李澍贵,施绘丽,马增旺,邢存旺,赵广智
(1.张家口市宣化林场,河北 宣化 075100;2.宣化县林果研究所,河北 宣化 075116;3.河北省林业科学研究院,河北 石家庄 050061)
黄羊滩常用固沙植物的抗旱性调查
李澍贵1,施绘丽2,马增旺3,邢存旺3,赵广智3
(1.张家口市宣化林场,河北 宣化 075100;2.宣化县林果研究所,河北 宣化 075116;3.河北省林业科学研究院,河北 石家庄 050061)
抗旱性是防护林抵抗力稳定性的一个重要指标。该文对宣化县黄羊滩14种常用固沙植物进行了野外调查,依据其在极端干旱条件下成年树木的死亡、落叶、枯梢、变色等大田观测指标进行抗旱能力鉴定。得出结论:抗旱性强的树种依次是沙地柏、樟子松、侧柏、柠条,在干旱胁迫期间没有发生死亡、枯梢、大量落叶等严重危害症状,主要表现为生长减缓;抗旱性中等的依次是沙枣、差巴嘎蒿、黄柳、紫穗槐、榆树,在极端干旱情况下,主要危害表现是落叶与枯梢;抗旱性差的依次是新疆杨、小美旱杨、小叶杨、刺槐、沙打旺。当干旱胁迫发生时,林分的总体耗水量超过了土地的供给能力,树体水分失调后发生死亡现象。
固沙植物;抗旱性;黄羊滩
文献资料显示,目前树种抗旱性研究缺乏对成年林木抗旱性野外调查,主要利用树木的生理指标或苗期盆栽鉴定,少见用成年树木的死亡率与落叶、枯梢等大田观测指标进行抗旱能力鉴定。该研究在自然条件下,利用极端干旱事件所造成的干旱胁迫,观测树木野外形态变化,对造林树种的抗旱性进行评价。此法明显特点是事前没办法选定观测机会,等待时间长;观测期间受降水变化影响大,观测进程常常因降水中断;观测结果可比性差,重复性差,因此难以在科研与生产中经常应用。但该法能较客观地反映抗旱性的真实情形,也不需要先进的分析与观测设备,若事前能做好标准地或标准行整理工作,可以得出比较可靠的结果。根据历年气象资料,找出具有干旱特征的年份,再查找该年份人工林生长标准地资料,与降水量正常的年份作对比,就可对林分的抗旱性做出评估。
研究区位于张家口市宣化县东南部洋河南岸,地理坐标为东经115°2′34″~115°12′30″,北纬40°25′12″~40°32′6″,隶属于张家口市宣化林场,总面积10200hm2。该区属坝下中低山区,地势东南高、西北低,海拔600~1000m。处于半湿润区向半干旱区的过渡地带,年均降水量365mm,年蒸发量2000mm。年平均气温7.6℃,极端最高气温38℃,极端最低气温-25.8℃,无霜期130d,年≥10℃有效积温2368~3573日·度。土壤以风沙土为主。年内大风天数37~40d。地带性植被为疏林草原,植被类型较单一,盖度较低。主要灾害性天气有干旱、沙尘暴、冻害、干热风等。由于其独特的地理位置,形成了风多、风大、干旱等特殊的局部气候特征,区内土壤风蚀沙化严重。
林木在受到自然灾害比如干旱的胁迫时,会在外部表现出某些特征,如落叶、枯梢直至死亡。因此,通过调查林木在特定干旱条件下所表现出的外部特征,可以对林木抵御干旱能力和适应性进行综合评价。调查中为了排除自然整枝与家畜、病虫危害等因素对样树的影响,在旱情发生初期及时对样树进行了清理。评估树种抗旱性时,不同评价指标的重要程度要充分考虑。具体办法是先比较树木死亡率,再比较落叶率,如从死亡率和落叶率不能确定树种抗旱性顺序时,再考虑枯梢率、叶变色、萎蔫等其它症状。在干旱胁迫期间没有发生死亡、枯梢、落叶等严重危害症状的树种,根据抵抗力概念,本文将经历干旱干扰期间的生长量与未受干旱干扰的正常年份的生长量的比值作为抗旱指标,来评估树种对干旱的适应性,该比值越大,表明树种的抵抗干旱的能力越强,稳定性也越高。
标准行(地)选择:在旱情发生初期确定标准行(地)。分树种选定标准行,并在行内排除非正常植株(如感病或受机械损伤),将正常植株做标记,再在每株样树上选定1枝有代表性的一级侧枝为标准枝,对标准枝做标记并计数标准枝叶片数量。
