民勤荒漠綠洲過渡帶退化梭梭滴灌恢復(fù)試驗研究

郭樹江，方峨天，楊自輝，王強強，王多澤，張劍揮

(甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，甘肅省治沙研究所，甘肅 蘭州 730070)

梭梭(Haloxylon ammodendron Bge.)，又稱梭梭柴或黑梭梭，是生長于沙漠地區(qū)的建群植物種，梭梭耐干旱、耐風(fēng)蝕、耐高溫、耐嚴寒、耐瘠薄，是一種優(yōu)良固沙造林樹種，分布于固定、半固定沙地上［1］。

隨著民勤綠洲開墾種植，地下水的超采，水資源的過度利用，從20 世紀70年代開始，民勤綠洲營造的人工梭梭林生長狀況惡化并且因缺水不斷衰敗。為了維護民勤綠洲的生態(tài)穩(wěn)定，保護綠洲，有必要研究退化梭梭的恢復(fù)技術(shù)。近年來，采用人工灌溉、模擬降雨、雨水集流等措施開展退化梭梭林恢復(fù)技術(shù)研究報道較多［2－4］，但由于區(qū)域水資源缺乏，立地條件復(fù)雜多變，對水資源的浪費較為嚴重。本研究引用滴灌技術(shù)，對退化梭梭進行恢復(fù)試驗研究，為退化梭梭林的恢復(fù)和水資源的合理利用提供技術(shù)支撐［5－8］。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處石羊河流域下游民勤綠洲邊緣，位于巴丹吉林沙漠東南緣的沙井子荒漠綠洲過渡帶上，地理位置為 102°56'E、38°36'N，海拔 1 378 m，東、西、北三面被巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠包圍，風(fēng)沙危害是當(dāng)?shù)刂饕淖匀粸?zāi)害之一，其自然條件基本代表了民勤沙區(qū)的一般特點，該區(qū)域?qū)儆诘湫偷拇箨懶曰哪畾夂颍涮攸c為:氣候干燥、降水稀少、蒸發(fā)強烈、風(fēng)大沙多、氣候環(huán)境十分惡劣;根據(jù)甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站近50年(1961—2013年)觀測的氣象資料，當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶜鉁?.6℃，年均日較差15.2 ℃;≥10 ℃積溫為3 036.4 ℃，無霜期176 d;多年平均降水量為115.41 mm，主要集中在每年的 7—9月，占年均總降水量的60%以上;多年平均水面蒸發(fā)量為2 664 mm，主導(dǎo)風(fēng)向為西北風(fēng)，年平均風(fēng)速2.5 m·s－1，年平均大風(fēng)日數(shù)25.1 d，年平均沙塵暴日數(shù)25.6 d，年≥8 級大風(fēng)日數(shù)為27.8 d;研究區(qū)地下水位在15 m以下，沙旱生灌木的生長和存活完全依靠大氣降水，土壤主要是風(fēng)沙土。綠洲邊緣區(qū)植被主要以天然沙拐棗群落、唐古特白刺(Nitraria tangutorum)灌叢、人工梭梭林為主。地貌類型主要以流動沙丘、半固定沙丘、丘間低地為主。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查方法

選擇嚴重退化的梭梭林為研究對象，利用滴灌系統(tǒng)對梭梭進行灌溉恢復(fù)試驗，設(shè)置滴灌區(qū)和雨養(yǎng)區(qū)各 0.67hm2，2 塊試驗區(qū)梭梭均為 20 世紀 80 代年營造，且相距較近。在滴灌區(qū)鋪設(shè)帶狀滴灌帶，在每株梭梭下安裝滴頭進行灌溉，試驗區(qū)內(nèi)選擇樣株30株，并設(shè)置9 個土壤水分觀測點，同時進行植被、土壤水分調(diào)查。

2.2 觀測方法

土壤含水率(%)采用烘干法測定。在各采樣點利用取土鉆從10 cm 開始，每隔20 cm 采集土壤，采集深度1.5 m。采樣帶回實驗室烘干、稱質(zhì)量，計算土壤含水率。

梭梭滴灌灌水量為每次灌溉48 h，2013—2014年每年灌溉3 次，每次每株梭梭平均灌溉量為57.6 L。梭梭植被調(diào)查采用樣株法調(diào)查，于2014年8月進行株高、生長量、冠幅、土壤含水量的測定。

