劉 博，劉冠志，張瑞麟，蘭 慶，劉果厚

(1. 內(nèi)蒙古自治區(qū)自然資源保護(hù)與利用研究中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020； 2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019； 3. 內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070)

渾善達(dá)克沙地是我國(guó)四大沙地之一[1]，位于內(nèi)蒙古中部的農(nóng)牧交錯(cuò)地帶[2]。20世紀(jì)50年代末，渾善達(dá)克沙地還是中國(guó)所有沙漠沙地中沙丘固定程度最高、動(dòng)植物種類最豐富、生態(tài)景觀最優(yōu)越的地方[3]。從20世紀(jì)60年代至21世紀(jì)初，渾善達(dá)克沙地已成為荒漠化發(fā)展最快、危害最嚴(yán)重的地區(qū)之一，也是氣候變化及人類活動(dòng)影響較為敏感的地區(qū)之一[1]，是威脅京津地區(qū)的一個(gè)主要沙塵源區(qū)[4]。近年來(lái)，通過(guò)京津風(fēng)沙源治理、退耕還林還草等工程以及各種防沙治沙措施的實(shí)施，渾善達(dá)克沙地荒漠化明顯得到遏制，生態(tài)環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)[5]。其中，利用植物再生沙障來(lái)固定流動(dòng)沙地是一種行之有效的防沙治沙措施[3]。植物再生沙障因其具有良好的植被恢復(fù)和防風(fēng)固沙效果而受到了廣泛的關(guān)注，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)研究與實(shí)踐總結(jié)，目前已形成了較為成熟的再生沙障建植技術(shù)體系[6-9]。

黃柳(Salixgordejevii)是渾善達(dá)克沙地先鋒固沙植物，受到了研究者的廣泛關(guān)注。有關(guān)黃柳的研究始于20世紀(jì)80年代初，主要有形態(tài)特征[10]、耐熱性、耐旱性[11]、光合作用[12]、氣孔導(dǎo)度[13]、水分狀況[14]、種群數(shù)量[15]、群落演替[16]、更新復(fù)壯[17-18]、根系分布和冠層結(jié)構(gòu)[19]、葉片[20-21]、根系[22]、遺傳多樣性[23]等方面。黃柳造林及再生沙障的研究也較為深入，是該研究領(lǐng)域的典型代表植物之一。李佃勇[24]首先提出營(yíng)造黃柳和小紅柳(S.microstachyavar.bordensis)林是治理渾善達(dá)克沙地的有效途徑。張瑞麟等[3]研究了渾善達(dá)克沙地黃柳再生沙障的防風(fēng)固沙效益，指出建立適宜類型的黃柳再生沙障是治理該區(qū)域流沙的重要措施之一。邢存旺等[25]對(duì)冀西北地區(qū)再生沙障植物種進(jìn)行了篩選、抗性評(píng)價(jià)及沙障建植技術(shù)的研究，指出黃柳是該區(qū)域較好的建植材料之一，其沙障設(shè)置時(shí)間以春季成活率最高，最佳埋設(shè)深度60 cm，平行帶狀沙障以帶間距 2.5～3.0 m為宜，網(wǎng)格以6 m × 6 m為宜。靳有光等[26]對(duì)黃柳再生沙障在實(shí)際推廣應(yīng)用中進(jìn)行了探索。綜合以上分析，眾多研究重點(diǎn)在于沙障的設(shè)置類型、防風(fēng)固沙效益及其推廣，并未對(duì)立地條件及再生沙障插穗個(gè)體(如插穗長(zhǎng)度、栽植密度、采集時(shí)間和扦插時(shí)間等)進(jìn)行研究。劉冠志等[9]通過(guò)對(duì)黃柳再生沙障插穗指標(biāo)與成活率關(guān)系的研究，探討了插穗指標(biāo)及其適宜值。在此基礎(chǔ)上，本研究繼續(xù)深入探討該問(wèn)題。通過(guò)對(duì)渾善達(dá)克沙地2種不同立地類型(平緩沙地和風(fēng)蝕坑)的插穗長(zhǎng)度等指標(biāo)與黃柳生長(zhǎng)指標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行研究，探討黃柳再生沙障建植過(guò)程中適宜的插穗長(zhǎng)度、栽植密度、采集時(shí)間和扦插時(shí)間，為今后的實(shí)踐工作提供理論依據(jù)和指導(dǎo)，并為黃柳再生沙障建植技術(shù)指標(biāo)體系建立提供理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

