紫色土地区不同直播造林模式造林效果研究

杨 艳， 汤玉喜， 李永进， 唐 洁， 陈 杰， 龙三元， 单志义， 吕 勇

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004；2.白鹤街道农业综合服务中心，湖南 祁东县 421600；3.攸县黄丰桥国有林场，湖南 攸县 412300)

紫色土为紫色页岩发育的岩性土壤，易水蚀，保水性差，其土壤中有机质及氮素含量较低。因其颜色深，紫色土吸热性强，温度调节能力差，在高温季节，其裸露的地表温度可达70℃以上，以致于出现“天晴一把刀，落雨一团糟”的现现象，因此，紫色土地区素有“红色沙漠”之称[1-2]。由于紫色土特有的水热不均衡的特点，致使紫色土地区植被单一且稀疏，水土流失和季节性干旱严重，严重制约着当地农村经济的发展和生态稳定性。

湖南省自1994年起便将紫色土等“三难地”改造列入各级党委和政府的重要议事日程，并做出消灭宜林荒山，实现全面绿化达标的重要决定[3-4]。地方政府还采取客土培植的方法改善紫色土丘岗地区的生态环境，但是这种方法投入大，收效甚微。近年来，相关学者开展了关于紫色土造林及植被恢复的研究，但多侧重于紫色土植被构建、生物多样性以及土壤理化性质等相关内容[5-12]，而对紫色土地区直播造林种子的处理以及在该区域播种的效果并未进行相关的阐述。鉴于此，为了改善紫色土丘陵区的生态环境，加快该区域生态修复进程，本文通过对植物种子的处理及播种方法进行研究，以寻找一种快速恢复当地植被的直播造林方法，为紫色土及相关困难立地区域退化生态系统的植被恢复提供参考。

1 试验区概况

祁东县位于湘南湘江中游，地处111°32′16″—112°20′10″E，26°28′01″—27°04′34″N。该区属中亚热带季风湿润气候区，四季分明，年平均日照为1580.8h，年平均气温为17.9℃，年平均降水量为1219.5mm，平均相对湿度为77%，年平均无霜期为282d。祁东县地处衡邵丘陵盆地，境内丘陵起伏，土壤主要以红壤为主，其次是紫色土[13-14]。因紫色土地区是紫色页岩成土，其土层薄，植被覆盖率普遍较低，很多丘陵坡地处于荒芜状态。

2 研究方法

2.1 种子处理

以栾树种子为试验材料。将栾树种子直接浸泡在流水中8h，然后以合肥遍地春生物科技有限公司生产的适拌牌驱虫剂与种子以质量比为1∶50混合，加适量水(刚好淹没种子为宜)，浸泡30min。浸泡过的种子沥干水分，平分成两部分，其中一部分用于裸播，另外一部分进行抗旱抗虫包衣处理。

利用润华立农种子包衣丸粒机，通过雾化粘合剂和保水剂溶液以及旋转等工序，使种子与表1中不同处理所添加的包衣剂依次均匀粘合并形成一个完整的包衣结构。包衣剂与种子质量比为(15～25)∶1。

表1 种子处理方法Tab.1 Different treatment methods of seeds处理编号种子处理方法CK(对照)裸种子,不加任何处理CL1种子+黄心土CL2种子+菌棒废料CL3种子+泥炭土CL4种子+黄心土+菌棒废料+泥炭土+滑石粉

2.2 种子发芽试验

2018年4月上旬开始种子发芽试验。在紫色土地区用经以上处理的种子进行直接开沟点播，采用随机区组设计，每个处理3次重复；观察记录经不同处理的种子发芽时间和播种45d后的发芽率，以及当年12月的苗木保存率、苗高及生物量。

