高寒荒漠半荒漠區花棒和楊柴引種栽培可行性分析

柳雋瑤，吳普俠，李軍保，馬延東，趙國平

(陜西省林業科學院，黃土高原水土保持與生態修復國家林業和草原局重點實驗室，陜西西安 710082)

獅泉河盆地位于西藏阿里地區，平均海拔4 500 m以上，年均降雨量不足100 mm，年均大風日(8級以上)達159 d以上，常年高寒干旱、風力強勁，地表物質不穩定，極易發生風蝕沙化和水土流失。該區受自然因素和人為活動長期影響，原本茂密的秀麗水柏枝灌叢林幾乎絕跡，林地變成荒蕪的沙礫質戈壁灘，每到冬春，黃沙漫漫，遮天蔽日，長期處于被流沙掩埋的境地。中國科學院蘭州沙漠研究所曾于1994年將花棒、楊柴等26個固沙植物引種到海拔高度3 790～3 810 m日喀則市江當鄉境內，結果表明花棒等治沙植物對該地區具有一定適應性。阿里地區為了擺脫沙進人退的困境，從1994年開始，獅泉河人民在科研人員帶領下努力探索治理風沙災害的有效途徑，因地制宜、因害設防，充分利用獅泉河盆地沙害防治的有利資源，建立了“礫石沙障+防護林帶+人工草地+灌溉系統”四位一體的防沙治沙技術模式，取得了良好的生態效益和社會效益，但與同緯度地區相比，阿里地區具有太陽輻射強、氣溫日較差大、降水量差異大、大風時間長、可利用鄉土樹草種貧乏等顯著特征，嚴重制約著區域的社會經濟和生態發展。由于生態環境脆弱、水熱條件限制和人為活動等多重因素影響，阿里地區的荒漠化仍處于發展階段。由于阿里地區鄉土樹種防沙治沙效果有限，急需加強該地區引種栽培治沙樹種的試驗研究。

花棒()又名細枝巖黃芪，楊柴()又名塔落巖黃芪，同為豆科巖黃芪屬多年生灌木或半灌木，廣泛分布于我國毛烏素沙地、庫布奇沙漠東部、烏蘭布和沙漠與渾善達克沙地西部，具有耐寒、耐旱、耐貧瘠、抗風沙的特點，是干旱半干旱地區早期飛播造林的主要樹種，也是適口性好的優良飼料。榆林毛烏素沙地是我國最早開展飛播造林試驗的地區之一，曾大量引用花棒、楊柴造林，其生態、經濟與社會效益非常顯著。筆者結合榆林治沙綠化經驗，試驗引種榆林治沙先鋒植物(花棒和楊柴)至西藏阿里地區獅泉河盆地，并對阿里地區獅泉河盆地和榆林毛烏素沙地氣候指標、土壤條件與引種治沙植物的相關生態指標進行對比分析，探索適宜于阿里地區的防沙治沙路徑，為阿里地區植物治沙、生態恢復與重建提供技術支撐和試驗示范。

1 材料與方法

引種試驗區為阿里地區噶爾縣獅泉河鎮(80°05′24.6″E，32°29′44.4″N)，位于獅泉河盆地核心區，地表為次生礫石戈壁風沙灘區。阿里地區屬二類風區，年平均風速3.2 m/s 以上，高達8級以上年大風時間149 d 左右。試驗樣地設置在阿里地區治沙工程項目林內，海拔4 280 m，屬高原寒帶季風氣候。年降水量不足100 mm，年平均蒸發量2 454.6 mm，年際變幅達1 547.9 mm，常年干燥少雨，干燥度34.1，屬極端干旱荒漠區，每年5—9月降水量占全年降水量的80%以上。年平均氣溫0 ℃，日溫差極大，多年極端最高氣溫32.1 ℃，極端最低氣溫-41 ℃。晴天多，光照強，年輻射量大于7 000 MJ/m。獅泉河盆地狹長，分布于阿里地區巴康塔木切隆山和孔龍琚山之間，獅泉河穿行而過，地勢東高西低，總面積約3 290 km，平均海拔約為4 500 m以上，空氣稀薄干燥，空氣含氧量、植被覆蓋度和土壤有機質含量低。暖季出現在 6—9月，植物有效生長期為85～96 d；冷季為10月至次年5月，大氣和地表極度干燥，植被疏萎，風沙活動強烈，裸露或半裸露的地表為“就地起沙”提供了有利條件。