渾善達(dá)克沙地(42°10′—43°50′ N，112°10′—116°31′ E)東起大興安嶺南段西麓，向西延伸至集二鐵路沿線以西。屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，冬季漫長(zhǎng)寒冷，夏秋季短而炎熱。年均氣溫 1.7 ℃，≥10 ℃積溫2 000～2 600 ℃；無(wú)霜期100～110 d。降水分布不均勻，降水量自東南向西北逐漸遞減，東南部降水350～400 mm，西北部100～200 mm，年蒸發(fā)量2 000～2 700 mm。冬春季節(jié)，風(fēng)大沙多，全年多偏西風(fēng)，年平均風(fēng)速為3～5 m·s-1，最大風(fēng)達(dá)12級(jí)[1]。土壤類型以栗鈣土為主，其次是棕鈣土；非地帶性土壤主要是風(fēng)沙土。沙地東端為草甸草原，西端為荒漠草原，中間廣大沙區(qū)處于半干旱草原帶。沙地地帶性植被以草原植被為主，針闊葉喬木、榆樹疏林等超地帶性植被明顯[27]。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)方法

在內(nèi)蒙古正藍(lán)旗境內(nèi)的渾善達(dá)克沙地綜合治理試驗(yàn)示范研究區(qū)內(nèi)選擇典型的平緩沙地和風(fēng)蝕坑，分別進(jìn)行黃柳插穗長(zhǎng)度、栽植密度、采集時(shí)間和扦插時(shí)間試驗(yàn)，每組試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)設(shè)置插條500根。插穗選取2～3 a生無(wú)病害健壯黃柳枝條，粗細(xì)相近(直徑約1 cm)，用剪刀先將黃柳枝條的側(cè)枝和梢頭的幼嫩部分去掉，然后截制成不同長(zhǎng)度的插穗，并將其下端平滑斜切，上端平切。

沙障類型設(shè)置為帶狀沙障，垂直主風(fēng)向，帶間距2 m。設(shè)置沙障時(shí)采取隨整地隨扦插的方法。剝?nèi)ジ缮硨舆M(jìn)行開溝，開溝深度視插條長(zhǎng)度而定，寬度約15 cm。將插條全部垂直插入沙層與地面齊平，扦插后先將濕沙填入，將底部踏實(shí)，再填干沙踩實(shí)以防止水分流失。

2.1.1插穗長(zhǎng)度試驗(yàn)

分別在平緩沙地和風(fēng)蝕坑2種立地類型上進(jìn)行試驗(yàn)，插穗采用春季萌發(fā)前的現(xiàn)采條，長(zhǎng)度分別為35 cm、50 cm、65 cm和80 cm，栽植密度均為10株·m-1。

2.1.2栽植密度試驗(yàn)

分別在平緩沙地和風(fēng)蝕坑2種立地類型上進(jìn)行試驗(yàn)，插穗采用現(xiàn)采條，栽植密度分別為7株·m-1、10株·m-1、13株·m-1、16株·m-1，插穗長(zhǎng)度均為50 cm。

2.1.3采集時(shí)間試驗(yàn)

分別在平緩沙地和風(fēng)蝕坑2種立地類型上進(jìn)行試驗(yàn)，插穗采用春季萌發(fā)前的現(xiàn)采條，前一年秋季休眠后的冬貯條，選取2～3 a生健壯黃柳枝條，插穗直徑約1 cm，長(zhǎng)度為50 cm，栽植密度為10株·m-1。冬貯條是將截制好的插穗每100根打成一捆并整齊下窖，每隔一層放一層冰或雪，防止次年春季溫度過(guò)早上升，并距地面 0.5 m左右封蓋，加雪或冰，并每隔3～4 m設(shè)一個(gè)通風(fēng)口，供翌年造林使用。

2.1.4扦插時(shí)間試驗(yàn)

在平緩沙地上進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)置3組試驗(yàn)，即春季冬貯條、春季現(xiàn)采條和秋季現(xiàn)采條。設(shè)置時(shí)間為前一年秋季(9月)和當(dāng)年春季(4月)，前一年秋季采用現(xiàn)采條，當(dāng)年春季分別采用現(xiàn)采條和冬貯條，插穗長(zhǎng)度為50 cm，栽植密度為10株·m-1。

2.2 試驗(yàn)調(diào)查與數(shù)據(jù)處理

當(dāng)年9月開展試驗(yàn)調(diào)查，采用實(shí)地調(diào)查測(cè)量法分別對(duì)插穗的生長(zhǎng)情況進(jìn)行調(diào)查，3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)測(cè)量50株，共150株。調(diào)查指標(biāo)包括插穗株高、枝條長(zhǎng)、枝條基徑、分枝數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬及地上生物量，分別用卷尺、游標(biāo)卡尺、精度為 0.01 g電子天平測(cè)量。分枝數(shù)為插穗萌生枝的數(shù)量。地上生物量采用收獲法，烘干稱重，3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)測(cè)量20株，共60株。