落叶指数:观测植株的落叶情况,与正常年份树木相比时,以5%为进制评价树冠落叶程度。将落叶程度划分为四级。0级:无落叶或落叶占全树叶片的5%以下;Ⅰ级:落叶占全树叶片的6%~15%;Ⅱ级:落叶占全树叶片的16%~25%;Ⅲ级:落叶占全树叶片的25%以上。旱情中断后调查落叶情况,利用公式确定树木旱情发生时耐旱能力。
3.1大气降水扰动情况
人工林与农作物不同,在造林地上要生长许多年,要经受几十年、甚至上百年一遇的气候变化考验,特别要经受极端气候考验,如异常的干旱。冀西北水资源普遍贫乏,干旱是当地农、林业生产面临的主要自然灾害之一,对人工林的稳定性造成了严重的干扰。研究区历年降水量变化情况如图1所示。
图1 研究区历年降水量
从1960~2014年的55多年间,平均年降水量为360.6mm,最大降水的1973年达563.9mm,最小降水量的1999年只有226.3mm,两者相差达337.6mm。通过统计学方法得到标准差s=85.09,变异系数v=0.23。为了具体评价历年的干旱程度,选用旱涝指标来表示,即
式中I为旱涝指标,xi即为某年的降水总量,x¯为历年平均降水量,s为年降水量的标准差。-1 <I<1为正常年;-2≤I≤-1为干旱年;I≤-2大旱年。由公式计算得出:有7个年份为干旱年,分别是1980年、1984年、1985年、1999年、2001年、2002年和2009年。
年降水量的变化是影响区域水分平衡的重要因子,利用年降水量的变化可以从大尺度上说明区域内水分盈亏状况。研究区50a降水记录中,7个干旱年份都分布于后30a,而且最近10a发生了3次,呈现出干旱发生频率越来越高的趋势。2009年降水量为231.7mm,仅比最低记录多5.4mm,比平均降水量低128.9mm,是该区典型的极端干旱年份。
表1 研究区逐月降水量 单位:mm
年降水量的变化是区域内干旱发生的重要影响因素,但是年降水量的多少与农业干旱却不完全一致。人们通常认为年降水量多,对农业生产就有利,不会发生干旱现象,但实际情况是,农业干旱发生与否主要取决于生长期降水量分配情况。研究区多年降水量年内分布见表1,由表1可知,6~9月份是多雨季节,降水量为288.2mm,占全年降水量的79.9%。7、8月份更集中了全年降水量的51.7%。50a降水资料显示,6~8月份降水偏多或偏少会给研究区带来涝灾或旱灾,也是该区发生灾情最多的季节,9月份以后季节降水相对比较平稳。该区属暖温带季风气候区,雨热同季,利于植物生长,但如果6~8月降水量明显减少,那么高温少雨的恶劣环境将是农业干旱发生的直接诱因。
2009年生长期降水分布特点是:春季(3~5月份)降水量为48.0mm,与同期多年降水平均值(46.7mm)持平;夏季(6~8月份)降水量为104.4mm,同期多年降水量平均值为244.3mm,两者相差139.9mm;秋季(9~11月份)降水量为78.9mm,比同期多年降水量多13.1mm。这组数据表明,该年份降水量偏低主要是因夏季降水较常年偏低所致。
综上所述:可以将2009年认定为农业干旱年份。以2009年树木田间生长表现与形态变化为依据对树种抗旱性进行评估是确实可行的。
3.2不同树种在干旱胁迫条件下典型形态特征
经多年野外观测发现,黄羊滩林场造林树种在受到干旱胁迫时危害症状主要表现为叶片萎蔫、叶色变黄、落叶、枯梢、死亡等几个阶段或过程,不同树种由于应对干旱的生理机制不同,危害过程也表现出不同特点。在表2中,综合14个固沙树种的样地及样地周围调查结果,列出了各树种在持续干旱胁迫条件下的表现症状。
表2 树种在干旱胁迫条件下表现症状
在干旱胁迫结束后,造林树种危害程度大致分为整株死亡、大量落叶和生长减缓3大类。其中5个树种有整株死亡现象,9个树种表现了不同程度的落叶,4个树种表现为生长减缓或无明显落叶症状。
