东北黑土区侵蚀沟治理两种常用灌木栽植技术研究

2022-12-07陈靖天仝如强张成龙吴春英穆春生

中国水土保持 2022年11期

陈靖天，仝如强，张成龙，吴春英，李超，穆春生

(1.东北师范大学草地科学研究所植被生态科学教育部重点实验室，吉林长春 130024；2.敦化市林业局，吉林敦化 133799；3.延边朝鲜族自治州草原管理站，吉林延吉 133001)

我国东北黑土地作为北半球仅有的三大黑土区之一，是重要的粮食生产优势区和商品粮生产基地。东北黑土地粮食总产量和商品粮分别占全国总产量的1/4和1/3左右，已成为我国粮食生产的“稳压器”和“压舱石”[1-3]。近百年来，受地质地貌、降雨、融雪、不合理的耕种等因素影响，东北部分黑土地持续退化，水土流失严重[4]，坡耕地侵蚀沟的迅速扩张导致一系列严重的社会经济与环境问题[5]。为此，近年来国家启动了东北黑土区侵蚀沟治理专项工程，以遏制侵蚀沟的进一步发展，保护东北黑土区国土安全、生态安全和粮食安全。

目前吉林省乃至东北黑土区农田侵蚀沟治理工程，以坡耕地中的中小型侵蚀沟为对象，普遍采用工程措施结合植物措施的治理模式，其中植物措施治沟日益受到重视，现已达成了侵蚀沟治理是以创造植物定居的生境为基础，最终以植物措施达到标本兼治的目的的共识[6-7]。目前采用植物措施治理侵蚀沟时，常使用灌草结合的模式，利用植物根系固土和改良土壤地力，来达到治理和修复侵蚀沟的目的，而相较于草本植物，灌木具有更强的抗寒、抗旱能力，且生长较快、根系庞大，茂密的枝叶也会在下暴雨时对雨滴起到拦截和缓冲的作用，因此优势更加明显[8-9]。

紫穗槐(AmorphafruticosaLinn.)是公认优良的防风固沙、水土保持灌木树种，具有抗性强、生长快、萌蘖性强等特点[10-11]；榛子(Corylusheterophylla)作为一种退耕还林的经济树种，根系发达且树冠较大，根系容易产生不定芽，形成丛状根，不但具有较高的经济价值，而且其生态意义也较大，正日益应用在东北黑土区的侵蚀沟治理中[12]。紫穗槐和榛子这两种灌木在东北黑土区侵蚀沟治理中，受栽植技术不当和春季干旱等因素影响，存在移栽成活率不高或生长发育不良等问题，但关于其栽植技术的研究报道却极其匮乏。为此，我们分别在春季和秋季，采用覆盖地膜与短截油漆封顶两种栽植方式，对榛子和紫穗槐成活率及苗木生长影响进行了研究，以期为提高这两种灌木的侵蚀沟治理效果提供技术支持。

1 试验地概况

试验选择在吉林省通化市柳河县集清村的坡耕地侵蚀沟中进行。该地处于吉林省南部，柳河县东部，地理位置为北纬42°11′、东经125°39′，属北温带大陆性季风气候区，年平均降水量736 mm，降水主要集中在7—9月，年平均气温5.5 ℃，极端最高气温37 ℃，极端最低气温-31 ℃，≥10 ℃年积温2 190 ℃。侵蚀沟位于山脚下，全长397 m，比降为7.05%，平均沟深2.67 m，平均沟宽13.20 m，降雨量大时会冲刷侵蚀沟沟坡两侧土壤，导致水土流失，且沟体周围常年种植玉米、大豆等作物，加速了侵蚀沟的扩张和对耕地的侵蚀。

侵蚀沟土壤含速效氮14.16 mg/kg、有效磷2.134 mg/kg、速效钾110.5 mg/kg、全氮2.117 g/kg、全磷0.536 g/kg，土壤含水量14.3%。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

