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(lèi)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(shì)植物種類(lèi)之一。它對(duì)預(yù)防風(fēng)和沙子也很有效。還有當(dāng)?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(yán)重缺乏,很難進(jìn)行自然更新。但駱駝刺可通過(guò)深根系與地下水連接,并利用地下水維持生長(zhǎng)生存,目前主要依靠克隆分株進(jìn)行無(wú)性繁殖。駱駝刺再生能力較強(qiáng),當(dāng)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(kāi)始出現(xiàn)下降,加之老枝多年堆積,駱駝刺群落已開(kāi)始出現(xiàn)退化。因此,如何促進(jìn)駱駝刺群落更新,并提高其產(chǎn)草量,是實(shí)現(xiàn)駱駝刺資源合理開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵問(wèn)題。不少研究表明適宜刈割(時(shí)期和留茬高度)是牧草利用和管理的重要手段,也是促進(jìn)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(dāng)?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(dāng)?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(duì)駱駝刺進(jìn)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(duì)根頸上芽的發(fā)生和生長(zhǎng)有明顯促進(jìn)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(shí),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(zhǎng),刈割后傷口直接暴露在陽(yáng)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(guò)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(guò)分析適當(dāng)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(lái)年的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)變化,并結(jié)合當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)沙活動(dòng)特征進(jìn)一步驗(yàn)證齊地面刈割是否為適宜留茬高度。研究結(jié)果對(duì)駱駝刺資源的合理開(kāi)發(fā)和可持續(xù)利用具有重要的理論指導(dǎo)意義。1材料和方法1.1生長(zhǎng)季節(jié)及生長(zhǎng)期生長(zhǎng)情況試驗(yàn)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(zhǎng)季(4-9月)的平均氣溫為21.8℃。年均降水量?jī)H為37.5mm,且主要集中在4-9月份,年均蒸發(fā)量達(dá)2595.3mm,無(wú)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(bǔ)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(zhǎng)過(guò)程中水資源補(bǔ)給主要依賴(lài)于夏季洪水。綠洲外圍植被稀少,主要植物種類(lèi)為駱駝刺、多枝檉柳(TamarixramosissmaLedeb.)、花花柴(Kareliniacapsica)等,蓋度約為38.9%。試驗(yàn)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(shè)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(zhǎng)年限,因此,在策勒綠洲外圍的天然駱駝刺群落選取2個(gè)分布密度和長(zhǎng)勢(shì)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(jìn)行刈割處理,后者為當(dāng)?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(gè)樣地隨機(jī)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(shí)2個(gè)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(méi)有進(jìn)行生物量調(diào)查。由于駱駝刺當(dāng)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(dòng)來(lái)再生枝條,因此基部新生枝條數(shù)為露出地面的當(dāng)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(fēng)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(yàn)區(qū)域駱駝刺的總體分布情況設(shè)置4個(gè)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(gè)梯度設(shè)置30個(gè)25m2樣方,其中15個(gè)樣方采用留茬0cm的方式進(jìn)行刈割,剩余15個(gè)采用留茬-5cm的方法刈割。各樣方隨機(jī)分布,并在每個(gè)樣方四角打樁后用不同顏色繩子作標(biāo)記。取樣時(shí)間和單株生長(zhǎng)量調(diào)查同步,每次每個(gè)梯度取3個(gè)重復(fù)。取樣時(shí)完全收獲駱駝刺地上部分,稱(chēng)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(guó)科學(xué)院策勒國(guó)家站位于荒漠-綠洲過(guò)渡帶上的氣象數(shù)據(jù)(2006),將原始風(fēng)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(fēng)速一般取6m·s-1,因此,為了明確起沙風(fēng)的風(fēng)速變化特征,統(tǒng)計(jì)每月≥6m·s-1的起沙風(fēng)風(fēng)速平均值、最大值及占全年起沙風(fēng)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(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn),不同指標(biāo)間的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析。