克拉瑪依粘土地梭梭工程造林技術(shù)初探*

楊更強(qiáng)，嚴(yán)成，宋革新，曹秋梅，陳軍紀(jì)，姚艷麗

(1.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所干旱區(qū)生物地理與生物資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011;2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049;3.新疆克拉瑪依市農(nóng)林牧業(yè)局，新疆 克拉瑪依 834000;4.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830052)

植樹造林是IPCC(聯(lián)合國政府氣候變化專門委員會(huì))承認(rèn)的人為活動(dòng)之一，可以用來抵消溫室氣體減排指標(biāo)［1］。造林除具有經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益外，還可以改良土壤、增加碳儲(chǔ)量、降低大氣CO2濃度。水分運(yùn)動(dòng)作為土壤—植物—大氣系統(tǒng)的一部分，在植物蒸騰、土壤蒸發(fā)中具有重要的地位［2］，而樹種蒸騰耗水特性、林地水量平衡等問題一直是國內(nèi)外生態(tài)學(xué)家、林學(xué)家和水分生理學(xué)家研究的焦點(diǎn)［3～5］。在中國西北荒漠化地區(qū)，水資源缺乏，環(huán)境條件惡劣，抗旱樹種的選擇成為造林成敗的關(guān)鍵因素之一。

梭梭 (Haloxylon ammodendron)屬黎科 (Chenopodiaceae)超旱生小喬木，呈高大灌木狀，為國家漸危三級(jí)保護(hù)植物，在中國新疆、甘肅西部、內(nèi)蒙古均有分布［6］。由于其分枝多、耐瘠薄、抗旱性極強(qiáng)，是干旱荒漠區(qū)的優(yōu)良固沙植物［7］，也是干旱區(qū)固沙造林面積最大的樹種。目前其造林方式主要有覆膜集水造林［8～9］、地膜微集水造林［10］、截干造林及混交造林［11～13］等。

本研究通過工程措施，利用徑流匯集，使自然降水在土壤中進(jìn)行再分配，充分實(shí)現(xiàn)降水的有效化，提高降水資源的循環(huán)與轉(zhuǎn)化，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行梭梭造林，并且對(duì)底水灌溉、種植穴方式及保水劑技術(shù)措施進(jìn)行探討，為梭梭免灌造林提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

新疆克拉瑪依市地處準(zhǔn)噶爾盆地西北邊緣，屬于典型的大陸性干旱氣候，年降水量為111 mm，蒸發(fā)量是同期降水量的27.4倍，年平均大風(fēng)日數(shù)高達(dá)70天以上，全年主風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，風(fēng)積雪現(xiàn)象明顯。研究區(qū)域位于克拉瑪依市石化園區(qū)，土壤類型屬于粘土，主要物種包括梭梭、無葉假木賊(Anabasis aphylla)、檉柳 (Tamarix chinensis)、白刺 (Nitraria tangutorum)等。

1.2 供試植物

研究區(qū)域選擇抗旱性強(qiáng)的樹種梭梭，2012年7月中旬進(jìn)行梭梭營養(yǎng)缽育苗，2012年10月梭梭苗木種植規(guī)格為，高度15±1.3 cm，枝長10±1.16 cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)置

本研究試驗(yàn)布置如表1所示。各處理種植穴全部換沙。2012年9月進(jìn)行地形整治，整地方式分為2種，分別為工程集水溝和雙坡面集水溝。(1)工程集水溝 (圖1)溝長25 m，溝底寬3 m，溝深1 m，溝距5 m，溝內(nèi)株行距1 m×2 m。(2)雙坡面集水溝 (圖2)溝長25 m，按5 m間距開溝，溝深60 cm，溝內(nèi)2 m間距打一條25 cm高的擋水橫埂，株行距1 m×5 m。工程集水溝試驗(yàn)包括底水灌溉量試驗(yàn)、保水劑試驗(yàn)和種植穴規(guī)格試驗(yàn)，雙坡面集水溝試驗(yàn)則只有底水灌溉量試驗(yàn)。研究區(qū)域所有試驗(yàn)植物種植時(shí)均灌溉30 L/株，并且工程集水溝底水灌溉量試驗(yàn)、保水劑試驗(yàn)和雙坡面底水灌溉量試驗(yàn)種植穴規(guī)格均為半徑25 cm、深度80 cm。工程集水溝和雙坡面集水溝灌溉量試驗(yàn)包括0 L、30 L、60 L、90 L 4種梯度補(bǔ)水造林試驗(yàn)，工程集水溝保水劑不同用量試驗(yàn)包括0 g/株、30 g/株、60 g/株3種梯度造林試驗(yàn)，工程集水溝種植穴規(guī)格試驗(yàn)包括處理1(半徑25 cm、深度為60 cm的種植穴)、處理2(半徑25 cm、深度為80 cm的種植穴)、處理3(溝寬50 cm、溝深60 cm的條溝)等3種方式造林試驗(yàn)。研究區(qū)域內(nèi)工程集水溝所有試驗(yàn)每個(gè)梯度均重復(fù)3次，每次重復(fù)種植植物50株，雙坡面集水溝試驗(yàn)每個(gè)梯度均重復(fù)3次，每次重復(fù)種植植物25株。