本试验供试灌木树种为紫穗槐和榛子，两种苗木均在当地苗圃购买。栽植时，苗木基本情况见表1。

表1 苗木基本情况

2.2 试验设计与处理

试验按照裂区设计，栽植季节作为主处理，分别为秋季(2018年10月24日)、春季(2019年4月18日)两个栽植季节；栽植技术方式作为副处理，分别为覆盖地膜+短截油漆封顶处理(T+P)、覆盖地膜处理(T)、短截油漆封顶处理(P)、自然生长无处理(CK)4种栽植方式。每种处理1个小区，重复3次，随机区组排列，紫穗槐和榛子各为24个小区，共计48个小区。小区面积为12 m2(3 m×4 m)，每个小区栽植苗木12株，每种处理栽植36株，两种灌木每种栽植288株。

栽植时沿着侵蚀沟沟沿至沟底方向，以鱼鳞坑(深0.20～0.25 m，上宽0.30～0.50 m)的形式排列坑植，紫穗槐和榛子的栽植密度均为1 m×1 m。覆膜处理为先在鱼鳞坑上覆地膜，然后在地膜顶部割10 cm×10 cm十字开口，再将苗木定植在坑内，四周用土压紧。短截油漆封顶处理是在苗木栽植完成后，将苗木主干顶部剪掉5～10 cm长，再用油漆将伤口全部覆盖。

2.3 样品采集与测定

栽植后定期观察两种灌木的生长情况，在春季栽植后60 d将春、秋两季覆地膜处理的地膜清除，进行简单的试验地除杂草工作，以保证灌木的成活和生长。在2019年10月，首先统计灌木的成活率(存活株数/种植总株数)，然后将两种灌木每个处理随机选取5株，进行株高、根长、地径、分枝数等生长指标的测量。

2.4 数据分析

本试验中的株高、总生物量、地径、根长、冠幅、分枝数的生长量和苗木成活率全部采用统计软件SPSS 22.0进行方差分析(One-way ANOVA)，统计分析中差异的显著性检验均采用Tukey HSD进行多重检验(0.05水平)。

3 结果与分析

3.1 不同栽植方式对紫穗槐和榛子成活率的影响

对紫穗槐、榛子两种灌木在春、秋两季不同栽植方式下的存活率调查结果表明，同一季节下不同的栽植方式对紫穗槐的成活率有显著影响(P<0.05)，而对榛子的成活率无显著影响(见图1)。春季栽植的紫穗槐在T+P处理、T处理下成活率分别为92%和88%，分别比CK的57%显著高出35和31个百分点，P处理与CK间则无显著差异；秋季栽植的紫穗槐在T处理下成活率为52%，比CK的16%显著高出36个百分点。而无论是在春季还是秋季栽植，榛子的T+P处理、T处理和P处理与CK间均无显著差异。

在同种栽植方式下，紫穗槐在春季栽植各处理的成活率均显著高于在秋季栽植(P<0.05)，但不同季节栽植对榛子的成活率无显著影响。

3.2 不同栽植方式对紫穗槐和榛子株高生长量的影响

对紫穗槐、榛子两种灌木在春、秋两季不同栽植方式下的株高调查结果表明，不同栽植方式对春、秋两季栽植的紫穗槐和春季栽植的榛子的株高生长量均有显著影响(P<0.05)，对秋季栽植的榛子无显著影响(见图2)。春季栽植的紫穗槐在T+P处理下株高生长量为196.22 cm，比CK的102.02 cm显著高出92.33%；秋季栽植的紫穗槐在T+P处理、T处理和P处理下株高生长量分别为63.80、67.30、65.80 cm，分别比CK的48.6 cm显著高出31.28%、38.48%、35.39%。春季栽植的榛子在T+P处理下株高生长量为53.19 cm，比CK的42.77 cm显著高出24.36%。

