典型荒漠与绿洲过渡带人工梭梭林平茬复壮试验研究

吉小敏，宁虎森，梁继业，罗青红，雷春英

(1.新疆林科院造林治沙研究所，新疆 乌鲁木齐 830063；2.塔里木大学，新疆 阿拉尔 843300）

典型荒漠与绿洲过渡带人工梭梭林平茬复壮试验研究

吉小敏1，宁虎森1，梁继业2，罗青红1，雷春英1

(1.新疆林科院造林治沙研究所，新疆 乌鲁木齐 830063；2.塔里木大学，新疆 阿拉尔 843300）

梭梭是干旱、半干旱地区荒漠与绿洲过渡带维持脆弱生态的优良树种，对退化梭梭林进行有效的更新复壮是保持其生态功能的重要手段，而平茬复壮就是其中一种主要方法。以奇台县西北湾乡荒漠人工梭梭林区作为典型研究区域，通过样地试验和观测，系统研究不同平茬时间、平茬高度和平茬强度等不同处理方式下，研究区人工梭梭林木的枝条特征（枝长和枝粗）和成枝能力（新生枝条数）的变化。研究结果表明，不同平茬时间、强度和高度处理下梭梭成枝能力与枝长、枝粗的影响结果有所差异；就维持过渡带生态的作用而言，冬季处理的梭梭复壮效果要优于春季，100%平茬强度和60 cm平茬高度对梭梭更新复壮的综合效果最好。

梭梭；平茬；复壮更新；荒漠与绿洲过渡带

梭 梭Haloxylon ammodendron为 藜 科Chenopodiaceae多年生灌木或小乔木，是我国三级保护植物，植株一般高2～3 m，个别植株高度可以达到10 m[1]。梭梭的耐盐（耐盐临界范围可达4%～6%）和耐干旱贫瘠（在土壤含水量13.2～26.0 g·kg-1时，能正常生长）的能力很强，其垂直根系一般深为5 m，水平根系伸展达10 m，常可形成盐生植被和戈壁荒漠植被[2]，在防风固沙、增加生物多样性和恢复、重建、稳定生态系统方面有重大作用[3]。梭梭与多数荒漠植被（如沙棘）类似，其叶片光合能力对环境因子变化的响应更为稳定，较为适应在极端环境下生长[2-5]。新疆准噶尔盆地是我国梭梭荒漠植被分布最为集中的区域，该地区降水稀少、风蚀强烈、土壤普遍盐碱化，为防止古尔班通古特沙漠南侵，新疆在准噶尔盆地南缘沙漠边缘的绿洲与荒漠过渡地带营造了大量人工梭梭防护林。由于梭梭又是极好的薪炭材和饲用植物，其根部寄生的肉苁蓉Cistanche deserticolaY.C.Ma是名贵的中药材，有“沙漠人参”之称，因此梭梭是新疆干旱荒漠地区固沙造林的首选树种，既能达到防风固沙的作用，又能产生较为可观的经济收益[4-8]。

与大多数灌木林-半灌木林类似，若长期得不到有效的更新抚育，随着成林年限的增加，梭梭林生长情况将逐渐变差，病虫害频发，林相衰败，部分林木将死亡，其原有的防风固沙功能将极大减弱。大量研究表明[9-15]，平茬复壮可以有效促进柠条、柽柳、沙柳、沙棘、沙拐枣、花棒等人工灌木林的更新抚育，且平茬方式，如平茬高度、平茬时间、平茬程度和管理方式等均可以影响到林地的更新效果。新疆林科院造林治沙所[16]的初步研究表明，对梭梭成熟林隔带皆伐和萌芽更新，是一种既省又快的技术措施，樵采后5 a，伐桩萌芽更新为409株·hm-2，每桩萌发17～22条。然而，目前对于梭梭平茬方式对复壮更新效果的影响方面的研究基本上为空白，无法为人工梭梭林更新复壮提供可靠依据。本研究旨在通过样地试验，系统研究不同平茬时间、平茬高度和平茬强度对准噶尔盆地南缘荒漠与绿洲过渡带典型区域的人工梭梭林复壮效果，为该项技术的进一步优化提供科学依据。

