喀斯特石漠化區不同處理方式下滇柏的生長狀況

王琪 容麗

摘 要 通過對陳家寨石漠化區綜合治理過程中對比、客土、施肥、保水劑、覆蓋、保水劑+覆蓋6種不同處理方式下柏樹林樣地的連續觀測，對不同處理方式下柏樹的生長狀況的總體趨勢進行了研究。以2年為周期，通過不同時段4次采樣，對柏樹的高度、基徑2個指標的測量。研究結果表明，各種處理方式下柏樹的生長狀況都得到了明顯的改善和提高，其生長程度為保水劑+覆蓋>保水劑>客土>覆蓋>施肥>對比。由此可以看出，通過人為的干擾方式，能夠有助于植被的生長，有效緩解石漠化的加劇，從而為該區在石漠化綜合治理中提供可借鑒的依據。

關鍵詞 石漠化 ；處理方式 ；柏樹 ；生長狀況

中圖分類號 S791 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.06.009

Different Growth Status of Cypress under Each Treatment in Karst Rocky Desertification Area——A Case Study of Chen Jiazhai， Guizhou Province

WANG Qi RONG Li

（Geography and Geo Sciences， Guizhou Normal University， Guiyang， Guizhou 550001）

Abstract This paper makes a continuous observation of cypress forest plots in process of the comprehensive management for Chen Jiazhai rocky desertification areas with six different processing way， such as contrast， soil， fertilizer， water retention agent， covering， water retaining agent + coverage. And then， analysis the growing status of cypress under the different treatments. The height and base diameter of cypress through four sampling in different periods with 2 year cycle were measured. The results showed that cypress growth under the different treatment has been significantly improved， the degree of growth in order to aquasorb and coverage > aquasorb > soil > coverage > fertilizers > contrast. It can be seen that human interference can contribute to the growth of vegetation， alleviate the rock desertification， so as to provide a reference for the comprehensive treatment of rocky desertification.

Keywords rocky desertification ； treatment ； cypress ； growth status

喀斯特石漠化一直是西南地區所存在的一個重要的生態環境問題，是土地荒漠化的主要類型之一[1]。是以喀斯特脆弱生態環境為基礎，以人類不合理的干擾活動為動力，以土地生產力衰退或喪失為本質，以呈現類似荒漠化景觀為標志的一種過程，其核心是土地生產力衰退或喪失[1]。隨著全球氣候變暖與生態環境問題凸顯，國內外學者對喀斯特石漠化區進行了大量的科學研究[2-8]。

貴州省是西南地區喀斯特石漠化十分嚴重的地區之一，在石漠化治理、水土保持和植被恢復的過程中，滇柏一直是喀斯特地區常見的恢復樹種[9]。而在其恢復過程中常出現成活率低、植株生長矮小、水土保持功能發揮不充分等現象。同時，學者們在幾種處理方式對喀斯特石漠化區植被生長狀況的影響領域的研究較為少見，因此本文選取中科院普定喀斯特生態監測站的陳家寨小流域為研究對象，選取其山地成片種植的滇柏林，探討不同處理方式對滇柏恢復的影響，通過對保水劑+蓋草、蓋草、樹臺、保水劑、施肥、對照不同處理方式下柏樹的生長狀況加以研究與分析，為石漠化區水土保持植被選擇、生態環境恢復與重建提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

貴州省陳家寨位于貴州省安順市普定縣城關鎮陳家寨與白巖鎮前寨村交界的竹子窩，105°48′40″E～105°48′45″ E，26°20′42″ N～26°20′50″ N，海拔高度1 350 m，西南向中坡，坡度30°。屬于典型的亞熱帶季風濕潤氣候，季風交替明顯，全年氣候溫和，春干秋涼，無霜期長，年平均氣溫5.1℃，年平均日照時數1 164.9 h，無霜期301 d，年平均降水1 378.2 mm。陳家寨小流域為一黔中高原面上典型的淺碟形洼地，區內基巖裸露，土層淺薄不連續，農作物難以生長，坡面水土流失難以控制。選取樣地海拔高度1 350 m，西南向中坡，坡度30°，土壤為白云巖發育的石灰土，平均土層深度為20 cm，為9年生的人工滇柏林。

