砂鐵礦廢棄地恢復中5種錦雞兒屬植物的出苗和生長

王璐瑤 趙曉英 王伍 哈斯鐵爾·那比汗 朱成林

摘 要 為促進砂鐵礦廢棄地植被恢復，將5種錦雞兒屬植物種子播撒于新疆青河縣砂鐵礦廢棄地的平地和陽坡，并對出苗、幼苗存活和生長情況進行觀測。結果表明：（1）春季在平地上荒漠錦雞兒（Caragana roborovskyi）出苗率最高（44%），陽坡的樹錦雞兒（C. arborescens）出苗率最高（51%），說明荒漠錦雞兒和樹錦雞兒在春季溫度回升時，可利用春季融雪水萌發(fā)出苗。（2）平地的白皮錦雞兒（C. leucophloea）和荒漠錦雞兒幼苗存活率較高（90%～93%），陽坡的檸條錦雞兒（C. korshinskii）、樹錦雞兒和荒漠錦雞兒幼苗存活率較高（96%～100%），說明這4種錦雞兒幼苗耐干旱，在經歷夏季高溫和干旱后，仍可存活。（3）5種錦雞兒屬植物幼苗在平地上的株高為2～4 cm，檸條錦雞兒幼苗在陽坡的株高達11 cm，其他4種野生錦雞兒屬植物生長極慢，不適宜在該采礦廢棄地植被恢復中應用。

關鍵詞 采礦廢棄地;錦雞屬植物;播種;植被恢復

中圖分類號：S725.72 文獻標識碼：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2021.05.002

Abstract To explore the treatment of abandoned mines，five Caragana seeds were sown in November 2018 on the flat ground and sunny slope of the sand iron mine wasteland in Qinghe County，Xinjiang. Emergence and seedling survival were monitored.Result shows that：（1） Emergence percentage （44%） of C. roborovskyi is highest in spring on the flat ground. On the sunny slope，the emergence of C. arborescens is 51%. （2） C. roborovskyi and C. leucophloea shows that higher seedling rate （90%-93%） on the flat ground，and C. korshinskii ，C. roborovskyi ，C. arborescens shows the highest seedling survival rate （96%-100%） on sunny slope. （3） On the flat ground，the seedling heights of five Caragana species are 2-4 cm. On the sunny slope，the height of C. korshinskii seedlings reach 11 cm. Grow is very slowly for the four Caragana spp. and are not suitable for revegetation in the abandoned mining land，except Caragana korshinskii .

Key words abandoned mining land; Caragana spp.;seedling;vegetation restoration

種子萌發(fā)出苗和幼苗存活是植物生活史中極為重要的階段，決定著植物種群更新和擴展等關鍵環(huán)節(jié)[1]。種子萌發(fā)出苗極易受到外界環(huán)境因子的影響，如溫度、土壤水分、立地條件及土壤質地等[2，3]。阿拉伯干旱地區(qū)的3種金合歡屬（Acacia spp.）灌木種子在沙質平地的出苗率高，而在緩坡裸地無種子萌發(fā)[2]。古爾班通古特沙漠的梭梭（Haloxylon ammodendron）在丘間平地的存活率比沙丘陽坡的存活率高10%[4]。檸條錦雞兒在沙坡頭試驗站的沙丘基部和丘間谷地的存活率高，存活率為10%～50%[5]。種子萌發(fā)出苗和幼苗存活還與季節(jié)變化有關，西班牙半干旱地區(qū)的半日花屬灌木（Helianthemum squamatum）種子在2月的出苗率達到87%，4月和5月出苗率分別為3%和2%[6]。

采礦廢棄地的危害有目共睹。新疆阿勒泰地區(qū)青河縣砂鐵礦形成面積約為18 km2的廢棄地，嚴重破壞了當地的生態(tài)環(huán)境[7]，亟待進行植被恢復。灌木是荒漠地區(qū)的優(yōu)勢生活型，也是植被恢復的候選植物種。黃土高原和科爾沁沙地等地植被恢復和人工造林中主要選擇了錦雞兒屬植物，錦雞兒人工林降低土壤容重、改善土壤質地和固定流動沙丘等作用明顯[8，9]。青河縣屬干旱冷涼地區(qū)，錦雞兒屬植物在該地區(qū)采礦廢棄地能否播種出苗存活，是有待研究的問題。

