摘要: 为了探讨不同灌木植物在粗粒沙丘的适应性，在石羊河下游红崖山水库以东流动粗粒沙丘进行沙木蓼、梭梭、沙拐枣、霸王、沙冬青、柽柳栽植选择试验，3年试验结果表明：6个树种成活及保存率从高到低依次为霸王 > 沙木蓼 > 沙拐枣 > 梭梭 > 沙冬青 > 柽柳；新枝生长量从高到低依次为沙木蓼 > 沙拐枣 > 霸王 > 沙冬青 > 梭梭 > 柽柳；冠幅盖度从高到低依次为沙木蓼 > 沙拐枣 > 柽柳 > 霸王 > 沙冬青 > 梭梭；植物利用水分能力从高到低依次为霸王 > 沙木蓼 > 柽柳 > 沙拐枣 > 沙冬青 > 梭梭。可见沙木蓼、沙拐枣、霸王对干旱沙漠区粗粒沙丘均有较强的适应能力，从成活率、保存率、生长量、冠幅四项指标综合分析，沙木蓼表现最好，沙拐枣、霸王次之，3个树种可在粗粒沙丘造林中推广应用。梭梭不适宜在粗粒沙丘上正常生长。
Abstract:
In order to explore the adaptability of different shrubs in coarse-grained sand dunes, we planted selection experiment on the flowing coarse-grained sand dunes east of Hongyashan Reservoir in the lower reaches of Shiyang River to carry out the planting selection test of Polygonum sylvestris, Haloxylon ammodendron, Saguaro jujube, Bawang, Ammopiptanthus mongolicus and Tamarix. The results of the three-year test showed that the survival and preservation rates of the six tree species from high to low were Bawang > Polygonum sylvestris > Shaguaia jujube > Haloxylon ammodendron > Ammopiptanthus > Tamarisk; the growth of new branches from high to low was Polygonum sylvestris > Shaguazao > Bawang > Ammopiptanthus vulgaris > Haloxylon ammodendron > Tamarix; the crown coverage from high to low was Polygonum saguai > Shaguazao > Tamarix > Bawang > Ammopiptanthus vulgaris > Haloxylon; plant water utilization capacity from high to low was Bawang > Polygonum sylvestris > Tamarisk > Shaguaia jujube > Ammopiptanthus ammoides > Haloxylon ammodendron. It can be seen that Polygonum sylvestris, Shaguaia jujube, and Bawang have strong adaptability to coarse-grained sand dunes in arid desert areas. From the comprehensive analysis of the four indicators of survival rate, preservation rate, growth, and crown width, Polygonum sylvestris performs best. Shaguazao and Bawang are the next, and the three tree species can be popularized and applied in the afforestation of coarse sand dunes. Haloxylon ammodendron is not suitable for normal growth on coarse sand dunes.
1. 引言
