克拉玛依粘土地梭梭工程造林技术初探*

2015-05-26杨更强严成宋革新曹秋梅陈军纪姚艳丽

西部林业科学 2015年5期

杨更强，严成，宋革新，曹秋梅，陈军纪，姚艳丽

(1.中国科学院新疆生态与地理研究所干旱区生物地理与生物资源重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011;2.中国科学院大学，北京 100049;3.新疆克拉玛依市农林牧业局，新疆克拉玛依 834000;4.新疆农业大学，新疆乌鲁木齐 830052)

植树造林是IPCC(联合国政府气候变化专门委员会)承认的人为活动之一，可以用来抵消温室气体减排指标［1］。造林除具有经济效益、社会效益外，还可以改良土壤、增加碳储量、降低大气CO2浓度。水分运动作为土壤—植物—大气系统的一部分，在植物蒸腾、土壤蒸发中具有重要的地位［2］，而树种蒸腾耗水特性、林地水量平衡等问题一直是国内外生态学家、林学家和水分生理学家研究的焦点［3～5］。在中国西北荒漠化地区，水资源缺乏，环境条件恶劣，抗旱树种的选择成为造林成败的关键因素之一。

梭梭 (Haloxylon ammodendron)属黎科 (Chenopodiaceae)超旱生小乔木，呈高大灌木状，为国家渐危三级保护植物，在中国新疆、甘肃西部、内蒙古均有分布［6］。由于其分枝多、耐瘠薄、抗旱性极强，是干旱荒漠区的优良固沙植物［7］，也是干旱区固沙造林面积最大的树种。目前其造林方式主要有覆膜集水造林［8～9］、地膜微集水造林［10］、截干造林及混交造林［11～13］等。

本研究通过工程措施，利用径流汇集，使自然降水在土壤中进行再分配，充分实现降水的有效化，提高降水资源的循环与转化，在此基础上进行梭梭造林，并且对底水灌溉、种植穴方式及保水剂技术措施进行探讨，为梭梭免灌造林提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

新疆克拉玛依市地处准噶尔盆地西北边缘，属于典型的大陆性干旱气候，年降水量为111 mm，蒸发量是同期降水量的27.4倍，年平均大风日数高达70天以上，全年主风向为西北风，风积雪现象明显。研究区域位于克拉玛依市石化园区，土壤类型属于粘土，主要物种包括梭梭、无叶假木贼(Anabasis aphylla)、柽柳 (Tamarix chinensis)、白刺 (Nitraria tangutorum)等。

1.2 供试植物

研究区域选择抗旱性强的树种梭梭，2012年7月中旬进行梭梭营养钵育苗，2012年10月梭梭苗木种植规格为，高度15±1.3 cm，枝长10±1.16 cm。

1.3 试验设置

本研究试验布置如表1所示。各处理种植穴全部换沙。2012年9月进行地形整治，整地方式分为2种，分别为工程集水沟和双坡面集水沟。(1)工程集水沟 (图1)沟长25 m，沟底宽3 m，沟深1 m，沟距5 m，沟内株行距1 m×2 m。(2)双坡面集水沟 (图2)沟长25 m，按5 m间距开沟，沟深60 cm，沟内2 m间距打一条25 cm高的挡水横埂，株行距1 m×5 m。工程集水沟试验包括底水灌溉量试验、保水剂试验和种植穴规格试验，双坡面集水沟试验则只有底水灌溉量试验。研究区域所有试验植物种植时均灌溉30 L/株，并且工程集水沟底水灌溉量试验、保水剂试验和双坡面底水灌溉量试验种植穴规格均为半径25 cm、深度80 cm。工程集水沟和双坡面集水沟灌溉量试验包括0 L、30 L、60 L、90 L 4种梯度补水造林试验，工程集水沟保水剂不同用量试验包括0 g/株、30 g/株、60 g/株3种梯度造林试验，工程集水沟种植穴规格试验包括处理1(半径25 cm、深度为60 cm的种植穴)、处理2(半径25 cm、深度为80 cm的种植穴)、处理3(沟宽50 cm、沟深60 cm的条沟)等3种方式造林试验。研究区域内工程集水沟所有试验每个梯度均重复3次，每次重复种植植物50株，双坡面集水沟试验每个梯度均重复3次，每次重复种植植物25株。