由于株高、枝條長(zhǎng)、枝條基徑、分枝數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬及地上生物量均不能單獨(dú)反映插穗的生長(zhǎng)狀況，因此，運(yùn)用主成分分析方法對(duì)以上指標(biāo)進(jìn)行綜合分析是較為合理的方法。數(shù)據(jù)分析采用Excel 2007和SPSS 19.0進(jìn)行分析，制圖采用Sigmaplot 12.0。

3 結(jié)果與分析

黃柳再生沙障的生長(zhǎng)狀況數(shù)據(jù)見表1～表4。對(duì)各生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，并通過(guò)主成分表達(dá)式計(jì)算出各指標(biāo)水平的主成分得分，由各指標(biāo)水平的主成分得分(當(dāng)主成分個(gè)數(shù)為2時(shí))在二維空間中描繪出各指標(biāo)水平的分布情況[28]，得出黃柳再生沙障各指標(biāo)的最優(yōu)生長(zhǎng)狀況，從而確定各指標(biāo)最適值，即最佳指標(biāo)水平。

2種立地條件下不同插穗長(zhǎng)度黃柳的生長(zhǎng)狀況見表1，下式為不同插穗長(zhǎng)度對(duì)生長(zhǎng)狀況的主成分分析。

平緩沙地：

第一主成分F1=0.388 86X1*+0.399 73X2*+0.403 59X3*-0.255 20X4*+0.400 05X5*+0.389 55X6*+0.386 34X7*

(1)

風(fēng)蝕坑：

第一主成分F1=0.379 42X1*+0.372 36X2*+0.380 32X3*-0.375 59X4*+0.379 35X5*+0.381 89X6*+0.376 66X7*

(2)

式中：X1*～X7*表示對(duì)插穗各生長(zhǎng)指標(biāo)原始變量標(biāo)準(zhǔn)化后的變量。

表1 2種立地條件不同插穗長(zhǎng)度黃柳插穗的生長(zhǎng)情況Tab.1 The growth status of cuttings of Salix gordejevii with different lengths in two different sites

2種立地條件下不同栽植密度黃柳插穗的生長(zhǎng)狀況見表2，下式為不同插穗密度對(duì)生長(zhǎng)狀況的主成分分析。

平緩沙地：

第一主成分F1=0.460 05X1*+0.422 05X2*+0.273 23X3*+0.404 31X4*-0.393 62X5*+0.176 26X6*+0.431 14X7*

(3)

第二主成分F2=0.007 79X1*-0.165 87X2*+0.599 45X3*+0.173 51X4*+0.278 75X5*-0.694 92X6*+0.150 04X7*

(4)

風(fēng)蝕坑：

第一主成分F1=0.341 11X1*+0.483 74X2*-0.329 10X3*-0.429 66X4*+0.487 09X5*-0.222 87X6*+0.264 26X7*

(5)

第二主成分F2=0.064 48X1*+0.194 06X2*+0.495 92X3*-0.265 22X4*-0.174 82X5*+0.561 55X6*+0.544 13X7*

(6)

式中：X1*～X7*表示對(duì)插穗各生長(zhǎng)指標(biāo)原始變量標(biāo)準(zhǔn)化后的變量。

2種立地條件下不同采集時(shí)間黃柳插穗的生長(zhǎng)狀況見表3，下式為插穗不同采集時(shí)間對(duì)生長(zhǎng)狀況的主成分分析。

平緩沙地：

第一主成分F1=-0.331 47X1*-0.383 63X2*+0.384 79X3*-0.385 95X4*+0.385 95X5*+0.385 18X6*-0.385 95X7*

(7)

風(fēng)蝕坑：

第一主成分F1=0.404 56X1*-0.349 49X2*+0.414 09X3*-0.409 12X4*-0.202 07X5*+0.411 19X6*-0.406 63X7*

(8)

式中：X1*～X7*表示對(duì)插穗各生長(zhǎng)指標(biāo)原始變量標(biāo)準(zhǔn)化后的變量。

表3 2種立地條件不同采集時(shí)間黃柳插穗的生長(zhǎng)情況Tab.3 The growth status of cuttings of Salix gordejevii with different collecting time in two different sites

