毛乌素沙地飞播杨柴林平茬复壮成效分析

李卓凡，苏 和，王晓江，张 雷，洪光宇，高孝威，李梓豪，海 龙，武永智，吴建新，白 艳，苏雅拉巴雅尔

(1. 内蒙古自治区林业科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010010； 2. 内蒙古大青山森林生态系统国家定位观测研究站，内蒙古 呼和浩特 010010； 3. 内蒙古自治区退耕还林和外援项目管理中心，内蒙古 呼和浩特010010； 4. 内蒙古自治区林业和草原有害生物防治检疫总站，内蒙古 呼和浩特 010010； 5. 乌审旗国有乌兰陶勒盖治沙站，内蒙古 乌审旗 017300)

荒漠化已成为当今世界上最严峻的环境问题之一，植被恢复与重建可有效控制土地的沙化，是防治与治理土地荒漠化的主要方式[1]。飞播造林运用森林天然下种更新原理，利用飞机把林木种子或种子丸撒在造林地上，是加速沙区治理、促进植被恢复的一种有效方法，其遵循生物学和森林生态学的基本规律，也是将人工促进天然更新和人工更新相结合的一种造林方式[2]。杨柴(Hedysarummongolicum)是沙区飞播造林的主要树种，其抗逆性和适应性均很强，具有耐旱、耐寒、耐高温、耐瘠薄、抗风沙等特点，其在50 cm沙层且含水量仅有 0.72% 的条件下仍能维持生命，冬季能忍受 -35 ℃以下的严寒，夏季能

忍耐45 ℃以上的沙地高温，幼株或成年植株枝条全部沙埋后仍能萌发出土并能正常生长[3]。

目前，我国飞播林经营相对滞后，多侧重于现状管护，重“造”轻“管”。飞播杨柴林以纯林为主，树种相对单一，空间结构较简单，种群空间格局为聚集度较高的群团型，而且为了增加成活率及增强防风效益，灌木林单位面积内植株密度较高，灌丛植物整体长势衰退，自然枯死现象严重，生产力下降[4]。因此，对飞播杨柴林的生长规律、经营管理等进行相关研究在生产实践中较为迫切，平茬复壮在灌木林的经营管理中已成为更新抚育的重要手段之一[5-10]。本研究以毛乌素沙地飞播杨柴林为研究对象，进行不同平茬方式以及不同预留盖度的平茬处理，通过连续观测平茬杨柴生长指标特征，探讨适用于飞播杨柴林的平茬复壮技术，旨在为今后飞播杨柴林林分结构改造和可持续经营等提供科学依据。

1 研究区自然概况

研究区位于毛乌素沙地中部，地理坐标为37°38′54″—39°23′50″N，108°17′36″—109°40′22″E。该地区属温带大陆性季风气候，年平均气温6～8 ℃，年平均日照时长2 000～3 000 h，年降水量350～400 mm，多集中在7—9月，年蒸发量2 200～2 800 mm，无霜期125～135 d，年均风速 3.5 m·s-1，大风多出现在4—5月，以西北风为主，夏季盛行东南风。研究区主要有杨柴、沙柳(Salixpsammophila)、油蒿(Artemisiaordosica)、花棒(Hedysarumscoparium)、柠条锦鸡儿(Caraganakorshinskii)等旱生灌木[11-12]。

2 研究方法

2.1 样地设置

以迎风坡立地条件下未进行过平茬作业的飞播杨柴林(2002年飞播)为研究对象，选择带状和块状2种平茬方式，以未平茬杨柴林分作为对照组，块状平茬以平茬面积5 m × 5 m、保留面积5 m × 5 m、“品”字形对坡面进行作业，同时开展带状平茬方式下预留 10% 盖度、20% 盖度、30% 盖度、40% 盖度4种平茬强度试验。经实地踏查，选择具有代表性区域布设40 m × 50 m典型样地，平茬前对各样地杨柴林生长指标进行本底调查，平茬时间选择春季杨柴萌发前进行，平茬后高度为0 cm，平茬后对试验地进行围封保护。

2.2 植被调查

样地内在坡上、坡中、坡下各设置3个2 m × 2 m杨柴样方，样方应设在林分内部，以避免边缘效应的影响。于9月生长季末对平茬样地内杨柴的各项生长指标进行调查。调查指标主要有地径生长量、株高生长量、株丛数量、活枝数量、枯枝数量和生物量。生物量主要指活枝干重，采取全收获法，带回实验室65 ℃进行烘干。

