砂铁矿废弃地恢复中5种锦鸡儿属植物的出苗和生长

王璐瑶 赵晓英 王伍 哈斯铁尔·那比汗 朱成林

摘 要 为促进砂铁矿废弃地植被恢复，将5种锦鸡儿属植物种子播撒于新疆青河县砂铁矿废弃地的平地和阳坡，并对出苗、幼苗存活和生长情况进行观测。结果表明：（1）春季在平地上荒漠锦鸡儿（Caragana roborovskyi）出苗率最高（44%），阳坡的树锦鸡儿（C. arborescens）出苗率最高（51%），说明荒漠锦鸡儿和树锦鸡儿在春季温度回升时，可利用春季融雪水萌发出苗。（2）平地的白皮锦鸡儿（C. leucophloea）和荒漠锦鸡儿幼苗存活率较高（90%～93%），阳坡的柠条锦鸡儿（C. korshinskii）、树锦鸡儿和荒漠锦鸡儿幼苗存活率较高（96%～100%），说明这4种锦鸡儿幼苗耐干旱，在经历夏季高温和干旱后，仍可存活。（3）5种锦鸡儿属植物幼苗在平地上的株高为2～4 cm，柠条锦鸡儿幼苗在阳坡的株高达11 cm，其他4种野生锦鸡儿属植物生长极慢，不适宜在该采矿废弃地植被恢复中应用。

关键词 采矿废弃地;锦鸡属植物;播种;植被恢复

中图分类号：S725.72 文献标识码：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2021.05.002

Abstract To explore the treatment of abandoned mines，five Caragana seeds were sown in November 2018 on the flat ground and sunny slope of the sand iron mine wasteland in Qinghe County，Xinjiang. Emergence and seedling survival were monitored.Result shows that：（1） Emergence percentage （44%） of C. roborovskyi is highest in spring on the flat ground. On the sunny slope，the emergence of C. arborescens is 51%. （2） C. roborovskyi and C. leucophloea shows that higher seedling rate （90%-93%） on the flat ground，and C. korshinskii ，C. roborovskyi ，C. arborescens shows the highest seedling survival rate （96%-100%） on sunny slope. （3） On the flat ground，the seedling heights of five Caragana species are 2-4 cm. On the sunny slope，the height of C. korshinskii seedlings reach 11 cm. Grow is very slowly for the four Caragana spp. and are not suitable for revegetation in the abandoned mining land，except Caragana korshinskii .

Key words abandoned mining land; Caragana spp.;seedling;vegetation restoration

种子萌发出苗和幼苗存活是植物生活史中极为重要的阶段，决定着植物种群更新和扩展等关键环节[1]。种子萌发出苗极易受到外界环境因子的影响，如温度、土壤水分、立地条件及土壤质地等[2，3]。阿拉伯干旱地区的3种金合欢属（Acacia spp.）灌木种子在沙质平地的出苗率高，而在缓坡裸地无种子萌发[2]。古尔班通古特沙漠的梭梭（Haloxylon ammodendron）在丘间平地的存活率比沙丘阳坡的存活率高10%[4]。柠条锦鸡儿在沙坡头试验站的沙丘基部和丘间谷地的存活率高，存活率为10%～50%[5]。种子萌发出苗和幼苗存活还与季节变化有关，西班牙半干旱地区的半日花属灌木（Helianthemum squamatum）种子在2月的出苗率达到87%，4月和5月出苗率分别为3%和2%[6]。

采矿废弃地的危害有目共睹。新疆阿勒泰地区青河县砂铁矿形成面积约为18 km2的废弃地，严重破坏了当地的生态环境[7]，亟待进行植被恢复。灌木是荒漠地区的优势生活型，也是植被恢复的候选植物种。黄土高原和科尔沁沙地等地植被恢复和人工造林中主要选择了锦鸡儿属植物，锦鸡儿人工林降低土壤容重、改善土壤质地和固定流动沙丘等作用明显[8，9]。青河县属干旱冷凉地区，锦鸡儿属植物在该地区采矿废弃地能否播种出苗存活，是有待研究的问题。

