劉 偉，何 彩，周永海，張勤德，張 軍，李 強(qiáng)，金 娜，趙連鑫，李 棟，董存元，任德全

(1.武威市林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 武威 733000； 2.武威市涼州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，甘肅 武威 733000)

檸條(Caraganakorshinskii)為豆科錦雞兒屬植物，是水土保持、防風(fēng)固沙的優(yōu)良灌木，常用于沙區(qū)造林、防護(hù)林帶建設(shè)等，同時(shí)也是優(yōu)質(zhì)的飼草資源。但是，檸條隨著造林時(shí)間的延長會(huì)逐漸出現(xiàn)枝條老化、生長力衰退等現(xiàn)象，導(dǎo)致生態(tài)效益降低[1]。包哈森高娃等[2-3]研究得出，平茬能夠有效緩解檸條植株衰敗、老化的問題，通過平茬不僅可促進(jìn)檸條更新復(fù)壯，還可使平茬枝條得到有效利用，以緩解當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)發(fā)展中飼草不足的問題。

武威市石羊河林業(yè)總場扎子溝分場的檸條人工林已有50年，衰敗老化很嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，武威干旱荒漠區(qū)沙生灌木林主要依靠自然更新，人工干預(yù)平茬復(fù)壯的更新方式還未大規(guī)模應(yīng)用推廣。本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，選擇石羊河林業(yè)總場扎子溝分場衰老、退化的沙生灌木檸條為研究對象，對其進(jìn)行平茬復(fù)壯試驗(yàn)，通過設(shè)置不同平茬高度，連續(xù)兩年測定萌條數(shù)量、株高、冠幅、萌條地徑、平茬后土壤含水量等指標(biāo)，綜合評估適合當(dāng)?shù)氐臋帡l平茬復(fù)壯高度及強(qiáng)度，旨在為今后全市檸條人工干預(yù)更新復(fù)壯提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

武威市石羊河林業(yè)總場扎子溝分場位于甘肅省民勤縣重興鎮(zhèn)境內(nèi)，地處河西走廊東端，屬騰格里沙漠南緣，地勢較平坦，自西北向東南傾斜，地理坐標(biāo)為東經(jīng)104°41′、北緯38°13′，區(qū)內(nèi)海拔為1 420 m。屬溫帶干旱荒漠區(qū)，光熱資源相對比較豐富，日照比較充足，蒸發(fā)比較強(qiáng)烈，風(fēng)沙活動(dòng)比較頻繁；年均氣溫為9.2 ℃，年降水量為110 mm，年蒸發(fā)量為2 500 mm；以西北風(fēng)為主，年均風(fēng)沙日數(shù)達(dá)到33 d，平均風(fēng)速為4 m/s，年沙塵暴日數(shù)達(dá)到21.9 d；無霜期為142 d，日照時(shí)數(shù)為2 725.7 h。區(qū)內(nèi)土壤為灰棕荒漠土，pH值為8.3。土壤以風(fēng)沙土和流動(dòng)沙土為主，覆沙厚度20 cm[4]，地下水位為20 m。檸條人工林造林時(shí)間為1969年，造林密度約為900株/hm2。

1.2 植物多樣性調(diào)查

1.2.1 觀測樣地設(shè)置

2017年4月，在石羊河林業(yè)總場扎子溝分場1969年檸條人工林地中選擇檸條長勢比較相近、林分密度比較相似的區(qū)域作為樣地(120 m×96 m)，在其中設(shè)置5個(gè)20 m×20 m的調(diào)查樣方，樣方間距要求保持在50 m以上，編號(hào)分別為A1、A2、A3、A4和A5，并對樣方中的檸條植株進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)(當(dāng)年生檸條植株除外)。

1.2.2 植被調(diào)查

2017年6—8月，調(diào)查記錄檸條人工林樣方中植物的種類和株數(shù)，測量每株植物的株高和冠幅。同時(shí)，用數(shù)碼相機(jī)對草本樣方進(jìn)行垂直拍照，用軟件Image Pro Plus獲得照片中植物地上部分的地面垂直投影面積百分?jǐn)?shù)，計(jì)算出各樣方的植被蓋度，然后取5個(gè)樣方的平均值。

1.3 平茬試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 留茬高度設(shè)計(jì)

2018年1月在同一樣地選擇立地條件和植物長勢一致的地段進(jìn)行平茬試驗(yàn)。平茬時(shí)為了保證切口平整、無毛刺，全部采用手鋸、修枝剪操作。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)平茬高度，即距地面0、5、10、15、20 cm。

