灌水強度對毛烏素沙地樟子松苗木生長的影響

摘 要為探討不同灌水強度對樟子松人工林動態(tài)生長及生產(chǎn)力的影響，通過田間灌水試驗對樟子松苗高、地徑進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明：（1）對生長模型中理論生長上限、生長增速點、生長減速點、速生點和速生期等5個具有生物學(xué)意義的指標(biāo)進(jìn)行不同灌水處理間的多重比較，灌水強度主導(dǎo)的參數(shù)差異性使樟子松苗高和地徑生長模型具備了多形性。（2）灌水強度為自然降水量3倍時苗高年生長量最大。

關(guān)鍵詞 灌水強度；毛烏素沙地；樟子松；苗木生長

中圖分類號：S791.253.06"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"" doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2024.02.001

Effects of Irrigation Intensity on Seedling Growth of Pinus sylvestris var. mongolica in Mu Us Sandy Land

Abstract In order to inquire into the effects of different irrigation intensity on the dynamic growth and productivity of Pinus sylvestris var. mongolica plantation，the seedling height and ground diameter of Pinus sylvestris var. mongolica were simulated by field irrigation experiments. The results showed as the following two aspects. （1） Multiple comparisons between different irrigation treatments were carried out on five biologically significant indicators in the growth model，including theoretical growth upper limit，growth acceleration point，growth deceleration point，fast-growing point and fast-growing period. The difference of parameters dominated by irrigation intensity made the growth model of seedling height and ground diameter of" Pinus sylvestris var." mongolica" have polymorphism. （2） When the irrigation intensity was three times of the natural precipitation，the annual growth of seedling height was the largest.

Key words irrigation intensity;Mu Us Sandy Land;Pinus sylvestris var. mongolica;seedling growth

樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica）具有耐干旱、耐嚴(yán)寒、耐瘠薄、根系可塑性大、不苛求土壤，以及生長快、材質(zhì)好、用途廣等特點，是優(yōu)良的用材林、水土保持林、水源涵養(yǎng)林、農(nóng)田防護(hù)林、防風(fēng)固沙林、草牧場防護(hù)林及荒山綠化和四旁綠化的造林樹種[1-3]。但較早引種的樟子松，尤其是章古臺沙地樟子松人工林出現(xiàn)了葉枝變黃、長勢衰弱、更新受阻和病蟲危害等問題，繼而出現(xiàn)全株死亡的早衰現(xiàn)象，以及毛烏素沙地部分樟子松人工林也出現(xiàn)長勢衰弱、枝葉枯黃、更新受阻等現(xiàn)象[4]。為此，眾多學(xué)者做了大量研究并發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致樟子松沙地造林成活率和保存率低

的原因是環(huán)境脅迫和苗木自身的內(nèi)在因素[5-7]。白雪峰等對章古臺沙地樟子松人工林土壤水分動態(tài)進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水量的垂直分布受降雨、地形（沙丘部位）、蒸散等多因素綜合影響，其中降雨對土壤水分動態(tài)影響最顯著[8]。在引種過程中，除考慮樟子松的抗旱特性外，還應(yīng)注意水分影響，降水量大于900 mm的地方樟子松不能正常生長[9]。前人的研究普遍認(rèn)為，水分在樟子松人工林致衰中起著主導(dǎo)作用。然而，現(xiàn)有對樟子松的研究主要集中在苗木質(zhì)量、苗木年齡、造林季節(jié)、造林密度、植物生長調(diào)節(jié)劑、干旱脅迫等方面，關(guān)于灌水強度如何影響樟子松生長過程的研究尚無報道。因此，本研究通過田間灌水試驗?zāi)M不同水分條件主導(dǎo)、限制下的樟子松生長情況，分析樟子松樹高、地徑與灌水強度的關(guān)系。

1 研究區(qū)概況

試驗地設(shè)在榆林市林業(yè)科技創(chuàng)新示范園。該基地位于榆林市榆橫工業(yè)園區(qū)內(nèi)，東經(jīng)109°42′39″，北緯38°12′59″，海拔1 000～1 500 m，屬于溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，年平均降水量410 mm，年平均蒸發(fā)量2 388.7 mm。試驗地為沙灘地，沙土，春季干燥多風(fēng)，夏季多暴雨、冬季多低溫是該區(qū)域氣候的主要特征。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

