阿得安

(青海省互助縣北山林場(chǎng)，青海 海東 810500)

青海省互助縣地處36°30′—37°9′ N和101°46′—102°45′ E，是一個(gè)典型的高寒、半干旱地區(qū)[1]?？h內(nèi)最低海拔2 100 m，最高海拔4 384 m[2]。由于祁連山脈支脈貫穿全境，各個(gè)區(qū)域之間的差異也比較大[3]?；ブh氣候類(lèi)型為高原大陸性氣候，年平均氣溫僅為3.4 ℃[4]，年積溫不足，植物生長(zhǎng)緩慢。降水稀少且時(shí)空分布不均，年均降水500 mm。黃土高原和青藏高原在此區(qū)域鑲嵌過(guò)渡使得縣內(nèi)黃土堆積，水土流失較為嚴(yán)重，土地瘠薄，土壤養(yǎng)分缺失[5]。由于特殊的地理環(huán)境，氣象災(zāi)害如雹災(zāi)、干旱、霜凍等發(fā)生也較為頻繁[6]。種種因素導(dǎo)致該地樹(shù)木的生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，嚴(yán)重制約了互助縣林業(yè)的發(fā)展。

暴馬丁香(Syringareticulata) 是木犀科丁香屬的一種多年生灌木或小喬木，又名白丁香、暴馬子，是青海省的鄉(xiāng)土樹(shù)種[4]。暴馬丁香對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能夠在多種生態(tài)環(huán)境中生長(zhǎng)[5]，在我國(guó)東北、華北、華中、西北均有分布[7]。其耐寒、抗旱、耐瘠薄的特性[8]，對(duì)互助縣的林業(yè)發(fā)展和城鄉(xiāng)綠化具有重要意義。近年來(lái)，暴馬丁香的藥用價(jià)值也被不斷開(kāi)發(fā)[6]。本試驗(yàn)通過(guò)探究互助縣不同生物炭占比土壤改良和土壤增溫對(duì)暴馬丁香生長(zhǎng)量的綜合影響，為當(dāng)?shù)氐某青l(xiāng)綠化提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)位于互助縣北山，屬于典型的高原大陸性氣候。平均海拔3 100 m，年平均氣溫3～5 ℃，晝夜溫差大，氣溫變化幅度大，降水稀少，年平均降水500 mm，蒸發(fā)量大；苗圃地土質(zhì)為砂質(zhì)壤土。

1.2 試驗(yàn)材料

苗木：3年實(shí)生暴馬丁香；

土壤改良劑：生物炭；

增溫設(shè)備：陶瓷太陽(yáng)能集熱設(shè)備(由青海萬(wàn)通新能源公司提供)

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4種生物炭比例的土壤改良，分別在土中添加10%、20%、30%、40%比例的生物炭，不同程度的改良處理中，再增設(shè)4種不同程度的土壤增溫處理，分別增溫1.0±0.1 ℃、2.0±0.1 ℃、3.0±0.1 ℃、4.0±0.1 ℃；同時(shí)設(shè)立不做任何處理的對(duì)照組CK。每個(gè)處理組中種植100株暴馬丁香并確保生長(zhǎng)期內(nèi)每個(gè)處理組除土壤改良方式不同以外，其他的撫育管理保持一致。在每個(gè)試驗(yàn)組中隨機(jī)選定10株暴馬丁香，分別在暴馬丁香生長(zhǎng)期內(nèi)的6月1日、11月1日對(duì)其樹(shù)高、胸徑、冠幅進(jìn)行觀測(cè)，計(jì)算生長(zhǎng)量的平均值。

1.4 測(cè)定指標(biāo)

樹(shù)高、胸徑、冠幅。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤改良和土壤增溫對(duì)暴馬丁香生長(zhǎng)量的綜合影響

6月1日和11月1日分別記錄暴馬丁香的樹(shù)高、胸徑和冠幅，計(jì)算增長(zhǎng)量，并對(duì)每個(gè)處理組的平均值進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 不同生物炭占比土壤改良和增溫對(duì)暴馬丁香生長(zhǎng)量的影響

注：不同字母表示在P<0.05水平差異顯著。

由表1可知，暴馬丁香樹(shù)高、胸徑和冠幅的生長(zhǎng)量受不同生物炭占比土壤改良及增溫的影響存在顯著性差異(P<0.05)。各處理中暴馬丁香樹(shù)高、胸徑及冠幅增長(zhǎng)量均高于對(duì)照組。其中，暴馬丁香的樹(shù)高和冠幅隨生物炭比例的增加呈先增加后減少，隨土壤溫度的增加同樣呈現(xiàn)相同趨勢(shì)；本土中添加30%生物炭且土壤增溫3 ℃時(shí)，樹(shù)高和冠幅達(dá)到最大增長(zhǎng)量23.39 cm和20.17 cm。胸徑則隨生物炭比例及土壤溫度的增加一直呈逐漸遞增的趨勢(shì)。土壤增溫4 ℃，本土中添加40%生物炭時(shí)，胸徑達(dá)到最大生長(zhǎng)量1.50 cm。