粗毛錦雞兒（Caragana dasyphylla）、荒漠錦雞兒（C. roborovskyi）、白皮錦雞兒（C. leucophloea）主要分布于新疆，樹錦雞兒（C. arborescens）和檸條錦雞兒（C. korshinskii）已在很多地方引種。本研究在新疆青河縣無灌溉的砂鐵礦廢棄地的不同立地條件下播種粗毛錦雞兒、荒漠錦雞兒、白皮錦雞兒、樹錦雞兒和檸條錦雞兒種子，分析不同立地條件下種子萌發(fā)出苗和幼苗存活情況，以期為干旱區(qū)采礦廢棄地植被恢復中植物種和播種生境的選擇提供參考，也為錦雞兒屬植物在植被恢復中的應用提供依據。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況及引種植物

研究區(qū)位于阿爾泰山東南麓的青河縣阿葦灌區(qū)的砂鐵礦廢棄地（90°06′54″ E;46°21′06″ N），海拔1 141 m。該地干旱少雨且蒸發(fā)量大，年平均氣溫為4.6 ℃，年平均降雨量約為201.2 mm（青河縣氣象局），無霜期平均為103 d（青河縣人民政府）。研究區(qū)原生境植被為蒿屬荒漠，群落組成主要有纖細絹蒿（Seriphidium gracilensces）、小蓬（Nanophyton erinaceum）、駝絨藜（Ceratoides latens）和堿韭（Allium polyrhizum）等。廢棄地陽坡土壤為沙質黏壤土，平地土壤為沙質壤土（中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所測）。

粗毛錦雞兒、荒漠錦雞兒、白皮錦雞兒和樹錦雞兒為野生種，種子在成熟時采集，采集地生境的環(huán)境條件見表1（自各地政府網站）。種子采自自然群落大小相近的30株植株;檸條錦雞兒種子從寧夏購買。將采集的種子在通風良好的室內晾干1周，然后將種子裝到牛皮紙袋中，在室溫條件下保存，直至播種。播種前對種子活力進行檢測，均大于90%。

1.2 生境選擇及播種

在礦區(qū)廢棄地的平地挖寬0.5 m、深0.1 m，間距為1 m的溝;在陽坡挖寬為0.25 m、深0.1 m，上下間距為0.5 m的溝槽。在平地和陽坡的溝里播種，每0.25 m2播種50粒種子，每種重復5次，播種深度約為2 cm。播種時間為2018年10月31日（據天氣預報報道，次日有第二場降雪）。研究區(qū)無灌溉條件，主要依賴自然降水。用DS1923型紐扣式溫濕度記錄儀記錄平地和陽坡地表的溫度和濕度，每2 h記錄1次。

1.3 種子出苗的統(tǒng)計

于2019年5月（春季）、7月（夏季）和10月（秋季）記錄樣方中出土幼苗數量、幼苗存活數和幼苗株高。參照來利明[10]和Pellizzaro等[11]的方法分別計算出苗率和幼苗存活率。出苗率為試驗過程中露出土壤表面的幼苗個數占播種種子數的百分比;幼苗存活率為秋季存活幼苗數量占出苗數量的百分比。

1.4 數據處理

數據處理和繪圖采用Microsoft Excel 2010軟件，用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析法（One-way ANOVA）分析不同物種的出苗率、幼苗存活率和株高在不同測量時間之間的差異，采用雙因素方差分析法（Two-way ANOVA）分析立地條件、測量時間及其互作對不同物種出苗率和幼苗存活率的影響。試驗數據以平均值（Mean）± 標準誤（SE）表示。