在同种栽植方式下，两种灌木在春季栽植各处理的株高生长量均显著高于在秋季栽植的(P<0.05)。

图2 春、秋两季不同栽植方式下紫穗槐、榛子的株高生长量比较

3.3 不同栽植方式对紫穗槐和榛子总生物量生长量的影响

对紫穗槐、榛子两种灌木在春、秋两季不同栽植方式下的总生物量调查结果表明，不同的栽植方式对春季栽植的紫穗槐的总生物量生长量有显著影响(P<0.05)，对秋季栽植的紫穗槐无显著影响，对春、秋两个季节栽植的榛子的总生物量生长量均有显著影响(P<0.05)(见图3)。春季栽植的紫穗槐在T+P处理下总生物量生长量为212.87 g，较CK的124.20 g显著高出71.39%。春季栽植的榛子总生物量生长量在P处理与T处理间有显著差异，但P处理、T处理、T+P处理与CK间均无显著差异；秋季栽植的榛子在T+P处理、P处理下总生物量生长量分别为74.66、70.47 g，分别比CK的52.73 g显著高出41.59%、33.64%。

图3 春、秋两季不同栽植方式下紫穗槐、榛子的总生物量生长量比较

在同种栽植方式下，除春、秋两季CK处理下的紫穗槐的总生物量生长量无明显差异外，其他处理下春季栽植的两种灌木的总生物量生长量均显著高于秋季栽植。

3.4 不同栽植方式对紫穗槐和榛子地径生长量的影响

对紫穗槐、榛子两种灌木在春、秋两季不同栽植方式下的地径调查结果表明，同一季节下不同的栽植方式对紫穗槐和榛子的地径生长量均有显著影响(P<0.05)(见图4)。春季栽植的紫穗槐在T+P处理下地径生长量为11.22 mm，较CK的5.32 mm显著高出110.90%；秋季栽植的紫穗槐在P处理下地径生长量为1.12 mm，比CK的5.32 mm显著降低了78.95%。

春季栽植的榛子地径生长量在P处理与T处理间有显著差异(P<0.05)，但T+P处理、T处理、P处理与CK间均无显著差异；秋季栽植的榛子在T+P处理、T处理和P处理下地径生长量分别为2.88、2.48和2.17 mm，分别比CK的0.98 mm显著高出193.88%、153.06%、121.43%。

图4 春、秋两季不同栽植方式下紫穗槐、榛子的地径生长量比较

在同种栽植方式下，紫穗槐除CK处理下春季栽植与秋季栽植的地径生长量无显著差异外，其余各处理下均为春季栽植显著高于秋季栽植；榛子T+P处理和T处理下春季栽植与秋季栽植的地径生长量无显著差异，但P处理和CK处理下春季栽植的地径生长量均显著高于秋季栽植。

3.5 不同栽植方式对紫穗槐和榛子冠幅生长量的影响

对紫穗槐、榛子两种灌木在春、秋两季不同栽植方式下的冠幅调查结果表明，同一季节下不同的栽植方式对紫穗槐和榛子的冠幅生长量均有显著影响(P<0.05)(见图5)。春季栽植的紫穗槐在T+P处理和T处理下冠幅生长量分别为110.17和108.98 cm，分别比CK的77.52 cm显著高出42.12%和40.58%；而秋季栽植的紫穗槐在T+P处理下冠幅生长量为84.98 cm，比CK的76.08 cm显著高出11.70%。春季栽植的榛子在T+P处理下冠幅生长量为52.18 cm，比CK的40.25 cm显著高出29.64%；秋季栽植的榛子在T+P处理和P处理下冠幅生长量为50.85和45.65 cm，比CK的38.72 cm显著高出31.33%和17.90%。

图5 春、秋两季不同栽植方式下紫穗槐、榛子的冠幅生长量比较

在同种栽植方式下，除紫穗槐在T+P处理和T处理下冠幅生长量春季栽植显著高于秋季栽植外，两种灌木其余处理下春季栽植与秋季栽植冠幅生长量均无显著差异。

3.6 不同栽植方式对紫穗槐和榛子根长生长量的影响

对紫穗槐、榛子两种灌木在春、秋两季不同栽植方式下的根长调查结果表明，不同的栽植方式对春季栽植的紫穗槐的根长生长量有显著影响(P<0.05)，对秋季栽植的紫穗槐无显著影响，对春、秋两季栽植的榛子的根长生长量均无显著影响(见图6)。春季栽植的紫穗槐在T+P处理下根长生长量为50.55 cm，比CK的27.05 cm高出86.88%。

