高寒荒漠半荒漠區(qū)花棒和楊柴引種栽培可行性分析

柳雋瑤，吳普俠，李軍保，馬延?xùn)|，趙國平

(陜西省林業(yè)科學(xué)院，黃土高原水土保持與生態(tài)修復(fù)國家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗室，陜西西安 710082)

獅泉河盆地位于西藏阿里地區(qū)，平均海拔4 500 m以上，年均降雨量不足100 mm，年均大風(fēng)日(8級以上)達(dá)159 d以上，常年高寒干旱、風(fēng)力強(qiáng)勁，地表物質(zhì)不穩(wěn)定，極易發(fā)生風(fēng)蝕沙化和水土流失。該區(qū)受自然因素和人為活動長期影響，原本茂密的秀麗水柏枝灌叢林幾乎絕跡，林地變成荒蕪的沙礫質(zhì)戈壁灘，每到冬春，黃沙漫漫，遮天蔽日，長期處于被流沙掩埋的境地。中國科學(xué)院蘭州沙漠研究所曾于1994年將花棒、楊柴等26個固沙植物引種到海拔高度3 790～3 810 m日喀則市江當(dāng)鄉(xiāng)境內(nèi)，結(jié)果表明花棒等治沙植物對該地區(qū)具有一定適應(yīng)性。阿里地區(qū)為了擺脫沙進(jìn)人退的困境，從1994年開始，獅泉河人民在科研人員帶領(lǐng)下努力探索治理風(fēng)沙災(zāi)害的有效途徑，因地制宜、因害設(shè)防，充分利用獅泉河盆地沙害防治的有利資源，建立了“礫石沙障+防護(hù)林帶+人工草地+灌溉系統(tǒng)”四位一體的防沙治沙技術(shù)模式，取得了良好的生態(tài)效益和社會效益，但與同緯度地區(qū)相比，阿里地區(qū)具有太陽輻射強(qiáng)、氣溫日較差大、降水量差異大、大風(fēng)時間長、可利用鄉(xiāng)土樹草種貧乏等顯著特征，嚴(yán)重制約著區(qū)域的社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)發(fā)展。由于生態(tài)環(huán)境脆弱、水熱條件限制和人為活動等多重因素影響，阿里地區(qū)的荒漠化仍處于發(fā)展階段。由于阿里地區(qū)鄉(xiāng)土樹種防沙治沙效果有限，急需加強(qiáng)該地區(qū)引種栽培治沙樹種的試驗研究。

花棒()又名細(xì)枝巖黃芪，楊柴()又名塔落巖黃芪，同為豆科巖黃芪屬多年生灌木或半灌木，廣泛分布于我國毛烏素沙地、庫布奇沙漠東部、烏蘭布和沙漠與渾善達(dá)克沙地西部，具有耐寒、耐旱、耐貧瘠、抗風(fēng)沙的特點(diǎn)，是干旱半干旱地區(qū)早期飛播造林的主要樹種，也是適口性好的優(yōu)良飼料。榆林毛烏素沙地是我國最早開展飛播造林試驗的地區(qū)之一，曾大量引用花棒、楊柴造林，其生態(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會效益非常顯著。筆者結(jié)合榆林治沙綠化經(jīng)驗，試驗引種榆林治沙先鋒植物(花棒和楊柴)至西藏阿里地區(qū)獅泉河盆地，并對阿里地區(qū)獅泉河盆地和榆林毛烏素沙地氣候指標(biāo)、土壤條件與引種治沙植物的相關(guān)生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行對比分析，探索適宜于阿里地區(qū)的防沙治沙路徑，為阿里地區(qū)植物治沙、生態(tài)恢復(fù)與重建提供技術(shù)支撐和試驗示范。