1.2 方法

1.2.1 指標的選取

滇柏屬于亞熱帶常綠針葉林，在一定時間范圍內，具有樹高大、莖干筆直、生長較為穩定的特點。由此本文選取了平均高度、基徑兩個個指標進行測量。一方面，在實際采樣法中，這兩個指標的數據較易獲取且精度較高；另一方面，這兩個指標也能較為客觀的分析出柏樹的生長狀況，同時能定量計算出生物量，推算植被生產力累計作用的大小。

1.2.2 樣地的設置

在2013年9月初，課題組對陳家寨柏樹林樣地按實驗設計進行6種不同方式處理（圖1），于2013年9月至2015年9月中旬對實驗樣區進行4次跟蹤監測。每種處理方式采取10 m×10 m的固定監測樣地，每個樣地選取15顆典型柏樹，按順序從01～15掛上吊牌作為標記，用事先測量好其長度為600 cm的筆直竹竿并以10 cm加以刻度，超過該長度的用卷尺加以填補用以測量樹高；選取距離地面2 cm高度的地方測量其基徑，并用紅漆加以標注。

6種處理方式分別為對比、樹臺[客土是指非當地原生的、由別處移來用于置換原生土的外地土壤，通常是指質地好的壤土（沙壤土）或人工土壤]、施肥、保水劑、覆蓋、保水劑+覆蓋。其中對比為無人為干擾的自然環境；生草覆蓋為蓋草；樹臺為客土保水劑為聚丙烯酰胺，平均每株使用量約為500 g；肥料為復合肥，平均每株使用量約150 g，氮磷鉀質量比例1∶1∶1。柏木林樹齡約為12 a左右。喬木層主要為人工種植的滇柏、側柏及自然生長的化香，灌木層主要為人工種植的車桑子及自然生長的火棘、中華繡線菊、小果薔薇等，草本層主要為桔草、黃背草、扭黃茅等，其中滇柏為優勢物種，因此選其作為研究對象。

1.2.3 數據處理與統計分析

通過樣地實測法，將各個樣地實測數據帶回實驗室，按6種不同處理方式及4次采樣分類輸入Excel.2007中，篩選過濾失效數據，導出相關指標（表1）。

采用單因素方差分析法（ANOVA）分別判斷3個時段6種處理方式對群落生物量累計效應的影響，進行相關性分析，以比較其差異性顯著狀況。在SPSS19.0統計軟件中完成。

1.2.4 生物量計算

相對生長關系被廣泛運用群落生物量的估測[9]。本研究以實際采樣的胸徑（D）、樹高（H）為變量，結合該區實際（大部分D>10 cm），采用朱守謙等人在茂蘭喀斯特研究區對森林生物量計算相關系數較高（r>0.9）的3個擬合較好的相對生長式[10]。

W干=0.041 4（D2H）0.985 4

W枝=0.32D2.339 9

W葉=0.013 77（D2H）0.725 6

其中W干、W枝、W葉分別表示柏樹樹干、樹枝、樹葉以及地上部分的生物量，D為實測植株胸徑（單位cm），H為樹高（單位m）。

2 結果與分析

2.1 柏樹生長狀況及生長快慢程度

2.1.1 樹高的生長態勢

樹木高度是衡量植株的生長狀態是否良好最顯著的指標之一[5]。柏樹作為多年生喬木樹種，監測該植被在垂直方向的生長變化數值及不同模式下的生長變化規律，是衡量植被在該區生物量累計作用效應的前提，同時能夠動態監測植株生長變化過程。

由圖1可知，2013～2015年在不同處理方式下植被高度均得到增長，但不同時段、不同處理方式增長幅度有很大差別，其增長率與穩定性是不一樣的。在對比、客土、施肥、保水劑、覆蓋、保水劑+覆蓋各模式下樹木高度分別增長了0.62、1.44、1.48、2.05、1.21、1.11 m，對比可知自然條件下樹高增加值最小，保水劑方式下增加值最大，整體為保水劑>施肥>客土>覆蓋>保水劑+覆蓋>對比，說明水分是影響樹高的主要限制性因子，因此對其進行適當的保水是必要的；養分與土層厚度是另外兩個影響要素之一，對樹木生長亦十分重要；保溫性也有一定程度的貢獻率，但綜合處理下相比單一處理方式其效果相對較低，這可能與時間差或樹木對環境變化后的適應性有關。

