灌溉对退化唐古特白刺植被生长的影响.pdf

年月防护林科技J u l,第期(总 期)P r o t e c t i o nF o r e s tS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yN o (S u m N o )文章编号:()收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目();中央财政林业科技推广示范项目(Z Y T G )作者简介:李雪娇(),女,甘肃民乐人,大学,研究实习员,主要从事荒漠化防治研究,E m a i l:q q c o m灌溉对退化唐古特白刺植被生长的影响李雪娇,李爱德,柳小平,徐先英,刘克彪(甘肃省治沙研究所,甘肃 兰州 ;甘肃河西走廊森林生态系统国家定位观测研究站,甘肃 武威 )摘要结合天然白刺(N i t r a r i a t a n g u t o r u m)灌丛接种培育锁阳药材,通过滴灌、渗灌、喷灌方式对白刺灌丛进行不同方式和不同灌溉量的试验,结果表明:随着灌溉量的增加,白刺林地土壤含水率提高显著,灌溉对提高白刺植被生长恢复效果明显.无灌溉白刺灌丛当年生枝条平均生长量为c m,灌丛内当年生枝叶生物量平均为 k g;滴灌灌溉白刺灌丛当年生枝条平均生长量为 c m,灌丛内当年生枝叶生物量平均为 k g;喷灌灌溉白刺灌丛当年生枝条平均生长量为 c m,灌丛内当年生枝叶生物量平均为 k g;渗灌方法可使灌溉水分充分下渗到植物根系层土壤中,灌溉完成后地表 c m厚度范围内土壤水分含量在 以下,与地表滴灌和喷灌相比较,较大地减少了地表水分蒸发损失.种灌溉方式都能明显提高 c m深度范围内的土壤水分含量,灌水入渗深度渗灌滴灌喷灌.灌溉后土壤表层土壤含水率差异较大,滴灌和喷灌方式的 c m深度的土壤含水率较大,渗灌方式 c m深度的土壤含水率较小.因此,渗灌方式灌溉白刺灌丛地表蒸发较小,灌溉水的利用率较高.关键词唐古特白刺;灌溉;植被恢复中图分类号:S ;S 文献标识码:Ad o i:/j i s s n E f f e c t o f I r r i g a t i o no nt h eG r o w t ho fD e g e n e r a t i v eN i t r a r i a t a n g u t o r u mL iX u e j i a o,L iA i d e,L i uX i a o p i n g,X uX i a n y i n g,L i uK e b i a o(G a n s uD e s e r tC o n t r o lR e s e a r c hI n s t i t u t e,L a n z h o u ,C h i n a;G a n s uH e x iC o r r i d o rF o r e s tE c o s y s t e m N a t i o n a lR e s e a r c hS t a t i o n,W u w e i ,C h i n a)A b s t r a c t C o m b i n e dw i t ht h ee x p e r i m e n to fc y n o m o r i u ms o n g a r i c u mi n o c u l a t i o n e do nt h en a t u r a lN i t r a r i at a n g u t o r u ms h r u b,t h ee x p e r i m e n t o fd i f f e r e n t i r r i g a t i o nm e t h o d s a n dd i f f e r e n t i r r i g a t i o na m o u n t sw a s c a r r i e do u t o n t h eN i t r a r i a t a n g u t o r u ms h r u bt h r o u g hd r i p i r r i g a t i o n,i n