表1 试验布置表Tab.1 The arrangement of experiment

图1 工程集水沟示意图Fig.1 Engineering sketch of gully

图2 双坡面集水沟示意图Fig.2 Schematic diagram of double sloping gullies

对工程集水沟进行换沙和不换沙试验，种植穴规格为半径25 cm、深度80 cm，苗木种植时每株灌溉水量为30 L，重复3次，每次重复50株。

1.4 测定项目

测量植株性状包括植株高度、冠幅、基径、枝长和枝径，测量工具为直尺和游标卡尺，测量时间在2014年9月中旬。梭梭林木地上生物量根据李铁刚等［14］回归模型，选择标准木进行方程拟合，计算梭梭林木地上生物量。

1.5 数据分析

用SPSS 15.0软件进行统计分析，采用Duncan’s法多重比较，用字母标记法进行标记 (相同字母差异不显著，不同字母差异显著)，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 灌溉量及整地方式下梭梭生长及成活率分析

由表2可知，工程集水沟梭梭生物量、枝长和枝径均随着底水灌溉量的增加呈现逐渐增加趋势。

表2 两种工程措施下灌溉量对梭梭生长和成活率的影响Tab.2 Effects of irrigation amount on growth and survival rate of H.ammodendron(C.A.Mey.)Bunge under two engineering measures

方差分析表明，就梭梭生物量而言，底水灌溉量60 L、90 L之间未达到显著差异，但均与0 L、30 L差异显著，梭梭枝长灌水量为90 L时与0 L、30 L差异显著，但与60 L差异不显著，并且0 L、30 L、60 L两两之间差异不显著，梭梭枝径4个处理两两之间均未达到差异显著水平，0 L、30 L、60 L、90 L梭梭成活率分别为83.85%、86.67%、91.47%、86.47%。双坡面集水沟梭梭生物量、枝长呈先增大后减小趋势，均在灌水量为60 L时达到最大值，分别为5.27 kg/株和75.31 cm，最小值均出现在灌溉量为0 L时，分别为4.37 kg/株和68.7 cm。方差分析表明，梭梭生物量60 L分别和0 L、30 L差异显著，但与90 L差异不显著，梭梭枝长60 L与0 L差异显著，其他处理之间差异不显著，梭梭枝径各处理之间差异均不显著，双坡面集水沟灌溉量为0 L时成活率高达97.2%，60 L时成活率为91.55%，为90 L时最小，88.95%。工程集水沟与双坡面集水沟两种不同整地方式，从梭梭生物量、枝长、枝径可以看出，工程集水沟方式优于双坡面集水沟，并且均达到极显著水平，两种整地方式梭梭成活率均在85%以上。综上所述，梭梭造林进行底水灌溉最优灌溉量均为60 L，两种整地方式就成活率而言均可用于粘土地梭梭造林，但工程集水沟优于双坡面集水沟。

2.2 不同保水剂剂量下梭梭生长及成活率分析

不同保水剂剂量对梭梭生长和成活率的影响见表3。种植穴施加保水剂后梭梭生长受到显著抑制，就地上生物量而言，与CK相比，施加30 g、60 g保水剂梭梭地上生物量分别降低22.88%和28.38%。方差分析表明，施用30 g保水剂和60 g保水剂之间地上生物量差异不显著，但均与CK相比差异显著，并且施用60 g保水剂与CK相比差异极显著。一级枝长长度随着保水剂量的增加呈现减小趋势，3种处理之间差异均达到显著水平，而一级枝径虽与生物量、枝长趋势相同，但各处理之间差异不显著。种植穴施用0 g、30 g、60 g保水剂梭梭成活率分别为86.5%、82.86%和79.4%。综上所述，从梭梭生物量、枝长、枝径和成活率可以看出保水剂的添加对梭梭生长及成活表现为抑制作用。

表3 不同保水剂用量对梭梭生长和成活率的影响Tab.3 The effect of different water retaining agent on growth and survival rate of H.ammodendron(C.A.Mey.)Bunge