立地為河谷沙礫石灘地，土壤貧瘠，保水保肥能力極差，鹽堿化較重。試驗地表層土壤有機碳含量為41.03 g/kg，全氮、全磷、全鉀含量分別為0.37、1.76、0.09 g/kg。研究區沙物質相對集中或以夾層形式出現，或直接覆蓋地表，區域內除基巖山地以外，各地貌單元上的沉積物中普遍含有沙與粉沙組分。現代風成沙下伏沉積物包括沙礫石、戈壁沙礫石、河流沖積物，是目前風成沙的主要沙源。盆地內廣大地表一般無植被覆蓋，僅在朗久河與獅泉河沿岸散生或片狀分布著班公柳()、秀麗水柏枝()和變色錦雞兒()等灌叢植物，以及少量禾本科針茅屬()、羊茅屬()和莎草科嵩草屬()等禾草群落。

楊柴和花棒種子為2015年4月于榆林毛烏素沙地收集獲得，優選顆粒飽滿的健康種子空運至阿里地區獅泉河鎮。試驗示范引種地位于獅泉河鎮林業局苗圃風沙灘地，引種楊柴和花棒地塊，長34.4 m，寬16.0 m，分為10塊畦地，每塊畦寬3 m，長約16 m，埂寬0.4 m。播種前該地塊已經過平整，墊pH在8.0～9.0的風沙土20 cm，施用牛羊糞肥30 t/hm，拖拉機翻耕10～15 cm的處理，地塊西側邊緣有寬0.6 m的水渠保證灌溉。播種采用條播的方式，播種時間為2015年5月10日，人工開溝條播，條距30 cm，播種深度3～5 cm，花棒、楊柴播種量分別為20、12 kg/hm，試驗引種種子質量見表1。播前種子經高錳酸鉀消毒，溫水浸種24 h。播種后，1～2年內加強管護，長時間無降水時澆水周期為10～15 d，適時中耕、施肥和除雜草，防牲畜啃食、踐踏。第3年開始刈割、平茬、復壯，以后每年平茬。

表1 引種植物及其種子質量

氣候適應性觀測。選取花棒和楊柴天然分布區榆林市引種區獅泉河鎮1981—2010年的氣象因子進行統計，分析生長季(4—9月)降水量、相對濕度、氣溫、大氣壓、日照時長和風速等差異，探討花棒和楊柴對阿里地區氣候的適應性。數據來源于中國氣象數據網(http：//data.cma.cn/)。

土壤基質調查。以榆林毛烏素沙地和獅泉河鎮野外沙土為對照，對引種栽培3年后花棒和楊柴混播試驗區0～5 cm表土pH、土壤有機質、速效氮、速效磷、速效鉀進行測定，對比分析花棒和楊柴對阿里地區土壤pH、土壤養分等的適應性。

試驗效益分析。對獅泉河鎮引種試驗栽植的花棒、楊柴生長狀況進行調查，包括成活、保存、長勢和物候情況，進一步論證阿里地區引種花棒和楊柴的可行性。

2 結果與分析

降水量與相對濕度。降水量和空氣相對濕度是決定自然植被類型的關鍵因素，也是干旱區植物生長的主要限制因子。花棒和楊柴天然分布區榆林毛烏素沙地年均降水量為383.6 mm，生長季平均降水量335.3 mm，是全年總降水量的87.4%；8月降水量達到峰值，為全年降水量的27.5%。引種地阿里獅泉河鎮年均降水量66.4 mm，年際變化率達15.5%；該地區生長季平均降水量為58.9 mm，占全年降水量的88.7%；年降水量峰值同樣在8月，是全年降水量的34.9%(圖1a)。

圖1 獅泉河鎮、榆林市降水量(a)和相對濕度(b)的差異Fig.1 Difference between precipitation(a)and relative humidity(b)between Shiquanhe and Yulin

空氣相對濕度間接影響植物的蒸騰和光合作用，對植物水分平衡也有重要意義。由于降水量差異，兩地空氣相對濕度呈現獅泉河鎮普遍低于榆林市，兩地相對濕度的最大值與降水量峰值一致，均出現在8月，分別為43%和67%。獅泉河和榆林地區生長季平均相對濕度分別為34.7%和54.8%(圖1b)。引種地獅泉河鎮相較于榆林市更為干旱，花棒和楊柴幼苗在該地區生長可能會受到水分限制。