各時段下不同處理方式下植株增長率存在一定差異（圖2）。前期階段為保水劑+覆蓋>保水劑>客土>覆蓋>施肥>對比，中期時段為施肥>客土>保水劑>保水劑+覆蓋>覆蓋>對比，后期時段為客土>施肥>保水劑>保水劑+覆蓋>覆蓋>對比，由此可以得到不同時段所具有的最優處理方式不相同。首先在開始處理初期，綜合處理方式效果十分顯著，可能該時段處于冬季低溫干旱季節相關；其次在中期施肥方式效果最優，說明通過施肥增加土壤養分以促進植物樹高的生長需要一定時間過程，即存在時間滯后性的特征；而后期階段客土成為最有處理方式，說明通過人工增加土壤厚度促進植株生長具有相對的長時性。

圖2中，字母或數字表示為不同時段，具有相同字母或數字表示在該時段方式之間具有相關性，無相同是表示為顯著差異性。由圖可看出，各處理方式之間在不同時段間既存在差異性，也存在顯著相關性特征，如前期時段對比與施肥增長率差異較小，客土與覆蓋方式顯著相關，保水劑與保水劑+覆蓋差異不明顯。

2.1.2 柏樹胸徑的生長態勢

胸徑是表示植物群落生長特征的又一重要指標，亦是估測植物生物量的重要依據[4]。幾種不同處理方式下植被胸徑均得到一定的增長，相比樹高的變化，胸徑的生長與其呈現一定相似性與差異性。從胸徑增加值的總體為保水劑>施肥>保水劑+覆蓋>客土>覆蓋>對比，其中自然環境下增長值最小亦最穩定，保水劑對柏樹胸徑的生長同樣是主要限制性因子，而主要的差異性在于保水劑+覆蓋綜合處理模式對胸徑的貢獻率明顯高于客土與覆蓋兩種模式。

各個時段上的差異也是極為顯著的，對比方式下為1.7%、2.79%、1.99%，客土下為8.11%、5.53%、3.09%，施肥各時段增長率為3.03%、7.82%、3.24%，保水劑下為3.27%、4.33%、3.11%，覆蓋下為6.33%、1.84%、0.77%，保水劑+蓋草下為10.64%、7.96%、3.64%。由此可見，其中變化最大、效果最顯著的是保水劑處理方式，其次為施肥與保水劑+覆蓋，對照下最穩定，其增長最為緩慢。前期效果最好的為保水劑+覆蓋，其次是覆蓋，隨時間推移效果逐漸下降；中期時段以保水劑、施肥、客土為最好，后期下降較為明顯；后期主要效果在于客土，與樹高生長相似，同樣說明這與喀斯特干旱缺水的地理環境有關，只能通過保溫性達到短期效果（圖3、4）。不同方式之間生長率之間的相似性與差異性亦十分明顯，尤其是前中期兩個階段該特征表現較為明顯，如前期客土與保水劑、覆蓋間差異性較小，保水劑+覆蓋與各方式間呈顯著差異性；中期客土、施肥、保水劑間顯著相關，與其他方式之間呈現顯著差異；后期主要是客土與各模式下的差異性較為顯著。

2.2 柏樹各部分生物量增長變化情況

生物量研究不僅是林業領域研究的一項重要內容，也是植物群落最重要的特征之一[11]，其值的大小表明植物固定和積累空間資源的能力。生物量的研究是生態系統中最基礎的工作，可為生態系統中研究能力平衡、物質轉移和養分循環等功能提供基礎數據[12]。對柏樹樹高與胸徑指標的動態監測，并計算出植物各部分生物量數值，才能從整體上比較不同處理方式下在各時段的植被生產力貢獻率的大小，為喀斯特石漠化區探討出更好的處理模式提供理論與科學依據。比較不同時間點與時間段柏樹林樹干、樹枝、樹葉生物量及其增長率，能動態的研究其發展變化趨勢。在6種處理方式下，W干、W枝、W葉 都有明顯增長（表2）。

