè)總場扎子溝分場衰老、退化的沙生灌木檸條為研究對象，對其進行平茬復壯試驗，通過設置不同平茬高度，連續(xù)兩年測定萌條數(shù)量、株高、冠幅、萌條地徑、平茬后土壤含水量等指標，綜合評估適合當?shù)氐臋帡l平茬復壯高度及強度，旨在為今后全市檸條人工干預更新復壯提供科學依據(jù)。

1 試驗設計與研究方法

1.1 試驗區(qū)概況

武威市石羊河林業(yè)總場扎子溝分場位于甘肅省民勤縣重興鎮(zhèn)境內(nèi)，地處河西走廊東端，屬騰格里沙漠南緣，地勢較平坦，自西北向東南傾斜，地理坐標為東經(jīng)104°41′、北緯38°13′，區(qū)內(nèi)海拔為1 420 m。屬溫帶干旱荒漠區(qū)，光熱資源相對比較豐富，日照比較充足，蒸發(fā)比較強烈，風沙活動比較頻繁；年均氣溫為9.2 ℃，年降水量為110 mm，年蒸發(fā)量為2 500 mm；以西北風為主，年均風沙日數(shù)達到33 d，平均風速為4 m/s，年沙塵暴日數(shù)達到21.9 d；無霜期為142 d，日照時數(shù)為2 725.7 h。區(qū)內(nèi)土壤為灰棕荒漠土，pH值為8.3。土壤以風沙土和流動沙土為主，覆沙厚度20 cm[4]，地下水位為20 m。檸條人工林造林時間為1969年，造林密度約為900株/hm2。

1.2 植物多樣性調(diào)查

1.2.1 觀測樣地設置

2017年4月，在石羊河林業(yè)總場扎子溝分場1969年檸條人工林地中選擇檸條長勢比較相近、林分密度比較相似的區(qū)域作為樣地(120 m×96 m)，在其中設置5個20 m×20 m的調(diào)查樣方，樣方間距要求保持在50 m以上，編號分別為A1、A2、A3、A4和A5，并對樣方中的檸條植株進行統(tǒng)一編號(當年生檸條植株除外)。

1.2.2 植被調(diào)查

2017年6—8月，調(diào)查記錄檸條人工林樣方中植物的種類和株數(shù)，測量每株植物的株高和冠幅。同時，用數(shù)碼相機對草本樣方進行垂直拍照，用軟件Image Pro Plus獲得照片中植物地上部分的地面垂直投影面積百分數(shù)，計算出各樣方的植被蓋度，然后取5個樣方的平均值。

1.3 平茬試驗設計

1.3.1 留茬高度設計

2018年1月在同一樣地選擇立地條件和植物長勢一致的地段進行平茬試驗。平茬時為了保證切口平整、無毛刺，全部采用手鋸、修枝剪操作。試驗設置5個平茬高度，即距地面0、5、10、15、20 cm。

1.3.2 數(shù)據(jù)采集

于2018年5、7、9月和2019年5、7、9月每月中旬調(diào)查各平茬處理植株生長狀況，每個處理隨機選擇6株進行調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括萌條數(shù)量、株高、冠幅和萌條地徑，其中萌條地徑均選擇每叢中最粗分支測量。株高、冠幅采用鋼卷尺測量，地徑采用游標卡尺測量，取平均值。

1.3.3 土壤含水量測定

于2019年3、5、7、9月每月中旬在試驗區(qū)采用土鉆分層取樣，調(diào)查0～120 cm深度林地土壤含水量，分層梯度為20 cm，計算各層3—9月土壤含水量的平均值。土壤含水量采用稱重法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

用Microsoft Excel WPS進行數(shù)據(jù)處理和繪圖，用SPSS 16.0數(shù)理統(tǒng)計軟件(非參數(shù)檢驗)和Pearson相關分析對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析。選用物種豐富度指數(shù)(R)、Shannon-Wiener指數(shù)(H′)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(D)、Pielou均勻度指數(shù)(E)來表征檸條林地的物種多樣性，計算公式[5]為