1 试验设计与研究方法

1.1 典型研究区概况

选取新疆奇台县西北湾乡荒漠人工梭梭林区（44°11′18.4″N、89°32′29.5″E）作为典型研究区域。该区位于准噶尔盆地南缘古尔班通古特沙漠与绿洲过渡地带，属中温带大陆性半荒漠干旱性气候，降水少蒸发量大，年均降水量130 mm，蒸发量达到2 160 mm，年平均相对湿度60%；极端最高气温达42～44 ℃，极端最低气温-42～-43 ℃；光照充足，年日照 3 070 h。该区域的梭梭林已成林13 a，林相早衰，林分质量差，退化趋势明显。研究区内主要植被有梭梭Haloxylon ammodendron、猪毛菜Salsola collinaPall.、木地肤Kochia prostrata、盐穗木Halostachys caspica、灰绿藜Chenopodium glaucum等。

1.2 样地设计

为避免群落的“边缘效应”，样地选择时，离林带边缘10 m左右，选择梭梭长势基本一致的区域作为研究样地，样地大小为20 m×33 m，设置3个重复。各重复之间间隔15 m。在选定样地的四角用木桩定点，并记录四角坐标和海拔高度，然后用细绳子拉出样地范围。

1.3 试验方法

试验包括不同平茬时间、不同平茬高度和不同平茬强度3个处理。平茬工具为油锯，要求茬口平滑无劈裂，平茬后对树体伤口用泥土覆盖。

平茬高度设为30 cm、60 cm、90 cm和120 cm 4个水平，在长势基本一致的梭梭林中随机选取梭梭20株。平茬强度设为100%、75%、50%三个水平，根据前人的研究成果，100%平茬强度将顶部枝条全部清理，留桩高度为60 cm左右，对75%、50%两种平茬强度，按预留树冠总面积的25%和50%来计算。在样地内按各水平均匀选择20株大小、长势基本一致的梭梭作为平茬标准木，冬、春两季各平茬10株。

准噶尔盆地南缘地区，林木冬季休眠和春季萌发前平茬均可有效促进植株的生长，因此平茬时间选择为冬季11月中下旬（研究区梭梭休眠后）、春季4月上旬（研究区梭梭萌发前）两种，对上述两种平茬项目分别在2012—2014年的春、冬季节，在3个样地做重复试验。

1.4 数据采集

林木的枝条是树木树冠的主要构成部分，不但可以固定光合作用的主要器官—叶片，同时也为光合作用提供了反应场所，而且树枝的大小和长度、位置与分布直接影响着植物树冠的面积与形状，从而影响着植物光合作用固碳的主要传输途径，因此枝条的大小与长度决定植物生长状况和木材质量[23]。为适应荒漠区干旱高温环境，梭梭叶片退化成鳞片状可以避免蒸腾作用损失过多水分，同时以同化枝进行光合作用[2]，因此梭梭枝是表征其复壮更新能力的一个重要指标。

为此，本实验在不同平茬时间后的第一个生长季（7—8月）和休眠季（第二年2—3月）分别测定不同平茬处理的梭梭在生长季和休眠季的新枝枝长和枝粗两个指标，及新生枝条个数，并对不同平茬试验水平下的梭梭更新效果加以比较分析。

1.5 数据处理

采用Excel对所测试验数据做处理后，运用SPSS19.0软件做数据统计分析，结合单因素方差分析中的LSD法进行差异显著性多重比较，差异显著性水平α=0.05。使用Origin8.5软件进行数据处理和绘图。

2 实验结果与分析

2.1 不同平茬季节对梭梭生长的影响

表1为生长季平茬梭梭新枝的枝长和枝粗方差分析结果。可以看出，在不同平茬处理强度下，冬季处理新枝枝长（96.2～70.4 cm）和枝粗（1.44～0.70 mm）均高于春季处理（枝长93.4～46.1 cm，枝粗1.02～0.26 mm）；枝长增加率为3%～72.08%，枝粗增加率为4.12%～173.08%。2种处理下，除了冬季100%平茬强度处理下枝长差异不显著（P=0.601）外（见表2），其余处理强度下枝长和枝粗均存在显著差异性（P=0～0.036）。表明在生长季，冬季处理的梭梭枝长和枝粗总体上显著高于春季处理的梭梭枝长和枝粗。