平緩沙地不同扦插時(shí)間黃柳插穗的生長(zhǎng)狀況見表4，下式為插穗不同扦插時(shí)間對(duì)生長(zhǎng)狀況的主成分分析。

第一主成分F1=0.455 07X1*-0.110 80X2*-0.470 60X3*+0.405 27X4*+0.405 77X5*+0.461 10X6*+0.132 93X7*

(9)

第二主成分F2=-0.161 73X1*+0.616 53X2*-0.005 93X3*-0.322 49X4*+0.321 35X5*+0.126 94X6*+0.608 53X7*

(10)

式中：X1*～X7*表示對(duì)插穗各生長(zhǎng)指標(biāo)原始變量標(biāo)準(zhǔn)化后的變量。

表4 平緩沙地不同扦插時(shí)間黃柳插穗的生長(zhǎng)情況Tab.4 The growth status of cuttings of Salix gordejevii with different planting time in flat sandy land

將各指標(biāo)水平原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后帶入其主成分，得到黃柳再生沙障生長(zhǎng)狀況主成分得分(表5)。將各指標(biāo)水平的主成分得分在二維空間中描繪出各指標(biāo)水平的分布情況(圖1，若只存在第一主成分，在二維圖上假設(shè)第二主成分存在，且得分為1)。由圖1可看出，分布在第一象限的是4、8、21、10、3、2和7，說(shuō)明在這幾個(gè)指標(biāo)水平下沙障的生長(zhǎng)狀況最好。分布在第四象限的是15、22和16，因?yàn)榈谒南笙薜闹饕卣魇堑谝恢鞒煞?，第一主成分占信息總量的比重大，所以，這3個(gè)指標(biāo)水平沙障的生長(zhǎng)狀況也比較好。分布在第二、三象限的指標(biāo)水平生長(zhǎng)狀況均較差。由于2、3和4是同一指標(biāo)下的不同水平，且4的第一主成分比重較大，所以4的生長(zhǎng)狀況最好，即平緩沙地插穗長(zhǎng)度為80 cm的黃柳再生沙障生長(zhǎng)狀況最好；同理，同一指標(biāo)下，8較7的生長(zhǎng)狀況好，17較18的生長(zhǎng)狀況好，15較16的生長(zhǎng)狀況好；10、19和21在其各自所屬指標(biāo)中的生長(zhǎng)狀況也最好，即風(fēng)蝕坑插穗長(zhǎng)度為80 cm的沙障生長(zhǎng)狀況最好，平緩沙地與風(fēng)蝕坑插穗栽植密度分別為10株·m-1和13株·m-1的沙障生長(zhǎng)狀況最好；平緩沙地與風(fēng)蝕坑插穗采集的最佳時(shí)間均是秋季(冬貯條)，插穗扦插最佳時(shí)間為春季，且冬貯條生長(zhǎng)狀況最好。

表5 不同指標(biāo)水平黃柳再生沙障主成分得分Tab.5 Principal component score for Salix gordejevii regenerated sand barrier with different index levels

注：圖中數(shù)字為各指標(biāo)水平序號(hào)。

4 討論

黃柳再生沙障插穗指標(biāo)與其成活率的研究表明，插穗個(gè)體的綜合指標(biāo)也是影響再生沙障成活與生長(zhǎng)的主要因素[9]，沙障建植過(guò)程中要重視對(duì)插穗長(zhǎng)度、栽植密度、采集時(shí)間和扦插時(shí)間等插穗個(gè)體指標(biāo)的設(shè)置。再生沙障的防風(fēng)固沙效益既與插穗的成活率有關(guān)，也與插穗的生長(zhǎng)狀況有關(guān)，因此，通過(guò)對(duì)插穗成活率與生長(zhǎng)狀況的綜合分析，以確定其各指標(biāo)的適宜值較為合理。

2種立地類型條件下，隨著插穗長(zhǎng)度的增加，黃柳再生沙障的生長(zhǎng)狀況均逐漸提高，并且插穗長(zhǎng)度為80 cm時(shí)其生長(zhǎng)狀況最好。這與插穗長(zhǎng)度與成活率的研究所得出平緩沙地和風(fēng)蝕坑分別為50 cm和65 cm較為適宜的結(jié)果不一致[9]。分析認(rèn)為，插穗越長(zhǎng)，其本身體內(nèi)蓄積的可供生根成活的水分和養(yǎng)分就越多，并且容易吸收深層基質(zhì)的水分和養(yǎng)分，但是在實(shí)際設(shè)置再生沙障進(jìn)行流沙治理時(shí)，往往需考慮省工省時(shí)省料的綜合效益，所以平緩沙地和風(fēng)蝕坑2種立地類型條件下插穗長(zhǎng)度不低于50 cm和65 cm時(shí)較為合理，此結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致[25]。