粗毛锦鸡儿（Caragana dasyphylla）、荒漠锦鸡儿（C. roborovskyi）、白皮锦鸡儿（C. leucophloea）主要分布于新疆，树锦鸡儿（C. arborescens）和柠条锦鸡儿（C. korshinskii）已在很多地方引种。本研究在新疆青河县无灌溉的砂铁矿废弃地的不同立地条件下播种粗毛锦鸡儿、荒漠锦鸡儿、白皮锦鸡儿、树锦鸡儿和柠条锦鸡儿种子，分析不同立地条件下种子萌发出苗和幼苗存活情况，以期为干旱区采矿废弃地植被恢复中植物种和播种生境的选择提供参考，也为锦鸡儿属植物在植被恢复中的应用提供依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况及引种植物

研究区位于阿尔泰山东南麓的青河县阿苇灌区的砂铁矿废弃地（90°06′54″ E;46°21′06″ N），海拔1 141 m。該地干旱少雨且蒸发量大，年平均气温为4.6 ℃，年平均降雨量约为201.2 mm（青河县气象局），无霜期平均为103 d（青河县人民政府）。研究区原生境植被为蒿属荒漠，群落组成主要有纤细绢蒿（Seriphidium gracilensces）、小蓬（Nanophyton erinaceum）、驼绒藜（Ceratoides latens）和碱韭（Allium polyrhizum）等。废弃地阳坡土壤为沙质黏壤土，平地土壤为沙质壤土（中国科学院新疆生态与地理研究所测）。

粗毛锦鸡儿、荒漠锦鸡儿、白皮锦鸡儿和树锦鸡儿为野生种，种子在成熟时采集，采集地生境的环境条件见表1（自各地政府网站）。种子采自自然群落大小相近的30株植株;柠条锦鸡儿种子从宁夏购买。将采集的种子在通风良好的室内晾干1周，然后将种子装到牛皮纸袋中，在室温条件下保存，直至播种。播种前对种子活力进行检测，均大于90%。

1.2 生境选择及播种

在矿区废弃地的平地挖宽0.5 m、深0.1 m，间距为1 m的沟;在阳坡挖宽为0.25 m、深0.1 m，上下间距为0.5 m的沟槽。在平地和阳坡的沟里播种，每0.25 m2播种50粒种子，每种重复5次，播种深度约为2 cm。播种时间为2018年10月31日（据天气预报报道，次日有第二场降雪）。研究区无灌溉条件，主要依赖自然降水。用DS1923型纽扣式温湿度记录仪记录平地和阳坡地表的温度和湿度，每2 h记录1次。

1.3 种子出苗的统计

于2019年5月（春季）、7月（夏季）和10月（秋季）记录样方中出土幼苗数量、幼苗存活数和幼苗株高。参照来利明[10]和Pellizzaro等[11]的方法分别计算出苗率和幼苗存活率。出苗率为试验过程中露出土壤表面的幼苗个数占播种种子数的百分比;幼苗存活率为秋季存活幼苗数量占出苗数量的百分比。

1.4 数据处理

数据处理和绘图采用Microsoft Excel 2010软件，用SPSS 20.0软件进行统计分析。采用单因素方差分析法（One-way ANOVA）分析不同物种的出苗率、幼苗存活率和株高在不同测量时间之间的差异，采用双因素方差分析法（Two-way ANOVA）分析立地条件、测量时间及其互作对不同物种出苗率和幼苗存活率的影响。试验数据以平均值（Mean）± 标准误（SE）表示。