1.3.2 數(shù)據(jù)采集

于2018年5、7、9月和2019年5、7、9月每月中旬調(diào)查各平茬處理植株生長狀況，每個(gè)處理隨機(jī)選擇6株進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括萌條數(shù)量、株高、冠幅和萌條地徑，其中萌條地徑均選擇每叢中最粗分支測量。株高、冠幅采用鋼卷尺測量，地徑采用游標(biāo)卡尺測量，取平均值。

1.3.3 土壤含水量測定

于2019年3、5、7、9月每月中旬在試驗(yàn)區(qū)采用土鉆分層取樣，調(diào)查0～120 cm深度林地土壤含水量，分層梯度為20 cm，計(jì)算各層3—9月土壤含水量的平均值。土壤含水量采用稱重法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

用Microsoft Excel WPS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖，用SPSS 16.0數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件(非參數(shù)檢驗(yàn))和Pearson相關(guān)分析對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。選用物種豐富度指數(shù)(R)、Shannon-Wiener指數(shù)(H′)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(D)、Pielou均勻度指數(shù)(E)來表征檸條林地的物種多樣性，計(jì)算公式[5]為

R=S

(1)

(2)

(3)

(4)

上四式中：S為物種總數(shù)；Pi為第i個(gè)種在全體物種中的重要性比例，Pi=Ni/N，Ni是樣方中第i種的相對重要值，N為樣方所有種的重要值。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物多樣性分析

植物多樣性對保持沙漠穩(wěn)定、防風(fēng)固沙有重要作用，是調(diào)整林分結(jié)構(gòu)和恢復(fù)地力的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因子。由表1可知，試驗(yàn)區(qū)檸條林地中植物種類有8種，以檸條、梭梭、沙米和多裂駱駝蓬為優(yōu)勢種，這既包括灌木、小喬木，也包括1年生和多年生草本。試驗(yàn)區(qū)植被總蓋度為34.91%，多樣性指數(shù)見表2。

表1 扎子溝1969年?duì)I造的檸條林的物種多樣性

表2 扎子溝1969年?duì)I造的檸條林的多樣性指數(shù)

2.2 檸條人工林不同留茬高度的平茬效果

2.2.1 平茬兩年后萌蘗株生長動(dòng)態(tài)

植物平茬后衡量其再生能力和適應(yīng)環(huán)境能力的重要指標(biāo)之一是植物萌蘗株生長狀況[6]。由圖1可以看出，平茬兩年后5種留茬處理生長動(dòng)態(tài)基本一致，但15 cm留茬處理萌蘗株生長狀況明顯高于其他處理。不同留茬高度處理檸條的株高、冠幅和地徑隨著時(shí)間增加呈增長趨勢，萌條數(shù)量則呈減少趨勢。

根據(jù)圖1和調(diào)查結(jié)果，可以將檸條平茬萌蘗株的生長過程分為3個(gè)階段：①5月中旬左右，檸條植株養(yǎng)分主要用于無性繁殖，萌條尚未木質(zhì)化，而且呈簇狀，數(shù)量很大但沒有明顯主枝；②7月中旬左右，檸條植株迅速生長，表現(xiàn)為粗度和長度都快速生長，主枝明顯；③9月中旬左右，檸條萌條數(shù)量由于自疏作用而減少，最終趨于穩(wěn)定，株高和冠幅的生長速率也較小，其中有些植株株高、冠幅出現(xiàn)比之前減小的現(xiàn)象與林地沙鼠啃食有關(guān)。到了第二年，由于越冬低溫傷害和水分、養(yǎng)分等供應(yīng)不足，萌條數(shù)量大幅下降，但株高、冠幅、地徑仍然隨著時(shí)間在逐漸增長。

圖1 不同留茬高度處理萌蘗株生長狀況

2.2.2 平茬兩年后萌蘗株生長量對比

由表3可以看出，留茬高度對萌條的生長狀況和數(shù)量均有顯著的影響。2018年冬季1月平茬后，5種留茬高度處理均萌發(fā)出較多的新生枝條，新枝數(shù)均明顯多于對照(P<0.05)，其中：10 cm留茬處理萌條數(shù)量最多，達(dá)95條；5 cm和20 cm留茬處理次之，為70條左右；而對照萌發(fā)的新枝數(shù)僅為24條。從新生枝條生長情況來看，15 cm留茬處理株高、冠幅及萌條基徑都為最大，顯著大于其他留茬處理和未平茬植株(P<0.05)，行間形成有效覆蓋，具備較好的防護(hù)功能。