2結(jié)果與分析2.1留茬時(shí)株高、冠幅和留茬次數(shù)間的關(guān)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(zhǎng)了80%和82%;在8至9月期間變化較小,但分別達(dá)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(shí)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(zhǎng)期干旱造成一些新生枝條因灼傷而枯落有關(guān),經(jīng)過(guò)7月一場(chǎng)降雨后,8月新生枝條數(shù)又有所恢復(fù)。比較2個(gè)留茬處理地上部生長(zhǎng)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(zhǎng)后期2個(gè)處理的株高相近,冠幅仍是齊地面刈割較高。新枝個(gè)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?？梢钥闯?地面以下5cm刈割可增加抽枝個(gè)數(shù),但卻不利于株高和冠幅的增長(zhǎng)。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(shí)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(gè)時(shí)期均高于留茬-5cm處理,且在5月份時(shí)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(guān)對(duì)地上部鮮重和不同生長(zhǎng)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),鮮重和株高、冠幅成極顯著正相關(guān),與抽枝數(shù)成顯著負(fù)相關(guān)(表1)。冠幅和株高也成顯著正相關(guān),但與抽枝數(shù)成顯著負(fù)相關(guān)。這表明抽枝數(shù)過(guò)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(duì)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(gè)處理,D2則在8月顯著低于其他3個(gè)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。可以看出,灌叢分布密度越高越有利于生長(zhǎng)前期產(chǎn)草量的提高。在生長(zhǎng)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(zhǎng)旺季(7月),留茬高度對(duì)D1和D3產(chǎn)草量影響不明顯,D2和D4則在留茬0cm處理時(shí)明顯較高。8月和9月份,留茬-5cm時(shí)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(duì)駱駝刺生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用,在生長(zhǎng)旺期因分布密度而異。2.5起沙風(fēng)的活動(dòng)時(shí)間為了解駱駝刺生長(zhǎng)變化和風(fēng)沙活動(dòng)的耦合關(guān)系,對(duì)該區(qū)域一年內(nèi)的風(fēng)沙天氣過(guò)程進(jìn)行分析。研究區(qū)起沙風(fēng)平均風(fēng)速變化趨勢(shì)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(gè)月的平均風(fēng)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(fēng)速的變化趨勢(shì)與平均風(fēng)速不同,在5月達(dá)到一個(gè)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(kāi)始緩慢減小。從起沙風(fēng)年內(nèi)出現(xiàn)的頻率來(lái)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(fēng)的主要活動(dòng)時(shí)間為5-9月。在駱駝刺生長(zhǎng)較快的5-7月期間是起沙風(fēng)發(fā)生極為頻繁,風(fēng)速較高的時(shí)間。3齊地面加工割對(duì)干草量的影響適宜的留茬高度不但能促進(jìn)牧草的分蘗和再生能力,還可提高產(chǎn)草量并改善營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(rèn)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(qiáng)度。章家恩等卻認(rèn)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(shí)間。有研究表明當(dāng)?shù)厣戏稚M織破壞后,生長(zhǎng)素的形成將被阻斷,導(dǎo)致生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素之比減少并有大量的側(cè)芽萌發(fā),從而開(kāi)始植物補(bǔ)償生長(zhǎng)。駱駝刺越冬芽主要分布在地面以下4～8cm的根頸周?chē)?因此,在地面以下5cm處刈割,可能更有利于刺激越冬芽生長(zhǎng),以生成更多新枝條。但新枝個(gè)數(shù)的增多也相應(yīng)增加了對(duì)水分、養(yǎng)分等有限資源的競(jìng)爭(zhēng),所以分配到單個(gè)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(jìn)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(cè)了4個(gè)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(shí)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(shí)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(jià)值,在防風(fēng)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(fēng)速的程度也增大。氣象資料顯示,4-5月風(fēng)沙天氣已開(kāi)始頻發(fā),但大部分植物尚處于返青和萌動(dòng)期,地面基本成裸露狀態(tài),因而很容易引起地表的風(fēng)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(zhǎng)量明顯高于地面以下5cm刈割,這對(duì)削弱風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)度,減弱地表侵蝕具有重要作用。7-8月份是起沙風(fēng)的高發(fā)期,也是駱駝刺生長(zhǎng)最旺盛的時(shí)間,齊地面刈割的單株冠幅和和生長(zhǎng)量仍占優(yōu)勢(shì),但在9-10月,起沙風(fēng)的發(fā)生頻率明顯下降。因此,綜合駱駝刺的飼用價(jià)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(duì)駱駝刺進(jìn)行齊地面刈割。4對(duì)植物生長(zhǎng)的影響在整個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)