汪 榮，王小鴿，趙蘭君，蘇少峰，李衛(wèi)忠*

(1.青海省森林病蟲害防治檢疫總站，西寧 810008；2.楊凌職業(yè)技術(shù)學院；3.西北農(nóng)林科技大學 林學院，陜西 楊凌 712100)

毛烏素沙地是中國西北干旱地區(qū)四大沙地之一，也是我國荒漠化嚴重地區(qū)[1]，位于干草原向荒漠化草原過渡過渡帶[2]，在該地區(qū)科學合理的造林綠化和植被治理恢復(fù)，既可以防止土地進一步退化，也有利于改善生態(tài)和生活環(huán)境。我國是世界上人工林面積最大的國家，包括混交技術(shù)在內(nèi)的人工林栽植技術(shù)研究起步較早、涉及的區(qū)域及立地條件類型多，也取得了許多重要成果[3-5]。研究發(fā)現(xiàn)人工純林容易導(dǎo)致林地養(yǎng)分衰退、土壤理化性質(zhì)惡化等問題[6-10]。另外，人工純林衰退早、生產(chǎn)力低、生物多樣性小、群落穩(wěn)定性差、病蟲害易于發(fā)生和傳播擴散等問題[11-13]不容忽視。葉竹林等研究發(fā)現(xiàn)，樟子松與紫穗槐混交造林的效果顯著優(yōu)于純林，混交造林不僅可以抑制蟲害、促進樟子松的存活與生長，還可以改善土壤的理化性質(zhì)、改善林地環(huán)境的適宜性，使物種豐富度隨之提高[14]。于雷等還發(fā)現(xiàn)，泥質(zhì)海岸鹽堿地絨毛白蠟與紫穗槐混交造林后，絨毛白蠟樹木生長情況好于純林[15]。有關(guān)純林與混交林光合參數(shù)方面的比較研究鮮有報道。

長柄扁桃是榆林沙區(qū)優(yōu)良珍貴鄉(xiāng)土樹種，天然生長在固定、半固定沙丘，是防風固沙、保持水土的優(yōu)良樹種，適于營造防護林，具有藥用、油用等多種經(jīng)濟價值[16-19]，在毛烏素沙地栽植具有重要的生態(tài)意義與經(jīng)濟意義。紫穗槐為多年生豆科叢生小灌木，喜光、耐寒、耐旱、耐濕、耐鹽堿、耐沙壓、抗逆性極強，也是一種毛烏素沙南緣沙地營造水土保持林和薪炭林的主要灌木[20]，但長柄扁桃—紫穗槐混交林造林效果未見報道。因此，為了給這兩種優(yōu)良樹種的混交造林技術(shù)提供依據(jù)，我們進行了長柄扁桃—紫穗槐混交林光合參數(shù)和林地土壤水分含量比較研究。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省榆林地區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市之間的神木縣，海拔多為1 100～1 300 m。沙區(qū)年均溫6.0～8.5 ℃，1月均溫-9.5～12 ℃，7月均溫22～24 ℃，年降水量250～440 mm，主要集中于7-9月，占全年降水量的60%～75%，尤以8月為多。降水年際變率大，多雨年為少雨年2～4倍，常發(fā)生旱災(zāi)和澇災(zāi)，且旱多于澇。研究區(qū)主要為固定沙地和半固定沙地，局部分布有流動沙丘，土壤屬于風沙土，土壤質(zhì)地為砂壤土，通氣透水性良好，水分少、比熱小，吸熱快，土性熱潮，但缺乏粘粒，滲水快，保水能力差，土質(zhì)松散，風蝕較為普遍，肥力低，有機質(zhì)、氮、磷、鉀含量低。研究區(qū)植被灌木以沙蒿為主，間有長柄扁桃、花棒、踏郎、沙柳、紫穗槐等，臭柏成塊狀分布。主要草本有沙竹、沙蓬、沙米、牛心撲子、沙打旺等。

2 試驗設(shè)計與方法

2.1 試驗設(shè)計

分別在長柄扁桃純林、長柄扁桃與紫穗槐混交林中各選取1個樣地，樣地面積為15 m×20 m。所選林分均為中齡林，其中長柄扁桃純林(對照，CK)株行距為2 m×2 m,長柄扁桃—紫穗槐混交林(S)不同種株數(shù)比例為1∶1,隔行混交，株行距為2 m×2 m。在2個樣地中分別選擇3株長勢中等的健康樹作為樣株，在每個樣株上同方位、同高度選擇有代表性的3片健康葉進行氣體交換參數(shù)測定，同時在所選9片葉中隨機選取1片，進行光響應(yīng)曲線測定。

在每個樣地的樣株周圍采土樣，每個樣地采用“S”形取樣法選取5個采樣點，用環(huán)刀采集0～10 cm和10～20 cm土層土樣，不同樣點混合帶回實驗室測定土壤含水量。

2.2 測定項目及方法

2.2.1 氣體交換參數(shù)及光響應(yīng)曲線的測定 在長柄扁桃生長季、無風或微風的晴天進行。利用Li-6400便攜式光合測定系統(tǒng)，選擇紅藍光源葉室，光合有效輻射分別設(shè)置為1 500 μmol·m-2·s-1和2 000 μmol·m-2·s-1，記錄凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、大氣CO2濃度(Ca)、和蒸騰速率(Tr)等參數(shù)，并計算氣孔限制值(Ls)，公式如下：