2.3 統(tǒng)計方法

利用Excel 軟件對野外調(diào)查各樣方的數(shù)據(jù)進行分析和統(tǒng)計，計算土壤含水率、植被覆蓋度。采用SPSS 18.0 軟件對梭梭滴灌區(qū)土壤含水率、植被調(diào)查指標(biāo)、灌水量進行方差分析和相關(guān)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 滴灌區(qū)梭梭土壤水分變化規(guī)律

梭梭林滴灌灌溉1 個月后的觀測結(jié)果(圖1)表明，土壤水分含量有明顯的變化，滴灌區(qū)土壤含水率表層較小，隨著深度的增加而增大，50 cm 土壤含水率最大，而后逐漸減小，130 cm 深度與雨養(yǎng)區(qū)土壤水分基本吻合;而雨養(yǎng)區(qū)則表現(xiàn)為土壤表層含水率較大，隨著深度的增加逐漸減小，在50 cm 的深度，基本保持平穩(wěn)。因觀測前幾日，降水量較大，表現(xiàn)為雨養(yǎng)區(qū)表層含水率大于滴灌區(qū)，這與梭梭冠幅、蓋度有密切關(guān)系。

圖1 梭梭滴灌恢復(fù)區(qū)與雨養(yǎng)區(qū)土壤水分變化

3.2 灌溉對梭梭新枝長、冠幅生長的影響

圖2 滴灌恢復(fù)區(qū)梭梭生長量變化情況

由圖2 可見，滴灌區(qū)梭梭新梢最大生長量平均值31.65 cm，較雨養(yǎng)區(qū)大11.45 cm，而平均生長量滴灌區(qū)為18.2 cm，雨養(yǎng)區(qū)為13.7 cm。梭梭單株蓋度滴灌區(qū)為51.7%，而對照區(qū)為23.3%。通過方差分析，結(jié)果顯示滴灌恢復(fù)區(qū)梭梭生長量與雨養(yǎng)區(qū)差異極顯著(P ＜0.01)，因此滴灌恢復(fù)退化梭梭效果明顯。

3.3 土壤水分與梭梭新梢生長量關(guān)的關(guān)系

通過對滴灌區(qū)和雨養(yǎng)區(qū)梭梭林土壤含水量和新梢當(dāng)年最大生長量的調(diào)查，利用相關(guān)分析進行統(tǒng)計分析，結(jié)果(表1)表明:梭梭灌溉區(qū)土壤0 ～150 cm土壤平均含水量與當(dāng)年新梢最大生長量相關(guān)性顯著(R2=0.987)，而雨養(yǎng)區(qū)土壤平均含水量與當(dāng)年新梢最大生長量相關(guān)性較低(R2=0.275)，說明滴灌灌溉對退化梭梭恢復(fù)效果顯著。

表1 土壤平均含水量與梭梭新梢生長量的變化

4 結(jié)論與討論

4.1 梭梭新梢生長量隨植株耗水量的增大而增加，研究表滴灌恢復(fù)技術(shù)對梭梭的恢復(fù)效果明顯。在每年灌溉3 次，每株梭梭每次平均灌水量57.6 L 的條件下，可使滴灌區(qū)50 cm 深的土壤水分保持在12%左右，梭梭最大新梢生長量可增加11.45 cm。

4.2 通過對梭梭滴灌區(qū)和雨養(yǎng)區(qū)土壤水分與新梢最大生長量進行相關(guān)分析，土壤水分變化與新梢生長量關(guān)系密切，滴灌區(qū)含水量大，對當(dāng)年新梢的生長影響較大，而雨養(yǎng)區(qū)土壤含水量與新梢生長量相關(guān)性較小。

4.3 梭梭屬多年生植物，其耗水量與生長量會隨齡級不同而有所變化，齡級對梭梭耗水規(guī)律的影響還有待于進一步試驗研究。

4.4 梭梭退化恢復(fù)技術(shù)是生態(tài)環(huán)境治理中比較關(guān)注的問題，特別是在水資源缺乏地區(qū)的干旱荒漠區(qū)，大面積的退化梭梭林，對生態(tài)環(huán)境影響較大。利用滴灌技術(shù)，研究在定額的灌溉條件下，研究梭梭的退化梭梭的恢復(fù)狀況，確定恢復(fù)的適宜灌水量，對荒漠區(qū)退化梭梭的恢復(fù)及水資源的合理利用具有重要意義。本研究每次的灌水量一致，不能確定恢復(fù)效果最佳的適宜的灌水量，此問題需要進一步研究。

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