榆林沙區(qū)沙地柏生物學(xué)特征及環(huán)境適應(yīng)性研究

郜 超，王海鷹，張繼平，趙曉彬，王建梅，曹慶喜

(陜西省林業(yè)科學(xué)院，西安 710082)

沙地柏(Sabinavulgaris)又名叉子圓柏、新疆圓柏、雙子柏，爬柏、臭柏，柏科圓柏屬常綠針葉匍匐灌木[1]，在新疆、青海、甘肅、寧夏、陜西、內(nèi)蒙古等地均有分布，天然生長于海拔1 100～2 800 m干旱地帶石質(zhì)山坡及固定、半固定沙地；適應(yīng)性強，根系發(fā)達(dá)，枝葉繁茂，生長較快，地面覆蓋度大，耐風(fēng)蝕沙埋，沙埋后能生出不定根，側(cè)枝長成新植株，競爭能力強，可作為建群種與其它植物混生，固沙效果顯著，是干旱半干旱地區(qū)及黃河中上游地區(qū)防風(fēng)固沙和水土保持造林優(yōu)良樹種[2]，但若利用和保護(hù)不當(dāng)，林地往往會嚴(yán)重退化。20世紀(jì)五十年代后期，神本市大保當(dāng)?shù)貐^(qū)分布有沙地柏天然林2萬多公頃，后來由于氣候因素及人為破壞，面積下降到4 000 hm2左右，大量沙地柏灌叢覆蓋的固定、半固定沙地轉(zhuǎn)變成為流動沙地，造成了嚴(yán)重環(huán)境問題。近年來，在多方努力下，沙地柏林生態(tài)恢復(fù)取得顯著成效，天然林集中分布的神木市大保當(dāng)鎮(zhèn)、榆陽區(qū)紅石橋鄉(xiāng)和橫山區(qū)雷龍灣等地半固定沙地面積已達(dá)7 000 hm2左右[3]。為進(jìn)一步推進(jìn)沙地柏林快速修復(fù)，有必要對其生物生態(tài)學(xué)特征特性尤其是以造林區(qū)環(huán)境為背景的生物生態(tài)學(xué)特征特性深入研究。

1 研究區(qū)的自然概況

調(diào)查觀測在神本市大保當(dāng)鎮(zhèn)和榆陽區(qū)紅石橋鄉(xiāng)沙地柏天然林區(qū)進(jìn)行，進(jìn)一步測定在陜西省林科院治沙研究所沙地植物園進(jìn)行。調(diào)查地點位于毛烏素沙地南部，海拔高1 100～1 300 m，屬半干旱草原地帶,年均氣溫7.9～8.6 ℃，絕對最高氣溫38.6 ℃，最低-32.7 ℃;年均降水量400 mm左右，年蒸發(fā)量2 000 mm以上，為降水量4～5倍，年無霜期130～150 d,干燥度1.5～3.5;冬春盛行西北風(fēng)，夏季以東南風(fēng)為主,年平風(fēng)速2.2 m·s-1，最大風(fēng)速28 m·s-1，大風(fēng)季節(jié)多出現(xiàn)在11月至翌年4月[4]。調(diào)查區(qū)南部沙丘高大，一般高15～20 m，地下水深5～7 m；北部沙丘較小，高7～14 m，地下水深1 m左右。土壤為風(fēng)沙土和沙質(zhì)暗色草甸土。沙地柏分布區(qū)的植被主要有黑沙蒿(Artemisiaordosica)、西北沙柳(Salixcheilophila)、沙米(Agriophyllumsquarrosum)、芹葉鐵線蓮(Clematisaethusifolia)、沙竹(Phyllostachyspropinqua)、踏郎(Hedysarummongolicum)、中間錦雞兒(Caraganaintermedia)、長柄扁桃(Amygdaluspcdunculata)等植物[5]。

2 研究方法

沙地柏形態(tài)特征及其地上部分生長習(xí)性采用定點定株觀測法。在陜西省林科院治沙所苗圃和沙地植物園內(nèi)，各選生長發(fā)育正常的沙地柏幼苗和成年樹各10株作為定點定株觀測對象，從5月初開始到9月底結(jié)束，每隔10 d測量1次新梢長度和地徑。通過實地觀察結(jié)果并結(jié)合文獻(xiàn)記載對形態(tài)特征進(jìn)行描述。

