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2015-12-17 06:31:42邢海福邢存旺馬增旺趙廣智

河北林業(yè)科技訂閱 2015年3期 收藏

關(guān)鍵詞：紫穗槐黃羊檸條

邢海福，邢存旺，馬增旺，趙廣智

（1.康?？h林業(yè)局，河北康保 076650；2.河北省林業(yè)科學(xué)研究院，河北石家莊 050061）

黃羊?yàn)┤斯す躺沉肿匀桓碌难芯?/p>

邢海福1，邢存旺2，馬增旺2，趙廣智2

（1.康?？h林業(yè)局，河北康保 076650；2.河北省林業(yè)科學(xué)研究院，河北石家莊 050061）

自然更新是評(píng)價(jià)人工防風(fēng)固沙林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素之一，研究更新情況對(duì)促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性及充分發(fā)揮其生態(tài)功能具有重要作用。該研究立足于黃羊?yàn)┤斯す躺沉?2個(gè)典型林分類型，對(duì)13個(gè)樹種（草種）的林下自然更新情況進(jìn)行調(diào)查，對(duì)不同樹種的更新對(duì)策與更新障礙進(jìn)行研究。結(jié)果表明：沙棗、檸條、紫穗槐、黃柳、沙地柏等5個(gè)灌木樹種能夠通過無(wú)性繁殖實(shí)現(xiàn)自然更新；白榆、差巴嘎蒿和沙打旺可通過有性繁殖實(shí)現(xiàn)自然更新；新疆楊、小美旱楊、小葉楊、刺槐、山杏、樟子松和側(cè)柏等7個(gè)樹種不能進(jìn)行自然更新。綜合分析，養(yǎng)分貧瘠、干旱、高溫、凍害以及這些因子的多重作用是本區(qū)限制植物自然更新的主要因子。黃柳林、沙棗林、檸條林、沙地柏林、沙地柏×紫穗槐以及差巴嘎蒿人工草地等通過自然更新能夠維持現(xiàn)有植被結(jié)構(gòu)。

人工固沙林；固沙樹種；自然更新；黃羊?yàn)?/p>

植物自然更新是指植物的開花和結(jié)實(shí)、種子擴(kuò)散和萌發(fā)、幼苗建成和生長(zhǎng)、植物種繁殖等多方面的生態(tài)過程，它影響著群落的物種組成、結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化，是種群得以增殖、擴(kuò)散、延續(xù)和維持群落穩(wěn)定的一個(gè)重要生態(tài)過程。自然更新可通過有性繁殖和無(wú)性繁殖2種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，采取何種更新對(duì)策主要是由物種的遺傳特性和適應(yīng)外界環(huán)境壓力（生境和干擾機(jī)制）決定的。黃羊?yàn)┥车厥俏挥谟蓝ê由嫌窝蠛恿饔騼?nèi)一特大沙灘，總面積10200hm2，為河北省五大沙灘之首，研究其固沙植被自然更新情況，對(duì)促進(jìn)種群的自然更新過程進(jìn)展順利，保證種群的持續(xù)生存、繁衍及維持群落的組成與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定具有重要意義，使人工固沙林朝著穩(wěn)定的方向發(fā)展，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)黃羊?yàn)┑貐^(qū)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，從而為環(huán)京津風(fēng)沙源南部區(qū)植被恢復(fù)和重建提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 研究地區(qū)自然概況與指標(biāo)測(cè)定