图6 春、秋两季不同栽植方式下紫穗槐、榛子的根长生长量比较

同种栽植方式下，紫穗槐和榛子各处理下春季栽植与秋季栽植的根长平均生长量均无显著差异。

3.7 不同栽植方式对紫穗槐和榛子分枝数增长量的影响

对紫穗槐、榛子两种灌木在春、秋两季不同栽植方式下的分枝数调查结果表明，不同的栽植方式对春、秋两季栽植的紫穗槐的分枝数增长量均有显著影响(P<0.05)，对春季栽植的榛子的分枝数增长量有显著影响(P<0.05)，但对秋季栽植的榛子的分枝数增长量无显著影响(见图7)。春季栽植的紫穗槐在T+P处理和T处理下分枝数增长量分别为6.20、5.80个，分别比CK的2.6个高出138.46%、123.08%；秋季栽植的紫穗槐在T处理下分枝数增长量为3.8个，比CK的2.0个高出90.00%。春季栽植的榛子的分枝数增长量T+P处理、T处理、P处理均与CK间无显著差异，但T+P处理、T处理均显著高于P处理。

图7 春、秋两季不同栽植方式下紫穗槐、榛子的分枝数增长量比较

同种栽植方式下，除紫穗槐T+P处理下春季栽植的分枝数增长量显著高于秋季栽植外，两种灌木其余各处理下春季栽植与秋季栽植的分枝数增长量均无显著差异。

4 讨论与结论

4.1 讨论

在东北黑土区侵蚀沟治理中，植物措施日益得到重视，但经常使用的灌木树种紫穗槐与榛子会出现移栽成活率不高、长势不好等现象，治理效果得不到保证，所以选择适宜的栽植方式和栽植时间十分重要。地膜覆盖经常用于农田之中，其最大效应是通过调节水、肥、气、热等土壤环境条件，为植物提供良好的生长条件[13-14]。本研究表明，使用地膜覆盖会显著提高紫穗槐的成活率，对株高、总生物量、地径、根长的生长也有明显的促进作用，分析原因可能是地膜的增温保湿作用促进了苗木的生长发育和对水分的吸收，同时抑制了苗木周围杂草的生长，为苗木提供了良好的生长环境。赵荣玮[15]研究结果表明，地膜覆盖处理下的侧柏，成活率较CK高出了30%，株高生长量提高了31.67%，这与本研究结果基本相近。但地膜覆盖处理对榛子成活率和生长的影响并不明显，分析原因可能是购买的榛子苗木品质较好，自身储存的水分较多，且其根系较为粗壮，栽植后可以从土壤中快速获取养分，在一定程度上保证了成活率。

短截油漆封顶在园林栽植中经常使用。刚移栽的苗木，幼根和根毛会受到一定程度的损伤，根的吸水能力弱，去掉部分枝叶可以降低植物的蒸腾作用，减少水分散失，截干处理后在枝干截面上涂抹油漆，可以减少伤口处水分散失，同时防止病虫、细菌入侵，有利于移栽植物的成活[16-18]。短截油漆封顶处理有助于促进紫穗槐株高的生长，却会导致地径生长的减速，而地膜覆盖加短截油漆封顶处理在不影响紫穗槐地径生长的同时，提高了其生物量、株高、分枝数的增长，说明在栽植紫穗槐时，保持土壤水分是保障其正常生长发育的关键。短截油漆封顶可以提高榛子的总生物量、冠幅的生长量，但是提高得并不明显，对成活率也没有明显的影响。杨越等[19]研究表明，随着短截强度的增强，对移栽苗木的成活和生长的促进作用增大。结合本试验结果分析，可能是短截的长度太短，不能显著影响苗木地上部分的水分蒸发和营养消耗，进而导致短截油漆封顶处理对榛子的影响并不明显。

本研究还表明，春季栽植的紫穗槐和榛子的株高生长量和总生物量生长量显著好于秋季，春季栽植的紫穗槐成活率也显著高于秋季，但春、秋季栽植对榛子成活率并无显著影响，分析原因可能是紫穗槐苗木的地径相对于榛子来说并不粗壮，其自身的保水能力并不强，而且秋季栽植时山风大、气温较低，紫穗槐苗木容易抽干，导致其成活率降低。