首先以树种死亡率为依据对抗旱性做比较。基于树种死亡率的抗旱排序从高到低依次为:新疆杨(4.7%)>小美旱杨(8.0%)>小叶杨(12.0%)>刺槐(17.3%)>沙打旺(30.3%)等。这几个树种在幼林期都表现出了不同程度的生长衰退现象,特别是小叶杨与刺槐,在常规降雨年份时也经常发生整株死亡,小美旱杨则经常表现为当生长季无效降水日数超过25d时大量落叶或死亡。杨树类与刺槐维持成活生长需要大量的养分和水分,风蚀沙地保水能力差,当干旱胁迫发生时,林分的总体耗水量超过了土地的供给能力,树体水分失调后发生死亡现象。沙打旺死亡原因主要是干沙层厚度超过根系分布层,导致根系失水干枯。
利用死亡率不能对所有树种抗旱性进行比较排序,必须再利用落叶指数对其评估。基于落叶指数的抗旱排序从高到低依次为:沙枣(16.9)>差巴嘎蒿(17.8)>紫穗槐(19.8)>黄柳(23.3)>新疆杨(23.3)>小美旱杨(23.9)>白榆(27.3)>小叶杨(29.8)>刺槐(30.4)。
对比分析利用死亡率和落叶指数得到的2个抗旱序列,从中发现二者具有高度一致性,即死亡率高的树种其落叶指数也高,与潘伟[2]关于重庆市域主要树种抗旱性指标结论一致,因此可以将落叶指数作为死亡率的延伸性指标。在此排序基础上,再进一步分析树种的其它危害症状。白榆虽然落叶指数较新疆杨和小美旱杨高,但并未发生整株死亡,考虑死亡率与落叶指数对抗旱指标的重要程度,将白榆在抗旱排序中前移2位至新疆杨前。黄柳与紫穗槐相比,虽然落叶指数较高,但落叶后枝条并未失水,且落叶部位还有新芽长出,干旱胁迫结束后光秃的枝条仍然能够重新萌芽,长出新叶,树体少见枯死枝;反观紫穗槐,梢头落叶部分失水严重,枯死量大,干旱胁迫结束后当年没恢复生长,没有新生枝。综合考虑这些症状,将黄柳在抗旱排序移至紫穗槐前。因此,调整后的抗旱排序从高到低依次为:沙枣>差巴嘎蒿>黄柳>紫穗槐>白榆>新疆杨>小美旱杨>小叶杨>刺槐>沙打旺。
樟子松、柠条、侧柏、沙地柏这4个树种,在干旱胁迫期间没有发生死亡、枯梢、大量落叶等严重危害症状,主要表现为生长减缓,表现出了极强的抗旱性。为了对这4个树种的抗旱性进行比较排序,该文把受灾年与前一年的标准枝长度年增长量的比值作为抗旱指标。通过测量轮枝节间长度、剪枝查数年轮、结合枝条颜色等方法分别取得1a生枝与2a生枝长度。具体调查时间,选择生长结束后未进入冬态、外观上容易区分枝条年龄的时段,该研究调查日期为2009年、2008年的10月25日,统计结果见表3。由生长量比值得出的抗旱排序从高到低依次为:樟子松>沙地柏>侧柏>柠条。具体分析树种生长规律与干旱胁迫期间的外观特点,樟子松高生长属于前期生长类型,5月中旬基本停止高生长,对其高生长影响最大的因素主要是4、5月土壤含水量,夏季干旱主要影响其叶子生长与新梢木质化。在此次干旱胁迫期间,樟子松新生叶生长缓慢并有部分脱落现象,生长季结束时新生枝木质化程度低并有少量顶芽枯死,危害症状明显。沙地柏属全期生长类型,枝条延长要经历整个干旱胁迫时期。在干旱胁迫期间,沙地柏生长没有明显减缓,无落叶、叶变色等危害症状。对比两种树受害程度,将沙地柏在抗旱排序移至樟子松前。调整后的抗旱排序从高到低依次为:沙地柏>樟子松>侧柏>柠条。
表3 标准枝年生长量
基于植物死亡率的抗旱排序从高到低依次为:新疆杨>小美旱杨>小叶杨>刺槐>沙打旺。这几个树种在幼林期都表现出了不同程度的生长衰退现象,特别是小叶杨与刺槐,在常规降雨年份时也经常发生整株死亡,小美旱杨则经常表现为当生长季无效降水日数超过25d时大量落叶或死亡;基于落叶指数结合枯梢等其它危害特征,抗旱排序从高到低依次为:沙枣>黄柳>紫穗槐>白榆。
将林木的死亡率、落叶指数和生长量作为抗旱指标,并结合枯梢等其它症状,对14个主要固沙植物抗旱性进行综合评估,得出结论:抗旱性由强到弱依次是沙地柏>樟子松>侧柏>柠条>沙枣>差巴嘎蒿>黄柳>紫穗槐>白榆>新疆杨>小美旱杨>小叶杨树>刺槐>沙打旺。
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Q945.78
A
1002-3356(2015)05-0013-04
2015-03-03
河北省省级科技计划专项工作类项目“人工固沙林群落特征、评价及经营调控技术研究”(14256815D)