表1 生长季梭梭新枝的枝长和枝粗方差分析结果†Table 1 Variance analysis results of length and thick of newH. ammodendron branches in growing season

表2 生长季梭梭新生枝条枝长和枝粗均数t检验Table 2 Mean t test of length and thick of new H.ammodendron branches in growing season

表3为休眠季平茬梭梭新枝的枝长和枝粗方差分析结果。可以看出，在100%平茬强度下，春季处理新生枝枝长（116.8 cm）和枝粗（10.05 mm）均高于冬季处理，相比冬季处理枝长增加了11.66%，差异达到显著（P＜0.05），枝粗增加了3.5%，但差异不显著（P＞0.05）。在75%和50%平茬强度下，冬季处理新枝枝长（97.3～59.1 cm）和 枝粗（6.48～5.12 mm）均高于春季处理，相比春季分别增加了22.85～15.2%和8.54～22.78%，但2种处理新生枝枝长和枝粗均不存在显著性差异（P＞0.05）。总体上在休眠季，100%平茬强度下，春季处理的梭梭枝长枝粗高于冬季处理，75%和50%平茬强度下，冬季处理的梭梭枝长和枝粗高于春季处理（见表4）。

表3 休眠季梭梭新枝的枝长和枝粗方差分析Table 3 Variance analysis results of length and thick of newH. ammodendron branches in dormancy period

表4 休眠季梭梭新生枝条枝长和枝粗均数t检验Table 4 Mean t test of length and thick of new H.ammodendron branches in dormancy period

2.2 不同平茬强度对梭梭生长的影响

根据表1，在梭梭生长季节，冬季和春季对梭梭进行不同强度的平茬处理后，100%处理强度下新生枝条的高度和粗度均极显著高于75%和50%，而75%和50%处理下枝条长度和粗度没有显著差异。图1为生长季节，不同平茬强度下冬、春季枝长和枝粗的平均变化情况。可以看出，冬季和春季平均后，在100%处理强度下，生长季新生枝条的高度和粗度均极显著高于75%和50%，而75%和50%处理下枝条高度和粗度差异不显著。

根据休眠季梭梭新枝的枝长和枝粗统计分析（表3），冬季100%强度处理后在休眠期枝粗达到9.71 mm，与75%和50%处理存在极显著差异，但枝长与75%处理无显著差异，与50%有极显著差异（见图2）。春季在100%强度处理下，新枝枝长和枝粗分别为116.8 cm和10.05 mm，均极显著高于75%和50%的处理。在忽略季节因素（冬季、春季平均）条件下，100%强度处理下梭梭新枝的枝长和枝粗（110.7 cm和9.88 mm）也显著高于其他两种强度处理。50%处理下新枝枝长和枝粗最小（55.2 cm和4.65 mm），与75%存在显著差异。

图1 生长季不同平茬强度对冬季、春季平均枝长、枝粗的影响Fig.1 Different cutting intensity effects on mean branches length and thick between winter and spring season in growing season

图2 休眠季不同平茬强度对冬季、春季平均枝长、枝粗的影响Fig.2 Different cutting intensity effects on mean branches length and thick between winter and spring season in dormancy period

2.3 不同平茬高度对梭梭生长的影响

图3 生长季不同平茬高度对冬季、春季平均枝长、枝粗的影响Fig.3 Different cutting height effects on mean branches length and thick between winter and spring season in growing season

图4 休眠季不同平茬高度对冬季、春季平均枝长、枝粗的影响Fig.4 Different cutting height effects on mean branches length and thick between winter and spring season in dormancy period

分别在生长季和休眠季对进行过不同高度平茬处理的梭梭新生枝条枝长和枝粗进行测定分析（图3、图4）。可以看出，在生长季，枝长和枝粗的大小均顺序为30 cm＞60 cm＞120 cm＞90 cm。其中，90 cm平茬高度处理下梭梭新枝枝长和枝粗值最小（51.7 cm、0.40 mm），枝长和枝粗与30、60 cm处理下存在显著性差异（P＜0.05）。与30、60、120 cm处理高度相比较，枝长下降了36.72%、32.59%、22.49%，枝粗下降了60%、55.56%、48.05%。120 cm处理时枝粗和枝长（66.7 cm、0.77 mm）小于30 cm、60 cm处理。

