民勤荒漠綠洲過渡帶退化梭梭滴灌恢復試驗研究

郭樹江，方峨天，楊自輝，王強強，王多澤，張劍揮

(甘肅民勤荒漠草地生態系統國家野外科學觀測研究站，甘肅省治沙研究所，甘肅 蘭州 730070)

梭梭(Haloxylon ammodendron Bge.)，又稱梭梭柴或黑梭梭，是生長于沙漠地區的建群植物種，梭梭耐干旱、耐風蝕、耐高溫、耐嚴寒、耐瘠薄，是一種優良固沙造林樹種，分布于固定、半固定沙地上［1］。

隨著民勤綠洲開墾種植，地下水的超采，水資源的過度利用，從20 世紀70年代開始，民勤綠洲營造的人工梭梭林生長狀況惡化并且因缺水不斷衰敗。為了維護民勤綠洲的生態穩定，保護綠洲，有必要研究退化梭梭的恢復技術。近年來，采用人工灌溉、模擬降雨、雨水集流等措施開展退化梭梭林恢復技術研究報道較多［2－4］，但由于區域水資源缺乏，立地條件復雜多變，對水資源的浪費較為嚴重。本研究引用滴灌技術，對退化梭梭進行恢復試驗研究，為退化梭梭林的恢復和水資源的合理利用提供技術支撐［5－8］。

1 研究區概況

研究區地處石羊河流域下游民勤綠洲邊緣，位于巴丹吉林沙漠東南緣的沙井子荒漠綠洲過渡帶上，地理位置為 102°56'E、38°36'N，海拔 1 378 m，東、西、北三面被巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠包圍，風沙危害是當地主要的自然災害之一，其自然條件基本代表了民勤沙區的一般特點，該區域屬于典型的大陸性荒漠氣候，其特點為:氣候干燥、降水稀少、蒸發強烈、風大沙多、氣候環境十分惡劣;根據甘肅民勤荒漠草地生態系統國家野外科學觀測研究站近50年(1961—2013年)觀測的氣象資料，當地多年平均氣溫7.6℃，年均日較差15.2 ℃;≥10 ℃積溫為3 036.4 ℃，無霜期176 d;多年平均降水量為115.41 mm，主要集中在每年的 7—9月，占年均總降水量的60%以上;多年平均水面蒸發量為2 664 mm，主導風向為西北風，年平均風速2.5 m·s－1，年平均大風日數25.1 d，年平均沙塵暴日數25.6 d，年≥8 級大風日數為27.8 d;研究區地下水位在15 m以下，沙旱生灌木的生長和存活完全依靠大氣降水，土壤主要是風沙土。綠洲邊緣區植被主要以天然沙拐棗群落、唐古特白刺(Nitraria tangutorum)灌叢、人工梭梭林為主。地貌類型主要以流動沙丘、半固定沙丘、丘間低地為主。

2 研究方法

2.1 樣地設置與調查方法

選擇嚴重退化的梭梭林為研究對象，利用滴灌系統對梭梭進行灌溉恢復試驗，設置滴灌區和雨養區各 0.67hm2，2 塊試驗區梭梭均為 20 世紀 80 代年營造，且相距較近。在滴灌區鋪設帶狀滴灌帶，在每株梭梭下安裝滴頭進行灌溉，試驗區內選擇樣株30株，并設置9 個土壤水分觀測點，同時進行植被、土壤水分調查。

2.2 觀測方法

土壤含水率(%)采用烘干法測定。在各采樣點利用取土鉆從10 cm 開始，每隔20 cm 采集土壤，采集深度1.5 m。采樣帶回實驗室烘干、稱質量，計算土壤含水率。

梭梭滴灌灌水量為每次灌溉48 h，2013—2014年每年灌溉3 次，每次每株梭梭平均灌溉量為57.6 L。梭梭植被調查采用樣株法調查，于2014年8月進行株高、生長量、冠幅、土壤含水量的測定。

2.3 統計方法

利用Excel 軟件對野外調查各樣方的數據進行分析和統計，計算土壤含水率、植被覆蓋度。采用SPSS 18.0 軟件對梭梭滴灌區土壤含水率、植被調查指標、灌水量進行方差分析和相關分析。

