駱駝刺在極端環(huán)境下的合理刈割方式初探

駱駝刺在極端環(huán)境下的合理刈割方式初探

駱駝刺是多年生科以類的一種溫和草本植物。塔克拉馬干沙漠-阿克拉瑪州南部沙漠中的優(yōu)勢植物種類之一。它對預防風和沙子也很有效。還有當?shù)氐母哔|(zhì)量飼料資源。在極端干旱和高溫脅迫下,由于地表水嚴重缺乏,很難進行自然更新。但駱駝刺可通過深根系與地下水連接,并利用地下水維持生長生存,目前主要依靠克隆分株進行無性繁殖。駱駝刺再生能力較強,當年生枝條全部枯死后,次年可從根頸部萌生出大量新枝條,形成稠密灌叢。但由于地下水位開始出現(xiàn)下降,加之老枝多年堆積,駱駝刺群落已開始出現(xiàn)退化。因此,如何促進駱駝刺群落更新,并提高其產(chǎn)草量,是實現(xiàn)駱駝刺資源合理開發(fā)利用的關鍵問題。不少研究表明適宜刈割(時期和留茬高度)是牧草利用和管理的重要手段,也是促進牧草再生性能的有效措施。在塔克拉瑪干沙漠南緣綠洲分布區(qū),由于植被稀少,駱駝刺是當?shù)剞r(nóng)民冬季主要的青貯飼料。隨著綠洲人口和載畜量的日益增加,當?shù)鼐用駷楂@得更大產(chǎn)草量,通常采用連片剃光頭的方式對駱駝刺進行采伐,砍伐茬位多在地面以下5～15cm。有研究表明,駱駝刺齊地面刈割對根頸上芽的發(fā)生和生長有明顯促進作用,產(chǎn)草量顯著高于地面以上留茬10cm、地面以下留茬10cm和20cm。從地面以上刈割時,由于地上大部分枝條被破壞,其枝條再生借助于未刈割部分葉腋內(nèi)小枝的繼續(xù)生長,刈割后傷口直接暴露在陽光之下,容易失水,因此不利于植株的再生。地面以下刈割岔口過深,根頸和根上側(cè)芽容易被砍掉,而降低再生枝條數(shù)。但帶根砍伐更方便操作,齊地面刈割推廣較困難,為此,本研究通過分析適當降低地面以下留茬高度(-5cm)和齊地面刈割后,駱駝刺單株及不同分布密度的灌叢在來年的生長動態(tài)變化,并結(jié)合當?shù)氐娘L沙活動特征進一步驗證齊地面刈割是否為適宜留茬高度。研究結(jié)果對駱駝刺資源的合理開發(fā)和可持續(xù)利用具有重要的理論指導意義。1材料和方法1.1生長季節(jié)及生長期生長情況試驗區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠南緣策勒綠洲外圍(E80°03′24″～E82°10′34″,N35°17′55″～N39°30′00″),平均海拔為1370m,屬于暖溫帶極端干旱區(qū)。年均溫12℃,極端最高氣溫41.9℃,極端最低氣溫-23.9℃。植物生長季(4-9月)的平均氣溫為21.8℃。年均降水量僅為37.5mm,且主要集中在4-9月份,年均蒸發(fā)量達2595.3mm,無霜期平均為196d。策勒境內(nèi)有9條季節(jié)性河流,均屬于降雨、積雪融水和冰川融水綜合補給性河流,年徑流總量為6.935×108m3,約68.6%左右集中在夏季(6-8月)。該區(qū)域地下水位約在16m,因此,策勒綠洲前緣植被的生長過程中水資源補給主要依賴于夏季洪水。綠洲外圍植被稀少,主要植物種類為駱駝刺、多枝檉柳(TamarixramosissmaLedeb.)、花花柴(Kareliniacapsica)等,蓋度約為38.9%。試驗期間(2005年10月至2006年9月)月平均溫度和月平均降雨量如圖1所示。1.2樣方設置及調(diào)查方法由于駱駝刺為多年生克隆植物,很難判斷其生長年限,因此,在策勒綠洲外圍的天然駱駝刺群落選取2個分布密度和長勢相近的樣地,面積均為1hm2。2005年10月份分別以留茬0cm(與地面相平)和-5cm(地面以下5cm)的方式進行刈割處理,后者為當?shù)剞r(nóng)民的傳統(tǒng)收割方法。在下一年的5-9月期間,每月中旬分別在2個樣地隨機抽取30株觀察其株高、冠幅、基部新生枝條數(shù)、地上部鮮重,為了確保生物量的可比性,收獲時2個刈割處理的留茬高度均為0cm。第2年5月份留茬-5cm處理由于萌發(fā)新枝很少,所以沒有進行生物量調(diào)查。由于駱駝刺當年生枝條在冬季全部干枯,下年不再萌發(fā),主要依靠根部休眠腋芽萌動來再生枝條,因此基部新生枝條數(shù)為露出地面的當年新生枝條總數(shù)。