1 材料與方法

引種試驗區(qū)為阿里地區(qū)噶爾縣獅泉河鎮(zhèn)(80°05′24.6″E，32°29′44.4″N)，位于獅泉河盆地核心區(qū)，地表為次生礫石戈壁風(fēng)沙灘區(qū)。阿里地區(qū)屬二類風(fēng)區(qū)，年平均風(fēng)速3.2 m/s 以上，高達(dá)8級以上年大風(fēng)時間149 d 左右。試驗樣地設(shè)置在阿里地區(qū)治沙工程項目林內(nèi)，海拔4 280 m，屬高原寒帶季風(fēng)氣候。年降水量不足100 mm，年平均蒸發(fā)量2 454.6 mm，年際變幅達(dá)1 547.9 mm，常年干燥少雨，干燥度34.1，屬極端干旱荒漠區(qū)，每年5—9月降水量占全年降水量的80%以上。年平均氣溫0 ℃，日溫差極大，多年極端最高氣溫32.1 ℃，極端最低氣溫-41 ℃。晴天多，光照強(qiáng)，年輻射量大于7 000 MJ/m。獅泉河盆地狹長，分布于阿里地區(qū)巴康塔木切隆山和孔龍琚山之間，獅泉河穿行而過，地勢東高西低，總面積約3 290 km，平均海拔約為4 500 m以上，空氣稀薄干燥，空氣含氧量、植被覆蓋度和土壤有機(jī)質(zhì)含量低。暖季出現(xiàn)在 6—9月，植物有效生長期為85～96 d；冷季為10月至次年5月，大氣和地表極度干燥，植被疏萎，風(fēng)沙活動強(qiáng)烈，裸露或半裸露的地表為“就地起沙”提供了有利條件。

立地為河谷沙礫石灘地，土壤貧瘠，保水保肥能力極差，鹽堿化較重。試驗地表層土壤有機(jī)碳含量為41.03 g/kg，全氮、全磷、全鉀含量分別為0.37、1.76、0.09 g/kg。研究區(qū)沙物質(zhì)相對集中或以夾層形式出現(xiàn)，或直接覆蓋地表，區(qū)域內(nèi)除基巖山地以外，各地貌單元上的沉積物中普遍含有沙與粉沙組分?，F(xiàn)代風(fēng)成沙下伏沉積物包括沙礫石、戈壁沙礫石、河流沖積物，是目前風(fēng)成沙的主要沙源。盆地內(nèi)廣大地表一般無植被覆蓋，僅在朗久河與獅泉河沿岸散生或片狀分布著班公柳()、秀麗水柏枝()和變色錦雞兒()等灌叢植物，以及少量禾本科針茅屬()、羊茅屬()和莎草科嵩草屬()等禾草群落。

楊柴和花棒種子為2015年4月于榆林毛烏素沙地收集獲得，優(yōu)選顆粒飽滿的健康種子空運(yùn)至阿里地區(qū)獅泉河鎮(zhèn)。試驗示范引種地位于獅泉河鎮(zhèn)林業(yè)局苗圃風(fēng)沙灘地，引種楊柴和花棒地塊，長34.4 m，寬16.0 m，分為10塊畦地，每塊畦寬3 m，長約16 m，埂寬0.4 m。播種前該地塊已經(jīng)過平整，墊pH在8.0～9.0的風(fēng)沙土20 cm，施用牛羊糞肥30 t/hm，拖拉機(jī)翻耕10～15 cm的處理，地塊西側(cè)邊緣有寬0.6 m的水渠保證灌溉。播種采用條播的方式，播種時間為2015年5月10日，人工開溝條播，條距30 cm，播種深度3～5 cm，花棒、楊柴播種量分別為20、12 kg/hm，試驗引種種子質(zhì)量見表1。播前種子經(jīng)高錳酸鉀消毒，溫水浸種24 h。播種后，1～2年內(nèi)加強(qiáng)管護(hù)，長時間無降水時澆水周期為10～15 d，適時中耕、施肥和除雜草，防牲畜啃食、踐踏。第3年開始刈割、平茬、復(fù)壯，以后每年平茬。

表1 引種植物及其種子質(zhì)量

氣候適應(yīng)性觀測。選取花棒和楊柴天然分布區(qū)榆林市引種區(qū)獅泉河鎮(zhèn)1981—2010年的氣象因子進(jìn)行統(tǒng)計，分析生長季(4—9月)降水量、相對濕度、氣溫、大氣壓、日照時長和風(fēng)速等差異，探討花棒和楊柴對阿里地區(qū)氣候的適應(yīng)性。數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http：//data.cma.cn/)。

土壤基質(zhì)調(diào)查。以榆林毛烏素沙地和獅泉河鎮(zhèn)野外沙土為對照，對引種栽培3年后花棒和楊柴混播試驗區(qū)0～5 cm表土pH、土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀進(jìn)行測定，對比分析花棒和楊柴對阿里地區(qū)土壤pH、土壤養(yǎng)分等的適應(yīng)性。