对梭梭休眠季新枝枝长和枝粗的再次测定分析发现，4种不同高度平茬处理下，梭梭新生枝条的长度无显著差异，大小顺序为120 cm＞60 cm＞30 cm＞90 cm，即120 cm和60 cm处理下较大（84 cm、82.7 cm），90 cm处理下最小（59.8 cm），与30、60、120 cm处理下比较分别下降了13.9%、38.53%、40.7%。不同高度处理下，枝粗大小顺序为60 cm＞120 cm＞30 cm＞90 cm，与30、60、120 cm处理下比较枝粗下降了16.64%、37.09%、25.38%。60、120 cm处理下的枝长和枝粗大于30、90 cm处理。除了在30 cm处理高度时，生长季测得梭梭新生枝条枝长大于休眠季外，其他高度处理下，休眠季的枝长和枝粗均高于生长季。

2.4 梭梭成枝能力的测定结果分析

（1）不同平茬季节成枝能力分析

表5、表6为不同平茬季节和平茬强度下试验梭梭成枝能力（枝条数）统计分析结果。可以看出,在100%平茬强度处理下，春季处理新生枝条数（29枝）大于冬季（16枝），在75%平茬强度处理下，春季新生枝条数（32枝）显著高于冬季（P＜0.05），在50%平茬强度处理下，春季新生枝条数（24枝）高于冬季，但差异不显著（P=0.311）。总体上看，在不同平茬强度下，春季处理的新生枝条数大于冬季处理。

表5 不同季节、不同平茬强度下梭梭成枝能力方差分析Table 5 Variance analysis results of H. ammodendron branches ability under different cutting season and intensity

表6 不同季节、不同平茬强度下梭梭新生枝条均数t检验Table 6 Mean t test results of H. ammodendron branches ability under different cutting season and intensity

（2）不同平茬强度成枝能力分析

根据表5和图5，冬季在100%处理强度下新生枝条数最少（16枝），在50%处理强度下最多（22枝），2个处理差异较显著，但与75%无差异性不显著；春季3种处理强度下，梭梭新生枝条数无显著差异，最大值32枝（75%），最小值24枝（50%）。忽略季节因素（春季+冬季），3种处理强度下新生枝条数无显著性差异。

（3）不同平茬高度成枝能力分析

由表7、图6为不同平茬高度下梭梭成枝能力的试验结果，可以看出，4种平茬高度处理后梭梭新生枝条数差异不显著，其中90 cm处理下新生枝条数最多（44枝），30 cm和60 cm处理下最少（32枝）；30 cm，60 cm，120 cm处理分别下降27.27%，27.27%，15.14%，平茬高度对梭梭新生枝条数的影响不显著。

图5 不同平茬强度对梭梭成枝能力的影响Fig.5 Effects on H. ammodendron branches ability under different cutting intensity

图6 不同茬高度对梭梭成枝能力的影响Fig.6 Effects on H. ammodendron branches ability under different cutting height

表7 不同平茬高度下梭梭成枝能力试验结果Table 7 Test results of H. ammodendron branches ability under different cutting height