2.2 土壤改良和土壤增溫與暴馬丁香生長(zhǎng)量的相關(guān)性

2.2.1 土壤改良和土壤增溫與暴馬丁香樹(shù)高的相關(guān)性 將暴馬丁香各處理中的樹(shù)高增量利用ORIGIN9.0進(jìn)行擬合，構(gòu)建模型，得出土壤改良和土壤增溫與暴馬丁香樹(shù)高增長(zhǎng)量的相關(guān)性如下：

圖1 土壤改良和土壤增溫與暴馬丁香樹(shù)高的相關(guān)性

由圖1可知，不同增溫梯度下暴馬丁香的樹(shù)高由于添加生物炭占比的不同存在較大差異。土壤生物炭占比和土壤增溫對(duì)暴馬丁香樹(shù)高的綜合影響呈現(xiàn)出一個(gè)“單峰”的模型。增溫較低時(shí)，樹(shù)高隨生物炭比例的增加逐漸增加；增溫3 ℃時(shí)，樹(shù)高隨生物炭比例的增減呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。增溫4 ℃時(shí)，樹(shù)高又恢復(fù)為隨生物炭比例的增加逐漸增加的趨勢(shì)。結(jié)果表明，在一定的土壤生物炭占比范圍內(nèi)，生物炭占比的增加能顯著促進(jìn)暴馬丁香樹(shù)高的增長(zhǎng)；但當(dāng)超過(guò)某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，生物炭占比的增加反而會(huì)抑制樹(shù)高的增長(zhǎng)。隨土壤溫度的不同，土壤改良對(duì)暴馬丁香樹(shù)高的影響效果會(huì)產(chǎn)生較大差異，最有利于暴馬丁香樹(shù)高生長(zhǎng)的土壤溫度也會(huì)因?yàn)橥寥郎锾空急鹊牟煌a(chǎn)生變化。本土中添加30%生物炭且土壤增溫3 ℃時(shí)，樹(shù)高達(dá)到最大增長(zhǎng)量23.39 cm。

2.2.2 土壤改良和土壤增溫與暴馬丁香胸徑生長(zhǎng)的相關(guān)性 將暴馬丁香各處理中的胸徑增量利用ORIGIN9.0進(jìn)行擬合，構(gòu)建模型，得出土壤改良生物炭占比和土壤增溫與暴馬丁香胸徑增長(zhǎng)量的相關(guān)性如下：

圖2 土壤改良和土壤增溫與暴馬丁香胸徑的相關(guān)性

由圖2可知，暴馬丁香的胸徑由于土壤改良生物炭占比的不同存在較大差異。試驗(yàn)范圍內(nèi)，暴馬丁香胸徑的增長(zhǎng)量與本土中生物炭添加占比及土壤溫度均表現(xiàn)出一種正相關(guān)的關(guān)系。暴馬丁香胸徑增長(zhǎng)量隨添加生物炭比例和增溫梯度的增加均呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。相同土壤增溫條件下，土壤中生物炭占比增加時(shí)，暴馬丁香胸徑增長(zhǎng)量逐漸增加；相同生物炭占比條件下，不同土壤增溫對(duì)暴馬丁香胸徑生長(zhǎng)量的影響效果差異較小。土壤增溫不同，暴馬丁香胸徑增長(zhǎng)量隨生物炭比例的提高而增加的速率不同。結(jié)果表明，土壤改良和土壤增溫對(duì)暴馬丁香的胸徑增長(zhǎng)有明顯影響，且土壤改良的影響明顯大于土壤增溫的影響。暴馬丁香土壤增溫4 ℃，本土中添加40%生物炭時(shí)，胸徑達(dá)到最大增長(zhǎng)量1.50 cm。

2.2.3 土壤生物炭改良和土壤增溫與暴馬丁香冠幅的相關(guān)性 將暴馬丁香各處理中的冠幅增量利用ORIGIN9.0進(jìn)行擬合，構(gòu)建模型，得出土壤改良和土壤增溫與暴馬丁香冠幅增長(zhǎng)量的相關(guān)性如下：

