民勤荒漠區(qū)花棒人工林平茬復壯效果研究

李 強，劉 偉，何 彩，張 軍，牟德生，趙連鑫，陳巖輝

(武威市林業(yè)科學研究院，甘肅 武威 733000)

花棒(Hedysarumscoparium)又名細枝巖黃芪、花姑涼等，具喜沙埋，抗風蝕，萌蘗力強等特性，被廣泛用于防風固沙，是荒漠區(qū)營造防風固沙林優(yōu)良先鋒樹種之一[1]，但生長一定年限后，會出現(xiàn)明顯衰敗現(xiàn)象，隨之病蟲害加重，防風固沙能力、生態(tài)效益顯著降低[2]。研究表明，花棒適時進行平茬可以促進其萌生新枝、擴大枝系空間構(gòu)型，從而能夠更好地利用空間資源，增加地表植被蓋度，提高防風固沙能力[3]。

武威市石羊河林業(yè)總場地處民勤縣境內(nèi)騰格里沙漠與巴丹吉林沙漠的中間地帶，下屬小西溝分場花棒人工林于1993年造林，現(xiàn)在衰敗退化嚴重，防風固沙效果明顯下降。該區(qū)域沙生灌木林主要依靠自然更新，平茬復壯更新等人工撫育技術(shù)還沒有得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。因此，本研究選擇武威市石羊河林業(yè)總場小西溝分場衰敗退化的花棒人工防護林為對象，進行不同高度平茬復壯試驗研究，連續(xù)2 a觀測平茬后植株生長狀況以及土壤含水量，探究民勤荒漠區(qū)花棒人工防護林平茬復壯的可行性，篩選出適合當?shù)貤l件的花棒平茬復壯高度，以期為區(qū)域花棒人工林更新復壯提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本概況

試驗位于甘肅省民勤縣蔡旗鎮(zhèn)麻家灣村以北3 km處(東經(jīng)102°46′、北緯38°21′)，海拔1 420 m，典型的大陸性干旱荒漠氣候，年日照時數(shù)3 073 h，多年平均氣溫7.6 ℃，年均蒸發(fā)量2 664 mm、年均降水量115 mm，年均風沙日數(shù)33 d，多年平均風速4 m·s-1，土壤類型為灰棕荒漠土?；ò羧斯し雷o林造林時間為1993年，造林密度2 m×4 m。

1.2 田間試驗設(shè)置

選擇長勢基本一致的地塊開展平茬高度試驗。平茬高度設(shè)置距地面0 、5 、10 、15 、20 cm等5個處理，分別命名為G0、G5、G10、G15、G20，樣方大小18 m×18 m，樣方間距80 m，三次重復，未平茬地作為對照。

1.3 試驗調(diào)查與測定

1.3.1 植物多樣性調(diào)查 2019年9月，對平茬2 a后樣方植物的種類、株數(shù)進行調(diào)查。用數(shù)碼相機對草本樣方進行垂直拍照，利用Image Pro Plus軟件，獲取植物地上部分在地面垂直投影面積占比，計算各樣方的植被蓋度[4]。

1.3.2 平茬數(shù)據(jù)采集 2018年和2019年5、7、9月中旬，每個處理選擇6株植株，調(diào)查萌條數(shù)量、高度、冠幅、基徑，用鋼卷尺測量萌條高度和冠幅，測量萌條基徑。

1.3.3 土壤容積含水量測定 觀測萌蘗枝生長的同時，用5點采樣法采集各平茬處理和對照處理0～80 cm土層土壤樣品，每20 cm一層，同一處理同一土層混合作為一個分析樣品。土壤容積含水量采用稱重法測定[5]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和繪圖，用SPSS 19.0(非參數(shù)檢驗)和Pearson進行差異顯著性分析。本文所用Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)和Patrick物種豐富度指數(shù)按常規(guī)方法計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物多樣性分析

植物群落特征表明(表1)，平茬2 a后，各平茬處理林地中植物種類均為12種，且各處理之間植被蓋度、物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)變化相對較小，與對照處理沒有明顯差異。

表1 花棒人工林平茬后地上植物群落特征

2.2 花棒人工林平茬后萌蘗株生長狀況

2.2.1 萌蘗株生長的變化趨勢 灌木的萌蘗能力是衡量平茬后植株生長狀況及適應(yīng)環(huán)境能力的重要指標[6]，沙生灌木具有極強的補償生長能力。由圖1可以看出，隨著時間延續(xù)不同平茬高度處理的萌條高度、冠幅和萌條基徑呈增加趨勢，萌條數(shù)量呈減少趨勢?；ò裘忍Y株的生長過程基本分為3個階段：第一階段為5月中旬左右，花棒植株累積養(yǎng)分主要用于無性繁殖，萌條數(shù)量很大，呈簇狀，尚未木質(zhì)化，也沒有明顯主枝。第二階段為7-9月，花棒植株生長迅速，粗度和長度都快速增加，主枝明顯。第三階段9月中旬左右，花棒萌條數(shù)量在自疏作用的影響下，不斷減少，最終趨于穩(wěn)定，萌條高度、冠幅的生長速率較小。到第二年，萌條數(shù)量大幅下降，但萌條高度、冠幅、基徑仍隨著時間在逐漸增長。