3 讨论与结论

3.1 讨 论

大量研究表明，平茬复壮是可以有效促进干旱-半干旱地区老化衰败林分的更新[23，26]。平茬后植物萌蘖株的生长状况是衡量其再生能力和适应环境能力的重要指标，包永平等[27]对辽宁西部沙棘平茬复壮的研究表明，与雨季和秋季相比，春季平茬的萌蘖株数和平均树高均较优，认为其原因在于冬季沙棘树冠和枯枝残叶的覆盖减少了地表水分的蒸发，并起到了保温、保湿作用，使得春季平茬的沙棘根部萌蘖格外旺盛，本研究的结果也表明春季平茬后的梭梭新枝萌发数量较多。在干旱半干旱区的许多研究认为，沙棘的平茬效果以春季萌动前较好[28-30]；王丽莉[17]对不同月份平茬后柠条植株的死亡率和萌发率进行了观测，发现不同林龄平茬死亡高峰期均出现在4月（柠条萌芽期），这与春旱及多风容易发生抽干有关；而在非生长季节（休眠期—11月至次年3月）平茬，春季能尽早萌发生长，有效生长期长且生物量大。本研究区冬季有大量降雪，可对平茬后的梭梭起到一定保湿作用，进而促进平茬后新枝的萌发与生长；而春季研究区气温上升快且多风，地表水分大量蒸发，加之大风对新萌发的枝条有抽干作用，将抑制新枝生长。本次试验结果为春季平茬的梭梭萌发新枝较多，但冬季平茬的新生梭梭枝长和枝粗均高于春季平茬，与干旱区半干旱区沙棘、柠条的研究结果相符合；同时，因梭梭防风固沙作用随着梭梭枝长的增加而增强[24]，在新生枝条多但其长度有限的情况下，枝的长短和大小对荒漠绿洲过渡带生态稳定的维持作用更重要，因此在梭梭平茬季节上应以冬季休眠期为宜。

当植物地上部分遭受破坏后会进行补偿性生长，其补偿能力的大小与破坏程度相关[18-19]。另一方面，荒漠植物都具有储存着大量淀粉的发达根系，当地上部分受到破坏，根系中的淀粉首先供应给地上部分[9]。高天鹏等人的研究得出，柠条平茬通过提高水分利用效率来增加地上生物量的积累[31]。本研究无论是冬季平还是春季平茬，生长季和休眠季所测得结果均为100%平茬强度下梭梭枝长和枝粗均高于其它平茬强度，这与前人的研究结果一致。究其原因，一方面是100%平茬强度下地上部分破坏最多，根系中大量的营养物质全部用于萌发新枝；另一方面，梭梭平茬强度的提高减少了地上老枝对水分的消耗，而单位面积上用于萌发新枝的水分增多，促进了新枝的生长和发育，从而100%平茬强度最适合梭梭新枝的生长。而75%平茬强度梭梭新枝枝数高于100%和50%平茬强度，则可能表明75%平茬强度下梭梭更易于萌发新枝。

平茬高度会影响萌蘖株生长状况已经得到大量的研究证实。魏怀东等[32]通过对腾格里沙漠南缘四种灌木不同留茬高度处理后发现，随着留茬高度的增加，红皮沙拐枣的萌条数、株高、冠幅显著增加。但多数研究表明[13-14]，留茬高度与灌木的新生枝条数、枝长和枝粗的影响并不是随留茬高度的增加而增大，过高和过低的留茬高度都不利于新枝的萌发和生长。本研究结果表明，90 cm平茬高度处理下梭梭枝长和枝粗均最小，但萌发新枝枝数最多；生长季测得30 cm平茬处理下梭梭枝长和枝粗最大，但萌发新枝枝数最少；而除了休眠季120 cm平茬高度的新生枝条长度大于60 cm处理外，其余情况下60 cm平茬高度的新生枝长和枝粗均大于120 cm处理。李甜江等对中国沙棘的研究认为，在地上生物量的分配中，较高的枝干投资有利于个体在垂直和水平方向拓展营养空间[33]，梭梭顶端组织被移去，生长素水平开始降低，相应的细胞分裂素水平升高，可以刺激侧芽分生组织的活动，增加新枝枝条数量[20-22]，同时枝条数量的增多使得每一个枝条分配的水分和营养减少，梭梭新萌发枝条的生长受到影响，枝长枝粗均降低。本次研究结果也表明，对于梭梭而言，留茬过高或过低都会影响其平茬效果。研究表明，梭梭萌发的新枝大多数是从平茬后植株侧面萌发出来的，从基部很少萌发新枝，所以30、60 cm平茬高度萌发新枝数量少，但就本研究区域来看，梭梭复壮更新应以60 cm留茬高度为宜。