石羊河流域下游地处巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠的交汇地带，长期以来，由于人口膨胀压力以及人类对土地资源的不合理利用，致使该区生态环境遭到严重破坏。该地区降水稀少、蒸发强烈、风大沙多，恶劣的气候环境直接导致石羊河流域下游绿洲边缘植被退化 [1]。为促进植被的自然恢复，改善生态环境，当地政府组织群众开展了大规模的压沙造林活动，总结出适宜的造林树种 [2] - [8] 和造林技术模式 [9] [10]，以梭梭、沙拐枣为主的流动沙丘人工压沙造林模式被广泛应用并取得了显著的治理效果 [11]。但在民勤红崖山水库以东流动粗粒沙丘营造的以梭梭为主的常规造林发芽较好，但成活保存较差，生长量低，难以有效发挥防风固沙作用，为了选择更多适合粗粒沙丘造林树种，2017年在该区域进行了沙木蓼、沙拐枣、霸王、柽柳、沙冬青、梭梭造林试验，旨为石羊河流域下游及其相似地区流动粗砂沙丘造林灌木树种的选择提供理论依据。
2. 材料与方法
2.1. 试验区概况
试验区设在石羊河中游红崖山水库东侧流动沙丘。地理坐标为38˚26'03''~38˚26'10''N、102˚56'17''~102˚56'24''E，海拔1395~1403 m。该区域为典型的大陆性沙漠气候，年均气温7.8℃，全年日照时数3134.5 h，年均降水量113.2 m，年蒸发量2675.6 m，无霜期152 d，年均风速3.7 m/s，8级以上大风日数年均29 d，最大风力达11级。年均沙尘暴日数37 d，干热风5.7 d。试验面积13.3 hm，立地条件为干旱型流动沙丘，多为新月形平缓沙丘，迎风坡坡度14˚~25˚，背风坡垂直高度3~8 m。土壤类型为风沙土，土壤粒径为粗砂。沙丘基部零星分布沙米，平均盖度2%~5%左右。
2.2. 造林试验设计方案
2.2.1. 树种选择
选择1~2年生沙木蓼、沙冬青、霸王、梭梭、沙拐枣、柽柳苗木。
2.2.2. 造林地选择
造林地为流动粗粒(粒径0.5~2 mm)沙丘迎风坡2/3以下，坡面设置土工袋、芨芨草、尼龙网方格沙障，规格1.5 × 1.5 m。
2.2.3. 栽植设计
栽植密度1.5 × 3 m，自沙丘迎风坡基部至沙丘顶部坡长1/3~2/3处。试验设计3个重复，每样重复比例为3梭梭：1沙木蓼：1沙拐枣：1霸王：1沙冬青：1柽柳。
2.2.4. 造林方法
在设置好的沙障内，人工先挖直径20 cm、深30 cm圆穴后灌第一次水，灌水量15 kg/穴，待水完全下渗后人工二次挖穴整地，穴规格40 × 40 × 40 cm穴，取出湿沙堆放一边，将挑选合格苗木置入定植穴中间，不偏斜。填土至1/3时，轻提苗木使根系充分舒展并分层填沙踏实，做到“三埋二踩一提苗”。植苗后灌第二次水(每穴浇水15 kg)，落水后扶苗，覆沙保墒。所栽沙木蓼、柽柳苗木分别留干30 cm、15 cm进行截干，其余苗木正常栽植，同时对苗木过长、过细的根系进行了适当的修剪。造林后围栏封育，禁止人畜活动。
2.3. 样地布设
造林试验期3年，即2017年~2019年。在集中连片的造林地中，选择植物生长均匀、微地形差异较小，并且没有因自然因素而导致地形的变迁或因人为因素而引起的植被生长的地段，分别选择梭梭、沙木蓼、沙拐枣、霸王、沙冬青和柽柳6个灌木样地，用GPS定位。每个样地内选3个10 m × 20 m的样方(调查植被)，在每个样地中以S形方法布设3个土样采集点，做好标记。
2.4. 土壤样品的采集
2020年9月下旬，在每个样地内布设的3个土样采集点，在剖面按0~20 cm、20~40 cm、40~80 cm、80~100 cm四个层次用环刀取土样，用于土壤含水率测定。
2.5. 植物群落调查
2017年~2019年，每年9月下旬在10 m × 20 m的样方中，调查各种灌木的成活个体数、生长量、冠幅。
2.6. 土壤水分测定
土壤水分的测定用恒温箱烘干法。
2.7. 数据处理
试验数据先使用Excel 2007软件进行统计整理，用SPSS18.0软件进行分析处理。
3. 结果与讨论
3.1. 成活率与保存率
由表1可知，在相同立地条件下，沙木蓼成活率95.24%、保存率95.24%，沙拐枣成活率95.24%、保存率95.24%，霸王成活率100%、保存率100%，梭梭成活率93.65%、保存率88.1%，沙冬青成活率73.02%、保存率66.67%，柽柳成活率52.38%、保存率42.86%。6个树种成活及保存率从高到低依次为霸王 > 沙木蓼 > 沙拐枣 > 梭梭 > 沙冬青 > 柽柳。
Table 1. Statistics of survival rate and preservation rate of tree species
表1. 树种成活率、保存率统计表
3.2. 生长量及冠幅
由表2可知，在相同立地条件下，沙木蓼新稍生长量63.1 cm、单株冠幅6672.11 cm2，沙拐枣新稍生长量36.3 cm、单株冠幅3171.57 cm2，霸王新稍生长量23.7 cm、单株冠幅1816.004 cm2，梭梭新稍生长量17.7 cm、单株冠幅259.884 cm2，沙冬青新稍生长量20.7 cm、单株冠幅1142.927 cm2，柽柳新稍生长量17.4 cm、单株冠幅1700.381 cm2。6个树种新枝生长量从高到低依次为沙木蓼 > 沙拐枣 > 霸王 > 沙冬青 > 梭梭 > 柽柳；冠幅盖度从高到低依次为沙木蓼 > 沙拐枣 > 柽柳 > 霸王 > 沙冬青 > 梭梭。
