吉蘭泰鹽湖周邊白刺平茬效應(yīng)初探

魏亞娟，汪 季，黨曉宏，解云虎，張 磊，焦宏遠

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 沙漠治理學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018)

【研究意義】白刺(Nitariatangutorum)是蒺藜科白刺屬的灌木，主要分布于陜西、內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅、青海、新疆、西藏等地[1]。分枝多而密集，呈叢生狀，耐干旱、鹽堿、喜沙埋，具有很強的固沙阻沙能力[2]。其莖桿根系化明顯,其枝條沙埋后能在濕沙中生出新的不定根,積沙成丘,形成固定和半固定的灌叢沙包[3]。生于輕度鹽漬化低地、湖盆邊緣、干河床邊，可成為優(yōu)勢種并形成群落，為西北地區(qū)重要的固沙植物[4]?！厩叭搜芯窟M展】吉蘭泰鹽湖是我國大型內(nèi)陸鹽湖之一，周邊被烏蘭布和沙漠和騰格里沙漠環(huán)繞[5]。近年來，由于干旱氣候不斷加劇和鹽湖周邊資源過度開發(fā)，鹽湖周邊植被遭到嚴重破壞，風沙災(zāi)害日益嚴重[6]。尤其鹽湖周邊白刺沙包退化嚴重，并且出現(xiàn)不同程度的植株退化、植株發(fā)育不良、結(jié)實率低和局部死亡的現(xiàn)象，甚至白刺灌叢沙堆的活化區(qū)域在不斷擴大[7]。由于白刺枝條被沙埋后才能進行自然更新以維持生長，而白刺灌叢沙堆活化導致白刺無法進行自然更新。因此，平茬是對白刺進行復壯的有效措施與手段。然而，目前關(guān)于平茬復壯技術(shù)方面，主要集中在沙柳[8]、沙冬青[9]、沙棘[10]、檸條[11]等植物，而對白刺的平茬復壯研究甚少,分別為李光仁[12]對甘肅河西走廊白刺平茬的研究與丁寶山[13]對石羊河流域白刺平茬的研究?！颈狙芯壳腥朦c】選擇活化的白刺灌叢沙堆開展白刺平茬復壯研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以期為吉蘭泰鹽湖周邊退化的白刺資源提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于吉蘭泰鹽湖周邊的九號井附近，地理位置：E 105°43′38″；N 39°48′17 ″。吉蘭泰地區(qū)屬于典型的大陸性季風氣候，干旱少雨，蒸發(fā)量大，氣溫日較差和氣溫年較差大，年均降雨量117.1 m，降雨多集中于7-8月，占全年降水量的83 %。年均蒸發(fā)量3006 mm，年均氣溫8.6 ℃，極端高溫40.4 ℃，極端低溫-31.2 ℃，年均日照時數(shù)3316 h，年均風速3.7 m/s，平均最大風速15 m/s[14]。試驗區(qū)內(nèi)白刺為建群種，另外有少量的沙蒿(Artemisarenaria)和沙米(Agriophyllumquarrosum)，蘆葦(Phragmitesaustralias),沙棗(Elaeagnusangustifolia)試驗區(qū)分布著大小不等若干個活化的白刺灌叢沙堆，沙堆高度為0.38～3.18 m。

2 材料與方法

2.1 供試材料

在研究區(qū)設(shè)置規(guī)格為100 m×100 m的樣地，篩選出大小基本相同，并具有代表性的活化白刺灌叢沙堆，總計6個白刺灌叢沙堆，分別在白刺灌叢沙堆的迎風坡與背風坡對白刺進行平茬處理，平茬高度為5 cm。平茬時間為2017年4月24日，然后于當年的8月27日，對平茬后的白刺和未平茬的白刺進行相關(guān)指標的測定。

2.2 生長指標與土壤含水量的測定

2.2.1 生長指標的測定 利用皮尺、游標卡尺于分別對白刺灌叢沙堆迎風坡與背風坡白刺的株高、新生枝數(shù)目、新生枝基徑、新生枝長度、新生枝葉寬進行實地測量，以未平茬的白刺作為對照。每個指標測定測定4次重復，然后取平均值。