試驗效益分析。對獅泉河鎮(zhèn)引種試驗栽植的花棒、楊柴生長狀況進(jìn)行調(diào)查，包括成活、保存、長勢和物候情況，進(jìn)一步論證阿里地區(qū)引種花棒和楊柴的可行性。

2 結(jié)果與分析

降水量與相對濕度。降水量和空氣相對濕度是決定自然植被類型的關(guān)鍵因素，也是干旱區(qū)植物生長的主要限制因子?；ò艉蜅畈裉烊环植紖^(qū)榆林毛烏素沙地年均降水量為383.6 mm，生長季平均降水量335.3 mm，是全年總降水量的87.4%；8月降水量達(dá)到峰值，為全年降水量的27.5%。引種地阿里獅泉河鎮(zhèn)年均降水量66.4 mm，年際變化率達(dá)15.5%；該地區(qū)生長季平均降水量為58.9 mm，占全年降水量的88.7%；年降水量峰值同樣在8月，是全年降水量的34.9%(圖1a)。

圖1 獅泉河鎮(zhèn)、榆林市降水量(a)和相對濕度(b)的差異Fig.1 Difference between precipitation(a)and relative humidity(b)between Shiquanhe and Yulin

空氣相對濕度間接影響植物的蒸騰和光合作用，對植物水分平衡也有重要意義。由于降水量差異，兩地空氣相對濕度呈現(xiàn)獅泉河鎮(zhèn)普遍低于榆林市，兩地相對濕度的最大值與降水量峰值一致，均出現(xiàn)在8月，分別為43%和67%。獅泉河和榆林地區(qū)生長季平均相對濕度分別為34.7%和54.8%(圖1b)。引種地獅泉河鎮(zhèn)相較于榆林市更為干旱，花棒和楊柴幼苗在該地區(qū)生長可能會受到水分限制。

溫度適應(yīng)性?；ò?、楊柴在其適生區(qū)播種后，當(dāng)5 cm土層日均溫達(dá)到6～8 ℃時開始發(fā)芽。天然分布區(qū)榆林年均溫度8.8 ℃，4月平均氣溫為(11.0±1.6) ℃，達(dá)到花棒和楊柴的發(fā)芽溫度；7月氣溫最高，為(23.7±1.0) ℃，生長季平均氣溫為18.6 ℃。引種區(qū)獅泉河鎮(zhèn)年均氣溫1.0 ℃，6月平均氣溫為(10.7±1.5) ℃，達(dá)到發(fā)芽溫度；7月氣溫最高，為(14.4±1.2) ℃，生長季平均氣溫為8.9 ℃(圖2)?；ò艉蜅畈竦拿妊繒r間受到兩地平均氣溫的影響。

大氣條件。大氣壓力差異會使植物生化反應(yīng)速度和平衡受到影響，101 kPa的大氣壓是植物生長的理想條件?；ò艉蜅畈裨鷧^(qū)榆林全年大氣壓力穩(wěn)定在88.6 kPa左右，引種地獅泉河鎮(zhèn)全年大氣壓保持在60.5 kPa左右，為榆林平均大氣壓力的68.2%(圖3a)。

圖2 獅泉河鎮(zhèn)、榆林市平均氣溫的差異Fig.2 Difference between the average temperature of Shiquanhe and Yulin

花棒和楊柴喜光，萌蘗能力強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)，具有較強(qiáng)耐風(fēng)蝕和抗沙埋特性，天然分布區(qū)榆林年日照時數(shù)為2 284.8 h，年平均風(fēng)速為2.1 m/s；引種地獅泉河鎮(zhèn)年日照時數(shù)2 879.5 h，年平均風(fēng)速為2.7 m/s，略高于榆林地區(qū)(圖3b)。

圖3 獅泉河鎮(zhèn)、榆林市平均氣壓(a)和平均風(fēng)速(b)的差異Fig.3 Difference between average air pressure(a)and average wind speed(b)in Shiquanhe and Yulin

