李澍貴，施繪麗，馬增旺，邢存旺，趙廣智

（1.張家口市宣化林場，河北 宣化 075100；2.宣化縣林果研究所，河北 宣化 075116；3.河北省林業(yè)科學研究院，河北 石家莊 050061）

黃羊灘常用固沙植物的抗旱性調(diào)查

李澍貴1，施繪麗2，馬增旺3，邢存旺3，趙廣智3

（1.張家口市宣化林場，河北 宣化 075100；2.宣化縣林果研究所，河北 宣化 075116；3.河北省林業(yè)科學研究院，河北 石家莊 050061）

抗旱性是防護林抵抗力穩(wěn)定性的一個重要指標。該文對宣化縣黃羊灘14種常用固沙植物進行了野外調(diào)查，依據(jù)其在極端干旱條件下成年樹木的死亡、落葉、枯梢、變色等大田觀測指標進行抗旱能力鑒定。得出結(jié)論：抗旱性強的樹種依次是沙地柏、樟子松、側(cè)柏、檸條，在干旱脅迫期間沒有發(fā)生死亡、枯梢、大量落葉等嚴重危害癥狀，主要表現(xiàn)為生長減緩；抗旱性中等的依次是沙棗、差巴嘎蒿、黃柳、紫穗槐、榆樹，在極端干旱情況下，主要危害表現(xiàn)是落葉與枯梢；抗旱性差的依次是新疆楊、小美旱楊、小葉楊、刺槐、沙打旺。當干旱脅迫發(fā)生時，林分的總體耗水量超過了土地的供給能力，樹體水分失調(diào)后發(fā)生死亡現(xiàn)象。

固沙植物；抗旱性；黃羊灘

文獻資料顯示，目前樹種抗旱性研究缺乏對成年林木抗旱性野外調(diào)查，主要利用樹木的生理指標或苗期盆栽鑒定，少見用成年樹木的死亡率與落葉、枯梢等大田觀測指標進行抗旱能力鑒定。該研究在自然條件下，利用極端干旱事件所造成的干旱脅迫，觀測樹木野外形態(tài)變化，對造林樹種的抗旱性進行評價。此法明顯特點是事前沒辦法選定觀測機會，等待時間長；觀測期間受降水變化影響大，觀測進程常常因降水中斷；觀測結(jié)果可比性差，重復性差，因此難以在科研與生產(chǎn)中經(jīng)常應(yīng)用。但該法能較客觀地反映抗旱性的真實情形，也不需要先進的分析與觀測設(shè)備，若事前能做好標準地或標準行整理工作，可以得出比較可靠的結(jié)果。根據(jù)歷年氣象資料，找出具有干旱特征的年份，再查找該年份人工林生長標準地資料，與降水量正常的年份作對比，就可對林分的抗旱性做出評估。

1　研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于張家口市宣化縣東南部洋河南岸，地理坐標為東經(jīng)115°2′34″～115°12′30″，北緯40°25′12″～40°32′6″，隸屬于張家口市宣化林場，總面積10200hm2。該區(qū)屬壩下中低山區(qū)，地勢東南高、西北低，海拔600～1000m。處于半濕潤區(qū)向半干旱區(qū)的過渡地帶，年均降水量365mm，年蒸發(fā)量2000mm。年平均氣溫7.6℃，極端最高氣溫38℃，極端最低氣溫-25.8℃，無霜期130d，年≥10℃有效積溫2368～3573日·度。土壤以風沙土為主。年內(nèi)大風天數(shù)37～40d。地帶性植被為疏林草原，植被類型較單一，蓋度較低。主要災(zāi)害性天氣有干旱、沙塵暴、凍害、干熱風等。由于其獨特的地理位置，形成了風多、風大、干旱等特殊的局部氣候特征，區(qū)內(nèi)土壤風蝕沙化嚴重。

2　調(diào)查思路與評估方法

林木在受到自然災(zāi)害比如干旱的脅迫時，會在外部表現(xiàn)出某些特征，如落葉、枯梢直至死亡。因此，通過調(diào)查林木在特定干旱條件下所表現(xiàn)出的外部特征，可以對林木抵御干旱能力和適應(yīng)性進行綜合評價。調(diào)查中為了排除自然整枝與家畜、病蟲危害等因素對樣樹的影響，在旱情發(fā)生初期及時對樣樹進行了清理。評估樹種抗旱性時，不同評價指標的重要程度要充分考慮。具體辦法是先比較樹木死亡率，再比較落葉率，如從死亡率和落葉率不能確定樹種抗旱性順序時，再考慮枯梢率、葉變色、萎蔫等其它癥狀。在干旱脅迫期間沒有發(fā)生死亡、枯梢、落葉等嚴重危害癥狀的樹種，根據(jù)抵抗力概念，本文將經(jīng)歷干旱干擾期間的生長量與未受干旱干擾的正常年份的生長量的比值作為抗旱指標，來評估樹種對干旱的適應(yīng)性，該比值越大，表明樹種的抵抗干旱的能力越強，穩(wěn)定性也越高。