R=S

(1)

(2)

(3)

(4)

上四式中：S為物種總數(shù)；Pi為第i個種在全體物種中的重要性比例，Pi=Ni/N，Ni是樣方中第i種的相對重要值，N為樣方所有種的重要值。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物多樣性分析

植物多樣性對保持沙漠穩(wěn)定、防風固沙有重要作用，是調(diào)整林分結(jié)構和恢復地力的主導驅(qū)動因子。由表1可知，試驗區(qū)檸條林地中植物種類有8種，以檸條、梭梭、沙米和多裂駱駝蓬為優(yōu)勢種，這既包括灌木、小喬木，也包括1年生和多年生草本。試驗區(qū)植被總蓋度為34.91%，多樣性指數(shù)見表2。

表1 扎子溝1969年營造的檸條林的物種多樣性

表2 扎子溝1969年營造的檸條林的多樣性指數(shù)

2.2 檸條人工林不同留茬高度的平茬效果

2.2.1 平茬兩年后萌蘗株生長動態(tài)

植物平茬后衡量其再生能力和適應環(huán)境能力的重要指標之一是植物萌蘗株生長狀況[6]。由圖1可以看出，平茬兩年后5種留茬處理生長動態(tài)基本一致，但15 cm留茬處理萌蘗株生長狀況明顯高于其他處理。不同留茬高度處理檸條的株高、冠幅和地徑隨著時間增加呈增長趨勢，萌條數(shù)量則呈減少趨勢。

根據(jù)圖1和調(diào)查結(jié)果，可以將檸條平茬萌蘗株的生長過程分為3個階段：①5月中旬左右，檸條植株養(yǎng)分主要用于無性繁殖，萌條尚未木質(zhì)化，而且呈簇狀，數(shù)量很大但沒有明顯主枝；②7月中旬左右，檸條植株迅速生長，表現(xiàn)為粗度和長度都快速生長，主枝明顯；③9月中旬左右，檸條萌條數(shù)量由于自疏作用而減少，最終趨于穩(wěn)定，株高和冠幅的生長速率也較小，其中有些植株株高、冠幅出現(xiàn)比之前減小的現(xiàn)象與林地沙鼠啃食有關。到了第二年，由于越冬低溫傷害和水分、養(yǎng)分等供應不足，萌條數(shù)量大幅下降，但株高、冠幅、地徑仍然隨著時間在逐漸增長。

圖1 不同留茬高度處理萌蘗株生長狀況

2.2.2 平茬兩年后萌蘗株生長量對比

由表3可以看出，留茬高度對萌條的生長狀況和數(shù)量均有顯著的影響。2018年冬季1月平茬后，5種留茬高度處理均萌發(fā)出較多的新生枝條，新枝數(shù)均明顯多于對照(P<0.05)，其中：10 cm留茬處理萌條數(shù)量最多，達95條；5 cm和20 cm留茬處理次之，為70條左右；而對照萌發(fā)的新枝數(shù)僅為24條。從新生枝條生長情況來看，15 cm留茬處理株高、冠幅及萌條基徑都為最大，顯著大于其他留茬處理和未平茬植株(P<0.05)，行間形成有效覆蓋，具備較好的防護功能。

此外，從表3還可以看出，萌條數(shù)量并不是簡單地隨著留茬高度的增加而增加，10 cm留茬處理平均萌條數(shù)量多于其他留茬處理，15 cm留茬處理萌條數(shù)量明顯低于其他4種留茬處理(P<0.05)。株高、冠幅、地徑則隨留茬高度的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，即15 cm留茬處理最大，10和20 cm留茬處理次之，0和5 cm留茬處理最小。