2 结果与分析

2.1 不同立地的出苗和幼苗存活率

在出苗方面，5月份平地上的荒漠锦鸡儿出苗率最高，为44%;树锦鸡儿的出苗率最低，为8%。阳坡上，树锦鸡儿的出苗率最高，为50%;白皮锦鸡儿种子未萌发出苗（图1）。立地条件对柠条锦鸡儿、白皮锦鸡儿和树锦鸡儿种子出苗有显著影响（P<0.05）。

在幼苗存活方面，平地上的荒漠锦鸡儿和白皮锦鸡儿幼苗的存活率较高，为90%～93%，柠条锦鸡儿幼苗的存活率较低，为52%;阳坡上的柠条锦鸡儿、树锦鸡儿和荒漠锦鸡儿幼苗存活率最高，为96%～100%，粗毛锦鸡儿幼苗的存活率较低，为85%，白皮锦鸡儿未出苗，所以无幼苗存活（表2）。

2.2 种子出苗率的季节变化

由图1可知，在平地上，7月份树锦鸡儿和白皮锦鸡儿出苗率较5月份增加了5%～10%。在阳坡上，7月份树锦鸡儿种子的出苗率较7月份增加了14%，其他4种植物未继续出苗。

2.3 幼苗株高

由图2可知，平地的5种锦鸡儿属植物幼苗在10月份株高为2～4 cm，其中，荒漠锦鸡儿和白皮锦鸡儿幼苗株高均高于其他3种锦鸡儿属植物（P<0.05）。在阳坡上，4种锦鸡儿属植物幼苗在5月份株高为2～4 cm，之后柠条锦鸡儿幼苗生长迅速，在10月份株高达到11 cm。

2.4 不同立地土壤水热条件的季节变化

由图3A可知，整体来看，阳坡的土壤温度高于平地。3—5月、6—7月、8—10月的平地土壤月平均最低温度分别为5.8、16.2和17.1 ℃，月平均最高温度分别为12.2、30.1和29.8 ℃。阳坡土壤月平均最低温度分别为6.2、18.3和17.9 ℃，月平均最高温度分别为15.0、30.3和32.3 ℃。在温度较高的一天里，阳坡土壤温度变化幅度为20.0～49.5 ℃，平地土壤温度变化幅度为20.5～44.0 ℃（图3B）。在温度较低的一天里，平地土壤温度变化幅度为-4～0 ℃，阳坡土壤温度变化幅度为-6.0～-4.5 ℃（图3C）。

整体来看，阳坡土壤湿度低于平地，且阳坡土壤湿度变化幅度大（图4A）。3—5月、6—7月、8—10月的平地土壤平均湿度为101.2%、88.4%和78%，阳坡土壤平均湿度为97.4%、76.3%和59.5%。在温度较高的一天里，平地土壤湿度变化幅度为51.8%～85.2%，阳坡土壤湿度的变化幅度为21.8%～57.4%（图4B）。在温度较低的一天里，阳坡土壤湿度变化幅度大，其最高湿度达到109.9%，最低湿度为102.3%，平地土壤湿度变化幅度为106.6%～108.4%（图4C）。