f i l t r a t i o n i r r i g a t i o na n ds p r i n k l e r i r r i g a t i o n T h e r e s u l t ss h o w e dt h a tw i t ht h e i n c r e a s eo f i r r i g a t i o na m o u n t,t h es o i lm o i s t u r ec o n t e n to fN i t r a r i a t a n g u t o r u mf o r e s t l a n di n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y,a n dt h ee f f e c to f i r r i g a t i o no ni m p r o v i n gt h eg r o w t ha n dr e c o v e r yo fN i t r a r i a t a n g u t o r u mv e g e t a t i o nw a so b v i o u s T h ea v e r a g eg r o w t ho f t h e c u r r e n t y e a rsb r a n c h e sw i t h o u t i r r i g a t i o nw a s c m,a n d t h e a v e r a g eb i o m a s s o f t h e c u r r e n t y e a rsb r a n c h e sa n d l e a v e s i n t h e s h r u bw a s k g;t h e a v e r a g eg r o w t ho f t h e c u r r e n ty e a rsb r a n c h e sa n d l e a v e sw a s c mu n d e rd r i pi r r i g a t i o n,a n dt h ea v e r a g e b i o m a s s o f t h e c u r r e n t y e a rs b r a n c h e s a n d l e a v e s i n t h e s h r u bw a s k g;t h e a v e r a g e g r o w t ho f t h e c u r r e n ty e a rsb r a n c h e s a n d l e a v e s i n t h e s h r u bw a s c mu n d e r s p r i n k l e r i r r i g a t i o n,a n d t h e a v e r a g eb i o m a s s o f t h ec u r r e n t y e a rsb r a n c h e s a n d l e a v e s i nt h es h r u bw a s k g;t h e i n f i l t r a t i o n i r r i g a t i o nm e t h o dc o u l dm a k e t h e i r r i g a t i o nw a t e r f u l l ys e e p i n t o t h e s o i l o f t h ep l a n t r o o t l a y e r A f t e r t h e i r r i g a t i o n,t h e s o i lm o i s t u r e c o n t e n t i n t h e r a n g e o f c mt h i c k n e s sw a s l e s s t h a n C o m p a r e dw i t ht h e s u r f a c ed r i p i r r i g a t i o na n ds p r i n k l e