獅泉河鎮(zhèn)地貌類型以次生沙礫化戈壁風(fēng)沙灘地為主，形成的土壤基質(zhì)大多為高寒荒漠草原鹽堿土，鹽堿含量普遍較高，荒地土壤pH達(dá)9.71，榆林毛烏素沙地pH為8.42；獅泉河鎮(zhèn)土壤相對較為貧瘠，引種區(qū)平均有機(jī)質(zhì)含量僅為1.46 g/kg，與榆林毛烏素沙地土壤有機(jī)質(zhì)含量相差不大，而速效氮和速效鉀含量高于毛烏素沙地，速效磷含量與毛烏素沙地相差不大(表1)。經(jīng)過客土改良，花棒和楊柴引種混播區(qū)土壤基質(zhì)pH為9.35，有機(jī)質(zhì)含量是獅泉河荒地的3.84倍，土壤養(yǎng)分普遍高于獅泉河荒地和毛烏素沙地(表2)。

表2 花棒和楊柴混播表土基質(zhì)情況

物候期觀察。由于獅泉河鎮(zhèn)與榆林氣候、立地條件的差異，花棒和楊柴在兩地生長的物候期也有所不同(表3)。獅泉河鎮(zhèn)花棒和楊柴的萌芽期較毛烏素沙地推后約45 d，盛花期縮短60 d，落葉期提前近30 d，生長期少了91～92 d。在獅泉河鎮(zhèn)引種5年間花棒和楊柴只開花不結(jié)實(shí)，群落更新主要依靠地下萌蘗繁殖。

生長發(fā)育狀況。2015年5月10日播種，花棒和楊柴混播區(qū)當(dāng)年平均出苗數(shù)為64株/m，最高可達(dá)115株/m，6月16日株高1.5 cm，播種當(dāng)年株高達(dá)到12.0 cm。2016年5月，地表剛剛解凍無新芽產(chǎn)生時，地下生物量已開始蓄積，花棒、楊柴地下根系的平均生長深度分別達(dá)到15、14 cm，平均分根量分別為16和9個。播種后在無任何越冬防護(hù)條件下，越冬后發(fā)芽率為89%。幼苗不耐旱，楊柴4～5年后地下根莖的生長產(chǎn)生萌蘗苗。花棒耐寒性強(qiáng)，保存率95%以上。花棒和楊柴均未出現(xiàn)抽梢現(xiàn)象，2016—2018年保存率均達(dá)到90%以上，苗木長勢旺盛，對引種地有較好的適應(yīng)性(圖4)。

表3 花棒和楊柴物候情況

圖4 獅泉河鎮(zhèn)引種混播區(qū)花棒和楊柴生長情況Fig.4 Growth of H.scoparium and H.laeve in the introduction area in Shiquanhe

3 結(jié)論與建議

從2015年5月播種至2021年7月，已栽植的花棒、楊柴生長狀況較好，說明引種地高寒荒漠半荒漠區(qū)具有較好適應(yīng)性。對比分析花棒和楊柴天然分布區(qū)榆林毛烏素沙地與引種地阿里獅泉河盆地的氣候指標(biāo)和土壤基質(zhì)條件，獅泉河鎮(zhèn)的平均溫度、大氣壓、風(fēng)速和光照等氣候指標(biāo)和土壤條件基本能滿足花棒、楊柴的生長發(fā)育需求，降水量、空氣濕度對引種植物幼苗生長有一定的限制，播種初期仍需人工干預(yù)?；ò艉蜅畈竦囊N栽植有利于豐富阿里地區(qū)防沙治沙物種的多樣性，為構(gòu)建更加穩(wěn)定的植被群落，仍需對引種植物生理性狀改變、生物生態(tài)學(xué)特性開展進(jìn)一步觀測研究。筆者為阿里地區(qū)獅泉河鎮(zhèn)花棒和楊柴的引種栽培提出以下建議。

土壤水分和溫度是調(diào)節(jié)種子萌發(fā)的重要因素。引種區(qū)獅泉河鎮(zhèn)水分條件和溫度條件相較于原生區(qū)榆林毛烏素沙地差異較大?；ò?、楊柴最低發(fā)芽溫度(5 cm土層日均溫)為6～8 ℃，最適發(fā)芽溫度為17～24 ℃，引種地氣溫可基本滿足種子萌發(fā)條件?；ò艉蜅畈駮毡槭艿礁珊得{迫，為保證花棒和楊柴植株的正常生長，引種前2年內(nèi)給幼苗定期補(bǔ)水至關(guān)重要。播種第3年后，混播區(qū)花棒和楊柴達(dá)到旺盛生長期，群落結(jié)構(gòu)逐漸穩(wěn)定，可適量減少人為補(bǔ)水。單次天然降水量> 8.8 mm，降水強(qiáng)度達(dá)到1.5 mm/h，可被成熟的楊柴群落有效利用。同時，獅泉河盆地存在以鼠、蟲為主的生物災(zāi)害，而花棒和楊柴的種子為老鼠喜食，播種后應(yīng)加強(qiáng)管理。