2.2.2 生物量的測定 對白刺進行生長指標測定后，隨機抽取平茬與未平茬植株各5叢，采用收獲法地上生物量，用精度為0.0001的電子天平分別測定其鮮枝質(zhì)量、鮮根質(zhì)量、鮮葉質(zhì)量，然后80 ℃烘干至恒重并測定各部分的干重，求出各部分的平均值。

2.2.3 土壤含水量的測定 利用環(huán)刀法對白刺灌叢沙堆的迎風坡與背風坡的平茬與未平茬的白刺0～20；20～40；40～60；60～80；80～100 cm的土壤進行取樣，并采用烘干法稱重法，稱取土樣鮮質(zhì)量后，將土樣置烘干箱內(nèi)105 ℃下烘干12 h后稱取質(zhì)量，計算各層的土壤含水量。

2.2.4 葉綠素含量測定 利用便攜式葉綠素測定儀(儀器型號：SPAD-502Plus)，于2017年8月27日上午9:00-11:00對迎風坡和背風坡平茬和未平茬的白刺植株新生枝條上部葉片和下部葉片進行葉綠素總量測定(用SPAD值表示)，每組測定10次重復，然后取平均值，共測定8組。

2.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007對白刺灌叢沙堆迎風坡與背風坡的平茬與未平茬白刺各生長指標、葉綠素含量和各層土壤含水量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，采用SAS 20.0軟件和SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，并將分析結(jié)果進行差異性比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 平茬對白刺新生枝條生長的影響

從表1可以看出，平茬對白刺的復壯效果十分明顯。平茬后，白刺株高、新生枝數(shù)目、新生枝長度、新生枝徑粗、葉片寬度較未平茬都有明顯提高，且白刺株高、新生枝數(shù)目、新生枝長度、新生枝徑粗、葉片寬度較未平茬白刺差異性顯著(P<0.05)，分別比平茬前提高了27.42 %、85.71 %、98.81 %、18.70 %、46.12 %、158.77 %。經(jīng)過平茬處理后的白刺，株高、新生枝的數(shù)量、生長量遠遠大于未平茬白刺，更有力地證明了平茬對提高白刺更新復壯具有重要的作用。

3.2 平茬對白刺生物量積累的影響

從表2可以看出，白刺平茬后，其鮮根、鮮葉、總鮮重、干根、干葉、總干重較未平茬分別增加了49.31 %、42.03 %、27.62 %、48.62 %、27.36 %、21.12 %；其鮮枝與干枝較未平茬分別較少了189.00 %、224.00 %。說明白刺平茬促進了白刺萌蘗，有利于白刺植株進行更新，平茬植株生長較未平茬生長更加旺盛，同時增大了白刺的生產(chǎn)力。平茬后，白刺鮮枝、鮮根、鮮葉、總鮮重的含水量較未平茬分別增加了7.63 %、0.77 %、5.80 %、6.28 %。說明白刺平茬促進了白刺的生長與生物量的積累。

表1 不同處理對白刺新生枝條生長的影響

注：表中數(shù)據(jù)為：平均值±標準誤，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:The data in the table is mean±standard error, and different letters indicate significant difference at 0.05 level.

表2 不同處理下白刺生物量的變化

3.3 平茬對白刺新生枝葉片葉綠素含量的影響

從圖1～2可以看出，迎風坡新生枝葉片的葉綠素含量普遍比背風坡高；白刺平茬新生枝葉片葉綠素含量比未平茬的高。迎風坡和背風坡白刺平茬新生枝葉片葉綠素含量(包括上葉片葉綠素含量和下葉片葉綠素含量)較未平茬白刺差異性顯著(P<0.05)。迎風坡白刺平茬新生枝上部和下部葉片葉綠素含量分別較未平茬白刺增加22.24 %和17.38 %；背風坡白刺平茬新生枝上部和下部葉片葉綠素含量分別較未平茬白刺增加15.43 %和16.56 %；平茬后，迎風坡白刺平茬新生枝上部和下部葉片葉綠素含量分別較背風坡高出11.55 %和8.10 %。

圖1 迎風坡白刺葉片葉綠素含量Fig.1 Chlorophyll content of Nitraria tangutorum leaves on windward slope

