晋北半干旱风沙区新疆杨晚霜冻害研究

2019-11-04郑智礼姚建忠杨延青

山西大同大学学报(自然科学版) 2019年5期

郭斌，郑智礼，杨飞，姚建忠，赵娟，杨延青

（1.山西省林业科学研究院，山西太原030012；2.山西省桑干河杨树丰产林实验局，山西大同037006）

晋北半干旱风沙区位于山西北部，临毛乌素沙漠的前沿，是暖温带落叶阔叶林向温带干旱草原的过度地带，气候具有降水量少且蒸发量大、气温低且昼夜温差大、风大且频繁等特点，属京津风沙源治理工程实施地区[1]。干旱寒冷是该区域的主要气候特点，冻害是造成树木存活的一个关键因素[2]。树木在生长和休眠过程中，由于温度下降到一定程度，使树木部分冻伤、冻枯或全部冻死，称之为冻害[3]。杨树冻害主要有早霜冻害、晚霜冻害以及寒冻害，早霜冻害和晚霜冻害是树木在生长期发生的冻害，寒冻害是树木在休眠期发生的冻害[4-5]。

我们于2017年春季采用漏斗状覆膜抗旱技术铺设了新疆杨造林试验，2018年4月4-6日试验地出现了晚霜冻害，从而为研究新造新疆杨晚霜冻害提供了机会。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究地点位于山西省应县大黄巍乡，地处大同盆地南端，经纬度坐标113°3′20″E，39°44′55″N，气候属温带半干旱草原气候，四季分明，特点是冬季寒冷干燥，春季多风，夏季高温少雨，秋季温度适中，年内温差和昼夜温差大。年均气温7.5 ℃，≥10 ℃的年积温2 737.5 ℃，无霜期122 ～130 d，年均降水量414 mm，年平均风速2.0 ～2.8 m/s，6 ～7级的大风天气较多。试验地林带为南北向栽植，林带平均树高为12 m。

2018年4月4- 6 日试验地出现了晚霜冻害，气温出现剧烈变化，连续3 d 气温降至0 ℃以下。根据冻害出现时间确定调查20180320- 20180420的最高气温与最低气温，发现在冻害前期，最高气温与最低气温分别达到了28 ℃和13 ℃，冻害时最高气温和最低气温最低低至2 ℃和-6 ℃，且持续了3 d，冻害后期最高气温和最低气温迅速升高至23 ℃和9 ℃（图1）。

图1 试验地点气温变化特点

1.2 研究方法

1.2.1调查方法

2017年4月分别以2 m×2 m、3 m×3 m、4 m×4 m、4 m×6 m 4个密度栽植新疆杨，每个密度分别栽植于南北向的林带中，林带平均树高为12 m。2 m×2 m密度小区中，南北方向共有7列新疆杨，测量每列新疆杨距东侧林带与西侧林带的距离，每列随机调查10株，3次重复；3 m×3 m、4 m×4 m、4 m×6 m南北方向共有5列新疆杨，分别调查靠近东侧林带、靠近西侧林带、林带中间共3 列新疆杨，每列随机调查10 株，3 次重复。调查冻伤部位的位置，冻伤部位朝向，冻伤部位横向长度、冻伤部位处树体周长，冻害后从根部重新萌出的株数，冻害后整株未受影响的株数，冻害后死亡的株数。

1.2.2 数据分析

统计从根部重新萌发的株数（根萌）、未受冻害影响的株数（活）、已经死亡的株数（死）各级植株的数量，计算保存率和冻害程度，利用spss22.0 进行方差分析，多重比较采用LSD 法，相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著（P＜0.05）。

保存率=（根萌株数+ 未受冻害影响株数）÷（根萌株数+ 未受冻害影响株数+ 死亡株数）×100%

冻害程度=冻伤部位横向长度÷冻伤部位树体周长×100%

2 结果与分析

2.1 新造新疆杨冻伤发生部位规律

调查发现，新疆杨冻伤位于树干基部距地面2 cm 处，朝向有西、南、西南共3 种。不同朝向冻伤的新疆杨占比情况差异显著（表1），冻伤为西南方向的占72.8%，冻伤为西方向的占16.3%，冻伤为南方向的占10.9%。不同朝向冻伤的新疆杨冻害程度差异不显著，冻害程度范围为20.9% ～21.3%。进一步调查发现不同存活状态的新疆杨占比情况差异显著(表2)，整株未受影响的株数为42.6%，冻害后重新萌出的为30.4%，死亡的为27%，不同存活状态的冻害程度差异显著，冻害程度范围为20.6%～100%。

