民勤荒漠区花棒人工林平茬复壮效果研究

李 强，刘 伟，何 彩，张 军，牟德生，赵连鑫，陈岩辉

(武威市林业科学研究院，甘肃 武威 733000)

花棒(Hedysarumscoparium)又名细枝岩黄芪、花姑凉等，具喜沙埋，抗风蚀，萌蘖力强等特性，被广泛用于防风固沙，是荒漠区营造防风固沙林优良先锋树种之一[1]，但生长一定年限后，会出现明显衰败现象，随之病虫害加重，防风固沙能力、生态效益显著降低[2]。研究表明，花棒适时进行平茬可以促进其萌生新枝、扩大枝系空间构型，从而能够更好地利用空间资源，增加地表植被盖度，提高防风固沙能力[3]。

武威市石羊河林业总场地处民勤县境内腾格里沙漠与巴丹吉林沙漠的中间地带，下属小西沟分场花棒人工林于1993年造林，现在衰败退化严重，防风固沙效果明显下降。该区域沙生灌木林主要依靠自然更新，平茬复壮更新等人工抚育技术还没有得到大规模的推广应用。因此，本研究选择武威市石羊河林业总场小西沟分场衰败退化的花棒人工防护林为对象，进行不同高度平茬复壮试验研究，连续2 a观测平茬后植株生长状况以及土壤含水量，探究民勤荒漠区花棒人工防护林平茬复壮的可行性，筛选出适合当地条件的花棒平茬复壮高度，以期为区域花棒人工林更新复壮提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验地基本概况

试验位于甘肃省民勤县蔡旗镇麻家湾村以北3 km处(东经102°46′、北纬38°21′)，海拔1 420 m，典型的大陆性干旱荒漠气候，年日照时数3 073 h，多年平均气温7.6 ℃，年均蒸发量2 664 mm、年均降水量115 mm，年均风沙日数33 d，多年平均风速4 m·s-1，土壤类型为灰棕荒漠土。花棒人工防护林造林时间为1993年，造林密度2 m×4 m。

1.2 田间试验设置

选择长势基本一致的地块开展平茬高度试验。平茬高度设置距地面0 、5 、10 、15 、20 cm等5个处理，分别命名为G0、G5、G10、G15、G20，样方大小18 m×18 m，样方间距80 m，三次重复，未平茬地作为对照。

1.3 试验调查与测定

1.3.1 植物多样性调查 2019年9月，对平茬2 a后样方植物的种类、株数进行调查。用数码相机对草本样方进行垂直拍照，利用Image Pro Plus软件，获取植物地上部分在地面垂直投影面积占比，计算各样方的植被盖度[4]。

1.3.2 平茬数据采集 2018年和2019年5、7、9月中旬，每个处理选择6株植株，调查萌条数量、高度、冠幅、基径，用钢卷尺测量萌条高度和冠幅，测量萌条基径。

1.3.3 土壤容积含水量测定 观测萌蘖枝生长的同时，用5点采样法采集各平茬处理和对照处理0～80 cm土层土壤样品，每20 cm一层，同一处理同一土层混合作为一个分析样品。土壤容积含水量采用称重法测定[5]。

1.4 数据处理与分析方法

用Microsoft Excel 2010进行数据处理和绘图，用SPSS 19.0(非参数检验)和Pearson进行差异显著性分析。本文所用Shannon-Wiener指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数和Patrick物种丰富度指数按常规方法计算。

2 结果与分析

2.1 植物多样性分析

植物群落特征表明(表1)，平茬2 a后，各平茬处理林地中植物种类均为12种，且各处理之间植被盖度、物种多样性指数、均匀度指数、优势度指数变化相对较小，与对照处理没有明显差异。

表1 花棒人工林平茬后地上植物群落特征

2.2 花棒人工林平茬后萌蘖株生长状况

2.2.1 萌蘖株生长的变化趋势 灌木的萌蘖能力是衡量平茬后植株生长状况及适应环境能力的重要指标[6]，沙生灌木具有极强的补偿生长能力。由图1可以看出，随着时间延续不同平茬高度处理的萌条高度、冠幅和萌条基径呈增加趋势，萌条数量呈减少趋势。花棒萌蘖株的生长过程基本分为3个阶段：第一阶段为5月中旬左右，花棒植株累积养分主要用于无性繁殖，萌条数量很大，呈簇状，尚未木质化，也没有明显主枝。第二阶段为7-9月，花棒植株生长迅速，粗度和长度都快速增加，主枝明显。第三阶段9月中旬左右，花棒萌条数量在自疏作用的影响下，不断减少，最终趋于稳定，萌条高度、冠幅的生长速率较小。到第二年，萌条数量大幅下降，但萌条高度、冠幅、基径仍随着时间在逐渐增长。