1.1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)設(shè)在河北省張家口市宣化縣境內(nèi)的黃羊?yàn)?。地理坐?biāo)為東經(jīng)115°2′34″～115°12′30″，北緯40°25′12″～40° 32′6″，海拔高度580～1708.9m，屬華北到蒙新區(qū)的過渡氣候類型，大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期，光照充足，四季分明。年均氣溫7.6℃，無(wú)霜期130d，年平均降雨量361mm。災(zāi)害性天氣主要有干旱、沙塵暴、凍害、干熱風(fēng)等。土壤主要包括風(fēng)沙土、褐土和栗鈣土三大類，風(fēng)沙土分布最為廣泛，境內(nèi)總面積的70%由固定、半固定沙地和流動(dòng)沙丘組成。在河北省的植被區(qū)劃系統(tǒng)中，隸屬于典型溫帶落葉闊葉林地帶-冀西北間山盆地灌木草原區(qū)-洋河、桑干河盆地荊條、克氏針茅、白羊草灌木草原片。據(jù)初步考察，種子植物占植物總數(shù)的96.7%，在區(qū)內(nèi)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。最具特點(diǎn)的植被為旱生灌叢草原，固沙植物資源占到1/3強(qiáng)，其中線葉菊（Filifolium sibiricum）、白草（Pennisetum centrasiaticum）、胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz）、蒙古巖黃耆（Hedysarum mongolium Turcz）、東北木蓼（Atrophaxis manshurica）分別是半固定沙地和流動(dòng)沙地上的建群種和優(yōu)勢(shì)種。它們大多數(shù)具有特殊的旱生、超旱生結(jié)構(gòu)與生理生態(tài)特征，分別具有優(yōu)良的固沙、抗旱、抗風(fēng)蝕沙埋的性能，是優(yōu)良的固沙植物資源。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)地基本情況與更新指標(biāo)調(diào)查

針對(duì)黃羊?yàn)┑貐^(qū)歷年來(lái)防沙治沙工程所建立的人工固沙植被，在充分踏查的基礎(chǔ)上，按照樹種、年齡和不同配置模式選擇典型類型，在具有代表性的地段共設(shè)立22塊大小為20m×30m的標(biāo)準(zhǔn)地。標(biāo)準(zhǔn)地基本概況見表1。

1.3 更新指標(biāo)調(diào)查

在樣地內(nèi)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)各樹種（草種）自然更新的繁殖方式、年齡、株數(shù)和生長(zhǎng)情況，其中繁殖方式包括有性繁殖、無(wú)性繁殖（根蘗和干基萌生），并分析各樹種種子未萌發(fā)和幼苗死亡的原因。更新數(shù)量，統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)全部萌生幼樹與種子繁殖的2a生以上幼樹。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹種更新障礙與更新對(duì)策分析

新疆楊、小美旱楊與小葉楊在高生長(zhǎng)減緩后都出現(xiàn)了萌蘗現(xiàn)象，其萌蘗本身就是生長(zhǎng)衰退的表現(xiàn)。新疆楊、小美旱楊只有樹干基部萌生，小葉楊以基部萌生為主伴有少量林地萌蘗苗。從主干與基部萌蘗后長(zhǎng)勢(shì)弱，枯梢率90%以上。萌生苗絕大多數(shù)不發(fā)育，只有極少量個(gè)體能發(fā)育成大徑級(jí)植株。

刺槐在黃羊?yàn)┙Y(jié)實(shí)量小，種子落地后不萌發(fā)。在1號(hào)樣地與小葉楊帶狀混交，結(jié)實(shí)量非常小，種子不飽滿，原因是空氣濕度小、風(fēng)大等因素導(dǎo)致不能正常開花。種子落地后混入干沙層，不能萌發(fā)。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地概況

白榆是黃羊?yàn)┝謭?chǎng)能夠通過種子自然更新的唯一喬木樹種。白榆造林后第11a開始結(jié)實(shí)，種子飽滿，結(jié)實(shí)量與周邊非困難立地相當(dāng)。能萌發(fā)成苗的微環(huán)境一般是局部背風(fēng)低凹地或樹叢背風(fēng)緣。雖然自然更新的幼苗絕大多數(shù)都不能成功越冬，但隨著林齡的增加結(jié)實(shí)量相應(yīng)增加，有望成為第一個(gè)完成自然更新的樹種。因此，如何促進(jìn)自然更新，是白榆防風(fēng)固沙林研究工作的重點(diǎn)。