樹干生物量是柏樹地上生物量的最主要組成部分，其增長率數值的大小決定生物量的累計程度[8]。對照方式在3個階段增長率最小、變化最穩定，符合該區自然林的生長趨勢；與對比相比，其他各種方式下增長率都要高于對照，尤其是保水劑+覆蓋優勢最明顯，其次為客土處理方式，效果較弱的是覆蓋，施肥與保水劑相當，說明植物對養分水分的需求程度大體相近。同樣，不同時間段生長變化也存在一定差異，保水劑+覆蓋前中期生物量累計效果較為明顯，致使其3個階段的差異最為顯著；蓋草下前期效果較好，而后期較為低下，可能與冬季植被的抗凍性有關；施肥方式下在中時期效果較好，說明施肥轉化為養分供植物吸收需要一定的過程；其他方式都是在前中期優勢顯著，隨時間變化逐漸減弱。樹干生物量的累計程度總體上是保水劑+蓋草>客土>保水劑>施肥>蓋草>對照；3個時段偏離程度保水劑+蓋草>蓋草>客土>施肥>保水劑>對照。

樹枝、樹葉生物量是其又一重要組成部分[10]，其增長率的變化程度與樹干有大致同樣的趨勢，但也存在一定差異性。從平均增長率來看，保水劑+覆蓋同樣是最具有優勢的處理方式，說明同時進行保水、保溫能對該區植被的生長提供良好的驅動力；整體效果最差的是覆蓋，說明從較長時間來看，僅蓋草來達到保溫及減少土壤水分蒸發沒有顯著效果，在保溫的同時加以水分灌溉才是行之有效的方法，這可能與喀斯特石漠化地區本身嚴重缺水相關；與樹干增長率明顯不同的是，施肥方式下增長率快于保水劑，說明樹枝對養分的需求偏大于對水分的需求程度，也符合該區土壤貧瘠的地理環境；該地坡度較大，客土的主要作用通過增加土壤厚度從而阻礙水土流失，有效滯留水分、養分等因子進入土壤，并延長對相關因子的有效利用時間，使覆蓋植被貢獻率的優勢也較明顯（表3、4）。

從樹枝、樹葉生物量增長率的各時間段來看，除對比、保水劑以外，其他4種處理方式變化差異顯著。最大的同樣是保水劑+覆蓋，其貢獻率隨時間推移逐漸下降，前中期效果較為顯著；覆蓋其次，與均值相比出現了異常偏離的狀態，短期效果十分明顯，雖然在年均增長率上無明顯優勢，但前期效果明顯好于施肥與保水劑，結合該時段為冬季，說明在低溫時段對植物進行保溫作用是必要的，而中后期反而低于對照的增長率，亦說明植物由于環境改變而需要一定適應過程。施肥方式下其值也較大，對樹枝、樹干的貢獻率主要集中在中間時段，說明該方式的促進作用具有一定滯后性；保水劑方式下較穩定，說明各時段差異較小。

通過W干、W枝、W葉之和用以推算出柏樹地上部分總生物量增長率大小，對不同方式在各時段的方差（ANOVE）分析，能夠清楚比較兩兩之間的差異性情況：首先，客土、施肥、保水劑在中期時段與對比（無處理）方式呈現極限值差異，保水劑與保水劑+覆蓋在前期與其呈現極顯著差異；客土與覆蓋在中期呈現極顯著差異，后期也有顯著的差異性；施肥與保水劑、保水劑+覆蓋在前期呈現極顯著差異，以亦說明養分在土壤中需要的滯留過程，而植物對水分的吸收反應相對較快；覆蓋與客土、施肥、保水劑在中時期差異顯著，主要是覆蓋在此時失去優勢，而其它3中方式在該時段效果較好。通過對地上部分總生物量累計量大小的計算，整體上最優處理模式為保水劑+覆蓋>保水劑>客土>覆蓋>施肥>對比，由此能夠得到保水性、保溫性、保肥性、土層厚度在柏樹生長過程中所制約作用的影響。

2.3 生產成本-生態效應分析

5種處理方式與自然環境狀態相比，植物生長變化得到顯著改善。但各種處理方式的生產成本不一樣，對不同方式進行經濟性分析，核算生產成本與生物量增量所產生的生態效應，為喀斯特石漠化區植被恢復與生態治理提供科學、合理、經濟有效的處理技術作為參考。