r i r r i g a t i o n,t h e e v a p o r a t i o n l o s so fs u r f a c ew a t e rw a sg r e a t l y r e d u c e d T h e t h r e e i r r i g a t i o nm e t h o d s c o u l ds i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e t h e s o i lw a t e r c o n t e n t i n c md e p t h,a n d t h e d e p t ho f i r r i g a t i o n i n f i l t r a t i o nw a s i n f i l t r a t i o n i r r i g a t i o nd r i p i r r i g a t i o ns p r i n k l e r i r r i g a t i o n A f t e ri r r i g a t i o n,t h e s o i lm o i s t u r e c o n t e n t o f t h e s u r f a c e s o i l v a r i e dg r 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a)的旱生或超旱生典型灌木,属白垩纪、老第三纪孑遗的特有植物,是亚洲中部荒漠特有的一种灌木,具有耐盐碱、耐旱、抗风蚀和沙埋等特点.生于荒漠和半荒漠的湖盆沙地、河流阶地、山前平原积沙地、有风积沙的黏土地.茎杆根系化明显,特别是其耐沙埋,沙埋后能迅速长出不定根,进而扩展枝叶、积沙成丘,灌丛植物与风成沉积物共同构建了灌丛沙堆这类特殊的风成地貌,这对防止流沙入侵绿洲、保持绿洲环境的稳定具有很大的作用.唐古特白刺果实营养物质丰富,根部可寄生锁阳,具有重要的生态经济价值,.石羊河流域的武威市以白刺为优势种和建群种的荒漠草地面积达 万h m,占甘肃省武威市荒漠草地可利用面积的 .白刺灌丛是石羊河下游存活面积最大的天然植被类型,国内外学者围绕其与降水及地下水的关系、演替过程、空间分布等开展了大量研究.白刺灌丛对维护石羊河下游绿洲生态环境、减少风沙危害起着重要作用.当前石羊河下游绿洲地下水位持续下降,水资源严重短缺,环境承载力降低,绿洲边缘荒漠植被大面积衰退、植被枯死现象尤为严重,区域原有的白刺灌丛沙堆由于水分缺失逐渐衰败、解体,一些沙堆随着风蚀活动加剧活化成为新沙源地.本研究以促进民勤荒漠绿洲过渡带上衰败的唐古特灌丛植被生长,提高植被盖度,同时接种锁阳取得经济收益为目的,开展滴灌、喷灌、渗灌不同灌溉方式、不同灌溉量对白刺灌丛林地水分变化和对白刺植被生长的影响试验,探索在干旱荒漠区提高白刺植被覆盖度和促进白刺生长发育,同时充分利用和保护白刺资源,发展特色中药材林下经济,为干旱沙区天然白刺促进生长和开发利用及沙区建设提出一种经济型治沙技术.研究区概况研究区位于甘肃省民勤治沙综合试验站(E,N),海拔 m.该区属于温带大陆性荒漠气候,年均降水量 mm,降水年内分配不均,集中于月,占全年总降水量的 以上;年均气温,最冷月和最热月的平均气温分别为 和 ;全年 有效积温 ,全年无霜期 d,多年平均冻土深度为 c m;研究区蒸发强烈,年均蒸发量 mm;年均日照时数 h,年 均 太 阳 直 接 辐 射 量 k J?c m,年均光合有效辐射量 k J?c m;研究区常年盛行西北风,多年平均风速 m?s,全年大风频繁,年均大风天气 d.土壤多为风沙土,养分贫瘠且风蚀严重,地貌多为半固定沙地,植被主要有梭 梭(H a l o x y l o n a mm o d e n d r o n)、白 刺、红 砂(R e a u m u r i a s o n g a r i c a)和 沙 拐 枣(C a l l i g o n u mm o n g o l i c u m)等.试验方法 灌溉方式滴灌:P E滴灌毛管上连接直径 mm的发丝,结合白刺接种锁阳穴点,平均每m布设一个滴灌点,将发丝固定在白刺灌丛中.