2 結果與分析

2.1 不同立地的出苗和幼苗存活率

在出苗方面，5月份平地上的荒漠錦雞兒出苗率最高，為44%;樹錦雞兒的出苗率最低，為8%。陽坡上，樹錦雞兒的出苗率最高，為50%;白皮錦雞兒種子未萌發(fā)出苗（圖1）。立地條件對檸條錦雞兒、白皮錦雞兒和樹錦雞兒種子出苗有顯著影響（P<0.05）。

在幼苗存活方面，平地上的荒漠錦雞兒和白皮錦雞兒幼苗的存活率較高，為90%～93%，檸條錦雞兒幼苗的存活率較低，為52%;陽坡上的檸條錦雞兒、樹錦雞兒和荒漠錦雞兒幼苗存活率最高，為96%～100%，粗毛錦雞兒幼苗的存活率較低，為85%，白皮錦雞兒未出苗，所以無幼苗存活（表2）。

2.2 種子出苗率的季節(jié)變化

由圖1可知，在平地上，7月份樹錦雞兒和白皮錦雞兒出苗率較5月份增加了5%～10%。在陽坡上，7月份樹錦雞兒種子的出苗率較7月份增加了14%，其他4種植物未繼續(xù)出苗。

2.3 幼苗株高

由圖2可知，平地的5種錦雞兒屬植物幼苗在10月份株高為2～4 cm，其中，荒漠錦雞兒和白皮錦雞兒幼苗株高均高于其他3種錦雞兒屬植物（P<0.05）。在陽坡上，4種錦雞兒屬植物幼苗在5月份株高為2～4 cm，之后檸條錦雞兒幼苗生長迅速，在10月份株高達到11 cm。

2.4 不同立地土壤水熱條件的季節(jié)變化

由圖3A可知，整體來看，陽坡的土壤溫度高于平地。3—5月、6—7月、8—10月的平地土壤月平均最低溫度分別為5.8、16.2和17.1 ℃，月平均最高溫度分別為12.2、30.1和29.8 ℃。陽坡土壤月平均最低溫度分別為6.2、18.3和17.9 ℃，月平均最高溫度分別為15.0、30.3和32.3 ℃。在溫度較高的一天里，陽坡土壤溫度變化幅度為20.0～49.5 ℃，平地土壤溫度變化幅度為20.5～44.0 ℃（圖3B）。在溫度較低的一天里，平地土壤溫度變化幅度為-4～0 ℃，陽坡土壤溫度變化幅度為-6.0～-4.5 ℃（圖3C）。

整體來看，陽坡土壤濕度低于平地，且陽坡土壤濕度變化幅度大（圖4A）。3—5月、6—7月、8—10月的平地土壤平均濕度為101.2%、88.4%和78%，陽坡土壤平均濕度為97.4%、76.3%和59.5%。在溫度較高的一天里，平地土壤濕度變化幅度為51.8%～85.2%，陽坡土壤濕度的變化幅度為21.8%～57.4%（圖4B）。在溫度較低的一天里，陽坡土壤濕度變化幅度大，其最高濕度達到109.9%，最低濕度為102.3%，平地土壤濕度變化幅度為106.6%～108.4%（圖4C）。