2.2.2 平茬前和平茬2 a后萌蘗株的生長狀況 由表2可以看出，不同平茬處理平茬2 a萌蘗生長量表現(xiàn)出不同的差異。5 cm平茬處理萌條數(shù)量最多，為40條；0 cm和20 cm平茬處理次之，為35條左右；10 cm和15 cm平茬處理最少，為26條左右。與0 cm平茬處理相比，5、10、15、20 cm平茬處理萌條高度增加了9.6%、26.0%、8.0%和7.6%。與0、5、10、20 cm平茬處理相比，15 cm平茬處理冠幅顯著提高41.8%、33.4%、25.1%和20.9%。與5 cm平茬處理相比，0、10、15、20 cm平茬處理萌條基徑提高了32.6%、22.3%、18.0%和71.7%。綜合分析，10 cm平茬處理萌條高度最高，15 cm平茬處理冠幅最大，0 cm平茬處理和20 cm平茬處理萌條基徑最粗，各平茬處理的萌條數(shù)量、萌條高度、冠幅、基徑?jīng)]有明顯規(guī)律。對比平茬前和平茬2 a后花棒株高和冠幅狀況，平茬2 a后花棒株高和冠幅已接近平茬前水平。

圖1 不同留茬高度處理萌蘗株生長狀況

表2 平茬前和平茬2 a后花棒生長狀況

2.3 花棒人工林不同留茬高度處理土壤水分變化

從2018年5月、2018年9月和2019年9月三個時期各平茬處理和對照處理0～80 cm土層土壤含水量圖(圖2)可看出，隨著土層深度的增加，土壤含水量增加。2018年5月各處理之間土壤含水量差異不明顯，但2018年9月，各平茬處理之間土壤含水量雖然差異不明顯，但相對于對照處理0～60 cm土層土壤含水量卻明顯增加；2019年9月，各平茬處理之間同樣差異不明顯，但相對于對照處理，0～80 cm土層土壤含水量卻明顯增加。

圖2 土壤含水量變化

3 討論

植物群落是環(huán)境與植物相互作用的結(jié)果，地形、氣候、水分、海拔等都會對物種多樣性的分布格局產(chǎn)生影響[7]。本研究不同平茬處理平茬2 a后植物種類均為12種，且各處理間植被蓋度、物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)變化相對較小，均與未平茬處理差異不明顯，這主要與該區(qū)域長期高溫干旱的氣候環(huán)境有關(guān)，同占玉芳[8]等研究結(jié)論一致。

沙生灌木具有適時平茬復壯的生物學特性，即生長到一定的年限后需要及時進行平茬復壯以恢復植株生長活力，否則就會生長減慢或自然枯死[9]。研究表明，平茬復壯可以有效促進檸條[10]、梭梭[11]等人工灌木林的更新?lián)嵊?，增強沙生灌木林的生長特性。本研究亦表明，不同平茬高度處理隨著時間增加，萌條高度、冠幅、基徑呈增加趨勢，萌條數(shù)量則呈減少趨勢，萌條數(shù)量大幅下降，一方面主要是由于越冬低溫傷害和水分、養(yǎng)分供應(yīng)不足所致，另一方面主要是花棒為適應(yīng)區(qū)域自然環(huán)境而自身淘汰一部分枝條。關(guān)于沙生灌木的平茬高度，已有大量研究，魏懷東等[12]研究表明，30 cm和40 cm留茬高度為花棒較為理想的留茬高度，唐興玉等[13]則建議多年生花棒采用20 cm平茬高度進行更新復壯，本研究同樣對比分析了各平茬處理平茬2 a后萌蘗株的生長量，各處理的萌條數(shù)量、高度、冠幅、基徑?jīng)]有明顯規(guī)律，主要是因為花棒平茬后多數(shù)萌蘗枝條是從基部萌發(fā)，很少一部分從平茬口萌發(fā)，說明平茬可以促進花棒根根頸部附近芽眼的成枝條能力，為便于操作，建議生產(chǎn)中按0 cm高度平茬處理。

平茬不僅僅對植物產(chǎn)生影響，同時也會對其賴以生存的自然環(huán)境產(chǎn)生一定的影響[14]。本研究花棒人工林平茬后，早期土壤水分并沒有快速恢復，基本維持原有水平，隨著花棒平茬后恢復年限的延續(xù)，土壤含水量開始逐年升高。主要是花棒平茬后，萌生林林冠消失，根系吸水和枝葉蒸騰都明顯減少，平茬林地土壤貯水量相對提高，促進了平茬林地0～80 cm土層土壤水分增加。另外，由于2018年和2019年受區(qū)域干旱少雨氣候影響，土壤水分得不到有效補給，平茬林土壤水分損耗率、土壤水分利用深度和相同時間土壤貯水量降低值均低于未平茬林。因此，表現(xiàn)為平茬林土壤水分高于未平茬林地，這與李耀林等[15]及于瑞鑫等[16]研究結(jié)論一致。

本研究對比了平茬前和平茬2 a后花棒的生長狀況，表明平茬2 a后株高和冠幅已基本達到了平茬前的水平，結(jié)合對同一區(qū)域其他花棒人工防護林平茬試驗的調(diào)查及于瑞鑫等[16]檸條平茬5 a后土壤水分消退，并逐漸向未平茬處理接近的研究結(jié)論，建議生產(chǎn)上采用隔行、隔株平茬措施，隔年或連年進行更新，5 a后應(yīng)考慮再次更新復壯。

4 結(jié)論

民勤荒漠區(qū)退化花棒人工防護林平茬復壯可行，為維持花棒人工防護林的生態(tài)效益，建議生產(chǎn)實踐中，在充分考慮防護林的實際配置情況的前提下，進行有選擇性地平茬，平茬高度0 cm為佳，并應(yīng)該隔株、隔行或者分年度進行，避免一次性大面積平茬，平茬5 a后應(yīng)再次平茬更新復壯。