根據(jù)試驗設(shè)計和田間布設(shè)的安排，在試驗地定植6年生樟子松實生苗。

2.2 試驗設(shè)計及田間布設(shè)

為研究樟子松苗木在不同灌水強度下的生長量及生長過程，采用單因素回歸設(shè)計，設(shè)置3個梯度的灌水強度，第2年進(jìn)行灌水試驗，各梯度總灌水量分別相當(dāng)于試驗區(qū)近5年平均降水量的2倍、3倍、4倍，并以自然降水（不灌水）為對照（0倍），重復(fù)3次。灌水時間定于樟子松常規(guī)生長期（即4—7月），以每月10日、20日、30日的灌水模擬自然降水。田間布設(shè)采用隨機排列，每個小區(qū)栽植30株苗木，株行距為1 m×1 m，每小區(qū)面積30 m2。小區(qū)之間深埋厚塑料膜以阻斷灌水后的側(cè)滲。灌水方式為滴灌。

2.3 數(shù)據(jù)調(diào)查與處理

苗高、地徑生長量采用定株、定期每木檢尺法測量。為盡量排除誤差干擾，第1次測定前采用油漆在地徑測量處（離地2 cm）作永久標(biāo)記，且交叉測兩側(cè)，取平均值。2021年4—7月期間每月10、20、30日進(jìn)行調(diào)查，直至7月30日結(jié)束。

2.4 生長模型選擇與參數(shù)估計

多形曲線的建立有很多數(shù)學(xué)模型都

是可以使用的，如Richards（4個參數(shù)）模型和Logistics（3個參數(shù)）模型，其擬合準(zhǔn)確率都比較高。但是，建立數(shù)學(xué)模型不但要求樣本間的相關(guān)性很強，還要求參數(shù)具有一定的生物學(xué)意義。同時，為方便參數(shù)的估算，必須盡量減少模型的參數(shù)。因此，樟子松多形灌水強度生長曲線的數(shù)學(xué)模型采用了具有更少參數(shù)的Logistics模型，其表達(dá)式如下：

式中：參數(shù)k是生長量或生長潛能的理論上限，參數(shù)a是生長的起始值和生長特征點，參數(shù)b是增長率參數(shù)。不同灌溉強度對各參數(shù)的影響使得該模式呈現(xiàn)出多形性。在此基礎(chǔ)上，對不同灌水強度條件下的地徑生長上限k、生長點T1、T0、T2、速生期進(jìn)行了分析。利用S-N-K多重比較，對T1、T2在5個方面的生物學(xué)意義進(jìn)行了對比。

對公式（1）進(jìn)行二階、三階求導(dǎo)，即可了解生長曲線在時間軸上的瞬時變化情況。生長曲線瞬時最大斜率對應(yīng)的時間點為：

T0是一天中增長速度最大的時間，也就是所謂的“速生點”。

在生長曲線上，瞬時斜率連續(xù)變化最快的2個時間點是：

T1是生長增速點，T2 是生長減速點，T1-T2 之間的時間差稱為速生期。

在DPS7.05數(shù)據(jù)分析平臺上，利用Mar-quartt方法，對不同灌水強度條件下的單株生長模型k、a、b參數(shù)進(jìn)行估算。由公式（2）、（3）可知，

單株生長模型在生物學(xué)意義解釋，即生長增速點、速生點、生長減速點、速生期。所得結(jié)果的方差分析、S-N-K多重比較均應(yīng)用SPSS13.0分析軟件。

3 結(jié)果與分析

3.1 苗高、地徑不同灌水強度模型生物學(xué)意義分析不同灌水量樟子松苗高、地徑生長變化情況見表1和表2。

由表3、表4可以看出，苗高理論生長上限的最大值出現(xiàn)在3倍灌水強度時，同時，地徑理論生長上限的最大值也出現(xiàn)在3倍灌水強度時，且各增速點增速發(fā)展分布均衡。