沙地柏根系及其風(fēng)蝕、沙埋生長規(guī)律采取挖取植株法。在每種立地類型中隨意選擇測3株沙地柏，采挖出完整根系進(jìn)行整株測量，測量不定根數(shù)量、新枝抽生數(shù)量和枝高，同時對采挖區(qū)的風(fēng)蝕、沙埋狀態(tài)以及自然環(huán)境和小地形特點進(jìn)行詳細(xì)記錄。

3 結(jié)果分析

3.1 沙地柏的生長發(fā)育特性

沙地柏為常綠匍匐灌木，灌叢高1～1.5 m；枝密，斜上伸展或呈匍匐狀延伸。雌雄異株，少數(shù)同株。座果率較高，但空、秕粒多，種子優(yōu)良度很低。優(yōu)良種子籽粒充實，胚乳白色，飽滿且油分多；劣質(zhì)種子籽?？诊?，有些雖有胚乳但萎縮、發(fā)黃、變硬。我們連續(xù)3年(2019-2021)的種子優(yōu)良度檢驗結(jié)果表明：沙地柏種子優(yōu)良度最高可達(dá)60%(2019年)，最低只有24%(2021年)，大多在40%以下。

種子在適宜條件下，首先生根，當(dāng)根長5～7 cm時，子葉才出土，一般7～10 d開始長出真葉。當(dāng)年生苗高平均8～10 cm，最高15 cm，根深25～30 cm，為苗高的3倍。2 a生苗高平均20～25 cm，最高可達(dá)44.7 cm，根深45～50 cm。部分苗木主根明顯退化，以側(cè)根為主[6]。一般2 a生苗木即可出圃栽植。1～3 a生沙地柏主枝直立，頂端優(yōu)勢明顯，4 a以后主枝頂端生長減弱，側(cè)枝生長加快，每年可抽三次枝，個別植株可抽四次[7-8]。

淺根性樹種，主根不明顯，側(cè)根發(fā)達(dá)，隨著地形的起伏狀延伸。根據(jù)調(diào)查：一株5 a生植株叢幅50 cm×70 cm，根幅為183 cm×200 cm，10 a以上的植株，主要側(cè)根5～12條,根粗0.5～1.0 cm，長3～15 m。細(xì)根和須根極多，主要集中在地表下10～60 cm的沙層中，縱橫交錯組成強大的根系網(wǎng)，可起到良好的固沙作用[9]。栽植后的3月下旬至4月初葉色轉(zhuǎn)綠，4月下旬葉芽開放，5月中旬新梢開始生長，6-7月為生長盛期，占全年總生長量的70%～75 %，9月以后逐漸停止生長。

3.2 沙地柏的自然繁殖與更新

天然林內(nèi)，沙地柏自然落種的發(fā)芽率很低，僅在下濕的丘間地能見到極少量實生苗，種群自然繁殖主要靠沙埋后產(chǎn)生不定根、抽出新枝的無性繁殖方式(表1)。營養(yǎng)繁殖是沙地柏的主要繁殖方式，且在不同立地其繁殖與生長狀況不同，不同立地沙地柏匍匐枝平均長122.7 cm，在沙埋長度達(dá)38 cm，沙埋厚度達(dá)20.6 cm時，能產(chǎn)生不定根25.4條，抽枝19.1條，新抽枝平均高23.1 cm(表1)；迎風(fēng)坡尤其是迎風(fēng)坡中上部受風(fēng)沙影響大，但卻有利于沙地柏生長，在此位置生長的植株枝長、不定根數(shù)、抽枝數(shù)、枝高都高于迎風(fēng)坡下部和背風(fēng)面。這是由于沙地柏具有較強的萌根、抽枝繁殖能力,在風(fēng)沙流的作用下，沙粒不斷堆積，給萌根繁殖創(chuàng)造了有利條件，這也是沙地柏長期適應(yīng)風(fēng)沙環(huán)境所產(chǎn)生的一種特性。

表1 沙地柏天然林沙埋不定根和新枝發(fā)育狀況

沙地柏在有利條件下通過無性繁殖可形成冠幅更大、群聚度很高的大灌叢——復(fù)合叢幅，即獨苗成林，一般小塊狀或大塊狀分布，很少有單株散生；生長于各種沙丘部位的沙地柏都密集成叢，蓋度一般在50%以上，具有較強的抵抗風(fēng)沙、固定流沙的能力。