表1 試驗(yàn)布置表Tab.1 The arrangement of experiment

圖1 工程集水溝示意圖Fig.1 Engineering sketch of gully

圖2 雙坡面集水溝示意圖Fig.2 Schematic diagram of double sloping gullies

對(duì)工程集水溝進(jìn)行換沙和不換沙試驗(yàn)，種植穴規(guī)格為半徑25 cm、深度80 cm，苗木種植時(shí)每株灌溉水量為30 L，重復(fù)3次，每次重復(fù)50株。

1.4 測定項(xiàng)目

測量植株性狀包括植株高度、冠幅、基徑、枝長和枝徑，測量工具為直尺和游標(biāo)卡尺，測量時(shí)間在2014年9月中旬。梭梭林木地上生物量根據(jù)李鐵剛等［14］回歸模型，選擇標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行方程擬合，計(jì)算梭梭林木地上生物量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 15.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan’s法多重比較，用字母標(biāo)記法進(jìn)行標(biāo)記 (相同字母差異不顯著，不同字母差異顯著)，顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉量及整地方式下梭梭生長及成活率分析

由表2可知，工程集水溝梭梭生物量、枝長和枝徑均隨著底水灌溉量的增加呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)。

表2 兩種工程措施下灌溉量對(duì)梭梭生長和成活率的影響Tab.2 Effects of irrigation amount on growth and survival rate of H.ammodendron(C.A.Mey.)Bunge under two engineering measures

方差分析表明，就梭梭生物量而言，底水灌溉量60 L、90 L之間未達(dá)到顯著差異，但均與0 L、30 L差異顯著，梭梭枝長灌水量為90 L時(shí)與0 L、30 L差異顯著，但與60 L差異不顯著，并且0 L、30 L、60 L兩兩之間差異不顯著，梭梭枝徑4個(gè)處理兩兩之間均未達(dá)到差異顯著水平，0 L、30 L、60 L、90 L梭梭成活率分別為83.85%、86.67%、91.47%、86.47%。雙坡面集水溝梭梭生物量、枝長呈先增大后減小趨勢(shì)，均在灌水量為60 L時(shí)達(dá)到最大值，分別為5.27 kg/株和75.31 cm，最小值均出現(xiàn)在灌溉量為0 L時(shí)，分別為4.37 kg/株和68.7 cm。方差分析表明，梭梭生物量60 L分別和0 L、30 L差異顯著，但與90 L差異不顯著，梭梭枝長60 L與0 L差異顯著，其他處理之間差異不顯著，梭梭枝徑各處理之間差異均不顯著，雙坡面集水溝灌溉量為0 L時(shí)成活率高達(dá)97.2%，60 L時(shí)成活率為91.55%，為90 L時(shí)最小，88.95%。工程集水溝與雙坡面集水溝兩種不同整地方式，從梭梭生物量、枝長、枝徑可以看出，工程集水溝方式優(yōu)于雙坡面集水溝，并且均達(dá)到極顯著水平，兩種整地方式梭梭成活率均在85%以上。綜上所述，梭梭造林進(jìn)行底水灌溉最優(yōu)灌溉量均為60 L，兩種整地方式就成活率而言均可用于粘土地梭梭造林，但工程集水溝優(yōu)于雙坡面集水溝。

2.2 不同保水劑劑量下梭梭生長及成活率分析

不同保水劑劑量對(duì)梭梭生長和成活率的影響見表3。種植穴施加保水劑后梭梭生長受到顯著抑制，就地上生物量而言，與CK相比，施加30 g、60 g保水劑梭梭地上生物量分別降低22.88%和28.38%。方差分析表明，施用30 g保水劑和60 g保水劑之間地上生物量差異不顯著，但均與CK相比差異顯著，并且施用60 g保水劑與CK相比差異極顯著。一級(jí)枝長長度隨著保水劑量的增加呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，3種處理之間差異均達(dá)到顯著水平，而一級(jí)枝徑雖與生物量、枝長趨勢(shì)相同，但各處理之間差異不顯著。種植穴施用0 g、30 g、60 g保水劑梭梭成活率分別為86.5%、82.86%和79.4%。綜上所述，從梭梭生物量、枝長、枝徑和成活率可以看出保水劑的添加對(duì)梭梭生長及成活表現(xiàn)為抑制作用。

