吉兰泰盐湖周边白刺平茬效应初探

魏亚娟，汪 季，党晓宏，解云虎，张 磊，焦宏远

(内蒙古农业大学 沙漠治理学院，内蒙古 呼和浩特 010018)

【研究意义】白刺(Nitariatangutorum)是蒺藜科白刺属的灌木，主要分布于陕西、内蒙古、宁夏、甘肃、青海、新疆、西藏等地[1]。分枝多而密集，呈丛生状，耐干旱、盐碱、喜沙埋，具有很强的固沙阻沙能力[2]。其茎杆根系化明显,其枝条沙埋后能在湿沙中生出新的不定根,积沙成丘,形成固定和半固定的灌丛沙包[3]。生于轻度盐渍化低地、湖盆边缘、干河床边，可成为优势种并形成群落，为西北地区重要的固沙植物[4]。【前人研究进展】吉兰泰盐湖是我国大型内陆盐湖之一，周边被乌兰布和沙漠和腾格里沙漠环绕[5]。近年来，由于干旱气候不断加剧和盐湖周边资源过度开发，盐湖周边植被遭到严重破坏，风沙灾害日益严重[6]。尤其盐湖周边白刺沙包退化严重，并且出现不同程度的植株退化、植株发育不良、结实率低和局部死亡的现象，甚至白刺灌丛沙堆的活化区域在不断扩大[7]。由于白刺枝条被沙埋后才能进行自然更新以维持生长，而白刺灌丛沙堆活化导致白刺无法进行自然更新。因此，平茬是对白刺进行复壮的有效措施与手段。然而，目前关于平茬复壮技术方面，主要集中在沙柳[8]、沙冬青[9]、沙棘[10]、柠条[11]等植物，而对白刺的平茬复壮研究甚少,分别为李光仁[12]对甘肃河西走廊白刺平茬的研究与丁宝山[13]对石羊河流域白刺平茬的研究。【本研究切入点】选择活化的白刺灌丛沙堆开展白刺平茬复壮研究。【拟解决的关键问题】以期为吉兰泰盐湖周边退化的白刺资源提供参考。

1 研究区概况

研究区位于吉兰泰盐湖周边的九号井附近，地理位置：E 105°43′38″；N 39°48′17 ″。吉兰泰地区属于典型的大陆性季风气候，干旱少雨，蒸发量大，气温日较差和气温年较差大，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 %。年均蒸发量3006 mm，年均气温8.6 ℃，极端高温40.4 ℃，极端低温-31.2 ℃，年均日照时数3316 h，年均风速3.7 m/s，平均最大风速15 m/s[14]。试验区内白刺为建群种，另外有少量的沙蒿(Artemisarenaria)和沙米(Agriophyllumquarrosum)，芦苇(Phragmitesaustralias),沙枣(Elaeagnusangustifolia)试验区分布着大小不等若干个活化的白刺灌丛沙堆，沙堆高度为0.38～3.18 m。

2 材料与方法

2.1 供试材料

在研究区设置规格为100 m×100 m的样地，筛选出大小基本相同，并具有代表性的活化白刺灌丛沙堆，总计6个白刺灌丛沙堆，分别在白刺灌丛沙堆的迎风坡与背风坡对白刺进行平茬处理，平茬高度为5 cm。平茬时间为2017年4月24日，然后于当年的8月27日，对平茬后的白刺和未平茬的白刺进行相关指标的测定。

2.2 生长指标与土壤含水量的测定

2.2.1 生长指标的测定 利用皮尺、游标卡尺于分别对白刺灌丛沙堆迎风坡与背风坡白刺的株高、新生枝数目、新生枝基径、新生枝长度、新生枝叶宽进行实地测量，以未平茬的白刺作为对照。每个指标测定测定4次重复，然后取平均值。

2.2.2 生物量的测定 对白刺进行生长指标测定后，随机抽取平茬与未平茬植株各5丛，采用收获法地上生物量，用精度为0.0001的电子天平分别测定其鲜枝质量、鲜根质量、鲜叶质量，然后80 ℃烘干至恒重并测定各部分的干重，求出各部分的平均值。

2.2.3 土壤含水量的测定 利用环刀法对白刺灌丛沙堆的迎风坡与背风坡的平茬与未平茬的白刺0～20；20～40；40～60；60～80；80～100 cm的土壤进行取样，并采用烘干法称重法，称取土样鲜质量后，将土样置烘干箱内105 ℃下烘干12 h后称取质量，计算各层的土壤含水量。

2.2.4 叶绿素含量测定 利用便携式叶绿素测定仪(仪器型号：SPAD-502Plus)，于2017年8月27日上午9:00-11:00对迎风坡和背风坡平茬和未平茬的白刺植株新生枝条上部叶片和下部叶片进行叶绿素总量测定(用SPAD值表示)，每组测定10次重复，然后取平均值，共测定8组。

2.3 数据处理

用Excel 2007对白刺灌丛沙堆迎风坡与背风坡的平茬与未平茬白刺各生长指标、叶绿素含量和各层土壤含水量数据进行统计，采用SAS 20.0软件和SPSS 17.0软件对数据进行单因素方差分析，并将分析结果进行差异性比较。