3 討論與結論

3.1 立地條件對錦雞兒屬5種植物種子出苗率和存活率的影響

春季檸條錦雞兒和白皮錦雞兒種子在平地的出苗率高于陽坡，說明平地有利于這2種錦雞兒屬植物種子萌發(fā)出苗，這與阿拉伯干旱地區(qū)3種金合歡屬灌木種子在平地的出苗率高[2]的研究結果相同。春季砂鐵礦廢棄地陽坡的土壤水分變化幅度較大，土壤最高、最低濕度分別為108.1%和67.6%，平地的土壤水分變化幅度小，土壤最高、最低濕度分別為106.4%和95.1%。在春季溫度較低的一天里，陽坡的土壤溫度低于平地的土壤溫度，可能是因為砂鐵礦的風較大，陽坡地表接近裸露狀態(tài)，所以溫度較低。平地的土壤溫度較高，可能是因為在強風的作用下，把降雪集中吹到溝里，積雪具有保溫作用，所以平地的土壤溫度較高[12]。總體來看，春季陽坡地表的月平均溫度比平地高2 ℃，說明在無灌溉條件下，水分是影響種子萌發(fā)出苗的主要因素。2種錦雞兒屬植物在平地的出苗率高于陽坡，可能是因為春季溝內的積雪融化后，平地土壤濕度較高且土壤有較好的持水能力，可以滿足植物對水分的需求，檸條錦雞兒和白皮錦雞兒種子可萌發(fā)出苗。與上述2種錦雞兒不同的是，樹錦雞兒種子在廢棄地陽坡的出苗率高于平地，可能與土壤質地及植物的自身因素有關：一方面，樹錦雞兒的原生境為山坡和丘陵等[13]，原生境土壤質地可能較為疏松，砂鐵礦廢棄地陽坡土壤質地疏松，有較好的透水透氣性，有利于樹錦雞兒幼苗生長;另一方面，樹錦雞兒為喜陽植物，砂鐵礦廢棄地陽坡光照條件較為充足，所以樹錦雞兒在廢棄地陽坡的出苗率高于平地。

在幼苗存活率方面，平地白皮錦雞兒幼苗的存活率高于陽坡，這與古爾班通古特沙漠的梭梭在平地上的存活率高于陽坡的存活率[8]的研究結果相同。這可能與土壤的水熱條件和土壤質地等因素有關，砂鐵礦廢棄地陽坡的月平均土壤濕度比平地的月平均土壤濕度低20%～25%，陽坡的月平均溫度比平地的月平均溫度高0.5～2 ℃。白皮錦雞兒的原生境為地表基巖裸露或滿鋪礫石的戈壁灘，砂鐵礦平地土壤質地較硬，而陽坡的土壤較疏松，所以，白皮錦雞兒幼苗在平地的存活率高于陽坡。

3.2 種子出苗率的季節(jié)變化

在平地上，5種錦雞兒屬植物種子在5月的出苗率為8%～45%，說明許多種子隨著春季氣溫升高冰雪融化，利用融雪水萌發(fā)出苗，增大幼苗存活的機會。夏季白皮錦雞兒在砂鐵礦廢棄地平地的出苗率增加了10%，說明有少部分種子在夏季高溫條件下可萌發(fā)出苗。前人研究發(fā)現，白皮錦雞兒種子在10/6 ℃到30/20 ℃的變溫條件下均可萌發(fā)，萌發(fā)所需的最低土壤水分含量為2.5%[14]。本研究區(qū)平地夏季地表月均溫為24 ℃，月均濕度為89%，此時生境的溫度和濕度與種子萌發(fā)的水熱條件相符合，所以白皮錦雞兒種子在夏季遇到可用的降水就萌發(fā)出苗，增大幼苗存活的機會。

3.3 立地條件對幼苗生長的影響

生長季末，5種錦雞兒屬植物幼苗在平地和陽坡的株高分別為2～4 cm、3～11 cm，這與青藏高原煤礦廢棄地陽坡植物株高較高[15]的研究結果相同?？赡苁且驗槠降赝寥蕾|地較硬，錦雞兒幼苗的根系無法向下生長，不能吸收更多的水分和養(yǎng)分，所以幼苗較矮，陽坡土壤質地疏松、透水透氣性強，有利于根系的生長，使幼苗能夠從更深的土壤中吸收水分。檸條錦雞兒幼苗在陽坡上的平均株高約為11 cm，在平地上平均株高只有3 cm，說明檸條錦雞兒幼苗在陽坡上生長得好，這可能是因為陽坡土壤質地疏松、透水透氣性好，有利于檸條錦雞兒扎根及根系的生長;而砂鐵礦廢棄地平地的土壤質地較硬，透水透氣性較差，幼苗的根部可能難以穿過較硬的土壤。檸條錦雞兒的原生境為半固定和固定沙地[13]，沙地有較好的透水透氣性，土壤質地疏松，有利于檸條錦雞兒幼苗根系的生長，所以，檸條錦雞兒幼苗在砂鐵礦廢棄地陽坡的株高最大。

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