3.3 降水量對沙地柏生長的影響

降水對沙地柏的生長發(fā)育影響很大，觀測結(jié)果顯示，在長季內(nèi)，沙地柏生長量與降水量有關(guān)(表2)。年降水量大尤其是生長季降水量大的年份沙地柏生長量也大，2019年主要生長期5—8月降水量147.6 mm，枝條年生長量15.92 cm，比同期降水量(298.1 mm)大的2020年(24.63 cm)低35.4%。。

表2 2019-2020沙地柏枝條長度生長量及降水量

一年內(nèi)降水量大的月份，沙地柏的生長量并不一定最大，如2019年7月的降水量最大，但沙地柏枝條生長量卻不及6月；2020年8月降水量最大，生長量卻仍然是6月最大。說明雖然降水有利于沙地柏生長，但沙地柏生長量還與其生長發(fā)育規(guī)律有關(guān)，即生長節(jié)律也是影響沙地柏生長的主要內(nèi)在因素。

3.4 風(fēng)蝕、沙埋對沙地柏生長的影響

神木市大保當(dāng)鎮(zhèn)、榆陽區(qū)紅石橋鄉(xiāng)等地天然分布的沙地柏灌木林，在長期與氣候、立地尤其是風(fēng)沙等環(huán)境的長期交互作用下，形成了不同的、極為復(fù)雜的形態(tài)特征和長勢(表3)。在固定沙地，特別是在迎風(fēng)坡、丘間地，沙地柏林齡較大，蓋度較高(60%～70%以上)，長勢差，地表枯枝落葉多，有結(jié)皮層；在半流動沙地，尤其在落沙坡，植株受流沙埋壓(一般厚30～50 cm)，樹齡較小(一般3～5 a生)，生長旺盛；在下埋黃土的沙丘尤其是沙丘的頂部和迎風(fēng)面，由于形成風(fēng)蝕斷壁，風(fēng)蝕可深達(dá)60～150 cm，沙地柏根系裸露，背風(fēng)面被沙埋，可形成一叢植株半邊遭風(fēng)蝕，半邊被沙埋。

表3 三種立地類型下的沙地柏生長狀況

在不同立地，沙地柏生長量不同(表3)，在半流動沙地新梢生長量19.12 cm，變異系數(shù)小，這是由于沙埋區(qū)沙層疏松，透氣性強，水分狀況好，利于不定根的萌發(fā)和生長，而根量的增加又?jǐn)U大了植株營養(yǎng)空間和吸收水分及養(yǎng)分的能力，利于整個植株生長；在固定沙地新梢生長量僅為6.19 cm，長勢差，變異系數(shù)較大。說明沙地柏適應(yīng)沙埋環(huán)境，適當(dāng)沙埋可促進(jìn)沙地柏生長，但觀察發(fā)現(xiàn)，過度沙埋會抑制沙地柏生長，當(dāng)沙理厚度超過當(dāng)年新梢1/2以上，植株生長不良，甚至死亡；強烈風(fēng)蝕可使沙地柏根系裸露、懸掛于斷壁，但背風(fēng)面覆沙又可促進(jìn)其生長，表明沙地柏抗風(fēng)蝕強，適應(yīng)沙區(qū)多樣化的立地條件。

4 結(jié)論

沙地柏是榆林沙區(qū)唯一鄉(xiāng)土常綠針葉灌木樹種，也是干旱半干旱沙地優(yōu)良固沙造林樹種。雌、雄球花形成季節(jié)不同，雌球花當(dāng)年5月形成，雄球花上年8月形成，冬季寒冷和春季干旱可造成大量花粉敗育，傳粉受精不良，種子發(fā)育不飽滿，種子質(zhì)量差，空秕粒多，合格種子僅占30%～40%。

沙地柏當(dāng)年新枝生長受生長季內(nèi)降水影響很大，新梢5月中旬開始生長，6-7月為生長高峰期，占全年總生長量71%～75%；生長高峰期降水量充足最有利于沙地柏生長，此期之外，降水對沙地柏生長影響相對較小。風(fēng)蝕、沙埋對沙地柏生長也有較大影響，適當(dāng)沙埋有利于沙地柏生長，但埋沙厚度超過當(dāng)年新梢1/2就會阻滯生長。