由圖3可知，不同增溫梯度下暴馬丁香的冠幅由于土壤添加生物炭比例的不同存在較大差異。土壤改良及土壤增溫對(duì)暴馬丁香冠幅的綜合影響同樣呈現(xiàn)出一個(gè)“單峰”的模型，但與樹(shù)高的模型又有所差異。在此范圍中，生物炭占比及土壤溫度較低時(shí)，暴馬丁香冠幅的增長(zhǎng)較低。隨著土壤溫度的增加和生物炭占比的提高，暴馬丁香冠幅生長(zhǎng)量會(huì)逐漸增加。結(jié)果表明，土壤改良和土壤增溫對(duì)暴馬丁香的冠幅增長(zhǎng)有明顯影響。當(dāng)土壤中添加生物炭占比超過(guò)20%且增溫超過(guò)2 ℃時(shí)，冠幅呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)的現(xiàn)象，土壤中生物炭占比達(dá)到30%，增溫3 ℃時(shí)達(dá)到最大值20.17 cm；而當(dāng)生物炭占比超過(guò)30%、增溫超過(guò)3 ℃時(shí)，冠幅生長(zhǎng)量隨生物炭比例和土壤溫度的增加的趨勢(shì)又會(huì)驟然降低，但仍遠(yuǎn)高于生物炭比例較低、增溫溫度較低時(shí)的增長(zhǎng)量。

圖3 土壤生物炭改良和土壤增溫與暴馬丁香冠幅的相關(guān)性

3 討論

作為陸生植物的生長(zhǎng)載體，土壤的特性對(duì)植物的生長(zhǎng)具有決定性的作用[6]。Robson Schaff Corrêa等[9]驗(yàn)證了土壤的理化性質(zhì)與生物量高低的關(guān)系；張弼弘從土壤的密實(shí)度、養(yǎng)分、水分3個(gè)方面探討了土壤對(duì)植物生長(zhǎng)的影響[14]。Walker的研究指出，植物生長(zhǎng)過(guò)程中，土溫只需變化1 ℃，植物的生長(zhǎng)量就會(huì)發(fā)生顯著變化[10]。土壤改良的研究主要集中于對(duì)土壤pH、有機(jī)質(zhì)及土壤結(jié)構(gòu)等方面。陳燕霞等[11]為了減少菜園中酸化土壤中的鋁毒，利用向土壤中添加石灰或沸石的方法，成功降低了交換性鋁的含量，提高了土壤pH值。李吉進(jìn)等[12]通過(guò)采用向沙土中添加膨潤(rùn)土的方式改良沙土，增加了沙土中的含水量，提高了沙土中植物的成活率。目前，如何有效利用太陽(yáng)能進(jìn)行土壤增溫的研究正受到全世界的廣泛關(guān)注。王奉欽等[13]就曾將太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)作為一種輔助加溫措施與溫室內(nèi)的供暖系統(tǒng)相結(jié)合來(lái)增加土壤的溫度。

然而，在土壤改良的研究中，鮮有關(guān)于高寒地區(qū)的土壤改良研究。國(guó)內(nèi)外研究土壤改良及土壤溫度與植物生長(zhǎng)的相關(guān)性時(shí)，也大多只是將單方面的因素作為主要研究對(duì)象。本試驗(yàn)著手于高寒地區(qū)土壤改良的同時(shí)，就該地區(qū)溫度較低的影響也囊括在內(nèi)。通過(guò)對(duì)高寒地區(qū)土壤進(jìn)行改良的同時(shí)，輔以土壤溫度的研究，探討其對(duì)暴馬丁香生長(zhǎng)的影響，填補(bǔ)了這一空白。本試驗(yàn)選用易于獲取且成本低廉的生物炭等作為土壤改良的材料，增溫設(shè)備成本也較為低廉，具有可推廣性，為該地區(qū)的城鄉(xiāng)綠化提供一定的參考。

4 結(jié)論

4.1 土壤生物炭改良和土壤增溫對(duì)暴馬丁香生長(zhǎng)量的影響存在協(xié)同和脅迫作用。土壤改良生物炭占比不同，適宜于暴馬丁香生長(zhǎng)的土壤溫度也不同，反之亦然。

4.2 綜合各項(xiàng)指標(biāo)，不同生物炭比例的土壤改良和土壤增溫處理均對(duì)暴馬丁香的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。其中，以30%～40%比例的生物炭，同時(shí)輔以2～3 ℃的土壤增溫處理時(shí)，暴馬丁香的各項(xiàng)生長(zhǎng)量達(dá)到最大值，樹(shù)高、胸徑、冠幅的最大增量依次為23.39 cm、1.5 cm和21.17 cm。

4.3 土壤改良時(shí)，生物炭配比或土壤增溫溫度中的任何一項(xiàng)偏離最適范圍，暴馬丁香生長(zhǎng)量都會(huì)發(fā)生顯著下降。