Ls=1-Ci/Ca

光響應(yīng)曲線測定與氣體交換參數(shù)測定同步進行，設(shè)置的光合有效輻射梯度為2 400、2 200、2 000、1 700、1 400、1 200、1 000、800、600、400、200、100、50、0 μmol·m-2·s-1。采用Ye 等[21-22]提出的修正直角雙曲線模型對光響應(yīng)曲線進行擬合，模擬公式如下：

式中：Pn為凈光合速率；I為光合有效輻射(μmol·m-2·s-1)；α為表觀量子效率；Rd為暗呼吸速率(μmol·m-2·s-1)；β為光抑制項；γ為光飽和項。

2.2.2 土壤水分含量的測定 烘干法測定[23]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用PASW Statistics 18進行數(shù)據(jù)處理與分析，采用Microsoft Office Excel 2007繪圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 混交對氣體交換參數(shù)的影響

由表1可以看出，在光合有效輻射相同的條件下，S的Pn、Gs、Ci和Tr均顯著高于CK，Ls顯著低于CK。說明同等光照條件下，混交造林使得長柄扁桃的光合能力更強，有利于植物的生長。對于CK,與光合有效輻射為1 500 μmol·m-2·s-1的情況相比，當光合有效輻射設(shè)置為2 000 μmol·m-2·s-1時，其Pn和Gs無顯著變化，但Ci和Tr顯著提高，Ls顯著降低。對于S,與光合有效輻射為1 500 μmol·m-2·s-1的情況相比，當光合有效輻射設(shè)置為2 000 μmol·m-2·s-1時，其Gs、Ci和Ls均無顯著變化，Pn與Tr顯著提高。說明混交造林后，長柄扁桃的光合能力較為穩(wěn)定。

表1 不同造林模式下長柄扁桃氣體交換參數(shù)

注:同一指標下不同小寫字母表示差異顯著。

3.2 混交對光響應(yīng)曲線的影響

2種不同造林模式下的光響應(yīng)曲線變化趨勢大致相同(圖1)。光合有效輻射從0增加到200 μmol·m-2·s-1時，CK與S的Pn均迅速增加，之后增長趨勢變得相對緩慢，當光合有效輻射大于800 μmol·m-2·s-1時，Pn開始趨于平穩(wěn)。

圖1 不同造林模式下長柄扁桃光響應(yīng)曲線

利用修正直角雙曲線模型對2種造林模式下長柄扁桃的光響應(yīng)曲線進行擬合，擬合結(jié)果表明S優(yōu)于CK(表2)。從最大凈光合速率(Pmax)可以看出，S的Pmax比CK高23.55%。2種造林模式的光補償點(Ic)和光飽和點(Im)表現(xiàn)為S顯著高于CK，說明S對強光的適應(yīng)性比CK強。不同造林模式下長柄扁桃在弱光條件下的表觀量子效率(α)大小順序為S低于CK。模擬的暗呼吸速率(Rd)大小順序為S高于CK。

3.3 混交對土壤含水量的影響

對土壤水分含量進行測定后，得出結(jié)果如圖2?？梢悦黠@看出，土層深度為0～10 cm和10～20 cm時，S的土壤含水量均顯著高于CK。土層深度為0～10 cm時，S的土壤含水量比CK高7.83%；土層深度為10～20 cm時，S的土壤含水量比CK高8.89%?？梢娀旖辉炝挚蓽p少土壤水分的流失，使土壤含水量更高，起到保持水土的作用。同一造林模式下，隨著土壤深度的增加，土壤含水量均有所增加，但S的土壤含水量增加的的百分比更高。說明混交造林改善了土壤的含水量。

表2 不同造林模式下長柄扁桃光響應(yīng)曲線模擬參數(shù)

圖2 不同造林模式下長柄扁桃林土壤水分含量

4 結(jié)論與討論

本研究的結(jié)果表明，長柄扁桃與紫穗槐混交可以增強光合能力，提升強光照下植物光合能力的穩(wěn)定性。同時混交造林對于土壤含水量有明顯的改善作用，這對于毛烏素沙地生態(tài)環(huán)境有著積極的影響?；谝陨涎芯浚梢悦黠@看出混交造林效果顯著優(yōu)于純林，這與董敏慧、李孟玉和陳凱等人[24-26]的研究結(jié)果相似。對其原因進行歸納，可能包括以下幾個方面。

(1)物種多樣性以及植被蓋度和生產(chǎn)力的提高不僅增強了群落的穩(wěn)定性，同時加速了枯落物及沙結(jié)皮和苔蘚層的形成，從而提高了長柄扁桃林的生態(tài)適應(yīng)性。另一方面，林地環(huán)境條件的改善使得長柄扁桃適宜性增強，林內(nèi)物種豐富度也相應(yīng)提高。一般來說，生活在同一群落中的各個物種是通過長期歷史發(fā)展和自然選擇而保存下來的，它們彼此之間的相互作用不僅有利于各自的生存和繁殖，而且有利于保持群落的穩(wěn)定性[27]。

(2)紫穗槐的根、干、皮、葉及果實中均含對某些昆蟲具有毒殺作用的化學成分[28]。根據(jù)葉竹林等[14]的研究，混交紫穗槐可以明顯抑制蟲害，提高造林保存率和林木生長量。而關(guān)于紫穗槐混交對于長柄扁桃林的抗蟲害效用有待進一步研究。

(3)長柄扁桃屬于耐旱性樹種，具有發(fā)達的根系，可吸收利用土壤深層的水分和養(yǎng)分；紫穗槐根系分布較淺，可吸收利用土壤淺層的水分和養(yǎng)分。二者混交能夠更加充分利用土壤水分，避免了因沙地水分不足而導(dǎo)致植物存活困難的現(xiàn)象。