表3 不同保水劑用量對(duì)梭梭生長和成活率的影響Tab.3 The effect of different water retaining agent on growth and survival rate of H.ammodendron(C.A.Mey.)Bunge

2.3 不同開穴方式下梭梭生長及成活率影響

不同處理方式對(duì)梭梭生物量、枝長、枝徑、成活率的影響如表4所示。由表4可知，梭梭生物量、枝徑處理2最大，達(dá)到3.12 kg/株、0.71 cm，處理3最小，梭梭生物量為2.55 kg/株，最小枝徑為0.535 cm。方差分析表明，梭梭生物量和枝徑處理1和處理2差異不顯著，但均與處理3差異顯著，梭梭枝長不同處理間差異均不顯著。處理1、處理2、處理3梭梭成活率均在90%以上，分別為92.57%、91.43%和93.94%。由此可知定植穴種植 (處理1、處理2)優(yōu)于開溝種植 (處理3)，但在定植穴半徑相同的情況下，換沙深度不是限制梭梭生長的主要因素。

表4 不同開穴方式對(duì)梭梭生長及成活率的影響Tab.4 Different ways of open hole impact on survival rate and growth of H.ammodendron(C.A.Mey.)Bunge

2.4 不同種植基質(zhì)梭梭生長及成活率分析

由表5可知，定植穴進(jìn)行換沙后梭梭長勢(shì)優(yōu)于粘土，生物量、枝長、枝徑分別是粘土的2.7倍、1.8倍和2.27倍，就成活率而言，沙土和粘土沒有差別。由此可知，在粘土地進(jìn)行梭梭造林，種植穴換沙是必要措施之一。

表5 不同基質(zhì)對(duì)梭梭生長及成活率的影響Tab.5 Effect of different substrates on growth and survival rate of H.ammodendron(C.A.Mey.)Bunge

3 結(jié)論與討論

(1)工程集水溝與定植穴換沙對(duì)粘土地梭梭造林影響顯著。梭梭是干旱、半干旱區(qū)造林的主要樹種之一，生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)，可以在沙土、粘土、礫石土、龜裂土等土壤中生存，不同環(huán)境使其發(fā)育過程受到影響而發(fā)生形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化方面的變化［15］。本研究在工程集水溝措施下粘土地上定植穴換沙造林，梭梭生物量、枝長、枝徑均優(yōu)于工程集水溝措施下原狀土回填，這可能是粘土和沙土持水性能存在差異，可被梭梭利用的水分受到影響所致。

(2)不同整地方式間梭梭造林效果存在差異，工程集水溝和雙坡面集水溝在底水灌溉量60 L時(shí)效果最優(yōu)。整地方式的不同對(duì)自然降水在土壤中再分配影響程度存在差異，本研究工程集水溝梭梭造林優(yōu)于雙坡面集水溝造林，這主要是因?yàn)楣こ碳疁系募?、積雪效果與雙坡面存在差異，雙坡面坡度較小，坡面較長，在克拉瑪依這種年降水量不足120 mm的區(qū)域，會(huì)導(dǎo)致坡面上一部分自然降水下滲，在降雨量較少時(shí)難以產(chǎn)生徑流，而冬季積雪厚度或積雪量較為平均，雪融期較短，致使雙坡面集水溝梭梭造林效果低于工程集水溝。春季是梭梭生長季節(jié)之一，對(duì)梭梭進(jìn)行底水灌溉，對(duì)梭梭生長起到一定的促進(jìn)作用，本研究工程集水溝和雙坡面集水溝均表現(xiàn)為在灌溉量為60 L時(shí)效果最優(yōu)，灌溉量為0L效果最差，說明水量的控制對(duì)梭梭造林具有重要的作用，水量過多時(shí)，梭梭根系土壤含水量過大，會(huì)阻礙根系呼吸，抑制梭梭生長。

