榆林沙区沙地柏生物学特征及环境适应性研究

郜 超，王海鹰，张继平，赵晓彬，王建梅，曹庆喜

(陕西省林业科学院，西安 710082)

沙地柏(Sabinavulgaris)又名叉子圆柏、新疆圆柏、双子柏，爬柏、臭柏，柏科圆柏属常绿针叶匍匐灌木[1]，在新疆、青海、甘肃、宁夏、陕西、内蒙古等地均有分布，天然生长于海拔1 100～2 800 m干旱地带石质山坡及固定、半固定沙地；适应性强，根系发达，枝叶繁茂，生长较快，地面覆盖度大，耐风蚀沙埋，沙埋后能生出不定根，侧枝长成新植株，竞争能力强，可作为建群种与其它植物混生，固沙效果显著，是干旱半干旱地区及黄河中上游地区防风固沙和水土保持造林优良树种[2]，但若利用和保护不当，林地往往会严重退化。20世纪五十年代后期，神本市大保当地区分布有沙地柏天然林2万多公顷，后来由于气候因素及人为破坏，面积下降到4 000 hm2左右，大量沙地柏灌丛覆盖的固定、半固定沙地转变成为流动沙地，造成了严重环境问题。近年来，在多方努力下，沙地柏林生态恢复取得显著成效，天然林集中分布的神木市大保当镇、榆阳区红石桥乡和横山区雷龙湾等地半固定沙地面积已达7 000 hm2左右[3]。为进一步推进沙地柏林快速修复，有必要对其生物生态学特征特性尤其是以造林区环境为背景的生物生态学特征特性深入研究。

1 研究区的自然概况

调查观测在神本市大保当镇和榆阳区红石桥乡沙地柏天然林区进行，进一步测定在陕西省林科院治沙研究所沙地植物园进行。调查地点位于毛乌素沙地南部，海拔高1 100～1 300 m，属半干旱草原地带,年均气温7.9～8.6 ℃，绝对最高气温38.6 ℃，最低-32.7 ℃;年均降水量400 mm左右，年蒸发量2 000 mm以上，为降水量4～5倍，年无霜期130～150 d,干燥度1.5～3.5;冬春盛行西北风，夏季以东南风为主,年平风速2.2 m·s-1，最大风速28 m·s-1，大风季节多出现在11月至翌年4月[4]。调查区南部沙丘高大，一般高15～20 m，地下水深5～7 m；北部沙丘较小，高7～14 m，地下水深1 m左右。土壤为风沙土和沙质暗色草甸土。沙地柏分布区的植被主要有黑沙蒿(Artemisiaordosica)、西北沙柳(Salixcheilophila)、沙米(Agriophyllumsquarrosum)、芹叶铁线莲(Clematisaethusifolia)、沙竹(Phyllostachyspropinqua)、踏郎(Hedysarummongolicum)、中间锦鸡儿(Caraganaintermedia)、长柄扁桃(Amygdaluspcdunculata)等植物[5]。

2 研究方法

沙地柏形态特征及其地上部分生长习性采用定点定株观测法。在陕西省林科院治沙所苗圃和沙地植物园内，各选生长发育正常的沙地柏幼苗和成年树各10株作为定点定株观测对象，从5月初开始到9月底结束，每隔10 d测量1次新梢长度和地径。通过实地观察结果并结合文献记载对形态特征进行描述。

沙地柏根系及其风蚀、沙埋生长规律采取挖取植株法。在每种立地类型中随意选择测3株沙地柏，采挖出完整根系进行整株测量，测量不定根数量、新枝抽生数量和枝高，同时对采挖区的风蚀、沙埋状态以及自然环境和小地形特点进行详细记录。

3 结果分析

3.1 沙地柏的生长发育特性

沙地柏为常绿匍匐灌木，灌丛高1～1.5 m；枝密，斜上伸展或呈匍匐状延伸。雌雄异株，少数同株。座果率较高，但空、秕粒多，种子优良度很低。优良种子籽粒充实，胚乳白色，饱满且油分多；劣质种子籽粒空秕，有些虽有胚乳但萎缩、发黄、变硬。我们连续3年(2019-2021)的种子优良度检验结果表明：沙地柏种子优良度最高可达60%(2019年)，最低只有24%(2021年)，大多在40%以下。

种子在适宜条件下，首先生根，当根长5～7 cm时，子叶才出土，一般7～10 d开始长出真叶。当年生苗高平均8～10 cm，最高15 cm，根深25～30 cm，为苗高的3倍。2 a生苗高平均20～25 cm，最高可达44.7 cm，根深45～50 cm。部分苗木主根明显退化，以侧根为主[6]。一般2 a生苗木即可出圃栽植。1～3 a生沙地柏主枝直立，顶端优势明显，4 a以后主枝顶端生长减弱，侧枝生长加快，每年可抽三次枝，个别植株可抽四次[7-8]。

浅根性树种，主根不明显，侧根发达，随着地形的起伏状延伸。根据调查：一株5 a生植株丛幅50 cm×70 cm，根幅为183 cm×200 cm，10 a以上的植株，主要侧根5～12条,根粗0.5～1.0 cm，长3～15 m。细根和须根极多，主要集中在地表下10～60 cm的沙层中，纵横交错组成强大的根系网，可起到良好的固沙作用[9]。栽植后的3月下旬至4月初叶色转绿，4月下旬叶芽开放，5月中旬新梢开始生长，6-7月为生长盛期，占全年总生长量的70%～75 %，9月以后逐渐停止生长。