樟子松和側(cè)柏在黃羊?yàn)┝謭?chǎng)能夠結(jié)實(shí)，結(jié)實(shí)量大且種子飽滿。這2個(gè)樹種更新障礙的共同原因是種子不萌發(fā)。原因是由于土壤干旱脅迫，尤其是在春季。在水分條件相對(duì)充足的季節(jié)（6～8月份），由于溫度高、蒸發(fā)量大，干沙層發(fā)展快，也不適宜種子萌發(fā)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，即使在雨后，沙地表層（0～5cm）土壤水分含量在3d內(nèi)降至2.0%以下，也不具備種子萌發(fā)條件。

沙棗、檸條和紫穗槐等3個(gè)灌木樹種在黃羊?yàn)┠芙Y(jié)實(shí)，且種子飽滿，但天然下種不能萌發(fā)，仍以無(wú)性繁殖為更新方式。沙棗結(jié)實(shí)量較原產(chǎn)地少，可能與≥10℃積溫低有關(guān)。檸條、紫穗槐的結(jié)實(shí)量與周邊非困難立地?zé)o顯著差異。沙棗和檸條以干基萌生和根蘗萌生2種方式實(shí)現(xiàn)無(wú)性繁殖，紫穗槐只從干基一個(gè)部位萌生。用上述3樹種種子在室內(nèi)做發(fā)芽試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)種子的發(fā)芽勢(shì)與原產(chǎn)地及周邊非困難立地相當(dāng)，說(shuō)明種子無(wú)法更新是由風(fēng)蝕沙地的環(huán)境條件所致。

黃柳與沙地柏在黃羊?yàn)┠軌蝽樌M(jìn)行無(wú)性繁殖。黃柳以干基萌生為主，偶見根蘗萌生苗。沙地柏不結(jié)實(shí)，可能與年齡較小有關(guān)，隨樹齡增加能否結(jié)實(shí)有待于進(jìn)一步觀測(cè)。沙地柏以干萌生、干基萌生、匍匐生長(zhǎng)與壓條萌生等多種方式相結(jié)合不斷擴(kuò)大地面覆蓋度。沙地柏的抽枝生根力強(qiáng)，沙埋后即可萌發(fā)不定根擴(kuò)大灌叢。其易生根的原因是枝條上有易形成不定根的根原基，當(dāng)適應(yīng)沙埋后，不定根由休眠狀態(tài)激發(fā)而恢復(fù)分化能力形成不定根。

差巴嘎蒿和沙打旺在黃羊?yàn)┝謭?chǎng)能夠通過種子散播方式順利實(shí)現(xiàn)天然更新。差巴嘎蒿更新幼苗主要出現(xiàn)在草地退化后斑塊狀裸沙上或流動(dòng)沙丘邊緣。差巴嘎蒿是流動(dòng)、半流動(dòng)沙丘的建群種，是先鋒植物，最適宜的生境為水分條件較好、有風(fēng)蝕與沙埋的半流動(dòng)和半固定沙地。差巴嘎蒿種子小，隨風(fēng)散播能力強(qiáng)，母株產(chǎn)種量大，適宜的生長(zhǎng)環(huán)境是其種子落地后能否成苗的關(guān)鍵。沙打旺種子小，頂土力和幼苗生活力弱，土壤疏松并具有足夠的水分是種子萌發(fā)的必要條件，萌發(fā)出土、真葉出現(xiàn)以前，如遇高溫與卡脖旱將造成幼芽灼傷而大量死亡。沙打旺天然更新幼苗主要出現(xiàn)在固定或半固定沙地，幼苗生長(zhǎng)緩慢競(jìng)爭(zhēng)力差，在2～3片真葉時(shí)要發(fā)根蹲苗，易受多年生禾本科牧草協(xié)迫死亡。因此沙打旺天然更新的主要限制因子是干旱與高溫。不同林分自然更新調(diào)查結(jié)果如表2。