標準行（地）選擇：在旱情發(fā)生初期確定標準行（地）。分樹種選定標準行，并在行內(nèi)排除非正常植株（如感病或受機械損傷），將正常植株做標記，再在每株樣樹上選定1枝有代表性的一級側(cè)枝為標準枝，對標準枝做標記并計數(shù)標準枝葉片數(shù)量。

落葉指數(shù)：觀測植株的落葉情況，與正常年份樹木相比時，以5%為進制評價樹冠落葉程度。將落葉程度劃分為四級。0級：無落葉或落葉占全樹葉片的5%以下；Ⅰ級：落葉占全樹葉片的6%～15%；Ⅱ級：落葉占全樹葉片的16%～25%；Ⅲ級：落葉占全樹葉片的25%以上。旱情中斷后調(diào)查落葉情況，利用公式確定樹木旱情發(fā)生時耐旱能力。

3　結(jié)果與分析

3.1大氣降水擾動情況

人工林與農(nóng)作物不同，在造林地上要生長許多年，要經(jīng)受幾十年、甚至上百年一遇的氣候變化考驗，特別要經(jīng)受極端氣候考驗，如異常的干旱。冀西北水資源普遍貧乏，干旱是當?shù)剞r(nóng)、林業(yè)生產(chǎn)面臨的主要自然災(zāi)害之一，對人工林的穩(wěn)定性造成了嚴重的干擾。研究區(qū)歷年降水量變化情況如圖1所示。

圖1　研究區(qū)歷年降水量

從1960～2014年的55多年間，平均年降水量為360.6mm，最大降水的1973年達563.9mm，最小降水量的1999年只有226.3mm，兩者相差達337.6mm。通過統(tǒng)計學方法得到標準差s=85.09，變異系數(shù)v=0.23。為了具體評價歷年的干旱程度，選用旱澇指標來表示，即

式中I為旱澇指標，xi即為某年的降水總量，xˉ為歷年平均降水量，s為年降水量的標準差。-1 ＜I＜1為正常年；-2≤I≤-1為干旱年；I≤-2大旱年。由公式計算得出：有7個年份為干旱年，分別是1980年、1984年、1985年、1999年、2001年、2002年和2009年。

年降水量的變化是影響區(qū)域水分平衡的重要因子，利用年降水量的變化可以從大尺度上說明區(qū)域內(nèi)水分盈虧狀況。研究區(qū)50a降水記錄中，7個干旱年份都分布于后30a，而且最近10a發(fā)生了3次，呈現(xiàn)出干旱發(fā)生頻率越來越高的趨勢。2009年降水量為231.7mm，僅比最低記錄多5.4mm，比平均降水量低128.9mm，是該區(qū)典型的極端干旱年份。

表1　研究區(qū)逐月降水量　單位：mm

年降水量的變化是區(qū)域內(nèi)干旱發(fā)生的重要影響因素，但是年降水量的多少與農(nóng)業(yè)干旱卻不完全一致。人們通常認為年降水量多，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就有利，不會發(fā)生干旱現(xiàn)象，但實際情況是，農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生與否主要取決于生長期降水量分配情況。研究區(qū)多年降水量年內(nèi)分布見表1，由表1可知，6～9月份是多雨季節(jié)，降水量為288.2mm，占全年降水量的79.9%。7、8月份更集中了全年降水量的51.7%。50a降水資料顯示，6～8月份降水偏多或偏少會給研究區(qū)帶來澇災(zāi)或旱災(zāi)，也是該區(qū)發(fā)生災(zāi)情最多的季節(jié)，9月份以后季節(jié)降水相對比較平穩(wěn)。該區(qū)屬暖溫帶季風氣候區(qū)，雨熱同季，利于植物生長，但如果6～8月降水量明顯減少，那么高溫少雨的惡劣環(huán)境將是農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的直接誘因。