2.3 数据处理

通过Excel 2016对数据进行整理，并使用 SPSS 19.0 统计分析软件对数据进行单因素方差分析，表中数据均采用“均值±标准差”表示。

3 结果与分析

3.1 不同平茬方式杨柴生长变化特征

由表1可知，带状平茬单位面积内活枝数量是对照组的 1.51 倍，是块状平茬的1.78倍，带状平茬与块状平茬差异显著；带状平茬枯枝率为 22.85%，与块状平茬、对照组差异显著；带状平茬单位面积内株丛数量、生物量均高于块状平茬和对照组，而块状平茬地径和株高生长量略高于带状平茬，而略低于对照组，但是差异均不显著。可见，平茬处理后，可有效降低杨柴林的枯枝率，提高单位面积内株丛数量，平茬对杨柴地径和株高生长影响不显著。带状平茬可显著提高单位面积内活枝数量和生物量，并减少枯枝数量，要优于块状平茬。

表1 不同平茬方式杨柴生长变化特征Tab.1 Growth characteristics of Hedysarum mongolicum with different stumping modes

3.2 不同带状平茬强度杨柴生长连年变化特征

3.2.1地径生长连年变化特征

由表2可知，刈割当年，预留 10% 盖度地径最大，可达到平茬前的 65.65%，与预留 20% 盖度、预留 40% 盖度差异显著，预留 40% 盖度最小，仅达到平茬前的 49.61%。第2 a地径生长量快速增加，预留 20% 盖度年生长量最大，达到了 1.52 mm，预留 30% 盖度年生长量最小，仅为 0.66 mm，4种平茬强度中，预留 10% 盖度地径最大。第3 a，预留 10% 盖度地径最大，可恢复到平茬前水平，预留 30% 盖度地径最小。平茬处理后，地径随平茬时间的增长而增加，开始阶段预留 10% 盖度生长量较大，随时间推移各平茬强度之间差异逐渐减小。

表2 不同平茬强度杨柴地径生长连年变化特征Tab.2 Annual variation characteristics of ground diameter increment of Hedysarum mongolicum with different stumping intensities

3.2.2株高生长连年变化特征

由表3可知，刈割当年，预留 30% 盖度株高生长量最大，可达到平茬前的 77.13%，与预留 20% 盖度、预留 40% 盖度差异显著，预留 20% 盖度最小，仅达到平茬前的 54.59%。第2 a预留 20% 盖度年生长量达到了 30.32 cm，4种平茬强度中，预留 10% 盖度株高生长量最大，可恢复到平茬前水平。第3 a，预留 40% 盖度株高年生长量最大，预留 30% 盖度可恢复到平茬前水平。平茬处理后，第1 a杨柴株高快速生长，之后增幅变小，与平茬前相比较，预留 30% 盖度较优。

表3 不同平茬强度杨柴株高生长连年变化特征Tab.3 Annual growth characteristics of height of Hedysarum mongolicum with different stubble intensities

3.2.3株丛数量连年变化特征

由表4可知，刈割当年，单位面积内株丛数量除预留 20% 盖度外，均可恢复到平茬前水平，其中，预留 30% 盖度最多，与预留 20% 盖度差异显著，预留 20% 盖度最小，仅达到平茬前的 50.99%；第2 a预留 20% 盖度年增加量为 2.55 株·m-2，4种平茬强度中，预留 40% 盖度株丛数量最多，是平茬前的 1.35 倍；第3 a与上一年度相比，各平茬强度均表现为株丛数量减少，其中，预留 10% 盖度减幅最大。

表4 不同平茬强度杨柴株丛数量连年变化特征Tab.4 Annual variation characteristics of cluster number of Hedysarum mongolicum with different stubble intensities

刈割当年，单位面积内活枝数量以预留 30% 盖度为最多，恢复到平茬前水平，与预留 20% 盖度、预留 40% 盖度差异显著，预留 20% 盖度最小，仅达到平茬前的 56.76%；第2 a预留 20% 盖度年增加量为15枝·m-2，4种平茬强度中，预留 30% 盖度最多；第3 a，预留 40% 盖度最多，是平茬前的 1.49 倍，与上一年度相比，其他平茬强度均表现为活枝数量减少，预留 10% 盖度减幅最大。

平茬处理后第2 a开始出现枯死枝，预留 10% 盖度枯枝率最大，为 29.99%，与预留 20% 盖度差异显著；第3 a预留 10% 盖度枯枝率达到了 49.89%，超过了平茬前水平，预留 30% 盖度枯枝率最小，为 24.21%。