2.2.2 平茬前和平茬2 a后萌蘖株的生长状况 由表2可以看出，不同平茬处理平茬2 a萌蘖生长量表现出不同的差异。5 cm平茬处理萌条数量最多，为40条；0 cm和20 cm平茬处理次之，为35条左右；10 cm和15 cm平茬处理最少，为26条左右。与0 cm平茬处理相比，5、10、15、20 cm平茬处理萌条高度增加了9.6%、26.0%、8.0%和7.6%。与0、5、10、20 cm平茬处理相比，15 cm平茬处理冠幅显著提高41.8%、33.4%、25.1%和20.9%。与5 cm平茬处理相比，0、10、15、20 cm平茬处理萌条基径提高了32.6%、22.3%、18.0%和71.7%。综合分析，10 cm平茬处理萌条高度最高，15 cm平茬处理冠幅最大，0 cm平茬处理和20 cm平茬处理萌条基径最粗，各平茬处理的萌条数量、萌条高度、冠幅、基径没有明显规律。对比平茬前和平茬2 a后花棒株高和冠幅状况，平茬2 a后花棒株高和冠幅已接近平茬前水平。

图1 不同留茬高度处理萌蘖株生长状况

表2 平茬前和平茬2 a后花棒生长状况

2.3 花棒人工林不同留茬高度处理土壤水分变化

从2018年5月、2018年9月和2019年9月三个时期各平茬处理和对照处理0～80 cm土层土壤含水量图(图2)可看出，随着土层深度的增加，土壤含水量增加。2018年5月各处理之间土壤含水量差异不明显，但2018年9月，各平茬处理之间土壤含水量虽然差异不明显，但相对于对照处理0～60 cm土层土壤含水量却明显增加；2019年9月，各平茬处理之间同样差异不明显，但相对于对照处理，0～80 cm土层土壤含水量却明显增加。

图2 土壤含水量变化

3 讨论

植物群落是环境与植物相互作用的结果，地形、气候、水分、海拔等都会对物种多样性的分布格局产生影响[7]。本研究不同平茬处理平茬2 a后植物种类均为12种，且各处理间植被盖度、物种多样性指数、均匀度指数、优势度指数变化相对较小，均与未平茬处理差异不明显，这主要与该区域长期高温干旱的气候环境有关，同占玉芳[8]等研究结论一致。

沙生灌木具有适时平茬复壮的生物学特性，即生长到一定的年限后需要及时进行平茬复壮以恢复植株生长活力，否则就会生长减慢或自然枯死[9]。研究表明，平茬复壮可以有效促进柠条[10]、梭梭[11]等人工灌木林的更新抚育，增强沙生灌木林的生长特性。本研究亦表明，不同平茬高度处理随着时间增加，萌条高度、冠幅、基径呈增加趋势，萌条数量则呈减少趋势，萌条数量大幅下降，一方面主要是由于越冬低温伤害和水分、养分供应不足所致，另一方面主要是花棒为适应区域自然环境而自身淘汰一部分枝条。关于沙生灌木的平茬高度，已有大量研究，魏怀东等[12]研究表明，30 cm和40 cm留茬高度为花棒较为理想的留茬高度，唐兴玉等[13]则建议多年生花棒采用20 cm平茬高度进行更新复壮，本研究同样对比分析了各平茬处理平茬2 a后萌蘖株的生长量，各处理的萌条数量、高度、冠幅、基径没有明显规律，主要是因为花棒平茬后多数萌蘖枝条是从基部萌发，很少一部分从平茬口萌发，说明平茬可以促进花棒根根颈部附近芽眼的成枝条能力，为便于操作，建议生产中按0 cm高度平茬处理。

平茬不仅仅对植物产生影响，同时也会对其赖以生存的自然环境产生一定的影响[14]。本研究花棒人工林平茬后，早期土壤水分并没有快速恢复，基本维持原有水平，随着花棒平茬后恢复年限的延续，土壤含水量开始逐年升高。主要是花棒平茬后，萌生林林冠消失，根系吸水和枝叶蒸腾都明显减少，平茬林地土壤贮水量相对提高，促进了平茬林地0～80 cm土层土壤水分增加。另外，由于2018年和2019年受区域干旱少雨气候影响，土壤水分得不到有效补给，平茬林土壤水分损耗率、土壤水分利用深度和相同时间土壤贮水量降低值均低于未平茬林。因此，表现为平茬林土壤水分高于未平茬林地，这与李耀林等[15]及于瑞鑫等[16]研究结论一致。

本研究对比了平茬前和平茬2 a后花棒的生长状况，表明平茬2 a后株高和冠幅已基本达到了平茬前的水平，结合对同一区域其他花棒人工防护林平茬试验的调查及于瑞鑫等[16]柠条平茬5 a后土壤水分消退，并逐渐向未平茬处理接近的研究结论，建议生产上采用隔行、隔株平茬措施，隔年或连年进行更新，5 a后应考虑再次更新复壮。

4 结论

民勤荒漠区退化花棒人工防护林平茬复壮可行，为维持花棒人工防护林的生态效益，建议生产实践中，在充分考虑防护林的实际配置情况的前提下，进行有选择性地平茬，平茬高度0 cm为佳，并应该隔株、隔行或者分年度进行，避免一次性大面积平茬，平茬5 a后应再次平茬更新复壮。