獅泉河盆地立地為河谷沙礫石灘地，土壤貧瘠，保水保肥能力極差。獅泉河荒地土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀含量普遍高于原生區(qū)榆林毛烏素沙地，這表明土壤養(yǎng)分含量可基本滿足花棒和楊柴苗木的成活，不是引種植物生長的主要限制因素。而獅泉河荒地土壤pH比榆林毛烏素沙地高，這表明土壤鹽堿化可能是引種植物生長的重要限制因素。為保證引種植物成活，需要人為創(chuàng)造土壤條件?？墒褂蒙角芭璧仫L(fēng)沙土進(jìn)行客土改良，覆土高度以20 cm左右為宜，施用牛羊糞肥并進(jìn)行深耕。通過土壤改良減輕獅泉河荒地高鹽堿、低有機(jī)質(zhì)的問題，有利于引種植物成活。

高原環(huán)境大氣壓低，表現(xiàn)為氧氣稀薄，由于氧氣擴(kuò)散速率降低，植物種子萌發(fā)速度趨緩，萌芽率也可能降低。研究表明，植物至少需要10 kPa總壓和相應(yīng)氧氣、二氧化碳及水蒸氣分壓才能正常發(fā)育，但為了適應(yīng)低氣壓的大氣環(huán)境條件，植物生理生態(tài)特征會發(fā)生改變。筆者通過觀察發(fā)現(xiàn)，引種的花棒和楊柴長勢旺盛，可以開花，但是普遍存在不結(jié)實(shí)的特點(diǎn)。低壓引起的氧氣分壓下降有利于植物的營養(yǎng)生長，卻對生殖生長存在一定抑制作用，小麥在50 kPa總壓下分蘗增加，生物量增加，嚴(yán)重抑制了種子形成。

花棒和楊柴作為游擊型克隆植物，當(dāng)無性克隆繁殖為主要繁殖方式時，有性繁殖會相對減弱，再加上高原低壓環(huán)境對生殖生長存在的抑制作用，又進(jìn)一步促進(jìn)了花棒和楊柴的克隆繁殖。該研究表明，在獅泉河鎮(zhèn)引種5年間花棒和楊柴只開花不結(jié)實(shí)，群落更新主要依靠地下萌蘗，克隆繁殖。花棒和楊柴樹齡一般可達(dá)70年以上，旺盛生長5～10年后開始衰退，15年灌叢不再萌發(fā)新枝，結(jié)實(shí)量下降。定期適當(dāng)平茬可以起到更新復(fù)壯和擴(kuò)大郁閉度的作用，5～10年平茬一次，時間宜在春初土壤解凍前，留茬高度宜在20 cm。

獅泉河盆地西部鹽堿、沼澤地區(qū)以風(fēng)蝕為主；中部形成斑塊狀積沙區(qū)，表現(xiàn)為零星分布的沙丘和灌叢沙堆，風(fēng)沙危害以沙丘前移為主；其他廣大戈壁區(qū)除局部地區(qū)存在風(fēng)沙沉積、沙丘前移過程外，大部分區(qū)域以風(fēng)蝕和戈壁風(fēng)沙流過程為主。經(jīng)過多次治理和研究，該地區(qū)形成了由礫石沙障、防護(hù)林帶、人工草地和灌溉工程組成的風(fēng)沙災(zāi)害治理工程。花棒和楊柴耐旱、耐瘠薄、抗風(fēng)蝕，可在礫石沙障和防護(hù)林帶間合理種植，構(gòu)建生物活沙障防護(hù)體系，改善小氣候，提高整個栽植體系防風(fēng)固沙和植被恢復(fù)效果，發(fā)揮生態(tài)效益。同時，花棒和楊柴枝葉茂盛，營養(yǎng)豐富，播種后3年即可刈割，干青草粉碎后是良好的牲畜飼料，有獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)價值。