2009年生長期降水分布特點是：春季（3～5月份）降水量為48.0mm，與同期多年降水平均值（46.7mm）持平；夏季（6～8月份）降水量為104.4mm，同期多年降水量平均值為244.3mm，兩者相差139.9mm；秋季（9～11月份）降水量為78.9mm，比同期多年降水量多13.1mm。這組數(shù)據(jù)表明，該年份降水量偏低主要是因夏季降水較常年偏低所致。

綜上所述：可以將2009年認定為農(nóng)業(yè)干旱年份。以2009年樹木田間生長表現(xiàn)與形態(tài)變化為依據(jù)對樹種抗旱性進行評估是確實可行的。

3.2不同樹種在干旱脅迫條件下典型形態(tài)特征

經(jīng)多年野外觀測發(fā)現(xiàn)，黃羊灘林場造林樹種在受到干旱脅迫時危害癥狀主要表現(xiàn)為葉片萎蔫、葉色變黃、落葉、枯梢、死亡等幾個階段或過程，不同樹種由于應(yīng)對干旱的生理機制不同，危害過程也表現(xiàn)出不同特點。在表2中，綜合14個固沙樹種的樣地及樣地周圍調(diào)查結(jié)果，列出了各樹種在持續(xù)干旱脅迫條件下的表現(xiàn)癥狀。

表2　樹種在干旱脅迫條件下表現(xiàn)癥狀

在干旱脅迫結(jié)束后，造林樹種危害程度大致分為整株死亡、大量落葉和生長減緩3大類。其中5個樹種有整株死亡現(xiàn)象，9個樹種表現(xiàn)了不同程度的落葉，4個樹種表現(xiàn)為生長減緩或無明顯落葉癥狀。

首先以樹種死亡率為依據(jù)對抗旱性做比較?；跇浞N死亡率的抗旱排序從高到低依次為：新疆楊（4.7%）＞小美旱楊（8.0%）＞小葉楊（12.0%）＞刺槐（17.3%）＞沙打旺（30.3%）等。這幾個樹種在幼林期都表現(xiàn)出了不同程度的生長衰退現(xiàn)象，特別是小葉楊與刺槐，在常規(guī)降雨年份時也經(jīng)常發(fā)生整株死亡，小美旱楊則經(jīng)常表現(xiàn)為當生長季無效降水日數(shù)超過25d時大量落葉或死亡。楊樹類與刺槐維持成活生長需要大量的養(yǎng)分和水分，風蝕沙地保水能力差，當干旱脅迫發(fā)生時，林分的總體耗水量超過了土地的供給能力，樹體水分失調(diào)后發(fā)生死亡現(xiàn)象。沙打旺死亡原因主要是干沙層厚度超過根系分布層，導致根系失水干枯。

利用死亡率不能對所有樹種抗旱性進行比較排序，必須再利用落葉指數(shù)對其評估?；诼淙~指數(shù)的抗旱排序從高到低依次為：沙棗（16.9）＞差巴嘎蒿（17.8）＞紫穗槐（19.8）＞黃柳（23.3）＞新疆楊（23.3）＞小美旱楊（23.9）＞白榆（27.3）＞小葉楊（29.8）＞刺槐（30.4）。

對比分析利用死亡率和落葉指數(shù)得到的2個抗旱序列，從中發(fā)現(xiàn)二者具有高度一致性，即死亡率高的樹種其落葉指數(shù)也高，與潘偉［2］關(guān)于重慶市域主要樹種抗旱性指標結(jié)論一致，因此可以將落葉指數(shù)作為死亡率的延伸性指標。在此排序基礎(chǔ)上，再進一步分析樹種的其它危害癥狀。白榆雖然落葉指數(shù)較新疆楊和小美旱楊高，但并未發(fā)生整株死亡，考慮死亡率與落葉指數(shù)對抗旱指標的重要程度，將白榆在抗旱排序中前移2位至新疆楊前。黃柳與紫穗槐相比，雖然落葉指數(shù)較高，但落葉后枝條并未失水，且落葉部位還有新芽長出，干旱脅迫結(jié)束后光禿的枝條仍然能夠重新萌芽，長出新葉，樹體少見枯死枝；反觀紫穗槐，梢頭落葉部分失水嚴重，枯死量大，干旱脅迫結(jié)束后當年沒恢復生長，沒有新生枝。綜合考慮這些癥狀，將黃柳在抗旱排序移至紫穗槐前。因此，調(diào)整后的抗旱排序從高到低依次為：沙棗＞差巴嘎蒿＞黃柳＞紫穗槐＞白榆＞新疆楊＞小美旱楊＞小葉楊＞刺槐＞沙打旺。