(3)工程集水溝開挖定植穴和開溝進(jìn)行梭梭造林效果差異顯著，保水劑的添加抑制梭梭生長。本研究結(jié)果表明，梭梭種植開挖定植穴優(yōu)于開溝，可以解釋為進(jìn)行初次灌溉時(shí)開溝水分分布較為平均，每棵梭梭根系范圍實(shí)際獲水量低于定植穴開挖，并且粘土不易下滲，易產(chǎn)生徑流，在工程措施下梭梭根系周圍自然降水聚集量定植穴種植優(yōu)于開溝。保水劑在干旱、半干旱地區(qū)造林應(yīng)用日益廣泛，本研究保水劑的添加對(duì)梭梭生長產(chǎn)生抑制作用，這一結(jié)果與前人研究結(jié)果相反［16～18］，可能是因?yàn)檠芯繀^(qū)域自然降水稀少，梭梭定植穴換沙后，保水性能降低。梭梭屬于抗旱性強(qiáng)的植物物種，并且梭梭側(cè)根主要分布在土層40 cm以下，保水劑添加改變了水分在土壤中的分布，使集水量主要集中在土壤表層，加上研究區(qū)域蒸發(fā)量較大，致使梭梭根系無法吸收足量的水分，導(dǎo)致梭梭生長和成活率低下，具體原因還有待進(jìn)一步研究和探討。

(4)在干旱地區(qū)進(jìn)行粘土地梭梭造林，地形改造后梭梭平均成活率達(dá)到89.4%。通過對(duì)不同整地方式、種植基質(zhì)、保水劑用量、開穴方式研究可以看出，在粘土地進(jìn)行梭梭造林最優(yōu)措施為進(jìn)行工程集水溝地形整治，開挖半徑為25 cm、深度為60 cm的定植穴，并進(jìn)行定植穴土壤改良，溝內(nèi)2 m間距打1條25 cm高的橫埂，進(jìn)行底水灌溉，灌溉量為60 L/株。

［1］史軍，劉紀(jì)遠(yuǎn)，高志強(qiáng)，等.造林對(duì)陸地碳匯影響的研究進(jìn)展［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2004，23(2):58-67.

［2］蘇建平，康博文.我國樹木蒸騰耗水研究進(jìn)展［J］.水土保持研究，2004，11(2):177-180.

［3］周海光，劉廣全，焦醒，等.黃土高原水蝕風(fēng)蝕復(fù)合區(qū)幾種樹木蒸騰耗水特性［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28(9):4568-4574.

［4］郭孟霞，畢華興，劉鑫，等.樹木蒸騰耗水研究進(jìn)展［J］.中國水土保持科學(xué)，2006，4(4):114-120.

［5］孔俊杰，賈黎明，李廣德，等.影響樹木蒸騰耗水的外部因子研究進(jìn)展［J］.世界林業(yè)研究，2007，20(1):16-21.

［6］郭泉水，譚德遠(yuǎn)，劉玉軍，等.梭梭對(duì)干旱的適應(yīng)及抗旱機(jī)理研究進(jìn)展［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2004，17(6):796-803.

［7］常學(xué)向，趙文智，張智慧，等.荒漠區(qū)固沙植物梭梭耗水特征［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27(5):1826-1837.

［8］王迎，趙萍，侯立群，等.山地漏斗狀——覆膜集水造林試驗(yàn)初報(bào)［J］.山東林業(yè)科技，2007(2):59-61.

［9］包興華，方亮.沙地云杉座水覆膜造林試驗(yàn)［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，28(4):102-105.

［10］蔣中波，徐福利，楊榮慧，等.黃土高原坡地棗樹地膜微集水造林效果研究［J］.西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，24(3):98-101.

［11］付金賢，何貴平，華朝輝，等.南酸棗截干造林對(duì)其生長的效應(yīng)研究［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2007(16):6-7.

［12］陳學(xué)武.陵川縣混交造林模式初探［J］.山西林業(yè)，2013(2):26-27.

［13］何得良，馬明放.半干旱地區(qū)鄉(xiāng)土樹種造林方式試驗(yàn)［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2008(8):14-18.

［14］李鐵剛，張密柱，皺受益，等.梭梭林生物量研究［J］.內(nèi)蒙古林學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1995(2):35-43.

［15］賈志清，盧琦，郭保貴，等.沙生植物——梭梭研究進(jìn)展［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2004，17(1):125-132.

［16］武繼承，管秀娟，楊永輝.地面覆蓋和保水劑對(duì)冬小麥生長和降水利用的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22(1):86-92.

［17］李興，蔣進(jìn)，宋春武.保水劑對(duì)梭梭幼苗生長及根系形態(tài)的影響［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2012，21(6):51-56.

［18］毛思帥，薛緒掌，曾昭海.保水劑和負(fù)壓供水對(duì)玉米生理生長及水分利用效率的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27(7):82-88.