民勤荒漠绿洲过渡带退化梭梭滴灌恢复试验研究

郭树江，方峨天，杨自辉，王强强，王多泽，张剑挥

(甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站，甘肃省治沙研究所，甘肃 兰州 730070)

梭梭(Haloxylon ammodendron Bge.)，又称梭梭柴或黑梭梭，是生长于沙漠地区的建群植物种，梭梭耐干旱、耐风蚀、耐高温、耐严寒、耐瘠薄，是一种优良固沙造林树种，分布于固定、半固定沙地上［1］。

随着民勤绿洲开垦种植，地下水的超采，水资源的过度利用，从20 世纪70年代开始，民勤绿洲营造的人工梭梭林生长状况恶化并且因缺水不断衰败。为了维护民勤绿洲的生态稳定，保护绿洲，有必要研究退化梭梭的恢复技术。近年来，采用人工灌溉、模拟降雨、雨水集流等措施开展退化梭梭林恢复技术研究报道较多［2－4］，但由于区域水资源缺乏，立地条件复杂多变，对水资源的浪费较为严重。本研究引用滴灌技术，对退化梭梭进行恢复试验研究，为退化梭梭林的恢复和水资源的合理利用提供技术支撑［5－8］。

1 研究区概况

研究区地处石羊河流域下游民勤绿洲边缘，位于巴丹吉林沙漠东南缘的沙井子荒漠绿洲过渡带上，地理位置为 102°56'E、38°36'N，海拔 1 378 m，东、西、北三面被巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠包围，风沙危害是当地主要的自然灾害之一，其自然条件基本代表了民勤沙区的一般特点，该区域属于典型的大陆性荒漠气候，其特点为:气候干燥、降水稀少、蒸发强烈、风大沙多、气候环境十分恶劣;根据甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站近50年(1961—2013年)观测的气象资料，当地多年平均气温7.6℃，年均日较差15.2 ℃;≥10 ℃积温为3 036.4 ℃，无霜期176 d;多年平均降水量为115.41 mm，主要集中在每年的 7—9月，占年均总降水量的60%以上;多年平均水面蒸发量为2 664 mm，主导风向为西北风，年平均风速2.5 m·s－1，年平均大风日数25.1 d，年平均沙尘暴日数25.6 d，年≥8 级大风日数为27.8 d;研究区地下水位在15 m以下，沙旱生灌木的生长和存活完全依靠大气降水，土壤主要是风沙土。绿洲边缘区植被主要以天然沙拐枣群落、唐古特白刺(Nitraria tangutorum)灌丛、人工梭梭林为主。地貌类型主要以流动沙丘、半固定沙丘、丘间低地为主。

2 研究方法

2.1 样地设置与调查方法

选择严重退化的梭梭林为研究对象，利用滴灌系统对梭梭进行灌溉恢复试验，设置滴灌区和雨养区各 0.67hm2，2 块试验区梭梭均为 20 世纪 80 代年营造，且相距较近。在滴灌区铺设带状滴灌带，在每株梭梭下安装滴头进行灌溉，试验区内选择样株30株，并设置9 个土壤水分观测点，同时进行植被、土壤水分调查。

2.2 观测方法

土壤含水率(%)采用烘干法测定。在各采样点利用取土钻从10 cm 开始，每隔20 cm 采集土壤，采集深度1.5 m。采样带回实验室烘干、称质量，计算土壤含水率。

梭梭滴灌灌水量为每次灌溉48 h，2013—2014年每年灌溉3 次，每次每株梭梭平均灌溉量为57.6 L。梭梭植被调查采用样株法调查，于2014年8月进行株高、生长量、冠幅、土壤含水量的测定。

2.3 统计方法

利用Excel 软件对野外调查各样方的数据进行分析和统计，计算土壤含水率、植被覆盖度。采用SPSS 18.0 软件对梭梭滴灌区土壤含水率、植被调查指标、灌水量进行方差分析和相关分析。