3.2 不同灌水強度下生物量增幅動態(tài)分析

生物量是衡量植物生長特征和種群數(shù)量的重要指標(biāo)。

由樟子松單株生物量增幅與灌水強度之間關(guān)系可看出（表5），不同灌水強度下樟子松單株生物量差異顯著（Plt;0.05），在2倍、3倍灌水條件下，單株植物地上生物量在鮮質(zhì)量和干質(zhì)量上較于不灌水處理（CK）表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，顯著高于4倍灌水處理（Plt;0.05）。單株植物地下生物量不同灌水處理鮮質(zhì)量和干質(zhì)量差異不明顯（Plt;0.05）。

4 結(jié)論與討論

4.1

田間灌水試驗結(jié)果表明，樟子松苗高、地徑在不同灌水強度條件下的年生長參數(shù)存在差異。適宜灌水強度促使其生長潛能得到了快速提高。

4.2

在自然降水條件下，合理的人工灌水能有效地增加樟子松苗木的苗高和地徑生長量。結(jié)果表明：苗高和地徑的最佳灌水強度均為自然降水量3倍。人工灌水如果超出了最佳灌水強度，會對樟子松的生長造成不良影響，導(dǎo)致其生長速度降低。由于土壤含水量的不足，會導(dǎo)致樟子松發(fā)生許多生理變化，如脫水、枯萎、細(xì)胞膜損傷、光合能力降低等[10，11]。在降雨較少的環(huán)境下，樟子松較長時間處于干旱脅迫狀態(tài)，從而使其生存能力下降，生長量下降，林分質(zhì)量下降[10，11]。盡管水資源短缺對植物的生長是不利的，但是過多的水也是有害的[12]。

4.3

灌水強度的增大不但延緩了T0和T2的時間，而且會使T1-T2也延長。比如，4倍灌水強度地徑的特征時間T1比其他灌水強度較晚。這是因為2個器官需要的最佳灌水強度是存在一定差異的。為了加快樟子松幼苗的生長發(fā)育，在幼苗生長階段，灌水量以自然降水量的3倍為宜。在生長階段，適宜地徑生長的灌水量小于自然降水量的3倍，能促進(jìn)莖干的肥厚和木質(zhì)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]" 陳江.河西荒漠區(qū)樟子松引種栽培技術(shù)研究[D].蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005

[2] 焦樹仁，邢兆凱.論章古臺樟子松沙地造林模式[J].遼寧林業(yè)科技，2004（2）：1-4

[3] 趙躍，李愛國，楊興民，等.科爾沁沙地樟子松商品用材林造林技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益分析[J].內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計，2015，38（3）：59-61，140

[4] 焦樹仁.遼寧省章古臺樟子松固沙林提早衰弱的原因與防治措施[J].林業(yè)科學(xué)，2001（2）：131-138

[5] 曹怡立.章古臺沙地樟子松人工林衰退的原因以及可持續(xù)經(jīng)營措施[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2021，41（3）：75-77

[6] 吳銹鋼，劉桂榮，李淑華.遼寧省樟子松衰弱枯死原因及防治對策[J].內(nèi)蒙古林業(yè)科技，2003（3）：16-20

[7] 原戈.遼寧省沙地樟子松人工林衰退原因與治理對策[J].遼寧林業(yè)科技，2000（6）：1-4

[8] 白雪峰，韓輝，周鳳艷.沙地樟子松針葉保水力及相對含水量動態(tài)變化分析[J].防護(hù)林科技，2008（3）：51-53，75

[9] 陳晏珍.樟子松引種的可行性及其影響因素探析[J].防護(hù)林科技，2016（7）：118-119

[10] 劉明國，蘇芳莉，馬殿榮，等.多年生樟子松人工純林生長衰退及地力衰退原因分析[J].生態(tài)學(xué)雜志，2002，33（4）：274—277

[11] 吳祥云，姜鳳岐，李曉丹，等.樟子松人工固沙林衰退的規(guī)律和原因[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2004，15（12）：2225—2228

[12] 趙祥，李援農(nóng)，方恒，等.微噴灌不同供水條件對石羊河春小麥耗水和產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)村水利水電，2019（10）：134-138