由于樣方中駱駝刺分布不均勻,連片砍伐很容易引起土壤風蝕,因此,根據(jù)駱駝刺分布密度采用斑塊狀刈割。2005年10月,根據(jù)試驗區(qū)域駱駝刺的總體分布情況設置4個密度梯度:0.44～0.46(D1)、0.41～0.42(D2)、0.36～0.38(D3)和0.33～0.34(D4)株·m-2,每個梯度設置30個25m2樣方,其中15個樣方采用留茬0cm的方式進行刈割,剩余15個采用留茬-5cm的方法刈割。各樣方隨機分布,并在每個樣方四角打樁后用不同顏色繩子作標記。取樣時間和單株生長量調(diào)查同步,每次每個梯度取3個重復。取樣時完全收獲駱駝刺地上部分,稱取地上部總鮮重,并取出部分鮮樣在75℃烘干至恒重,根據(jù)取樣比例換算單位面積產(chǎn)草量。根據(jù)中國科學院策勒國家站位于荒漠-綠洲過渡帶上的氣象數(shù)據(jù)(2006),將原始風速數(shù)據(jù)每10min取平均值。有研究表明,塔克拉瑪干沙漠南緣臨界起沙風速一般取6m·s-1,因此,為了明確起沙風的風速變化特征,統(tǒng)計每月≥6m·s-1的起沙風風速平均值、最大值及占全年起沙風的頻率。1.3差異顯著性分析數(shù)據(jù)分析采用SPSS13.0軟件,選擇單因素方差分析(one-wayANOVA),并進行差異顯著性檢驗,不同指標間的相關性采用Pearson相關分析。2結(jié)果與分析2.1留茬時株高、冠幅和留茬次數(shù)間的關系留茬-5cm處理,在第2年的6至7月份其株高和冠幅迅速增加,分別增長了80%和82%;在8至9月期間變化較小,但分別達到最大值54.2cm和0.75m2(圖2)。新生枝條數(shù)的情況卻不同,6月單株枝數(shù)最多,7月最低。齊地面刈割時株高在7月份增至最大值(55.4cm),冠幅則在8月最大(0.88m2),單株新枝條數(shù)同樣在6月份最多,7月最低,這可能是由于7月氣溫快速升高及長期干旱造成一些新生枝條因灼傷而枯落有關,經(jīng)過7月一場降雨后,8月新生枝條數(shù)又有所恢復。比較2個留茬處理地上部生長還發(fā)現(xiàn),5-7月期間留茬0cm的株高和冠幅均最高,在5月已高出留茬-5cm在6月份的81%和50.7%。生長后期2個處理的株高相近,冠幅仍是齊地面刈割較高。新枝個數(shù)的情況卻不同,留茬-5cm均高于齊地面刈割,在8-9月最明顯。可以看出,地面以下5cm刈割可增加抽枝個數(shù),但卻不利于株高和冠幅的增長。2.2t-1合作模式由圖3可以看出,留茬-5cm處理單株鮮重隨時間后移逐漸增加,在9月份最高,為722g·plant-1。留茬0cm處理的單株鮮重在整個時期均高于留茬-5cm處理,且在5月份時已高出后者在6月鮮重的102%,在7月增至最高(942g·plant-1),之后可能因老枝衰敗和枯葉脫落而有所下降。2.3株高、冠幅、抽枝數(shù)和幼枝數(shù)的相關對地上部鮮重和不同生長參數(shù)進行相關分析發(fā)現(xiàn),鮮重和株高、冠幅成極顯著正相關,與抽枝數(shù)成顯著負相關(表1)。冠幅和株高也成顯著正相關,但與抽枝數(shù)成顯著負相關。這表明抽枝數(shù)過多不利于地上部鮮重累積和冠幅增大。2.4不同分布密度對產(chǎn)草量的影響由表2可以看出,留茬-5cm處理,D1～D4分別在7,8和9月產(chǎn)草量最高,分別為0.19,0.15,0.19和0.16kgDW·m-2。D1在6月產(chǎn)草量顯著高于其他3個處理,D2則在8月顯著低于其他3個處理,其他月份不同分布密度間差異均不明顯。留茬0cm處理,D1和D2均在7月產(chǎn)草量最高,分別為0.15和0.27kgDW·m-2,D3在9月最高(0.16kgDW·m-2),D4則在8月最高,為0.17kgDW·m-2。除在5月D1顯著高于D3,7月D2顯著高于其他處理外,其他月份差異均不顯著?？梢钥闯?灌叢分布密度越高越有利于生長前期產(chǎn)草量的提高。在生長早期(5-6月),同一分布密度下除D1外,留茬0cm處理的產(chǎn)草量均顯著高于留茬-5cm處理的,但在生長旺季(7月),留茬高度對D1和D3產(chǎn)草量影響不明顯,D2和D4則在留茬0cm處理時明顯較高。