溫度適應性。花棒、楊柴在其適生區播種后，當5 cm土層日均溫達到6～8 ℃時開始發芽。天然分布區榆林年均溫度8.8 ℃，4月平均氣溫為(11.0±1.6) ℃，達到花棒和楊柴的發芽溫度；7月氣溫最高，為(23.7±1.0) ℃，生長季平均氣溫為18.6 ℃。引種區獅泉河鎮年均氣溫1.0 ℃，6月平均氣溫為(10.7±1.5) ℃，達到發芽溫度；7月氣溫最高，為(14.4±1.2) ℃，生長季平均氣溫為8.9 ℃(圖2)。花棒和楊柴的萌芽時間受到兩地平均氣溫的影響。

大氣條件。大氣壓力差異會使植物生化反應速度和平衡受到影響，101 kPa的大氣壓是植物生長的理想條件。花棒和楊柴原生區榆林全年大氣壓力穩定在88.6 kPa左右，引種地獅泉河鎮全年大氣壓保持在60.5 kPa左右，為榆林平均大氣壓力的68.2%(圖3a)。

圖2 獅泉河鎮、榆林市平均氣溫的差異Fig.2 Difference between the average temperature of Shiquanhe and Yulin

花棒和楊柴喜光，萌蘗能力強，根系發達，具有較強耐風蝕和抗沙埋特性，天然分布區榆林年日照時數為2 284.8 h，年平均風速為2.1 m/s；引種地獅泉河鎮年日照時數2 879.5 h，年平均風速為2.7 m/s，略高于榆林地區(圖3b)。

圖3 獅泉河鎮、榆林市平均氣壓(a)和平均風速(b)的差異Fig.3 Difference between average air pressure(a)and average wind speed(b)in Shiquanhe and Yulin

獅泉河鎮地貌類型以次生沙礫化戈壁風沙灘地為主，形成的土壤基質大多為高寒荒漠草原鹽堿土，鹽堿含量普遍較高，荒地土壤pH達9.71，榆林毛烏素沙地pH為8.42；獅泉河鎮土壤相對較為貧瘠，引種區平均有機質含量僅為1.46 g/kg，與榆林毛烏素沙地土壤有機質含量相差不大，而速效氮和速效鉀含量高于毛烏素沙地，速效磷含量與毛烏素沙地相差不大(表1)。經過客土改良，花棒和楊柴引種混播區土壤基質pH為9.35，有機質含量是獅泉河荒地的3.84倍，土壤養分普遍高于獅泉河荒地和毛烏素沙地(表2)。

表2 花棒和楊柴混播表土基質情況

物候期觀察。由于獅泉河鎮與榆林氣候、立地條件的差異，花棒和楊柴在兩地生長的物候期也有所不同(表3)。獅泉河鎮花棒和楊柴的萌芽期較毛烏素沙地推后約45 d，盛花期縮短60 d，落葉期提前近30 d，生長期少了91～92 d。在獅泉河鎮引種5年間花棒和楊柴只開花不結實，群落更新主要依靠地下萌蘗繁殖。

生長發育狀況。2015年5月10日播種，花棒和楊柴混播區當年平均出苗數為64株/m，最高可達115株/m，6月16日株高1.5 cm，播種當年株高達到12.0 cm。2016年5月，地表剛剛解凍無新芽產生時，地下生物量已開始蓄積，花棒、楊柴地下根系的平均生長深度分別達到15、14 cm，平均分根量分別為16和9個。播種后在無任何越冬防護條件下，越冬后發芽率為89%。幼苗不耐旱，楊柴4～5年后地下根莖的生長產生萌蘗苗。花棒耐寒性強，保存率95%以上。花棒和楊柴均未出現抽梢現象，2016—2018年保存率均達到90%以上，苗木長勢旺盛，對引種地有較好的適應性(圖4)。

表3 花棒和楊柴物候情況

圖4 獅泉河鎮引種混播區花棒和楊柴生長情況Fig.4 Growth of H.scoparium and H.laeve in the introduction area in Shiquanhe

3 結論與建議

從2015年5月播種至2021年7月，已栽植的花棒、楊柴生長狀況較好，說明引種地高寒荒漠半荒漠區具有較好適應性。對比分析花棒和楊柴天然分布區榆林毛烏素沙地與引種地阿里獅泉河盆地的氣候指標和土壤基質條件，獅泉河鎮的平均溫度、大氣壓、風速和光照等氣候指標和土壤條件基本能滿足花棒、楊柴的生長發育需求，降水量、空氣濕度對引種植物幼苗生長有一定的限制，播種初期仍需人工干預。花棒和楊柴的引種栽植有利于豐富阿里地區防沙治沙物種的多樣性，為構建更加穩定的植被群落，仍需對引種植物生理性狀改變、生物生態學特性開展進一步觀測研究。筆者為阿里地區獅泉河鎮花棒和楊柴的引種栽培提出以下建議。