从此次试验结果(成活率、保存率、新稍生长量、冠幅综合对比图1)可知，沙木蓼、沙拐枣、霸王成活率及生长量明显高于梭梭、沙冬青、柽柳，沙木蓼表现最好。
备注：为显示对比效果，图中单株冠幅为实际测量数据除以100所得。
Figure 1. Comprehensive comparison of survival rate, preservation rate, new growth, crown width
图1. 成活率、保存率、新稍生长量、冠幅综合对比
3.3. 根际土壤水分
从6个树种中选择标准样本各10株，距植株50 cm处调查测定土壤含水量，6个树种根系均集中分布在30~60 cm土层。在相同立地条件下，由不同土层土壤含水量测定分析图2和综合土壤含水量测定分析图3可知，0~20 cm土层含水量最高0.85%~0.99%之间，差距0.14个百分点，根系周围含水量从高到低依次为沙冬青 > 柽柳 > 沙拐枣 > 霸王 > 梭梭 > 沙木蓼；20~40 cm土层含水量0.27%~0.53%之间，差距0.25个百分点，根系周围含水量从高到低依次为沙木蓼 > 沙冬青 > 梭梭 > 柽柳 > 沙拐枣 > 霸王；40~80 cm土层含水量0.41%~0.67%之间，差距0.26个百分点，根系周围含水量从高到低依次为梭梭 > 沙冬青 > 沙拐枣 > 柽柳 > 霸王 > 沙木蓼；80~100 cm土层含水量0.53%~0.74%之间，差距0.24个百分点，根系周围含水量从高到低依次为梭梭 > 沙冬青 > 沙拐枣 > 柽柳 > 霸王 > 沙木蓼。因调查前一天有降雨，0~20 cm土层土壤含水量变化幅度不明显，而根系分布层20~80 cm土层土壤含水量变化幅度大。综合6个树种根系周围含水量从高到低依次为，根系分布层20~80 cm土层含水量从高到低排序也是如此。说明6个树种吸收利用土壤水分的需求和能力不同，植物需求利用水分能力从高到低依次为霸王 > 沙木蓼 > 柽柳 > 沙拐枣 > 沙冬青 > 梭梭。
Figure 2. Soil moisture content of different soil layers analysis
图2. 不同土层土壤含水量
Figure 3. Comprehensive soil water content measurement
图3. 综合土壤含水量测定分析
根据研究 [12] [13] [14]，在影响植物生命活动的各种生态因子中, 水分是主要限制因子。石羊河流域下游地区气候干旱，年均降雨量仅有110 mm左右，再加之沙区强烈的蒸发，有限的大气降水大部分情况下只能补充浅层的土壤水分含量，而20~80cm 层土壤水分主要受地下水的影响，因此地下水埋深在灌木、半灌木林的生存中扮演着重要角色。当地下水埋深降至10 m以下时，土壤含水量均低于2%，地下水埋深10 m为分界点对应的土壤20~80 cm层土壤含水率小于2%是梭梭生长受到抑制的一个水分转折点，20~80 cm土层含水率不低于2%，这是保证梭梭林正常存活的关键因素之一。通过本试验测量20~80 cm土层含水量均低于2%，不利于梭梭正常生长。柽柳的凋萎土壤湿度值为1.09%，其根系周围20~80 cm土层含水量为0.9%。由此说明，沙木蓼、霸王、沙拐枣适应土壤含水量低于1%，在粗砂沙丘治沙造林对环境的适应性更强，梭梭适应性较差，可作为辅助树种，沙冬青、柽柳不适宜粗粒沙丘栽植。
4. 结论
1) 在石羊河下游流动粗粒沙丘特殊立地条件下，通过三年造林试验，从成活率、保存率、新稍生长量、冠幅综合分析，沙木蓼、沙拐枣、霸王对干旱沙漠区粗粒沙丘均有较强的适应能力。在粗粒沙丘上主栽树种建议以沙木蓼、沙拐枣和霸王为主。
2) 梭梭在粗粒沙丘上发芽率高，但成活保存差，生长量低，在大面积粗粒沙丘造林时可作为辅助树种。柽柳、沙冬青不适宜在粗粒沙丘上栽植。
3) 通过土壤含水量测定，粗粒沙丘土壤含水量随着土层深度增加，水分下渗明显。梭梭不适宜在土壤平均含水量低于2%的粗粒沙丘上正常生长，沙木蓼、沙拐枣、霸王表现出较强的适应能力，柽柳、沙冬青适应性很差。各树种根系不同深度对水分需求量还有待进一步研究。
基金项目
国家自然科学基金项目——民勤绿洲退耕区次生草地演变过程中土壤生态机理研究(31760709)；甘肃省民生专项——石羊河中下游退弃耕地生态经济型保育模式技术研究及示范资助(20CK4FH018)；甘肃省林业厅2018年省级林业科技项目——武威市北部沙区植被退化与人工促进修复研究(2018kj027)；甘肃省青年科技基金项目——民勤绿洲退耕区次生草地土壤酶变化规律及其驱动机制研究(18JR3RA019)共同资助。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。