表3 平茬后灌木狀檸條生長狀況

2.2.3 平茬樣地與未平茬樣地土壤水分狀況對比

比較平茬樣地與未平茬樣地各層土壤含水量(圖2)可知，平茬樣地土壤含水量在各個土層都高于未平茬樣地，在40、60、80、100 cm土層差異尤為明顯，在20和120 cm土層差異不明顯。

圖2 土壤含水量比較

3 討 論

通過對石羊河林業(yè)總場扎子溝分場1969年營造的檸條人工林進行野外調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，可知造林地植物種類有8種，以檸條、梭梭、沙米和多裂駱駝蓬為優(yōu)勢種，植被總蓋度為34.91%?？傮w來說，石羊河林業(yè)總場扎子溝分場檸條人工林的植物種類比較少，物種不是很豐富，這可能與民勤的干旱環(huán)境有關，盧占芳等[7]的研究結(jié)果與此一致。植物多樣性除與造林時間和環(huán)境有關外，人為的干擾及樹種的選擇等方面的影響有待進一步研究。

植物資源能重復利用的基礎很重要一點就是許多植物的地上部分被破壞后會進行補償性生長。如前分析，平茬的檸條植株能從根頸處萌發(fā)大量新生枝條，且在生長季節(jié)生長非常迅速，留茬高度適當時這種現(xiàn)象更加明顯，這對于檸條在維持其生存生態(tài)位和防護林長期穩(wěn)定發(fā)展等方面具有重要的意義。魏懷東等[8]通過對騰格里沙漠南緣4種灌木不同高度的平茬試驗發(fā)現(xiàn)，隨著留茬高度的增加，檸條的株高、冠幅、萌條數(shù)都會顯著增加。從本試驗結(jié)果來看，留茬高度對檸條的萌條數(shù)量和生長量有顯著影響，但生長量并不是隨著留茬高度的增加而增大，而是以15 cm留茬處理效果最好，這一點不同于前人對檸條的研究，可能是由于生境和種間差異引起的?？傊?，對檸條而言，其平茬效果會受到留茬高度的影響，就本研究區(qū)域來看，以15 cm留茬高度為最好。

在極端干旱的騰格里沙漠腹地，水分一直都是影響植物生長發(fā)育的限制性因子。高天鵬等[9]對檸條平茬的研究認為，土壤含水量對平茬后萌蘗株生長狀況及生物量均有顯著的影響，平茬后萌蘗株在生長季所受干旱脅迫較小，植物將更多的光能以光合作用的形式利用，植物會生長迅速，而未平茬植株所受干旱脅迫嚴重，植物生長相對緩慢。平茬植株用水比未平茬植株用水少，這也許就是平茬區(qū)域的土壤含水量顯著大于未平茬區(qū)域的原因，但是還需要進一步試驗論證。

4 結(jié) 論

檸條是騰格里沙漠防護林的主要造林樹種之一，具有良好的防風固沙功能。本實驗研究了檸條不同留茬高度的平茬效果，初步得出以下結(jié)論：

(1)研究區(qū)造林地植物種類為8種，以檸條、梭梭、沙米和多裂駱駝蓬為優(yōu)勢種，植被總蓋度為34.91%。

(2)平茬的檸條植株會從根頸處萌發(fā)大量枝條，且在生長季生長迅速，合適的留茬高度更能促進這種優(yōu)勢的發(fā)揮。

(3)不同留茬高度萌蘗株月生長動態(tài)一致，但15 cm留茬處理萌條生長狀況顯著高于其他處理(P<0.05)，不同留茬高度平茬效果為15 cm>20 cm>10 cm>5 cm>0 cm。

(4)平茬后的樣地土壤含水量高于未平茬樣地的土壤含水量。

綜上所述，為了確保檸條防護林的防護效益，在實踐中開展平茬工作時，建議根據(jù)防護林的配置情況有選擇地進行，如隔株、隔行或分年度實施，避免大范圍一次性平茬，平茬高度以15 cm為宜。