3.4 平茬對白刺灌叢沙堆迎風坡土壤含水量的影響

從圖3可以看出，迎風坡平茬白刺各層的土壤含水量大于未平茬白刺。平茬白刺土壤含水量的變化呈現(xiàn)出減小-增大-減小的趨勢，未平茬白刺土壤含水量的變化趨勢與其相反。迎風坡平茬白刺0～20、20～40與40～60 cm的土壤含水量顯著性相關(guān)(P<0.05)。0～20 cm的土壤層含水率最高，其值為8.27 %。未平茬白刺60～80與80～100 cm的土壤含水量顯著性不相關(guān)(P>0.05)，20～40 cm的土壤層含水量最高，其值為5.88 %。平茬白刺各土壤層含水量較未平茬白刺分別上升了48.05 %、28.30 %、29.59 %、58.30 %和55.47 %。

圖2 背風坡白刺葉片葉綠素含量Fig.2 Chlorophyll content of Nitraria tangutorum leaves on leeward slope

圖3 迎風坡白刺灌叢沙堆土壤含水量Fig.3 Soil moisture content of Nitraria tangutorum shrubs on the windward slope

圖4 背風坡白刺灌叢沙堆土壤含水量Fig.4 Soil moisture content of Nitraria tangutorum shrubs on leeward slope

3.5 平茬對白刺灌叢沙堆背風坡土壤含水量的影響

從圖4可以看出，背風坡平茬與未平茬白刺各層土壤含水量的變化趨勢與迎風坡相同。平茬白刺各土層含水量較未平茬白刺高(除40～60 cm外)，分別增加了42.24 %、8.93 %、77.05 %和59.89 %。平茬白刺20～40 cm的土壤層含水量與60～80 和80～100 cm的土壤含水量顯著性不相關(guān)(P>0.05)。平茬白刺土壤含水量最大值出現(xiàn)在0～20 cm之間，其值為3.67 %；未平茬白刺40～60 cm的土壤層含水量與60～80和80～100 cm的土壤含水量顯著性不相關(guān)(P>0.05)。為平茬白刺土壤含水量最大值出現(xiàn)在20～40 cm之間，其值為2.80 %。

4 討 論

(1)平茬對白刺新生枝條生長特性的影響。灌木平茬后，植物地上組織遭到破壞后會進行補償性生長[15]，這是植物進行復壯更新的基礎(chǔ)。適宜的留茬高度更能促進這種優(yōu)勢的發(fā)生。經(jīng)過大量的研究表明，留茬高度會影響灌木新生枝條生長狀況。通過寧寶山[16]等人、張震[17]等人和張莉、姜維新[18]分別對石羊河流域白刺、四合木和小紅柳的平茬，發(fā)現(xiàn)灌木平茬高度為5 cm時，最有利于新生枝條的生長發(fā)育。故本試驗白刺的平茬高度為5 cm。本研究得出，白刺平茬后，在第一生長季末期，其新生枝條的數(shù)目、長度、徑粗和新生葉片的寬度較未平茬白刺均有顯著提高，該結(jié)果與張瑜[19]等人對檸條平茬的研究結(jié)果一致。

(2)平茬對白刺生物量積累的影響。生物量是植物群落生產(chǎn)力的重要體現(xiàn)，對研究植物的生長發(fā)育規(guī)律、優(yōu)化管理及其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用均具有重要意義[20]。本實驗研究表明，白刺平茬后，促進了白刺枝、根、葉生長，其根質(zhì)量、葉質(zhì)量較未平茬提高幅度在27.36 %～49.31 %之間。說明白刺平茬有效提高了其生長活力，使其生物量積累增加。該實驗結(jié)果與張恒[21]等人對沙拐棗的研究結(jié)果一致。實驗過程中還發(fā)現(xiàn)，平茬后，白刺各部分的含水量較未平茬增加幅度在0.77 %～7.63 %左右，從側(cè)面反映出了白刺平茬有利于提高其根系活力，從而促進其地上生物量旺盛生長，但是該實驗結(jié)果有待于進一步論證。