3.2 沙地柏的自然繁殖与更新

天然林内，沙地柏自然落种的发芽率很低，仅在下湿的丘间地能见到极少量实生苗，种群自然繁殖主要靠沙埋后产生不定根、抽出新枝的无性繁殖方式(表1)。营养繁殖是沙地柏的主要繁殖方式，且在不同立地其繁殖与生长状况不同，不同立地沙地柏匍匐枝平均长122.7 cm，在沙埋长度达38 cm，沙埋厚度达20.6 cm时，能产生不定根25.4条，抽枝19.1条，新抽枝平均高23.1 cm(表1)；迎风坡尤其是迎风坡中上部受风沙影响大，但却有利于沙地柏生长，在此位置生长的植株枝长、不定根数、抽枝数、枝高都高于迎风坡下部和背风面。这是由于沙地柏具有较强的萌根、抽枝繁殖能力,在风沙流的作用下，沙粒不断堆积，给萌根繁殖创造了有利条件，这也是沙地柏长期适应风沙环境所产生的一种特性。

表1 沙地柏天然林沙埋不定根和新枝发育状况

沙地柏在有利条件下通过无性繁殖可形成冠幅更大、群聚度很高的大灌丛——复合丛幅，即独苗成林，一般小块状或大块状分布，很少有单株散生；生长于各种沙丘部位的沙地柏都密集成丛，盖度一般在50%以上，具有较强的抵抗风沙、固定流沙的能力。

3.3 降水量对沙地柏生长的影响

降水对沙地柏的生长发育影响很大，观测结果显示，在长季内，沙地柏生长量与降水量有关(表2)。年降水量大尤其是生长季降水量大的年份沙地柏生长量也大，2019年主要生长期5—8月降水量147.6 mm，枝条年生长量15.92 cm，比同期降水量(298.1 mm)大的2020年(24.63 cm)低35.4%。。

表2 2019-2020沙地柏枝条长度生长量及降水量

一年内降水量大的月份，沙地柏的生长量并不一定最大，如2019年7月的降水量最大，但沙地柏枝条生长量却不及6月；2020年8月降水量最大，生长量却仍然是6月最大。说明虽然降水有利于沙地柏生长，但沙地柏生长量还与其生长发育规律有关，即生长节律也是影响沙地柏生长的主要内在因素。

3.4 风蚀、沙埋对沙地柏生长的影响

神木市大保当镇、榆阳区红石桥乡等地天然分布的沙地柏灌木林，在长期与气候、立地尤其是风沙等环境的长期交互作用下，形成了不同的、极为复杂的形态特征和长势(表3)。在固定沙地，特别是在迎风坡、丘间地，沙地柏林龄较大，盖度较高(60%～70%以上)，长势差，地表枯枝落叶多，有结皮层；在半流动沙地，尤其在落沙坡，植株受流沙埋压(一般厚30～50 cm)，树龄较小(一般3～5 a生)，生长旺盛；在下埋黄土的沙丘尤其是沙丘的顶部和迎风面，由于形成风蚀断壁，风蚀可深达60～150 cm，沙地柏根系裸露，背风面被沙埋，可形成一丛植株半边遭风蚀，半边被沙埋。

表3 三种立地类型下的沙地柏生长状况

在不同立地，沙地柏生长量不同(表3)，在半流动沙地新梢生长量19.12 cm，变异系数小，这是由于沙埋区沙层疏松，透气性强，水分状况好，利于不定根的萌发和生长，而根量的增加又扩大了植株营养空间和吸收水分及养分的能力，利于整个植株生长；在固定沙地新梢生长量仅为6.19 cm，长势差，变异系数较大。说明沙地柏适应沙埋环境，适当沙埋可促进沙地柏生长，但观察发现，过度沙埋会抑制沙地柏生长，当沙理厚度超过当年新梢1/2以上，植株生长不良，甚至死亡；强烈风蚀可使沙地柏根系裸露、悬挂于断壁，但背风面覆沙又可促进其生长，表明沙地柏抗风蚀强，适应沙区多样化的立地条件。

4 结论

沙地柏是榆林沙区唯一乡土常绿针叶灌木树种，也是干旱半干旱沙地优良固沙造林树种。雌、雄球花形成季节不同，雌球花当年5月形成，雄球花上年8月形成，冬季寒冷和春季干旱可造成大量花粉败育，传粉受精不良，种子发育不饱满，种子质量差，空秕粒多，合格种子仅占30%～40%。

沙地柏当年新枝生长受生长季内降水影响很大，新梢5月中旬开始生长，6-7月为生长高峰期，占全年总生长量71%～75%；生长高峰期降水量充足最有利于沙地柏生长，此期之外，降水对沙地柏生长影响相对较小。风蚀、沙埋对沙地柏生长也有较大影响，适当沙埋有利于沙地柏生长，但埋沙厚度超过当年新梢1/2就会阻滞生长。