平茬处理后，单位面积内株丛数量和活枝数量均呈先增加再减少趋势，预留 30%～40% 盖度具有较高的株丛数量和活枝数量，预留 30% 盖度具有较低的枯枝率。

3.2.4生物量连年变化特征

由表5可知，刈割当年，单位面积生物量除预留 20% 盖度外，均可恢复到平茬前水平，其中，预留 10% 盖度最多，预留 30% 盖度恢复最好，是平茬前的 1.75 倍。第2 a预留 20% 盖度年增长量为 146.43 g·m-2，4种平茬强度中，预留 30% 盖度恢复最好，是平茬前的 2.88 倍。第3 a各平茬强度均表现为生物量减少，其中，预留 20% 盖度减幅最大，预留 40% 盖度减幅较小。平茬处理后，单位面积生物量呈先增加再减少趋势，与平茬前杨柴生物量相比较，预留 30% 盖度恢复最好。

表5 不同平茬强度杨柴活枝干生物量连年变化特征Tab.5 Annual variation characteristics of dry biomass of living branches of Hedysarum mongolicum with different stumping intensities

4 讨论

飞播杨柴林进行平茬处理，可有效降低林分的枯枝率，提高单位面积内株丛数量。不同平茬方式对杨柴的地径与株高生长影响较小，与平茬前相比均表现为差异不显著，但带状平茬可显著提高单位面积内活枝数量和生物量，并减少枯枝数量。同时，带状平茬有利于保持水土，不会造成林地内的水土流失和降低林分的防风固沙能力，在平茬作业中，带状平茬也更利于操作，因此，对于飞播杨柴林可选择带状平茬的方式进行作业。根据已有学者研究[7,13]，选择预留 10% 盖度、20% 盖度、30% 盖度、40% 盖度开展带状平茬不同强度的试验，相较于平茬前杨柴的生长特征，预留 30%～40% 盖度株高生长量、单位面积株丛数量、活枝数量和干物质积累量恢复效果较好，具有相对较低的枯枝率，要优于预留 10% 盖度、预留 20% 盖度，这可能是由于高强度平茬造成林分盖度降低、地表风速加大、地面温度增高，加大了土壤水分的蒸发量，而土壤水分对植被生长起到重要作用，因此在生产中可选择预留 30%～40% 盖度进行作业。通过连年监测杨柴的生长变化情况，可知其各项生长指标均在第1 a快速增加，在第2 a或最迟第3 a时可基本恢复到或优于平茬前水平，而平茬第3 a单位面积株丛数量开始减少、干物质积累量降低、枯枝率较高，杨柴林表现为开始衰退，为维持并加强飞播杨柴林地生态保护，在生产中可选择3 a作为其平茬周期。

飞播灌木林种群空间格局为聚集度较高的群团型，单位面积内植株密度较高，从而产生灌丛与地区水分平衡的矛盾，随着灌丛的生长，灌丛水分营养面积不足，引起了各水分平衡分量的比例关系发生改变，土壤水分条件恶化[14]，平茬复壮对土壤水分影响显著，可以改善土壤水分情况，林地具有很强的土壤水分恢复能力[15-17]。同时，平茬不仅可以促进灌木地上部分生长，还可以大幅提高灌木根系的生长[18]，对灌木生理特性[19]和土壤理化性质[20-21]也有重要影响，应用平茬复壮技术控制沙地灌木林钻蛀性害虫的发生，在林业生产实践中具有重要意义[22]。在今后研究中，可将衰退飞播杨柴林平茬复壮后的土壤水分、土壤理化性质、根系生长量等变化特征作为主要内容开展深入研究。

5 结论

(1)对于不同平茬方式，带状平茬可增加单位面积内株丛数量，能降低杨柴林分的枯枝率，并提高单位面积内生物量，单位面积内活枝数量是平茬前的 1.51 倍，整体上要优于块状平茬方式。

(2)对于带状平茬不同平茬强度，预留 30%～40% 盖度与平茬前杨柴的生长特征相比较，其株高生长量、单位面积株丛数量、活枝数量和生物量要优于其他预留盖度，同时枯枝率相对较低，恢复效果较好。

(3)连年监测杨柴的生长变化情况，杨柴的地径生长量、株高生长量、株丛数量、活枝数量均在第1 a快速增加，在第2 a或最迟第3 a时可基本恢复到或优于平茬前水平，平茬第3 a枯枝率可达到 24.21%～49.89%。