2.3 直播造林试验

直播造林试验采用在不破坏原有植被的基础上，直接撒播(简称撒播)和开沟点播(简称沟播)。同样用经以上处理的种子进行直播造林。在撒播区撒播种子后，用竹竿拍打植被，以确保撒播的种子能够落到地面；在开沟点播区采用带状错位开沟，每条沟长50cm，深20～30cm，带与带间距为2m，每条沟播种50粒，播后覆土3～5cm。播种时间分别为2019年2、3、5月，随机区组设计，每个处理重复3次。具体设计见表2。播种45d后观测不同处理的种子发芽率，12月初观测记录不同处理的苗木保存率和生长量。

表2 直播造林试验设计Tab.2 Design of direct seeding afforestation experiment播种时间播种处理12342月裸种撒播包衣种子撒播裸种子短沟点播包衣种子短沟点播3月裸种撒播包衣种子撒播裸种子短沟点播包衣种子短沟点播5月裸种撒播包衣种子撒播裸种子短沟点播包衣种子短沟点播

2.4 数据处理和分析

数据利用Excel进行整理，用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析和相关分析。

3 结果与分析

3.1 不同方法处理的种子播种效果比较

从表3可知：在紫色土地区进行播种造林，经过高温和干旱的“历练”，处理CL1、CL2、CL3以及CL4的播种效果与对照的相比差异明显，发芽时间缩短2～4 d，种子发芽率提高6%～20%，苗木保存率增加19%～50%，苗高增加0.50～5.00cm，生物量增加1.32～3.93g。其中CL4处理的种子发芽率和苗木保存率最高，分别为95%和65%，与CK相比分别提高了20%和40%；播种后苗木的苗高和生物量均最大，分别为15.51cm和7.83g，与对照相比分别增加了0.45倍和1倍。因此，CL4的种子处理方法可视为紫色土播种造林用种子处理较理想的方法。

表3 不同处理种子的播种效果Tab.3 Planting effects of different treatment of seeds处理发芽时间/d发芽率/%保存率/%苗高/cm生物量/ gCK(对照)14.67±0.47 A75±0.82 D15±1.63 D10.70±0.15 B3.90±0.55 CCL110.67±0.45 BC85±1.63 B35±0.82 C11.86±0.13 B5.64±0.38 BCL211.00±0.81 B86±0.82 B40±2.05 B12.52±0.20 B6.17±0.20 ACL312.33±0.94 B81±0.01 C34±0.82 C11.24±0.18 B5.22±0.08 BCL411.00±0.82 B95±2.05 A65±0.82 A15.51±0.27 A7.83±0.18 A 注:表中同一列中不同大写字母表示差异显著性水平为0.01。

3.2 不同直播造林模式的造林效果比较

不同直播造林模式的造林效果见表4。由表4可以看出：不同直播造林模式的造林效果存在一定的差异。沟播与撒播相比，沟播的种子萌发率及苗木的保存率、苗高、地径分别增加了44.93%～46.33%、20.33%～47.23%、7.90～17.50cm和6.16～7.27mm。相同播种时间的处理1和处理2，除3月的苗高差异显著外，其他无论是种子发芽率、苗木保存率还是苗高和地径，差异均不显著；相同播种时间的处理3和处理4，其2月和3月的苗木保存率、地径以及2月苗高均存在显著差异，其他指标的差异均不显著。不同造林模式的平均发芽率由大到小依次为处理4>处理3>处理2>处理1，其中发芽率最大的是处理4(2月)，达86.00%；发芽率最小的为处理1(5月)，统计时没有发芽，或者是芽苗只生存了极短的时间。平均保存率与平均发芽率具有相同的变化规律，最大的仍为2月播种的处理4，其发芽率达55.4%；最小的有3月播种的处理1及5月播种的处理1和处理2，这些处理基本上是全军覆没，最终均没有苗木存活下来。从苗木的生长情况来看，苗高最高的为2月播种的处理4，其苗高达33.57cm；其次是3月播种的处理4，其苗高为26.10cm；2月播种的处理1和5月播种的处理3苗高均较小，均低于所有处理的苗高平均值(14.80cm)。不同处理的苗木地径差异规律同苗高，除3月播种的处理1以及5月播种的苗木地径均较小外，其他各处理的苗木地径，最大的为2月播种的处理4，其苗木地径达13.27mm；3月播种的处理4的次之，为12.2mm；2月播种的处理1的最小，仅为4.07mm。由此可见，处理4(以包衣种子短沟点播)无论在哪一个时间段进行造林，均具有较好的播种效果，表明该直播造林模式比较适宜紫色土直播造林。