樟子松、檸條、側(cè)柏、沙地柏這4個樹種，在干旱脅迫期間沒有發(fā)生死亡、枯梢、大量落葉等嚴重危害癥狀，主要表現(xiàn)為生長減緩，表現(xiàn)出了極強的抗旱性。為了對這4個樹種的抗旱性進行比較排序，該文把受災(zāi)年與前一年的標準枝長度年增長量的比值作為抗旱指標。通過測量輪枝節(jié)間長度、剪枝查數(shù)年輪、結(jié)合枝條顏色等方法分別取得1a生枝與2a生枝長度。具體調(diào)查時間，選擇生長結(jié)束后未進入冬態(tài)、外觀上容易區(qū)分枝條年齡的時段，該研究調(diào)查日期為2009年、2008年的10月25日，統(tǒng)計結(jié)果見表3。由生長量比值得出的抗旱排序從高到低依次為：樟子松＞沙地柏＞側(cè)柏＞檸條。具體分析樹種生長規(guī)律與干旱脅迫期間的外觀特點，樟子松高生長屬于前期生長類型，5月中旬基本停止高生長，對其高生長影響最大的因素主要是4、5月土壤含水量，夏季干旱主要影響其葉子生長與新梢木質(zhì)化。在此次干旱脅迫期間，樟子松新生葉生長緩慢并有部分脫落現(xiàn)象，生長季結(jié)束時新生枝木質(zhì)化程度低并有少量頂芽枯死，危害癥狀明顯。沙地柏屬全期生長類型，枝條延長要經(jīng)歷整個干旱脅迫時期。在干旱脅迫期間，沙地柏生長沒有明顯減緩，無落葉、葉變色等危害癥狀。對比兩種樹受害程度，將沙地柏在抗旱排序移至樟子松前。調(diào)整后的抗旱排序從高到低依次為：沙地柏＞樟子松＞側(cè)柏＞檸條。

表3　標準枝年生長量

4　結(jié)論

基于植物死亡率的抗旱排序從高到低依次為：新疆楊＞小美旱楊＞小葉楊＞刺槐＞沙打旺。這幾個樹種在幼林期都表現(xiàn)出了不同程度的生長衰退現(xiàn)象，特別是小葉楊與刺槐，在常規(guī)降雨年份時也經(jīng)常發(fā)生整株死亡，小美旱楊則經(jīng)常表現(xiàn)為當生長季無效降水日數(shù)超過25d時大量落葉或死亡；基于落葉指數(shù)結(jié)合枯梢等其它危害特征，抗旱排序從高到低依次為：沙棗＞黃柳＞紫穗槐＞白榆。

將林木的死亡率、落葉指數(shù)和生長量作為抗旱指標，并結(jié)合枯梢等其它癥狀，對14個主要固沙植物抗旱性進行綜合評估，得出結(jié)論：抗旱性由強到弱依次是沙地柏＞樟子松＞側(cè)柏＞檸條＞沙棗＞差巴嘎蒿＞黃柳＞紫穗槐＞白榆＞新疆楊＞小美旱楊＞小葉楊樹＞刺槐＞沙打旺。

［1］北京林學院.氣象學［M］.北京：中國林業(yè)出版社，1981.

［2］潘偉，王彥輝.重慶市域主要樹種抗旱性評價［J］.中國城市林業(yè)，2007，5（4）：36-38.

［3］張繼義，趙哈林.短期極端干旱事件干擾下退化沙質(zhì)草地群落抵抗力穩(wěn)定性的測試與比較［J］.生態(tài)學報，2010，30（20）：5456-5465.

［4］德國林業(yè)和林產(chǎn)品研究中心ICP項目協(xié)調(diào)中心著.王彥輝，譯.空氣污染對森林影響的同一采樣、評價、監(jiān)測和分析的方法與標準手冊［M］.北京：中國科學技術(shù)出版社，2002.

［5］邢存旺.黃羊灘人工固沙林生態(tài)穩(wěn)定性研究［D］.河北農(nóng)業(yè)大學，2013.

Q945.78

A

1002-3356（2015）05-0013-04

2015-03-03

河北省省級科技計劃專項工作類項目“人工固沙林群落特征、評價及經(jīng)營調(diào)控技術(shù)研究”（14256815D）