客土、施肥、保水劑、覆蓋、保水劑+覆蓋核算生產成本主要包括生產資料費用、勞動力成本，其中勞動力成本按2013年當地平均單個人工費80元/d為標準進行核算；生產資料費用按采購原料總價與植株數量進行核算每株單價，最終算總計生產成本（表6）。

由表6可以看出，生產成本主要為勞動力成本，原料費用較低，其中客土、覆蓋因土壤、草被原料可直接取用，無生產資料費用，但同時處理過程較為復雜，所需人工量較施肥、保水劑增大一倍，保水劑+覆蓋為兩種處理方式之和。由此可見，生產成本費用為保水劑+覆蓋>客土>覆蓋>保水劑>施肥，與生物量優化模式保水劑+覆蓋>保水劑>客土>覆蓋>施肥進行綜合比較，保水劑、施肥應成為該區人為處理方式的最優模式。

3 結論

（1）各種處理方式對植物的影響原理不同?？λ固氐貐^地理環境具有土被不連續、巖石裸露率高、土層淺薄、富鈣、偏堿性、土體儲水能力低、巖石滲水性強、水土流失嚴重等特點[13]，針對所存在的生態環境脆弱性而采取不同的處理方式。施肥主要通過活化土壤養分，轉化為植被所需元素而促進其生長；保水劑通過增加土壤水分含量；覆蓋具有防止土壤水分蒸發和保持土壤水溫的作用，尤其在冬季最為明顯；客土可以有效阻礙水土流失、增加植株對水分養分利用時間。研究表明，在人為有效干擾工程技術處理措施下，通過一定保溫性、保水性、保肥性以及有效抵御暴雨造成的水土流失影響程度，對于加速石漠化地區植被恢復，促進植物生長具有顯著的作用。

（2）同一處理方式下不同階段對植物的生長促進程度不同。樹高上表現為：保水劑、對比、覆蓋方式下生長速度前期>中期>后期；施肥、保水劑+覆蓋、客土方式下為中期>前期>后期。胸徑指標上表現為：施肥、保水劑、對照方式下中期>前期>后期；保水劑+蓋草、樹臺、蓋草下前期>中期>后期?？梢?種人為有效干預下對植物的生長在前中期時段效果最好，而后期明顯較弱，說明通過人工處理方式來恢復生態植被是一個以1～2 a為周期的持續過程。

（3）不同處理方式下對柏樹的增效存在顯著差異，按優化程度是保水劑+覆蓋>保水劑>客土>覆蓋>施肥>對比。研究比較不同處理方式下對植被生長態勢的影響，是為了分析出對喀斯特石漠化地區最有效的工程處理技術。生物量的高低是衡量植被固定可積累空間資源的能力，生物量高意味著具有較高的土地生產力和生態效應[12]。由樹干、樹枝、樹葉生物量年均增長率可以看出，其處理方式按優化程度是保水劑+覆蓋>保水劑>客土>覆蓋>施肥>對比，其中保水劑與客土效果程度相當，保水劑+蓋草顯著提高了植物增長效率，是應該選擇的最優處理模式。

（4）不同模式時段差異顯著?？屯?、施肥、保水劑在中期時段與對比（無處理）方式呈現極限值差異，保水劑與保水劑+覆蓋在前期與其呈現極顯著差異；客土與覆蓋在中期呈現極顯著差異，后期也有顯著的差異性；施肥與保水劑、保水劑+覆蓋在前期呈現極顯著差異，亦說明養分在土壤中需要的滯留過程，而植物對水分的吸收反應相對較快；覆蓋與客土、施肥、保水劑在中時期差異顯著，主要是覆蓋在此時失去優勢，其它3中方式在此時段效果較好。

（5）生產成本-經濟效益不成正比。綜合利用各技術增加該區土壤水分、養分含量以及增強土壤保溫作用以抵御嚴寒天氣是行之有效的方法，但同時生產成本較高。比較分析后保水劑、施肥是較為合理的處理技術，進行處理時工作簡單、效率高效，能夠滿足喀斯特區植被對水分、養分的需求。在此基礎上可以發展相應兩種綜合模式，如施肥+保水劑等。

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