(3)平茬對白刺新生枝葉片葉綠素含量的影響。葉綠素是綠色植物體內(nèi)的基本色素，在光合作用的光能吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化中起著不可或缺的作用。葉綠素含量在一定程度上反映了植物同化物質(zhì)的能力[22]。葉綠素的含量與植物的光合作用關(guān)系密切，受營養(yǎng)、光照等因素的影響，是植物生理研究中的重要指標[23]。本實驗研究表明，平茬后，迎風坡和背風坡白刺新生枝上部葉片和下部葉片的葉綠素含量均較未平茬高；該實驗結(jié)果與張翰文[24]對平茬霸王的研究結(jié)果一致。實驗過程中還發(fā)現(xiàn)，平茬后，迎風坡新生枝上部葉片和下部葉片的葉綠素含量較背風坡高，其原因是由于迎風坡各土層的土壤含水量較背風坡高，而土壤含水量的高低與葉綠素的分解有關(guān)，土壤水分的降低引起白刺細胞內(nèi)生理生化變化，致使蛋白質(zhì)和葉綠素的合成受阻，同時白刺葉綠素分解加快，從而使葉綠素含量降低[25]。另外，白刺葉綠素含量的變化也說明了白刺對水分變化具有敏感性[26-27]。

(4)平茬對白刺灌叢沙堆土壤含水量的影響。在干旱半干旱的西北地區(qū)，水分是影響植物生長發(fā)育的重要因子。土壤含水量的變化情況影響植物的形態(tài)特征、生物量積累及分配和光合性能[28]。本實驗研究表明，在白刺灌叢沙堆迎風坡和背風坡，平茬白刺的土壤含水量均大于未平茬。其原因是經(jīng)平茬處理的白刺，一方面減少了白刺衰老枝條和對水分的消耗和減少了葉片蒸騰作用對水分消耗；另一方面，新生枝條密集可以減少土壤水分蒸發(fā)。白刺平茬增加了土壤的含水量，防止白刺灌叢沙堆的活化，促進了土壤結(jié)構(gòu)的改良[29]；此外，植物根系是吸收水分和養(yǎng)分的基礎(chǔ)，白刺平茬后，使地上組織受到很大破壞，地上葉面積大幅度下降，從而使光合作用產(chǎn)物和同化產(chǎn)物向根系運輸減少，進而導致根系生物量減少，最終導致根系在土壤中吸收的水分減少[30-31]。在研究中還發(fā)現(xiàn)，白刺平茬前，其20～100 cm之間的土壤含水量在逐漸下降；白刺平茬后，其0～60 cm之間的土壤含水量在逐漸下降。這說明了白刺平茬處理后，其根系吸收的土壤水分由深變淺。其可能原因是由于吉蘭泰處于干旱半干旱地區(qū)，降雨是白刺灌叢沙堆唯一的水分補充來源。由于受土壤性質(zhì)、土壤結(jié)皮、沙丘形態(tài)等多個因素的影響，使雨水下滲深度主要分布在0～50 cm之間[32]，而白刺灌叢沙堆中的水分決定著其根系生物量的分配[33]。大量的研究證明，白刺的根系主要分布在0～40 cm之間[34-35]。白刺平茬后，白刺對土壤水分的消耗減少，從而白刺灌叢沙堆的水分含量增加，促進了根系在該土壤層的分布，因此，白刺平茬后，白刺生長發(fā)育主要吸收0～60 cm之間的土壤水分。

5 結(jié) 論

對活化白刺灌叢沙堆的白刺進行有效的更新復壯，有利于增強其防風固沙效果，對于吉蘭泰鹽湖周邊的生態(tài)維持，防止其周邊環(huán)境進一步惡化極為重要。平茬是灌木復壯更新的一種有效手段，對白刺植物的生長發(fā)育起到一定的促進作用。

平茬增加了白刺灌木新生枝條的數(shù)目、長度、徑粗，促進了枝、根、葉各部分生物量的積累，同時，促進了新生葉片的葉綠素含量的增加。

白刺平茬提高了白刺灌叢沙堆背風坡各層土壤的含水量，防止白刺進一步退化，使白刺能夠更好的生長，固定更多流沙，減少白刺灌叢沙堆表面風蝕現(xiàn)象的發(fā)生，從而造成沙丘活化。