滴灌系统末端压力保持在MP a,发丝灌溉流量为 L?h.设置个灌溉量水平:()平均灌溉量 mm,每年灌溉次;()平均灌溉量 mm,每年灌溉次;()无灌溉(对照).喷灌:自走移动式喷灌灌溉系统,灌溉行宽度m,喷灌降水强度 mm?h.喷灌机每次移动m停止,灌溉h,每次灌溉量为 mm.渗灌:将灌溉水源用低压管道连接到白刺接种锁阳地上,按照m行距铺设 P E管,然后用直径 mm的发丝连接到接种穴上,在接种穴内垂直埋设长度 c m的 P E管制作的渗水管.在渗水管上从上口 c m以下开始每隔 c m钻一直径mm的小孔.将发丝从靠近地表的第个小孔中插入渗水管中,渗水管上端折叠封口.渗灌系统末端压力保持在M P a,发丝灌溉流量为 L?h.设置个灌溉量水平:()平均灌溉量 mm,每年灌溉次;()平均灌溉量 mm,每年灌溉次;()无灌溉(对照).测定指标与测定方法 土壤水分含量测定白刺灌丛林地 c m深度土壤含水率.用烘干称质量法测定 c m深度土壤含水率,按 c m分层测定,每个灌溉量条件重复次.每种灌溉方式的每个灌溉量处理,选择个高度 m的白刺灌丛沙丘,用土钻取样测定.滴灌、渗灌方式在距离发丝入渗土壤点 c m处取样.喷灌方式在白刺灌丛沙丘中上部取样.生长量指标包括白刺高度、当年生枝条长度和当年生枝叶生物量.每个灌溉量条件,测定 个白刺沙包的冠幅、冠内盖度和白刺地上部分平均高度,以及新生枝最大长度和平均长度.再根据以上平均值,选取个沙包,设置mm的样方,分别收集当年生叶片、枝条,用烘干称质量法测定生防护林科技 年物量.每年月白刺生长期基本结束以后测定.结果与分析 不同灌溉量对白刺林地土壤水分的影响表不同灌溉量条件下白刺林地土壤含水率变化单位:深度灌溉次 mm灌溉次 mm灌溉次 mm无灌溉(C K)c m c m c m c m c m 平均 年月对各类灌溉条件下的白刺灌丛沙堆土壤水分含量进行测定.表表明,随着灌溉量的增加,白刺林地土壤含水率提高显著.不同灌溉方式对白刺林地土壤水分的影响滴灌、渗灌、喷灌种灌溉方式对白刺灌丛进行灌溉,灌溉前、灌溉 h后、灌溉 d后、灌溉 d后,每个灌溉方式选择个白刺灌丛沙丘,分别测定了林地 c m深度土壤含水率.图至图结果表明,种灌溉方式都能明显提高 c m深度范围内的土壤水分含量,但灌水入渗深度不同,灌水入渗深度为渗灌滴灌喷灌.灌溉后土壤表层土壤含水率差异较大,滴灌和喷灌方式的 c m深度的土壤含水率较大,渗灌方式 c m深度的土壤含水率较小.土壤水分蒸发主要发生在 c m深度的土壤中,因此,滴灌和喷灌方式灌溉白刺灌丛使部分灌溉水分通过土壤蒸发形式损失,灌溉水的利用率降低.而渗灌方式灌溉白刺灌丛地表蒸发较小,灌溉水的利用率较高.图白刺滴灌灌溉(mm)林地土壤水分变化图白刺渗灌灌溉(mm)林地土壤水分变化图白刺喷灌灌溉(mm)林地土壤水分变化 不同灌溉量对白刺灌丛生长的影响 年月开始对退化白刺灌丛进行灌溉,年 月底对白刺灌溉后生长情况进行了调查.结果表明退化白刺灌丛灌溉后生长有所恢复,当年新生枝长度生长量灌溉比未灌溉的有所增大,灌丛内郁闭度有所增加.但由于月底才完成灌溉,灌溉后生长期时间短,白刺植被生长恢复不显著.年 月和 年月进行了灌溉后白刺生长情况调查.不论是滴灌灌溉区,还是喷灌灌溉区,白刺植被生长恢复非常明显.无灌溉白刺灌丛当年新生枝长度平均生长量为 c m,灌丛内当年生枝叶生物量平均为 g?m,灌丛植被盖度为 ;每年滴管灌溉两次共灌溉 mm条件下,白刺灌丛当年新生枝长度平均生长量为 c m,灌丛内当年生枝叶生物量平均为 g?m,灌丛植被盖度达到 ;每年滴管灌溉次共灌溉 mm条件下,白刺灌丛当年新生枝长度平均生长量为 c m,灌 丛 内 当 年 生 枝 叶 生 物 量 平 均 为 g?m,灌丛植被盖度达到 ;每年喷灌灌溉两次共灌溉 mm条件下,白刺灌丛当年新生枝长度平均生长量为 c m,灌丛内当年生枝叶生物量平均为 g?m,灌丛植被盖度达到 .