李 林 李 柳 王雪霞

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué),新疆 烏魯木齊 830052)

梭梭(Haloxylon Ammodendron)為藜科梭梭屬的旱生小喬木,具有很強的耐旱、耐鹽、耐堿和耐土壤貧瘠能力,其高大的灌叢狀結(jié)構(gòu)和龐大的根系具有良好的防風(fēng)固沙效果,是我國干旱地區(qū)防風(fēng)固沙林建設(shè)的理想樹種。然而,由于長期不合理的放牧和樵采,天然梭梭林受到了極其嚴重的破壞,分布面積日趨縮小,已被列為國家三級保護漸危種。近年來,隨著在人工梭梭林根系上接種中藥材肉蓯蓉(Cistanche deserticola Ma.)項目在一些風(fēng)沙侵蝕區(qū)的大力推廣,農(nóng)民在政府的扶持下開始大面積種植人工梭梭防護林,并在梭梭植株的根系上接種肉蓯蓉,變被動治沙為主動治沙,一方面可以防風(fēng)固沙,另一方面也可通過肉蓯蓉獲取經(jīng)濟收益,體現(xiàn)了生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益的結(jié)合。然而,在這樣的種植積極性的背后也存在著一些問題。目前國內(nèi)針對梭梭開展的絕大多數(shù)已有研究都集中在新疆古爾班通古特沙漠南緣、甘肅民勤地區(qū)以及內(nèi)蒙古的庫布齊沙漠等自然降水條件較為適宜梭梭生長的地區(qū),研究區(qū)的多年平均年降水量通常超過150mm,且能夠通過地下水或者春季融雪對土壤水分進行補給。相比之下,在平均年降水量小于100mm的干旱區(qū)甚至極端干旱區(qū)開展梭梭林種植的相關(guān)研究相對較少,缺乏對這些地區(qū)人工種植梭梭林的管護指導(dǎo)。因此,一些干旱區(qū)的林業(yè)基層工作者和農(nóng)民們因為對已有研究產(chǎn)生了一些認知上的誤區(qū),認為梭梭可以在任何干旱環(huán)境下存活,完全不需要人工灌溉養(yǎng)護。這種認知誤區(qū)使得一些極端干旱地區(qū)的梭梭防護林嚴重退化,甚至產(chǎn)生不可逆的根系損傷。因此,在干旱區(qū)進行人工梭梭防護林建設(shè)時,需要結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況進行灌溉需求分析,指導(dǎo)林業(yè)基層工作者和農(nóng)民們對人工梭梭林因地制宜施以科學(xué)合理的管護措施。

1 干旱區(qū)梭梭水分來源

在干旱區(qū),土壤水分是植物需水的首要來源,是影響植物個體生長發(fā)育、群落結(jié)構(gòu)與生態(tài)系統(tǒng)功能的首要限制因子[1]。天然梭梭植株的根系十分發(fā)達,同時具有埋深很深且側(cè)根較少的垂直主根系和埋深較淺但向四周廣泛伸展的水平根系,可以同時利用淺層和深層的土壤水分,以及一定埋深的地下水[2],具有很高的水分利用效率。然而,雖然梭梭具有很強的耐干旱脅迫能力,但若想人工種植的梭梭防護林能夠維持正常的生長和可持續(xù)發(fā)展,依然需要有持續(xù)穩(wěn)定的土壤水分供給,尤其是在梭梭快速生長期的5—6月[3]。梭梭最主要的水分來源分別是地下水補給、春季融雪補給以及5—9月的大、中規(guī)模降雨補給。

1.1 地下水

在同時擁有多種水分補給渠道的情況下,梭梭對地下水的利用程度很高,最高幅度可達到總利用水源的80%,平均占30%左右[4];夏季的嚴重干旱致使梭梭增加對地下水的利用[5],5—9月梭梭對地下水的利用程度高達68%～100%[6]。梭梭生長的最理想的地下水位為5～8m,地下水位大于8m時種群衰退;地下水位小于4m時,地下水礦化度會影響土壤表層積鹽,進而顯著地降低物種多樣性,阻礙梭梭幼苗更新,導(dǎo)致梭梭種群衰敗[7]。

1.2 春季融雪

春季融雪補給量對增加土壤滲潤深度和土壤含水量作用明顯,可直接影響梭梭林當年的生長狀況[3,8],降雪量會影響第二年春天幼苗出苗期的土壤水分補給,無降雪條件下梭梭林幼苗對其他水分補給需求明顯增加,如果不能獲得及時補給則會影響其天然更新[9-10]。

1.3 降雨

與地下水補給和春季融雪補給相比,夏季降雨對干旱區(qū)梭梭林土壤水分的補給作用并不明顯,這主要是由于降雨雨量小、頻率高是我國干旱荒漠區(qū)最主要的降雨模式,而已有研究表明,小于5mm的小型降雨事件對土壤水分的補給作用非常有限,無法被梭梭利用[11]。許皓等[12]研究表明,當降水充足,表層土壤含水量(≥6.6%)可以滿足梭梭正常生存所需時,梭梭主要利用降水形成的淺層土壤水維持生存,而在無有效降水的情況下,0～0.7m深表土層中的梭梭根系大量萎縮,幾乎沒有活躍吸收根存在。此時,如果該地區(qū)地下水位滿足梭梭的利用條件,吸收根會向著深層土壤伸展。此外,我國干旱區(qū)的降雨主要集中在7—8月,而此時由于土壤蒸發(fā)量高、氣候干燥等原因,梭梭植株通常會進入夏季生長停滯期,因而相比之下春季梭梭快速生長期的水分補給更為重要。