在平緩沙地立地類型條件下，栽植密度為10株·m-1插穗的生長(zhǎng)狀況較好，當(dāng)年株高為 87.89 cm。在風(fēng)蝕坑立地類型條件下，插穗生長(zhǎng)狀況較好的栽植密度為13株·m-1。插穗栽植密度與阻沙量及防風(fēng)效果呈正相關(guān)關(guān)系，沙障設(shè)置初期，栽植密度越大，插穗覆沙的風(fēng)險(xiǎn)就越大，不利于插穗的成活，而沙障成活后，栽植密度越大，防風(fēng)效果愈加突顯。因此，風(fēng)蝕坑立地類型下插穗栽植密度可配置為10～13株·m-1，當(dāng)年株高為 76.78 cm。

插穗采集與扦插時(shí)間是扦插繁育中關(guān)注的主要問(wèn)題，直接影響繁育的結(jié)果[29]。2種立地類型下，插穗采集時(shí)間與扦插時(shí)間研究的結(jié)果與已有的研究結(jié)果相符，即秋季采集插穗，經(jīng)過(guò)冬季冷凍貯存，次年春季扦插，其生長(zhǎng)效果明顯好于春季和秋季現(xiàn)采現(xiàn)插。因?yàn)闃淠驹谇锬┓e累了大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并進(jìn)入休眠期，其枝條用于扦插成活率高。而且，插穗入窖冷凍冬貯，保持低溫濕潤(rùn)，亦可提高扦插成活率。試驗(yàn)表明春季扦插的生長(zhǎng)狀況好于秋季，主要受季節(jié)變化影響。插穗秋季扦插后，便要面對(duì)環(huán)境條件惡劣的冬季和春季，從而嚴(yán)重地影響了其成活與生長(zhǎng)；而春季扦插是在4月進(jìn)行，此時(shí)水分蒸發(fā)相對(duì)較弱，而且溫度逐漸升高，土壤墑情逐漸轉(zhuǎn)好，以及之后進(jìn)入環(huán)境條件適宜的夏季與秋季，都決定了插穗具有良好的生長(zhǎng)狀況。

插穗長(zhǎng)度與栽植密度均與立地類型相關(guān)。風(fēng)蝕坑沙障的生長(zhǎng)狀況受外部環(huán)境的影響較平緩沙地大，而受插穗指標(biāo)的影響相對(duì)較小。一方面，由于風(fēng)蝕坑表層土壤和植物根系層的丟失，養(yǎng)分往往比較貧乏，于植物而言，相當(dāng)于空白的小生境[30]；另一方面，由于風(fēng)蝕坑的成因、形態(tài)和發(fā)展階段的不同決定了微地貌、微環(huán)境受擾動(dòng)的程度，并且隨著盛行風(fēng)方向的變化，風(fēng)蝕坑的主剝蝕與沉積部位發(fā)生相應(yīng)改變[31]。插穗的采集時(shí)間和扦插時(shí)間與立地類型無(wú)顯著關(guān)系，主要決定因素為植物自身的生物學(xué)特性。

5 結(jié)論

插穗的生長(zhǎng)狀況與其指標(biāo)具有密切相關(guān)關(guān)系，本研究確定了渾善達(dá)克沙地黃柳再生沙障插穗各指標(biāo)的適宜值。平緩沙地和風(fēng)蝕坑立地類型條件下，插穗長(zhǎng)度以不小于50 cm和65 cm較為適宜，當(dāng)年株高分別達(dá) 87.89 cm和 78.38 cm；平緩沙地插穗栽植密度為10株·m-1較為適宜，當(dāng)年株高為 87.89 cm；風(fēng)蝕坑插穗栽植密度為10～13株·m-1生長(zhǎng)狀況較好，當(dāng)年株高在 76.78 cm以上；秋季進(jìn)行插穗采集，并進(jìn)行冬貯，比春季現(xiàn)采條的生長(zhǎng)狀況好；插穗在春季扦插較秋季扦插的生長(zhǎng)狀況好，并且春季扦插冬貯條的生長(zhǎng)狀況最好。不同立地類型條件下黃柳再生沙障建植的插穗長(zhǎng)度和栽植密度存在差異，而插穗的采集時(shí)間與扦插時(shí)間主要決定因素為植物自身的生物學(xué)特性。

插穗指標(biāo)應(yīng)作為再生沙障建植技術(shù)體系中重要的一部分，在今后的研究中需更加注重插穗指標(biāo)與沙障類型及其防風(fēng)固沙效果的研究。