3 结果与分析

3.1 滴灌区梭梭土壤水分变化规律

梭梭林滴灌灌溉1 个月后的观测结果(图1)表明，土壤水分含量有明显的变化，滴灌区土壤含水率表层较小，随着深度的增加而增大，50 cm 土壤含水率最大，而后逐渐减小，130 cm 深度与雨养区土壤水分基本吻合;而雨养区则表现为土壤表层含水率较大，随着深度的增加逐渐减小，在50 cm 的深度，基本保持平稳。因观测前几日，降水量较大，表现为雨养区表层含水率大于滴灌区，这与梭梭冠幅、盖度有密切关系。

图1 梭梭滴灌恢复区与雨养区土壤水分变化

3.2 灌溉对梭梭新枝长、冠幅生长的影响

图2 滴灌恢复区梭梭生长量变化情况

由图2 可见，滴灌区梭梭新梢最大生长量平均值31.65 cm，较雨养区大11.45 cm，而平均生长量滴灌区为18.2 cm，雨养区为13.7 cm。梭梭单株盖度滴灌区为51.7%，而对照区为23.3%。通过方差分析，结果显示滴灌恢复区梭梭生长量与雨养区差异极显著(P ＜0.01)，因此滴灌恢复退化梭梭效果明显。

3.3 土壤水分与梭梭新梢生长量关的关系

通过对滴灌区和雨养区梭梭林土壤含水量和新梢当年最大生长量的调查，利用相关分析进行统计分析，结果(表1)表明:梭梭灌溉区土壤0 ～150 cm土壤平均含水量与当年新梢最大生长量相关性显著(R2=0.987)，而雨养区土壤平均含水量与当年新梢最大生长量相关性较低(R2=0.275)，说明滴灌灌溉对退化梭梭恢复效果显著。

表1 土壤平均含水量与梭梭新梢生长量的变化

4 结论与讨论

4.1 梭梭新梢生长量随植株耗水量的增大而增加，研究表滴灌恢复技术对梭梭的恢复效果明显。在每年灌溉3 次，每株梭梭每次平均灌水量57.6 L 的条件下，可使滴灌区50 cm 深的土壤水分保持在12%左右，梭梭最大新梢生长量可增加11.45 cm。

4.2 通过对梭梭滴灌区和雨养区土壤水分与新梢最大生长量进行相关分析，土壤水分变化与新梢生长量关系密切，滴灌区含水量大，对当年新梢的生长影响较大，而雨养区土壤含水量与新梢生长量相关性较小。

4.3 梭梭属多年生植物，其耗水量与生长量会随龄级不同而有所变化，龄级对梭梭耗水规律的影响还有待于进一步试验研究。

4.4 梭梭退化恢复技术是生态环境治理中比较关注的问题，特别是在水资源缺乏地区的干旱荒漠区，大面积的退化梭梭林，对生态环境影响较大。利用滴灌技术，研究在定额的灌溉条件下，研究梭梭的退化梭梭的恢复状况，确定恢复的适宜灌水量，对荒漠区退化梭梭的恢复及水资源的合理利用具有重要意义。本研究每次的灌水量一致，不能确定恢复效果最佳的适宜的灌水量，此问题需要进一步研究。

［1］马全林，王继和，纪永福，等.固沙树种梭梭在不同水分梯度下的光合生理特征［J］.西北植物学报，2003，23(12):2120 －2126

［2］王继和，马全林.民勤绿洲人工梭梭林退化现状、特征与恢复对策［J］.西北植物学报，2003，23(2):2107 －2112

［3］马全林，王继和，赵明，等.退化人工梭梭林的恢复技术研究［J］.林业科学研究，2006，19(2):151 －157

［4］安富博，孙坤，王继和，等.绿洲边缘退化梭梭林地集流试验研究［J］.内蒙古农业大学学报，2006，27(1):115 －120

［5］钱正英，张光斗.中国可持续发展水资源战略研究综合报告［R］.北京:中国水利水电出版社，2001:18 －31

［6］刘恒，钟华平，顾颖.西北干旱内陆河区水资源利用与绿洲演变规律研究［J］.水科学进展，2001，9(3):378 －384

［7］陈兴鹏，康尔泗.河西走廊绿洲生态经济系统良性循环的水资源问题［J］.中国沙漠，2000，20(1):90 －94

［8］丁宏伟，王贵玲，黄晓辉.红崖山水库径流量减少与民勤绿洲水资源危机分析［J］.中国沙漠，2003，23(1):84 －89