2 吐魯番盆地水資源特征及其對人工梭梭林土壤水分的補給作用

吐魯番盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)的東部,地處東經(jīng)87°16″～91°55″、北緯41°12″～43°40″的范圍之內(nèi),總面積約為69713km2,行政區(qū)劃包括吐魯番市、托克遜縣、鄯善縣。吐魯番盆地屬典型的大陸性暖溫帶干旱沙漠氣候,四季明顯,十分干燥,春季的氣溫上升和秋季的氣溫下降都較快,熱量、日射量和日氣溫溫差大。主要土壤類型為白硝土、棕漠土和灌耕土,農(nóng)作物以糧食作物、葡萄、棉花為主。吐魯番境內(nèi)高山盆地相間,西北高而東南低,地形地勢由山區(qū)向盆地最低點艾丁湖傾斜,海拔最高4300m,最低-150m,梯度變化很大。由于特殊的氣候條件,吐魯番地區(qū)梭梭的快速生長期較其他地區(qū)平均提前約20～30天,即4—5月為該地區(qū)梭梭的快速生長期,此后因為該地區(qū)的夏季極為干燥炎熱,梭梭的生長在7—8月進入停滯期。因此,4—5月的水分補給對于吐魯番盆地的人工梭梭林極為關(guān)鍵。而吐魯番盆地的水資源分布具有很高的時空變異性,對當?shù)刂脖坏闹文芰π枰虻刂埔司唧w分析。

2.1 吐魯番盆地降水特征及其對人工梭梭林的支撐能力

吐魯番地區(qū)多年平均年降水量為16.4mm,歷史最大年降雨量為48.4mm,歷史最小年降雨量為2.9mm。多年平均年蒸發(fā)量為2845mm,平均年降水量具有明顯的地區(qū)分異性,年降水量隨海拔的升高而增大,各站年降水量變化在7.6～169.9mm,其中吐魯番、托克遜、東坎的多年平均年降雨量均在20mm以下,鄯善的多年平均年降雨量小于30mm。該地區(qū)降水量年內(nèi)分配不均,6—9月降水量占年降水量的58.0%～83.6%,且主要以小于2mm的極小降雨事件為主,且集中程度較高,降雨事件主要集中在6—9月,春、秋、冬三季降水所占比例很小。吐魯番盆地的降雪量極小,歷年冬季降雪平均不足2mm,呈現(xiàn)山區(qū)多于盆地、山北多于山南、由北向南逐漸減少的特點,且越向南降水越少,無降水日數(shù)較長,同時年降水量的年際變化較大[13]。吐魯番盆地在梭梭快速生長的4—5月期間,無法通過降雨或者春季融雪提供有效的土壤水分補給。

2.2 吐魯番盆地地下水空間分布特征及其對人工梭梭林的支撐能力

應(yīng)用Surfer19.0軟件對吐魯番盆地32眼長期觀測井的地下水位資料進行分析,其中空間插值采用克里格插值法進行,可得出直觀展現(xiàn)吐魯番盆地的地下水位空間變化差異圖,見圖1。

圖1 吐魯番地區(qū)地下水位空間分布

從圖1可以看出,吐魯番盆地的地下水位具有明顯的空間差異性,其中:盆地中部地區(qū)的地下水位平均埋深超過50m,最深處可達到觀測下限80m;盆地東部地區(qū)(南盆地)地下水位平均埋深為20～50m,其中艾丁湖附近約為0～10m,以艾丁湖為中心向北地下水位埋深逐漸加深;盆地西部地區(qū)(南盆地)地下水位較淺,平均埋深為1～20m。此外,整個吐魯番地區(qū)的地下水位從2000年開始有逐漸下降的趨勢,致使淺層地下水位控制面積逐年縮小。其中鄯善縣西南部南盆地的觀測井記錄其地下水位在8年間下降量將近15m。結(jié)合本文1.1的研究內(nèi)容可知,吐魯番盆地在梭梭快速生長的4—5月期間,無法通過降雨或者春季融雪提供有效的土壤水分補給。除艾丁湖附近(0～10m)及北盆地(1～20m)的部分地區(qū)以外,絕大多數(shù)地區(qū)地下水埋深較深,無法被地表植被有效利用。

3 結(jié) 語

在快速生長期能夠獲得穩(wěn)定的土壤水分供給是干旱區(qū)人工梭梭林可持續(xù)發(fā)展的必要條件。梭梭同時擁有埋深很深的垂直主根系和埋深較淺的水平根系,可以充分利用多種來源的土壤水分,主要包括地下水補給、春季融雪補給以及5—9月的大、中規(guī)模降雨補給。然而吐魯番盆地年降水量極小,且主要以小于2mm的極小降雨事件的形式發(fā)生,對土壤水分的補給十分有限;該地區(qū)冬季降雪量也極小,年降雪量通常不超過2mm,春季無法通過融雪對土壤水分進行有效補給;該地區(qū)地下水位的空間分布差異十分明顯,除艾丁湖附近(0～10m)及北盆地(1～20m)的部分地區(qū)以外,絕大多數(shù)地區(qū)地下水埋深較深,無法被地表植被有效利用。因此,在該地區(qū)進行人工梭梭林種植時,需要結(jié)合實際情況進行灌溉需求分析,確定合適的人工灌溉頻次、時機及灌溉量,避免人工梭梭林因長期缺水嚴重退化。今后,應(yīng)當在實際生產(chǎn)過程中通過科學(xué)合理的實驗分析,進行吐魯番盆地防護樹種的灌溉需求分析,對當?shù)氐姆雷o林建設(shè)提供具有實踐意義的理論指導(dǎo)。