3.2 不同林分自然更新數(shù)量與質(zhì)量對(duì)比

由于林分結(jié)構(gòu)配置和固沙植物更新對(duì)策的不同，人工固沙林的自然更新能力表現(xiàn)出了各自不同特點(diǎn)，不同林分單位面積自然更新數(shù)量，表明了人工固沙林自然更新能力方面的差異（見圖1）。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查，13a生白榆林更新幼樹數(shù)量為91.7株/hm2，主要分布于枯落物累積明顯且林冠遮蔭效果好的微環(huán)境中。幼苗多呈斑狀分布，當(dāng)年高生長(zhǎng)5～12cm，只有極少數(shù)木質(zhì)化程度高的能越冬成活。種子成熟后被風(fēng)大量帶走，增加地表粗糙度使種子能與土壤充分混合，是人工促進(jìn)自然更新的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

圖1 人工林自然更新植株數(shù)量統(tǒng)計(jì)

黃柳林地，扦插造林后第3年大量出現(xiàn)萌生苗。萌生苗生長(zhǎng)健壯，簇叢狀分布。叢株數(shù)最大值為79株/叢，最小值11株/叢，平均值37.25株/叢。

沙棗林內(nèi)第3年出現(xiàn)萌生苗，第5年出現(xiàn)根蘗苗。根蘗苗平均數(shù)量為0.3株/m2，零星分布于行間。萌生苗平均叢株數(shù)為14.8株/叢。

檸條造林后第3年出現(xiàn)干基萌生苗，偶見根蘗苗。5a生檸條林地，叢株數(shù)一般17～24株/叢，平均值為20.5株/叢。26a生檸條林地，55～72株/叢，平均值為63.6株/叢。檸條與差巴嘎蒿混播，林地未見根蘗苗，原因是混播林地地力條件較好，多年生雜草繁殖量大，檸條根系水平發(fā)展受到一定程度抑制。對(duì)比分析5a生與26a生2塊檸條林分，造林初植密度與年齡差異很大，但單位面積萌生苗數(shù)量非常接近，分別為12.98株/m2和13.04株/m2，這里是否存在密度效應(yīng)問題，有待于進(jìn)一步調(diào)查研究。

表2 不同林分自然更新情況

紫穗槐萌生叢株數(shù)一般為1～17株/叢，平均值為7.1株/叢。在黃羊?yàn)┝謭?chǎng)利用紫穗槐分別與樟子松、沙地柏混交營(yíng)建的2塊林分，與紫穗槐純林（營(yíng)造的生物再生沙障）相比，同齡林分其萌生苗叢株數(shù)量基本一致，說(shuō)明紫穗槐萌生能力并沒有因混交而降低。

沙地柏2齡容器苗造林時(shí)，為了提高成活率，保留地上部分15cm，剪去多余枝條。在此基礎(chǔ)上，造林第4年出現(xiàn)干基萌生與埋條萌生現(xiàn)象。造林第7年調(diào)查顯示，每叢萌生株數(shù)一般為2～9株。對(duì)比分析18號(hào)樣地沙地柏純林與19號(hào)樣地沙地柏和紫穗槐混交林，沙地柏的初植密度、配置模式完全一致，單位面積更新數(shù)量平均數(shù)分別為1.49株/m2、1.44株/m2，說(shuō)明與沙地柏混交的紫穗槐并未對(duì)沙地柏的匍匐生長(zhǎng)和無(wú)性繁殖造成協(xié)迫。