表4 不同直播造林模式效果差异性Tab.4 Differences of different direct seeding afforestation modes播种处理发芽率/%保存率/%2月3月5月2月3月5月138.67±3.21 b34.97±0.06 b0.00±0.00 b5.07±0.21 c0.00±0.00 c0.00±0.00 a241.07±2.53 b38.17±0.76 b2.00±1.00 b8.17±0.38 c3.17±0.21 bc0.00±0.00 a385.00±2.00 a76.10±1.15 a45.23±0.40 a25.4±0.78 b10.37±0.72 b4.03±0.15 a486.00±4.00 a80.33±0.76 a53.13±0.42 a55.4±0.78 a23.13±0.23 a9.07±0.21 a苗高/cm地径/mm2月3月5月2月3月5月14.73±0.74 c0.00±0.00 c0.00±0.00 b4.07±0.21 c0.00±0.00 bc0.00±0.00 b16.07±0.51 bc15.23±0.32 ab0.00±0.00 b6.20±0.78 c5.30±0.10 b0.00±0.00 b22.63±0.42 b20.13±0.15 a11.80±0.44 a10.20±0.53 b7.07±0.92 b3.17±0.15 a33.57±0.40 a26.10±0.36 a17.40±0.56 a13.27±0.49 a12.2±0.82 a5.00±0.10 a 注:表中同一列中不同小写字母表示差异显著性水平为0.05。下同。

3.3 不同时间播种的苗木生长差异性

从表5看出：播种时间对不同直播造林模式的影响存在较大差异，不同时间直播造林的平均发芽率最高的为62.69%(2月)；3月的次之，为57.39%；5月的最低，仅为25.09%。不同播种时间各处理的平均保存率由大到小依次为23.51%(2月)>9.17%(3月)>3.28%(5月)；平均苗高月生长量最大的为2.18cm(2月)，最小的为5月的，仅为1.04cm；平均地径月生长量由大到小依次为0.87mm(2月)>0.68mm(3月)>0.29mm(5月)。

表5 不同时间播种的苗木生长差异性Tab.5 Differences of growth of seedlings at different sowing times播种时间发芽率/%保存率/%苗高月生长量/cm地径月生长量/mm2月62.69±26.37 a23.51±23.06 a2.18±0.86 a0.87±0.41 a3月57.39±24.14 b9.17±10.27 b1.71±1.24 ab0.68±0.56 ab5月25.09±28.01 c3.28±4.31 b1.04±1.25 b0.29±0.35 b

3.4 直播造林效果与气候因子的相关性

直播造林效果与气候因子的相关性分析结果见表6。从表6可以看出：种子发芽率、苗木保存率以及苗高和地径与地表温度均呈负相关，与空气湿度和降雨量均呈正相关。苗高和地径与空气湿度和降雨量均呈显著正相关，相关系数均达到0.66以上；苗木保存率与降雨量呈极显著正相关，相关系数均达0.803。综合以上可以看出：直播造林的成败与造林时间及环境因子有较大的相关性。紫色土色深且保水性差，受温度、降雨量等环境因子影响较大；2月是紫色土地区直播造林较理想的时间。

表6 直播造林效果与气候因子的相关性Tab.6 Correlation between seedling growth and climatic factors地表温度/℃空气湿度/%降雨量/mm发芽率/%-0.4410.5270.558保存率/%-0.5520.6190.803**苗高/cm-0.5290.667*0.714*地径/mm-0.6110.755*0.741* 注:**表示在0.01水平上的显著相关;*表示在0.05水平上的显著相关。