3 结果与分析

3.1 平茬对白刺新生枝条生长的影响

从表1可以看出，平茬对白刺的复壮效果十分明显。平茬后，白刺株高、新生枝数目、新生枝长度、新生枝径粗、叶片宽度较未平茬都有明显提高，且白刺株高、新生枝数目、新生枝长度、新生枝径粗、叶片宽度较未平茬白刺差异性显著(P<0.05)，分别比平茬前提高了27.42 %、85.71 %、98.81 %、18.70 %、46.12 %、158.77 %。经过平茬处理后的白刺，株高、新生枝的数量、生长量远远大于未平茬白刺，更有力地证明了平茬对提高白刺更新复壮具有重要的作用。

3.2 平茬对白刺生物量积累的影响

从表2可以看出，白刺平茬后，其鲜根、鲜叶、总鲜重、干根、干叶、总干重较未平茬分别增加了49.31 %、42.03 %、27.62 %、48.62 %、27.36 %、21.12 %；其鲜枝与干枝较未平茬分别较少了189.00 %、224.00 %。说明白刺平茬促进了白刺萌蘖，有利于白刺植株进行更新，平茬植株生长较未平茬生长更加旺盛，同时增大了白刺的生产力。平茬后，白刺鲜枝、鲜根、鲜叶、总鲜重的含水量较未平茬分别增加了7.63 %、0.77 %、5.80 %、6.28 %。说明白刺平茬促进了白刺的生长与生物量的积累。

表1 不同处理对白刺新生枝条生长的影响

注：表中数据为：平均值±标准误，不同字母表示差异显著(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 不同处理下白刺生物量的变化

3.3 平茬对白刺新生枝叶片叶绿素含量的影响

从图1～2可以看出，迎风坡新生枝叶片的叶绿素含量普遍比背风坡高；白刺平茬新生枝叶片叶绿素含量比未平茬的高。迎风坡和背风坡白刺平茬新生枝叶片叶绿素含量(包括上叶片叶绿素含量和下叶片叶绿素含量)较未平茬白刺差异性显著(P<0.05)。迎风坡白刺平茬新生枝上部和下部叶片叶绿素含量分别较未平茬白刺增加22.24 %和17.38 %；背风坡白刺平茬新生枝上部和下部叶片叶绿素含量分别较未平茬白刺增加15.43 %和16.56 %；平茬后，迎风坡白刺平茬新生枝上部和下部叶片叶绿素含量分别较背风坡高出11.55 %和8.10 %。

图1 迎风坡白刺叶片叶绿素含量Fig.1 Chlorophyll content of Nitraria tangutorum leaves on windward slope

3.4 平茬对白刺灌丛沙堆迎风坡土壤含水量的影响

从图3可以看出，迎风坡平茬白刺各层的土壤含水量大于未平茬白刺。平茬白刺土壤含水量的变化呈现出减小-增大-减小的趋势，未平茬白刺土壤含水量的变化趋势与其相反。迎风坡平茬白刺0～20、20～40与40～60 cm的土壤含水量显著性相关(P<0.05)。0～20 cm的土壤层含水率最高，其值为8.27 %。未平茬白刺60～80与80～100 cm的土壤含水量显著性不相关(P>0.05)，20～40 cm的土壤层含水量最高，其值为5.88 %。平茬白刺各土壤层含水量较未平茬白刺分别上升了48.05 %、28.30 %、29.59 %、58.30 %和55.47 %。

图2 背风坡白刺叶片叶绿素含量Fig.2 Chlorophyll content of Nitraria tangutorum leaves on leeward slope

图3 迎风坡白刺灌丛沙堆土壤含水量Fig.3 Soil moisture content of Nitraria tangutorum shrubs on the windward slope

图4 背风坡白刺灌丛沙堆土壤含水量Fig.4 Soil moisture content of Nitraria tangutorum shrubs on leeward slope

3.5 平茬对白刺灌丛沙堆背风坡土壤含水量的影响

从图4可以看出，背风坡平茬与未平茬白刺各层土壤含水量的变化趋势与迎风坡相同。平茬白刺各土层含水量较未平茬白刺高(除40～60 cm外)，分别增加了42.24 %、8.93 %、77.05 %和59.89 %。平茬白刺20～40 cm的土壤层含水量与60～80 和80～100 cm的土壤含水量显著性不相关(P>0.05)。平茬白刺土壤含水量最大值出现在0～20 cm之间，其值为3.67 %；未平茬白刺40～60 cm的土壤层含水量与60～80和80～100 cm的土壤含水量显著性不相关(P>0.05)。为平茬白刺土壤含水量最大值出现在20～40 cm之间，其值为2.80 %。