差巴嘎蒿種群，當(dāng)嚴(yán)重退化后植株數(shù)量減少到植株間出現(xiàn)足夠多的裸露沙地，此時(shí)林地水分消耗與降水補(bǔ)充達(dá)到平衡，才出現(xiàn)自然更新。在黃羊?yàn)┝謭?chǎng)，種群發(fā)育到第6年，經(jīng)過連續(xù)自然稀疏郁閉度下降為0.4左右，單株占地約6.82m2，0～60cm土壤平均含水量為7.30%，是自然更新的適宜環(huán)境狀況。更新幼苗平均值為1.30株/m2。經(jīng)過連續(xù)幾年觀測(cè)，此時(shí)種群的數(shù)量與郁閉度正處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。沙地雖然已經(jīng)固定，但其它物種因土壤貧瘠難以入侵，如果不進(jìn)行人工干預(yù)，種群將長(zhǎng)期處于這種低水平動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)之中。從營(yíng)林角度講，應(yīng)該引入灌木或耐貧瘠的喬木樹種進(jìn)行人工改造。

沙打旺人工草地，第3年就產(chǎn)生大量成熟種子，由于競(jìng)爭(zhēng)激烈，直至第6年才在行間發(fā)現(xiàn)更新植株，此時(shí)地面覆蓋度已經(jīng)退化到0.3以下，更新苗平均數(shù)為2.05株/m2。更新苗與第1茬苗相比，長(zhǎng)勢(shì)非常弱，具體表現(xiàn)為：植株矮小，分蘗能力下降，枝條減少直徑變細(xì)，單株生物量明顯下降。雖然存在自然更新幼苗，但不足以恢復(fù)草地結(jié)構(gòu)，由于地力持續(xù)衰退，更新植株數(shù)量遠(yuǎn)低于同期死亡植株數(shù)量。如果不及時(shí)實(shí)施人工干預(yù)，可能退化到裸沙地。

4 結(jié)論

在黃羊?yàn)╋L(fēng)蝕沙地，調(diào)查所涉及到的植物材料，能夠通過無(wú)性繁殖實(shí)現(xiàn)自然更新的有沙棗、檸條、紫穗槐、黃柳、沙地柏等5個(gè)灌木樹種；通過有性繁殖實(shí)現(xiàn)自然更新的是白榆、差巴嘎蒿和沙打旺；新疆楊、小美旱楊、小葉楊、刺槐、杏樹、樟子松和側(cè)柏等7個(gè)樹種不能進(jìn)行自然更新，障礙更新的主要限制因子有養(yǎng)分貧瘠、干旱、高溫、凍害等，以及這些因子多重作用的結(jié)果。

黃柳林、沙棗林、檸條林、沙地柏林、沙地柏×紫穗槐等林分通過自然更新能夠維持較好的植被結(jié)構(gòu)。差巴嘎蒿人工草地只能通過自然更新維持半固定沙地狀態(tài)。沙打旺人工草地雖然具有自然更新能力，但仍處于退化過程，不足以維持現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。白榆林自然更新幼樹能否進(jìn)入喬木層并維持良好林分結(jié)構(gòu)，有待于進(jìn)一步觀測(cè)。

［1］李小雙，彭明春，黨承林.植物自然更新研究進(jìn)展［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2007，26（12）：2081-2088.

［2］王承義，徐起，何林榮.人工林天然更新過程的干擾效應(yīng)與人為干擾方式［J.］林業(yè)科學(xué)，2000，25（5）：1-3.

［3］邢存旺，馬增旺，趙廣智，等.宣化縣黃羊?yàn)┈F(xiàn)有人工固沙林生長(zhǎng)狀態(tài)調(diào)查［J］.河北林業(yè)科技，2008，（4）：22-25.

［4］趙廣智，馬增旺，邢存旺，等.宣化縣黃羊?yàn)┰脖毁Y源調(diào)查分析評(píng)價(jià)及保護(hù)利用［J］.河北林業(yè)科技，2007，（2）：12-15，21.

［5］邢存旺.黃羊?yàn)┤斯す躺沉稚鷳B(tài)穩(wěn)定性研究［D］.保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

S754.1

A

1002-3356（2015）03-0012-03

2015-02-10

河北省省級(jí)科技計(jì)劃專項(xiàng)工作類項(xiàng)目“人工固沙林群落特征、評(píng)價(jià)及經(jīng)營(yíng)調(diào)控技術(shù)研究”（14256815D）。

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