此外，從表3還可以看出，萌條數(shù)量并不是簡單地隨著留茬高度的增加而增加，10 cm留茬處理平均萌條數(shù)量多于其他留茬處理，15 cm留茬處理萌條數(shù)量明顯低于其他4種留茬處理(P<0.05)。株高、冠幅、地徑則隨留茬高度的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，即15 cm留茬處理最大，10和20 cm留茬處理次之，0和5 cm留茬處理最小。

表3 平茬后灌木狀檸條生長狀況

2.2.3 平茬樣地與未平茬樣地土壤水分狀況對比

比較平茬樣地與未平茬樣地各層土壤含水量(圖2)可知，平茬樣地土壤含水量在各個(gè)土層都高于未平茬樣地，在40、60、80、100 cm土層差異尤為明顯，在20和120 cm土層差異不明顯。

圖2 土壤含水量比較

3 討 論

通過對石羊河林業(yè)總場扎子溝分場1969年?duì)I造的檸條人工林進(jìn)行野外調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，可知造林地植物種類有8種，以檸條、梭梭、沙米和多裂駱駝蓬為優(yōu)勢種，植被總蓋度為34.91%?？傮w來說，石羊河林業(yè)總場扎子溝分場檸條人工林的植物種類比較少，物種不是很豐富，這可能與民勤的干旱環(huán)境有關(guān)，盧占芳等[7]的研究結(jié)果與此一致。植物多樣性除與造林時(shí)間和環(huán)境有關(guān)外，人為的干擾及樹種的選擇等方面的影響有待進(jìn)一步研究。

植物資源能重復(fù)利用的基礎(chǔ)很重要一點(diǎn)就是許多植物的地上部分被破壞后會(huì)進(jìn)行補(bǔ)償性生長。如前分析，平茬的檸條植株能從根頸處萌發(fā)大量新生枝條，且在生長季節(jié)生長非常迅速，留茬高度適當(dāng)時(shí)這種現(xiàn)象更加明顯，這對于檸條在維持其生存生態(tài)位和防護(hù)林長期穩(wěn)定發(fā)展等方面具有重要的意義。魏懷東等[8]通過對騰格里沙漠南緣4種灌木不同高度的平茬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著留茬高度的增加，檸條的株高、冠幅、萌條數(shù)都會(huì)顯著增加。從本試驗(yàn)結(jié)果來看，留茬高度對檸條的萌條數(shù)量和生長量有顯著影響，但生長量并不是隨著留茬高度的增加而增大，而是以15 cm留茬處理效果最好，這一點(diǎn)不同于前人對檸條的研究，可能是由于生境和種間差異引起的?？傊?，對檸條而言，其平茬效果會(huì)受到留茬高度的影響，就本研究區(qū)域來看，以15 cm留茬高度為最好。

在極端干旱的騰格里沙漠腹地，水分一直都是影響植物生長發(fā)育的限制性因子。高天鵬等[9]對檸條平茬的研究認(rèn)為，土壤含水量對平茬后萌蘗株生長狀況及生物量均有顯著的影響，平茬后萌蘗株在生長季所受干旱脅迫較小，植物將更多的光能以光合作用的形式利用，植物會(huì)生長迅速，而未平茬植株所受干旱脅迫嚴(yán)重，植物生長相對緩慢。平茬植株用水比未平茬植株用水少，這也許就是平茬區(qū)域的土壤含水量顯著大于未平茬區(qū)域的原因，但是還需要進(jìn)一步試驗(yàn)論證。

4 結(jié) 論

檸條是騰格里沙漠防護(hù)林的主要造林樹種之一，具有良好的防風(fēng)固沙功能。本實(shí)驗(yàn)研究了檸條不同留茬高度的平茬效果，初步得出以下結(jié)論：

(1)研究區(qū)造林地植物種類為8種，以檸條、梭梭、沙米和多裂駱駝蓬為優(yōu)勢種，植被總蓋度為34.91%。

(2)平茬的檸條植株會(huì)從根頸處萌發(fā)大量枝條，且在生長季生長迅速，合適的留茬高度更能促進(jìn)這種優(yōu)勢的發(fā)揮。

(3)不同留茬高度萌蘗株月生長動(dòng)態(tài)一致，但15 cm留茬處理萌條生長狀況顯著高于其他處理(P<0.05)，不同留茬高度平茬效果為15 cm>20 cm>10 cm>5 cm>0 cm。

(4)平茬后的樣地土壤含水量高于未平茬樣地的土壤含水量。

綜上所述，為了確保檸條防護(hù)林的防護(hù)效益，在實(shí)踐中開展平茬工作時(shí)，建議根據(jù)防護(hù)林的配置情況有選擇地進(jìn)行，如隔株、隔行或分年度實(shí)施，避免大范圍一次性平茬，平茬高度以15 cm為宜。