表1 不同朝向冻伤的新疆杨冻害特征

表2 不同存活状态的新疆杨冻害特征

2.2 不同位置新造新疆杨冻害特点

调查林带内2 m×2 m密度新疆杨的生长情况，结果发现不同位置新疆杨的冻害程度和保存率差异显著（表3）。冻害程度呈现中间低两边高的趋势，保存率呈现中间高两边低的趋势。第4列(中间列)冻害程度最低为7.1%，并且保存率最高为100%。未受冻害影响株数（活）呈现中间高两边低趋势，根萌和死亡株数呈现中间低两边高趋势。同时第1 列未受冻害影响株数和保存率都低于第7列。以上研究说明新疆杨冻害受损程度总体趋势为靠近东侧林带的新疆杨＞靠近西侧林带的新疆杨＞中间位置的新疆杨，进一步调查中间位置的新疆杨（第3、4、5 列）发现，距东、西侧林带的距离都达到了8 m以上，平均保存率达到了96.7%。

表3 林带中不同位置新疆杨冻害特征

2.3 不同密度新造新疆杨冻害特点

4个密度的新疆杨冻害程度和保存率差异显著（表4），2 m×2 m 冻害程度最低为9.5%，保存率最高为91.1%；4 个密度的新疆杨冻害后存活情况差异显著，2 m×2 m存活情况最好，整株未受冻害影响的株数为63株，死亡的为8株，4 m×6 m存活情况最差，整株未受冻害影响的株数为35株，死亡的为23 株。结果表明2m × 2m 密度遭受冻害的危害情况最轻，4 m×6 m密度冻害受损情况最重。

表4 不同密度新疆杨冻害特征

3 讨论

研究发现在树木萌动期，气温剧烈变化会导致杨树树干的温度发生剧烈变化，极易造成冻害[6-8]。本研究发现，72.8%冻伤位于树干基部距地表2 cm的西南方向处。这主要是由于阳光和地面热辐射使树木西南面近地表组织温度升高，西南方向形成层细胞提前活跃，剧烈的气温变化后，西南方向的局部组织最容易受到冻害[9-10]，形成了杨树冻裂伤害。根据杨树冻伤易发生于树干基部距地表2 cm的西南方向处这一特点，在营造林时可在树木基部堆土，有效防治冻害发生。

本研究采用漏斗状覆膜抗旱技术进行造林，2 m×2 m单位面积内的覆膜面积是最大的，土壤蓄水保墒的效果最好，因此2 m×2 m的生长势和树势最强。2018年晚霜冻害结果发现，4个密度的新疆杨受冻害程度差异显著，2 m×2 m密度的新疆杨冻害受损程度最低且保存率最高，2 m×2 m密度的新疆杨抗冻性最好，分析其原因2 m×2 m密度的新疆杨树势最强，说明林带内树势强的新造新疆杨具有较强的抗冻性。

本研究发现林带中不同位置的新疆杨抗冻性呈现中间强两边弱的趋势且西侧位置新疆杨抗冻性强于东侧。这主要是由于东西两侧林带与林带中新疆杨势必会争夺水分，靠近两侧林带新疆杨受到的影响最大，导致靠近两侧林带新疆杨树势低于中间位置的新疆杨，进一步导致靠近两侧林带新疆杨的抗冻性低于中间位置的新疆杨。同时发现靠近西侧林带的新疆杨抗冻性大于东侧林带的新疆杨，原因是东侧林带新疆杨不仅受林带-新疆杨间水分竞争造成的水分亏缺[11]，还受林带树木遮荫的影响[12]，两个因素叠加造成了东侧林带新疆杨的抗冻性最差。本试验地林带平均树高为12 m，进一步统计中间位置的新疆杨（第3～5 列）距东西侧林带都达到了8 m以上，且平均保存率可达96.7%，其余位置的新疆杨保存率都低于90%，因此建议在晋北半干旱风沙区林带中营造新疆杨林，树高12 m左右的林带内，距林带8 m以上更适宜新造林。