3 讨论与结论

3.1 立地条件对锦鸡儿属5种植物种子出苗率和存活率的影响

春季柠条锦鸡儿和白皮锦鸡儿种子在平地的出苗率高于阳坡，说明平地有利于这2种锦鸡儿属植物种子萌发出苗，这与阿拉伯干旱地区3种金合欢属灌木种子在平地的出苗率高[2]的研究结果相同。春季砂铁矿废弃地阳坡的土壤水分变化幅度较大，土壤最高、最低湿度分别为108.1%和67.6%，平地的土壤水分变化幅度小，土壤最高、最低湿度分别为106.4%和95.1%。在春季温度较低的一天里，阳坡的土壤温度低于平地的土壤温度，可能是因为砂铁矿的风较大，阳坡地表接近裸露状态，所以温度较低。平地的土壤温度较高，可能是因为在强风的作用下，把降雪集中吹到沟里，积雪具有保温作用，所以平地的土壤温度较高[12]。总体来看，春季阳坡地表的月平均温度比平地高2 ℃，说明在无灌溉条件下，水分是影响种子萌发出苗的主要因素。2种锦鸡儿属植物在平地的出苗率高于陽坡，可能是因为春季沟内的积雪融化后，平地土壤湿度较高且土壤有较好的持水能力，可以满足植物对水分的需求，柠条锦鸡儿和白皮锦鸡儿种子可萌发出苗。与上述2种锦鸡儿不同的是，树锦鸡儿种子在废弃地阳坡的出苗率高于平地，可能与土壤质地及植物的自身因素有关：一方面，树锦鸡儿的原生境为山坡和丘陵等[13]，原生境土壤质地可能较为疏松，砂铁矿废弃地阳坡土壤质地疏松，有较好的透水透气性，有利于树锦鸡儿幼苗生长;另一方面，树锦鸡儿为喜阳植物，砂铁矿废弃地阳坡光照条件较为充足，所以树锦鸡儿在废弃地阳坡的出苗率高于平地。

在幼苗存活率方面，平地白皮锦鸡儿幼苗的存活率高于阳坡，这与古尔班通古特沙漠的梭梭在平地上的存活率高于阳坡的存活率[8]的研究结果相同。这可能与土壤的水热条件和土壤质地等因素有关，砂铁矿废弃地阳坡的月平均土壤湿度比平地的月平均土壤湿度低20%～25%，阳坡的月平均温度比平地的月平均温度高0.5～2 ℃。白皮锦鸡儿的原生境为地表基岩裸露或满铺砾石的戈壁滩，砂铁矿平地土壤质地较硬，而阳坡的土壤较疏松，所以，白皮锦鸡儿幼苗在平地的存活率高于阳坡。

3.2 种子出苗率的季节变化

在平地上，5种锦鸡儿属植物种子在5月的出苗率为8%～45%，说明许多种子随着春季气温升高冰雪融化，利用融雪水萌发出苗，增大幼苗存活的机会。夏季白皮锦鸡儿在砂铁矿废弃地平地的出苗率增加了10%，说明有少部分种子在夏季高温条件下可萌发出苗。前人研究发现，白皮锦鸡儿种子在10/6 ℃到30/20 ℃的变温条件下均可萌发，萌发所需的最低土壤水分含量为2.5%[14]。本研究区平地夏季地表月均温为24 ℃，月均湿度为89%，此时生境的温度和湿度与种子萌发的水热条件相符合，所以白皮锦鸡儿种子在夏季遇到可用的降水就萌发出苗，增大幼苗存活的机会。

3.3 立地条件对幼苗生长的影响

生长季末，5种锦鸡儿属植物幼苗在平地和阳坡的株高分别为2～4 cm、3～11 cm，这与青藏高原煤矿废弃地阳坡植物株高较高[15]的研究结果相同。可能是因为平地土壤质地较硬，锦鸡儿幼苗的根系无法向下生长，不能吸收更多的水分和养分，所以幼苗较矮，阳坡土壤质地疏松、透水透气性强，有利于根系的生长，使幼苗能够从更深的土壤中吸收水分。柠条锦鸡儿幼苗在阳坡上的平均株高约为11 cm，在平地上平均株高只有3 cm，说明柠条锦鸡儿幼苗在阳坡上生长得好，这可能是因为阳坡土壤质地疏松、透水透气性好，有利于柠条锦鸡儿扎根及根系的生长;而砂铁矿废弃地平地的土壤质地较硬，透水透气性较差，幼苗的根部可能难以穿过较硬的土壤。柠条锦鸡儿的原生境为半固定和固定沙地[13]，沙地有较好的透水透气性，土壤质地疏松，有利于柠条锦鸡儿幼苗根系的生长，所以，柠条锦鸡儿幼苗在砂铁矿废弃地阳坡的株高最大。

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