表各灌溉条件下白刺生长状况生长指标喷灌灌溉次(mm)滴灌灌溉次(mm)滴灌灌溉次(mm)无灌溉(C K)平均高度/c m 新生枝平均长度/c m 新生枝最大长度/c m 盖度 表白刺灌溉当年生物量增长量(干物质)单位:g?m重复喷灌灌溉次(mm)滴灌灌溉次(mm)滴灌灌溉次(mm)无灌溉(C K)样方 样方 样方 平均 试验表明:灌溉对白刺生长有显著的促进作用,新生枝数量、长度明显增加,冠内盖度增大.当年生第期李雪娇 等灌溉对退化唐古特白刺植被生长的影响物产量增加极显著,最大(喷灌次)是无灌溉的 倍.说明灌溉条件下白刺能快速恢复生长,提高植被盖度,从而提高防风固沙能力.结论与讨论 白刺灌溉最适宜的灌溉方式渗灌方法可使灌溉水分充分下渗到植物根系层土壤中,灌溉完成后地表 c m厚度范围内土壤水分含量在以下,与地表滴灌和喷灌相比较,较大地减少了地表水分蒸发损失,还减少了地表杂草的产生,因此这种灌溉方式是人工灌溉促进白刺灌丛生长,提高植被盖度的一种良好方法.本研究采用的渗灌方式水平侧渗半径 c m,入渗面积m,而每一个白刺灌丛面积为 m甚至更大,而结合锁阳接种在白刺沙堆上是有限的,基本是m设置一个渗灌点,这样可提高每个渗灌点侧渗面积,但需进一步改进.白刺灌溉最适宜的灌溉量本试验设置的渗灌最大每次灌溉量是 mm,全年灌溉次,灌溉总量是 mm.只是锁阳接种穴范围内的m林地上灌溉量是 mm.白刺灌丛是白刺枝条被沙埋后产生不定根促使白刺枝条不断水平生长而形成的,因此,一个白刺灌丛沙堆的全部枝条基本是相连的.一个渗灌点灌溉的水分不仅被灌溉点m地面上的白刺吸收利用,还被附近的白刺吸收利用.m设置一个渗灌点,以此计算白刺灌丛单位面积的灌溉就很小,因此,每个锁阳接种穴的单次灌溉量和全年的灌溉量还需提高,具体数量有待进一步试验研究.参考文献:潘晓玲,沈观冕,陈鹏白刺属植物的分类学及系统学研究J云南植物研究,():张远东,潘晓玲,顾峰雪,等阜康荒漠植被灌丛种群生态位的研究J植物生态学报,():张萍,哈斯,岳兴玲,等白刺灌丛沙堆形态与沉积特征J干旱区地理,():常兆丰,李易珺,张剑挥,等民勤荒漠区种植物的防风固沙功能对比分析J草业科学,():刘建泉甘肃民勤西沙窝唐古特白刺群落的生态特性J植物资源与环境学报,():高德才,赵鹏,张逸君,等民勤绿洲边缘白刺群落种间关联研究J陕西林业科技,():,杨自辉,高志海荒漠绿洲边缘降水和地下水对白刺群落消长的影响J应用生态学报,():靳虎甲,马全林,何明珠,等石羊河下游白刺灌丛演替过程中群落结构及数量特征J生态学报,():赵鹏,徐先英,屈建军,等民勤绿洲 荒漠过渡带白刺群落空间分布及其环境解释J干旱区研究,():孙涛,贾志清,钱雅玲,等民勤荒漠 绿洲过渡带不同发育阶段白刺灌丛沙堆的防风固沙功能分析J云南农业大学学报(自然科学),():王月,李程,李爱德,等白刺沙堆退化与土壤水分的关系J生态学报,():孙涛,贾志清,刘虎俊,等绿洲荒漠过渡带不同演替阶段白刺灌丛植被和沙堆形态特征相关性分析J兰州大学学报(自然科学版),():,(上接第页)具体是由、和月的降水量决定.可以认为这月的降水量与杨柴生长量呈正相关关系,即降水量大则生长量大,降水量小则生长量小.同时,降水量较大的条件下,经过个生长季后活生物量接近经过年生长的未平茬的对照林.图不同年份生长情况结论与讨论在呼伦贝尔地区,平茬可明显促进杨柴萌发,提高生长量,加快杨柴林自我更新速度.围封有利于杨柴初期生长,或对已经衰败的杨柴林,采用平茬和围封相结合的措施,可以促进新枝萌发和生长,不仅能够持续发挥防风固沙功能,又能够获得一定量的薪柴,是一种很好的抚育管理措施.研究证明,选择留茬高度c m较好,平茬期以月为宜,平茬带宽一般不宜超过 m,块状平茬的面积一般以 m为宜.降水量的季节变化对植物的生长有很大影响,由于本地区降水多集中在生长季节里,形成明显的雨热同季现象.降水量与杨柴生长量呈正相关关系,即降水量大则生长量大,降水量小则生长量小.其中月的降水量尤为重要.参考文献:韩照日格图,白玉荣,王立军,等呼伦贝尔沙地人工杨柴林平茬复壮技术研究J防护林科技,():白玉荣,韩照日格图,王立军,等呼伦贝尔沙地杨柴人工林更新复壮技术研究J防护林科技,():纪永福,李亚,魏怀东,等腾格里沙漠南缘人工固沙植被抚育管理与合理利用模式研究J甘肃林业科技,():防护林科技 年