3 結果與分析

3.1 滴灌區梭梭土壤水分變化規律

梭梭林滴灌灌溉1 個月后的觀測結果(圖1)表明，土壤水分含量有明顯的變化，滴灌區土壤含水率表層較小，隨著深度的增加而增大，50 cm 土壤含水率最大，而后逐漸減小，130 cm 深度與雨養區土壤水分基本吻合;而雨養區則表現為土壤表層含水率較大，隨著深度的增加逐漸減小，在50 cm 的深度，基本保持平穩。因觀測前幾日，降水量較大，表現為雨養區表層含水率大于滴灌區，這與梭梭冠幅、蓋度有密切關系。

圖1 梭梭滴灌恢復區與雨養區土壤水分變化

3.2 灌溉對梭梭新枝長、冠幅生長的影響

圖2 滴灌恢復區梭梭生長量變化情況

由圖2 可見，滴灌區梭梭新梢最大生長量平均值31.65 cm，較雨養區大11.45 cm，而平均生長量滴灌區為18.2 cm，雨養區為13.7 cm。梭梭單株蓋度滴灌區為51.7%，而對照區為23.3%。通過方差分析，結果顯示滴灌恢復區梭梭生長量與雨養區差異極顯著(P ＜0.01)，因此滴灌恢復退化梭梭效果明顯。

3.3 土壤水分與梭梭新梢生長量關的關系

通過對滴灌區和雨養區梭梭林土壤含水量和新梢當年最大生長量的調查，利用相關分析進行統計分析，結果(表1)表明:梭梭灌溉區土壤0 ～150 cm土壤平均含水量與當年新梢最大生長量相關性顯著(R2=0.987)，而雨養區土壤平均含水量與當年新梢最大生長量相關性較低(R2=0.275)，說明滴灌灌溉對退化梭梭恢復效果顯著。

表1 土壤平均含水量與梭梭新梢生長量的變化

4 結論與討論

4.1 梭梭新梢生長量隨植株耗水量的增大而增加，研究表滴灌恢復技術對梭梭的恢復效果明顯。在每年灌溉3 次，每株梭梭每次平均灌水量57.6 L 的條件下，可使滴灌區50 cm 深的土壤水分保持在12%左右，梭梭最大新梢生長量可增加11.45 cm。

4.2 通過對梭梭滴灌區和雨養區土壤水分與新梢最大生長量進行相關分析，土壤水分變化與新梢生長量關系密切，滴灌區含水量大，對當年新梢的生長影響較大，而雨養區土壤含水量與新梢生長量相關性較小。

4.3 梭梭屬多年生植物，其耗水量與生長量會隨齡級不同而有所變化，齡級對梭梭耗水規律的影響還有待于進一步試驗研究。

4.4 梭梭退化恢復技術是生態環境治理中比較關注的問題，特別是在水資源缺乏地區的干旱荒漠區，大面積的退化梭梭林，對生態環境影響較大。利用滴灌技術，研究在定額的灌溉條件下，研究梭梭的退化梭梭的恢復狀況，確定恢復的適宜灌水量，對荒漠區退化梭梭的恢復及水資源的合理利用具有重要意義。本研究每次的灌水量一致，不能確定恢復效果最佳的適宜的灌水量，此問題需要進一步研究。

［1］馬全林，王繼和，紀永福，等.固沙樹種梭梭在不同水分梯度下的光合生理特征［J］.西北植物學報，2003，23(12):2120 －2126

［2］王繼和，馬全林.民勤綠洲人工梭梭林退化現狀、特征與恢復對策［J］.西北植物學報，2003，23(2):2107 －2112

［3］馬全林，王繼和，趙明，等.退化人工梭梭林的恢復技術研究［J］.林業科學研究，2006，19(2):151 －157

［4］安富博，孫坤，王繼和，等.綠洲邊緣退化梭梭林地集流試驗研究［J］.內蒙古農業大學學報，2006，27(1):115 －120

［5］錢正英，張光斗.中國可持續發展水資源戰略研究綜合報告［R］.北京:中國水利水電出版社，2001:18 －31

［6］劉恒，鐘華平，顧穎.西北干旱內陸河區水資源利用與綠洲演變規律研究［J］.水科學進展，2001，9(3):378 －384

［7］陳興鵬，康爾泗.河西走廊綠洲生態經濟系統良性循環的水資源問題［J］.中國沙漠，2000，20(1):90 －94

［8］丁宏偉，王貴玲，黃曉輝.紅崖山水庫徑流量減少與民勤綠洲水資源危機分析［J］.中國沙漠，2003，23(1):84 －89