4 结论与讨论

在紫色土地区直播造林，种子的萌发需要适宜的土壤温度、湿度以及一定的透气性，当土壤条件适宜时才能激发种子体内的酶活性，提高种子的发芽率[15]。紫色土吸热性强，导热性差，调节温度能力差，同时水土流失严重，水肥保持性差，因此，要在紫色土上进行直播造林，就必须对直播种子进行抗旱保水处理，才能在一定程度上促进种子萌发，提高造林成活率[16]。通过对种子进行包衣处理再播种，与对照(CK)相比，其发芽时间和生长势均表现较好，表明对种子包衣处理能够在一定程度上提高种子的抗逆能力，但由于包衣结构及基质材料的不同，其对水分的保持以及透气性存在一定的差异，为种子的萌发提供的微环境也有差异，幼苗生长也存在较大差异。处理CL1(种子+黄心土)、CL2(种子+菌棒废料)、CL3(种子+泥炭土)虽然能增加种子的发芽率，但由于包衣结构单一，保水供肥能力较差，苗木保存率以及生长量均低于处理CL4(种子+黄心土+菌棒废料+泥炭土+滑石粉)的，可见在紫色土地区进行播种造林时，应综合保水性、通气性以及养分供应等方面，对林木种子进行“绿色环保”多角度处理，这样不仅能够促进种子萌发，增加抗逆性，提高造林成活率，而且还可加快紫色土地区生态修复进程，改善生态环境。

通过比较裸种和包衣种子的播种效果发现，包衣后的种子无论是撒播还是沟播均较裸种的播种效果好；沟播与撒播相比，沟播的种子萌发率及苗木的保存率、苗高、地径分别增加了44.93%～46.33%、20.33%～47.23%、7.90～17.5cm和6.16～7.27mm，其中沟播包衣种子无论是种子发芽率还是苗木保存率、生长量等方面均表现最优。主要原因可能是种子包衣处理后为种子的萌发提供了保水保肥条件，也为后期苗木的生长提供了一定的水肥条件；另外由于沟播的种子用表土覆盖，在避免了鼠、虫危害的同时也为种子萌发增加了一层持水保湿及保温层，避免了雨水快速蒸发，为种子的萌发提供了较好的水热条件，也为苗木的生长提供了保障。

植物栽培过程中，播种时间也是一个关键的因素，特别是对紫色土地区的直播造林，造林时间不仅影响种子发芽率和苗木保存率，同时还对苗木生长表现的好坏起决定性作用。本试验发现，2月、3月和5月播种的种子萌发较好，且2月播种的苗木生长最优，其种子发芽率、苗木保存率以及苗高月生长量、地径月生长量分别为62.69%、23.51%、2.18cm、0.87mm；5月的造林效果最差，其种子发芽率、苗木保存率以及苗高月生长量、地径月生长量分别为25.09%、3.28%、1.04cm、0.29mm。这与播种时的气候因子有很大关系。紫色土地区由于保水性差，地表温度高等因素，播种时间就必须提早，以便能够为破土的幼苗提供充足的缓苗期。一般应将紫色土的直播造林时间提早到2月到3月之间(具体时间要根据当年的具体天气而定)，要早于常规造林时间的1个月左右。

紫色土地区植被恢复是一个长期而又复杂的系统工程，种子的处理、播种方式以及播种时间虽然是影响紫色土地区直播造林的关键因素，但不同植物因其自身的生物学特性不同，在紫色土上萌发及生长情况存在很大差异。本文虽从不同种子处理方式及不同播种时间等对紫色土地区直播造林效果进行了探讨，并初步探明了该类地区直播造林的宏观影响因子及最佳造林时间，但供试植物相对单一，还需综合乔灌草立体模式多角度进行测试与分析，并对种子萌发的微观结构及苗木生长的土壤及其相互作用的机理开展进一步深入探讨，以期为紫色土地区的生态修复提供参考。