8月和9月份,留茬-5cm時D1產(chǎn)草量明顯較高,其他密度除D2外差異均較小。這表明齊地面刈割在早期對駱駝刺生長有明顯的促進作用,在生長旺期因分布密度而異。2.5起沙風的活動時間為了解駱駝刺生長變化和風沙活動的耦合關系,對該區(qū)域一年內(nèi)的風沙天氣過程進行分析。研究區(qū)起沙風平均風速變化趨勢比較平穩(wěn),在6.5～8m·s-1之間(圖4),其中4月最小為6.5m·s-1,5,6和7月3個月的平均風速都為8m·s-1,8到9月又逐漸減小為7.3m·s-1,10月有小幅增大。最大起沙風速的變化趨勢與平均風速不同,在5月達到一個峰值12.6m·s-1,6月又下降為11.4m·s-1,但在7月又回升為12.1m·s-1,此后則開始緩慢減小。從起沙風年內(nèi)出現(xiàn)的頻率來看,夏季7月發(fā)生頻率最高,占全年的25.7%,其次是5月為18.1%,6月為14.9%。8月以后發(fā)生的頻率逐月減緩,9月為12.4%,10月減小為3.49%。由此可以看出,起沙風的主要活動時間為5-9月。在駱駝刺生長較快的5-7月期間是起沙風發(fā)生極為頻繁,風速較高的時間。3齊地面加工割對干草量的影響適宜的留茬高度不但能促進牧草的分蘗和再生能力,還可提高產(chǎn)草量并改善營養(yǎng)價值。有研究表明留茬4～5cm有利于提高白三葉(Trifoliumrepens)和新麥草(Psathyrostachysjuncea)產(chǎn)量和品質(zhì)。孫明等認為與逐步提高留茬高度相比,貼地刈割更有利于提高苜蓿(Medicagosativa)的分枝數(shù)和再生強度。章家恩等卻認為留茬越高牧草的產(chǎn)草量也越高。本研究發(fā)現(xiàn),與地面以下5cm刈割相比,齊地面刈割在不同月份累積產(chǎn)草量均較高,株高和冠幅在5-8月期間也較高。地面以下5cm刈割雖可增加基生枝條數(shù),但不利于地上部干物質(zhì)的累積,此外,還推遲了駱駝刺的再生時間。有研究表明當?shù)厣戏稚M織破壞后,生長素的形成將被阻斷,導致生長素和細胞分裂素之比減少并有大量的側(cè)芽萌發(fā),從而開始植物補償生長。駱駝刺越冬芽主要分布在地面以下4～8cm的根頸周圍,因此,在地面以下5cm處刈割,可能更有利于刺激越冬芽生長,以生成更多新枝條。但新枝個數(shù)的增多也相應增加了對水分、養(yǎng)分等有限資源的競爭,所以分配到單個枝條的碳水化合物也受到限制,從而不利于地上部干物質(zhì)的累積。本研究結(jié)果進一步證明了齊地面刈割能更好地刺激駱駝刺的再生能力。由于土壤水分和養(yǎng)分的空間異質(zhì)性,在塔克拉瑪干沙漠南緣駱駝刺主要呈片狀或條帶狀分布,且其灌叢分布密度也不均勻。為查明灌叢密度是否影響刈割后的產(chǎn)草量,本研究根據(jù)研究區(qū)域駱駝刺的分布情況,觀測了4個不同分布密度的駱駝刺群落在刈割后的產(chǎn)草量變化,研究發(fā)現(xiàn)在在5-6月期間灌叢分布密度越高越有利于產(chǎn)草量的提高,而且齊地面刈割時產(chǎn)草量的提高更明顯。比較最高產(chǎn)草量發(fā)現(xiàn),分布密度在0.44～0.46和0.36～0.38株·m-2時分別在8月和9月齊地面以下-5cm刈割產(chǎn)草量最高,0.41～0.42和0.33～0.34株·m-2則分別在7月和8月齊地面刈割更高。在塔克拉瑪干沙漠南緣,駱駝刺不但具有飼用價值,在防風固沙方面也發(fā)揮了重要作用。李振武等研究發(fā)現(xiàn)隨駱駝刺蓋度增加,其降低風速的程度也增大。氣象資料顯示,4-5月風沙天氣已開始頻發(fā),但大部分植物尚處于返青和萌動期,地面基本成裸露狀態(tài),因而很容易引起地表的風蝕。采用齊地面刈割后,在第2年5-6月駱駝刺的冠幅和生長量明顯高于地面以下5cm刈割,這對削弱風沙活動強度,減弱地表侵蝕具有重要作用。7-8月份是起沙風的高發(fā)期,也是駱駝刺生長最旺盛的時間,齊地面刈割的單株冠幅和和生長量仍占優(yōu)勢,但在9-10月,起沙風的發(fā)生頻率明顯下降。因此,綜合駱駝刺的飼用價值和生態(tài)效益,駱駝刺不能像其他牧草一樣在一年內(nèi)多次收割,建議在9月份以后對駱駝刺進行齊地面刈割。4對植物生長的影響在整個生長季內(nèi)