4 讨 论

(1)平茬对白刺新生枝条生长特性的影响。灌木平茬后，植物地上组织遭到破坏后会进行补偿性生长[15]，这是植物进行复壮更新的基础。适宜的留茬高度更能促进这种优势的发生。经过大量的研究表明，留茬高度会影响灌木新生枝条生长状况。通过宁宝山[16]等人、张震[17]等人和张莉、姜维新[18]分别对石羊河流域白刺、四合木和小红柳的平茬，发现灌木平茬高度为5 cm时，最有利于新生枝条的生长发育。故本试验白刺的平茬高度为5 cm。本研究得出，白刺平茬后，在第一生长季末期，其新生枝条的数目、长度、径粗和新生叶片的宽度较未平茬白刺均有显著提高，该结果与张瑜[19]等人对柠条平茬的研究结果一致。

(2)平茬对白刺生物量积累的影响。生物量是植物群落生产力的重要体现，对研究植物的生长发育规律、优化管理及其在生态系统中的作用均具有重要意义[20]。本实验研究表明，白刺平茬后，促进了白刺枝、根、叶生长，其根质量、叶质量较未平茬提高幅度在27.36 %～49.31 %之间。说明白刺平茬有效提高了其生长活力，使其生物量积累增加。该实验结果与张恒[21]等人对沙拐枣的研究结果一致。实验过程中还发现，平茬后，白刺各部分的含水量较未平茬增加幅度在0.77 %～7.63 %左右，从侧面反映出了白刺平茬有利于提高其根系活力，从而促进其地上生物量旺盛生长，但是该实验结果有待于进一步论证。

(3)平茬对白刺新生枝叶片叶绿素含量的影响。叶绿素是绿色植物体内的基本色素，在光合作用的光能吸收、传递和转化中起着不可或缺的作用。叶绿素含量在一定程度上反映了植物同化物质的能力[22]。叶绿素的含量与植物的光合作用关系密切，受营养、光照等因素的影响，是植物生理研究中的重要指标[23]。本实验研究表明，平茬后，迎风坡和背风坡白刺新生枝上部叶片和下部叶片的叶绿素含量均较未平茬高；该实验结果与张翰文[24]对平茬霸王的研究结果一致。实验过程中还发现，平茬后，迎风坡新生枝上部叶片和下部叶片的叶绿素含量较背风坡高，其原因是由于迎风坡各土层的土壤含水量较背风坡高，而土壤含水量的高低与叶绿素的分解有关，土壤水分的降低引起白刺细胞内生理生化变化，致使蛋白质和叶绿素的合成受阻，同时白刺叶绿素分解加快，从而使叶绿素含量降低[25]。另外，白刺叶绿素含量的变化也说明了白刺对水分变化具有敏感性[26-27]。

(4)平茬对白刺灌丛沙堆土壤含水量的影响。在干旱半干旱的西北地区，水分是影响植物生长发育的重要因子。土壤含水量的变化情况影响植物的形态特征、生物量积累及分配和光合性能[28]。本实验研究表明，在白刺灌丛沙堆迎风坡和背风坡，平茬白刺的土壤含水量均大于未平茬。其原因是经平茬处理的白刺，一方面减少了白刺衰老枝条和对水分的消耗和减少了叶片蒸腾作用对水分消耗；另一方面，新生枝条密集可以减少土壤水分蒸发。白刺平茬增加了土壤的含水量，防止白刺灌丛沙堆的活化，促进了土壤结构的改良[29]；此外，植物根系是吸收水分和养分的基础，白刺平茬后，使地上组织受到很大破坏，地上叶面积大幅度下降，从而使光合作用产物和同化产物向根系运输减少，进而导致根系生物量减少，最终导致根系在土壤中吸收的水分减少[30-31]。在研究中还发现，白刺平茬前，其20～100 cm之间的土壤含水量在逐渐下降；白刺平茬后，其0～60 cm之间的土壤含水量在逐渐下降。这说明了白刺平茬处理后，其根系吸收的土壤水分由深变浅。其可能原因是由于吉兰泰处于干旱半干旱地区，降雨是白刺灌丛沙堆唯一的水分补充来源。由于受土壤性质、土壤结皮、沙丘形态等多个因素的影响，使雨水下渗深度主要分布在0～50 cm之间[32]，而白刺灌丛沙堆中的水分决定着其根系生物量的分配[33]。大量的研究证明，白刺的根系主要分布在0～40 cm之间[34-35]。白刺平茬后，白刺对土壤水分的消耗减少，从而白刺灌丛沙堆的水分含量增加，促进了根系在该土壤层的分布，因此，白刺平茬后，白刺生长发育主要吸收0～60 cm之间的土壤水分。

5 结 论

对活化白刺灌丛沙堆的白刺进行有效的更新复壮，有利于增强其防风固沙效果，对于吉兰泰盐湖周边的生态维持，防止其周边环境进一步恶化极为重要。平茬是灌木复壮更新的一种有效手段，对白刺植物的生长发育起到一定的促进作用。

平茬增加了白刺灌木新生枝条的数目、长度、径粗，促进了枝、根、叶各部分生物量的积累，同时，促进了新生叶片的叶绿素含量的增加。

白刺平茬提高了白刺灌丛沙堆背风坡各层土壤的含水量，防止白刺进一步退化，使白刺能够更好的生长，固定更多流沙，减少白刺灌丛沙堆表面风蚀现象的发生，从而造成沙丘活化。