土壤水分和溫度是調節種子萌發的重要因素。引種區獅泉河鎮水分條件和溫度條件相較于原生區榆林毛烏素沙地差異較大。花棒、楊柴最低發芽溫度(5 cm土層日均溫)為6～8 ℃，最適發芽溫度為17～24 ℃，引種地氣溫可基本滿足種子萌發條件。花棒和楊柴會普遍受到干旱脅迫，為保證花棒和楊柴植株的正常生長，引種前2年內給幼苗定期補水至關重要。播種第3年后，混播區花棒和楊柴達到旺盛生長期，群落結構逐漸穩定，可適量減少人為補水。單次天然降水量> 8.8 mm，降水強度達到1.5 mm/h，可被成熟的楊柴群落有效利用。同時，獅泉河盆地存在以鼠、蟲為主的生物災害，而花棒和楊柴的種子為老鼠喜食，播種后應加強管理。

獅泉河盆地立地為河谷沙礫石灘地，土壤貧瘠，保水保肥能力極差。獅泉河荒地土壤有機質、速效氮、速效磷和速效鉀含量普遍高于原生區榆林毛烏素沙地，這表明土壤養分含量可基本滿足花棒和楊柴苗木的成活，不是引種植物生長的主要限制因素。而獅泉河荒地土壤pH比榆林毛烏素沙地高，這表明土壤鹽堿化可能是引種植物生長的重要限制因素。為保證引種植物成活，需要人為創造土壤條件。可使用山前盆地風沙土進行客土改良，覆土高度以20 cm左右為宜，施用牛羊糞肥并進行深耕。通過土壤改良減輕獅泉河荒地高鹽堿、低有機質的問題，有利于引種植物成活。

高原環境大氣壓低，表現為氧氣稀薄，由于氧氣擴散速率降低，植物種子萌發速度趨緩，萌芽率也可能降低。研究表明，植物至少需要10 kPa總壓和相應氧氣、二氧化碳及水蒸氣分壓才能正常發育，但為了適應低氣壓的大氣環境條件，植物生理生態特征會發生改變。筆者通過觀察發現，引種的花棒和楊柴長勢旺盛，可以開花，但是普遍存在不結實的特點。低壓引起的氧氣分壓下降有利于植物的營養生長，卻對生殖生長存在一定抑制作用，小麥在50 kPa總壓下分蘗增加，生物量增加，嚴重抑制了種子形成。

花棒和楊柴作為游擊型克隆植物，當無性克隆繁殖為主要繁殖方式時，有性繁殖會相對減弱，再加上高原低壓環境對生殖生長存在的抑制作用，又進一步促進了花棒和楊柴的克隆繁殖。該研究表明，在獅泉河鎮引種5年間花棒和楊柴只開花不結實，群落更新主要依靠地下萌蘗，克隆繁殖。花棒和楊柴樹齡一般可達70年以上，旺盛生長5～10年后開始衰退，15年灌叢不再萌發新枝，結實量下降。定期適當平茬可以起到更新復壯和擴大郁閉度的作用，5～10年平茬一次，時間宜在春初土壤解凍前，留茬高度宜在20 cm。

獅泉河盆地西部鹽堿、沼澤地區以風蝕為主；中部形成斑塊狀積沙區，表現為零星分布的沙丘和灌叢沙堆，風沙危害以沙丘前移為主；其他廣大戈壁區除局部地區存在風沙沉積、沙丘前移過程外，大部分區域以風蝕和戈壁風沙流過程為主。經過多次治理和研究，該地區形成了由礫石沙障、防護林帶、人工草地和灌溉工程組成的風沙災害治理工程。花棒和楊柴耐旱、耐瘠薄、抗風蝕，可在礫石沙障和防護林帶間合理種植，構建生物活沙障防護體系，改善小氣候，提高整個栽植體系防風固沙和植被恢復效果，發揮生態效益。同時，花棒和楊柴枝葉茂盛，營養豐富，播種后3年即可刈割，干青草粉碎后是良好的牲畜飼料，有獨特的經濟價值。