2.3 不同开穴方式下梭梭生长及成活率影响

不同处理方式对梭梭生物量、枝长、枝径、成活率的影响如表4所示。由表4可知，梭梭生物量、枝径处理2最大，达到3.12 kg/株、0.71 cm，处理3最小，梭梭生物量为2.55 kg/株，最小枝径为0.535 cm。方差分析表明，梭梭生物量和枝径处理1和处理2差异不显著，但均与处理3差异显著，梭梭枝长不同处理间差异均不显著。处理1、处理2、处理3梭梭成活率均在90%以上，分别为92.57%、91.43%和93.94%。由此可知定植穴种植 (处理1、处理2)优于开沟种植 (处理3)，但在定植穴半径相同的情况下，换沙深度不是限制梭梭生长的主要因素。

表4 不同开穴方式对梭梭生长及成活率的影响Tab.4 Different ways of open hole impact on survival rate and growth of H.ammodendron(C.A.Mey.)Bunge

2.4 不同种植基质梭梭生长及成活率分析

由表5可知，定植穴进行换沙后梭梭长势优于粘土，生物量、枝长、枝径分别是粘土的2.7倍、1.8倍和2.27倍，就成活率而言，沙土和粘土没有差别。由此可知，在粘土地进行梭梭造林，种植穴换沙是必要措施之一。

表5 不同基质对梭梭生长及成活率的影响Tab.5 Effect of different substrates on growth and survival rate of H.ammodendron(C.A.Mey.)Bunge

3 结论与讨论

(1)工程集水沟与定植穴换沙对粘土地梭梭造林影响显著。梭梭是干旱、半干旱区造林的主要树种之一，生态适应性强，可以在沙土、粘土、砾石土、龟裂土等土壤中生存，不同环境使其发育过程受到影响而发生形态结构和生理生化方面的变化［15］。本研究在工程集水沟措施下粘土地上定植穴换沙造林，梭梭生物量、枝长、枝径均优于工程集水沟措施下原状土回填，这可能是粘土和沙土持水性能存在差异，可被梭梭利用的水分受到影响所致。

(2)不同整地方式间梭梭造林效果存在差异，工程集水沟和双坡面集水沟在底水灌溉量60 L时效果最优。整地方式的不同对自然降水在土壤中再分配影响程度存在差异，本研究工程集水沟梭梭造林优于双坡面集水沟造林，这主要是因为工程集水沟的集水、积雪效果与双坡面存在差异，双坡面坡度较小，坡面较长，在克拉玛依这种年降水量不足120 mm的区域，会导致坡面上一部分自然降水下渗，在降雨量较少时难以产生径流，而冬季积雪厚度或积雪量较为平均，雪融期较短，致使双坡面集水沟梭梭造林效果低于工程集水沟。春季是梭梭生长季节之一，对梭梭进行底水灌溉，对梭梭生长起到一定的促进作用，本研究工程集水沟和双坡面集水沟均表现为在灌溉量为60 L时效果最优，灌溉量为0L效果最差，说明水量的控制对梭梭造林具有重要的作用，水量过多时，梭梭根系土壤含水量过大，会阻碍根系呼吸，抑制梭梭生长。

(3)工程集水沟开挖定植穴和开沟进行梭梭造林效果差异显著，保水剂的添加抑制梭梭生长。本研究结果表明，梭梭种植开挖定植穴优于开沟，可以解释为进行初次灌溉时开沟水分分布较为平均，每棵梭梭根系范围实际获水量低于定植穴开挖，并且粘土不易下渗，易产生径流，在工程措施下梭梭根系周围自然降水聚集量定植穴种植优于开沟。保水剂在干旱、半干旱地区造林应用日益广泛，本研究保水剂的添加对梭梭生长产生抑制作用，这一结果与前人研究结果相反［16～18］，可能是因为研究区域自然降水稀少，梭梭定植穴换沙后，保水性能降低。梭梭属于抗旱性强的植物物种，并且梭梭侧根主要分布在土层40 cm以下，保水剂添加改变了水分在土壤中的分布，使集水量主要集中在土壤表层，加上研究区域蒸发量较大，致使梭梭根系无法吸收足量的水分，导致梭梭生长和成活率低下，具体原因还有待进一步研究和探讨。

(4)在干旱地区进行粘土地梭梭造林，地形改造后梭梭平均成活率达到89.4%。通过对不同整地方式、种植基质、保水剂用量、开穴方式研究可以看出，在粘土地进行梭梭造林最优措施为进行工程集水沟地形整治，开挖半径为25 cm、深度为60 cm的定植穴，并进行定植穴土壤改良，沟内2 m间距打1条25 cm高的横埂，进行底水灌溉，灌溉量为60 L/株。

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