灌木平茬后的生长和繁殖能力不仅与平茬方式有关，还与立地条件，如土壤水分状况、坡度、地表条件等有关[9，31，34]，如姜有为[35]研究提出免灌溉人工林经过平茬和间伐处理后土壤含水量均会发生变化。因此进一步开展对梭梭平茬后生理特征及土壤水分的影响，探索梭梭平茬后迅速再生的生理生态学机制，可为指导生产实践提供更可靠的科学依据。此外，早衰前及时平茬是林木更新复壮的有效途径，其中关键在于平茬年龄、周期等参数的确定[15，29]，进一步开展梭梭合理平茬树龄、周期等方面的研究十分必要。

3.2 结 论

对退化梭梭林进行有效的更新复壮，增强其防风固沙效果，对于干旱区的荒漠绿洲过渡带的生态维持，防止沙漠扩张极为重要。通过对新疆奇台县西北湾乡荒漠人工梭梭林区的不同平茬处理后枝长、枝粗，及梭梭成枝能力的试验研究，得到以下结论。

（1）平茬季节、平茬强度和平茬高度均对梭梭新枝萌发和新生枝条生长具有显著的影响，而以新枝生长能力（枝长、枝粗）作为判断梭梭更新效果的指标为佳。

（2）平茬后新枝生长能力的试验结果为，100%的平茬强度梭梭对梭梭新生枝条的生长显著优于75%和50%，冬季对梭梭进行平茬处理要比春季的效果好，不同的平茬高度对梭梭的枝条生长影响较大，经综合比较，以60 cm的平茬高度效果最好。

（3）在新枝萌发能力方面，75%平茬强度的冬季进行梭梭平茬处理要显著优于春季，其他强度下冬季或春季处理没有显著性差异；在冬季平茬时，75%和50%的处理强度要显著优于100%，春季平茬时不同强度处理无显著性；不同高度处理对梭梭新枝萌发能力无显著性差异。

（4）总体上，在西北干旱的荒漠与绿洲过渡带，对于新生枝条较少、有退化趋势的梭梭植株，可以采用的一种合理平茬复壮技术方法为：在初冬季节对梭梭片林进行隔带平茬，树干留茬高度以60 cm为宜，平茬强度为100%为宜，平茬后对平茬区域采用封育管理措施。

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Experiment research of Haloxylon ammodendron cutting rejuvenation at typical desert and oasis transition zone

JI Xiao-min1, NING Hu-sen1, LIANG Ji-ye2, LUO Qing-hong1, LEI Chun-ying1
(1.Institute of Afforestation and Sand Control, Xinjiang Academy of Forestry Sciences, Urumqi 830063, Xinjiang, China;2.Tarim University, Alar 843300, Xinjiang, China)

H.ammodendronis a type of superior tree species to maintain fragile ecological of semiarid areas of desert and oasis transition zone. Keeping its ecological function is to updating the degradationH.ammodendroninto rejuvenation situation, and the cutting Rejuvenation is one of the effective way. Taking desert arti fi cialH.ammodendronforest in the Northwest Bay Township of Qitai County as a typical research area, system researches about the change characteristics of the branches (including twigs length and thick) and branching ability (ie new branches number)are carried out during form 2012-2014,under the different treatments such as cutting seasons,cutting height and cutting intensity through fi eld tests and observation. The results show that the Observed outcomes of test indexes have discrepancy under the different treats on branches characteristics and branching ability. In terms of maintaining transition zone ecological utilities,H.ammodendronrejuvenation effects being cut in winter is better than spring, and the overall rejuvenation effects are the 60cm cutting height and 100% treat intensity treat.

Haloxylon ammodendron; cutting branches; rejuvenation renewal; desert and oasis rransition zone

S728.2

A

1673-923X(2016)12-0037-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.12.007

http: //qks.csuft.edu.cn

2016-01-06

“十二五”农村领域国家科技计划项目（2012BAD16B0305）和新疆精河荒漠生态系统定位观测研究站运行补助（2016-LYPT-DW-111）共同资助

吉小敏，高级工程师

梁继业，副教授；E-mail：jethro123123@126.com

吉小敏，宁虎森，梁继业，等. 典型荒漠与绿洲过渡带人工梭梭林平茬复壮试验研究 [J].中南林业科技大学学报，2016,36(12): 37-43.

[本文编校：文凤鸣]