骆驼刺在极端环境下的合理刈割方式初探

骆驼刺在极端环境下的合理刈割方式初探

骆驼刺是多年生科以类的一种温和草本植物。塔克拉马干沙漠-阿克拉玛州南部沙漠中的优势植物种类之一。它对预防风和沙子也很有效。还有当地的高质量饲料资源。在极端干旱和高温胁迫下,由于地表水严重缺乏,很难进行自然更新。但骆驼刺可通过深根系与地下水连接,并利用地下水维持生长生存,目前主要依靠克隆分株进行无性繁殖。骆驼刺再生能力较强,当年生枝条全部枯死后,次年可从根颈部萌生出大量新枝条,形成稠密灌丛。但由于地下水位开始出现下降,加之老枝多年堆积,骆驼刺群落已开始出现退化。因此,如何促进骆驼刺群落更新,并提高其产草量,是实现骆驼刺资源合理开发利用的关键问题。不少研究表明适宜刈割(时期和留茬高度)是牧草利用和管理的重要手段,也是促进牧草再生性能的有效措施。在塔克拉玛干沙漠南缘绿洲分布区,由于植被稀少,骆驼刺是当地农民冬季主要的青贮饲料。随着绿洲人口和载畜量的日益增加,当地居民为获得更大产草量,通常采用连片剃光头的方式对骆驼刺进行采伐,砍伐茬位多在地面以下5～15cm。有研究表明,骆驼刺齐地面刈割对根颈上芽的发生和生长有明显促进作用,产草量显著高于地面以上留茬10cm、地面以下留茬10cm和20cm。从地面以上刈割时,由于地上大部分枝条被破坏,其枝条再生借助于未刈割部分叶腋内小枝的继续生长,刈割后伤口直接暴露在阳光之下,容易失水,因此不利于植株的再生。地面以下刈割岔口过深,根颈和根上侧芽容易被砍掉,而降低再生枝条数。但带根砍伐更方便操作,齐地面刈割推广较困难,为此,本研究通过分析适当降低地面以下留茬高度(-5cm)和齐地面刈割后,骆驼刺单株及不同分布密度的灌丛在来年的生长动态变化,并结合当地的风沙活动特征进一步验证齐地面刈割是否为适宜留茬高度。研究结果对骆驼刺资源的合理开发和可持续利用具有重要的理论指导意义。1材料和方法1.1生长季节及生长期生长情况试验区位于塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外围(E80°03′24″～E82°10′34″,N35°17′55″～N39°30′00″),平均海拔为1370m,属于暖温带极端干旱区。年均温12℃,极端最高气温41.9℃,极端最低气温-23.9℃。植物生长季(4-9月)的平均气温为21.8℃。年均降水量仅为37.5mm,且主要集中在4-9月份,年均蒸发量达2595.3mm,无霜期平均为196d。策勒境内有9条季节性河流,均属于降雨、积雪融水和冰川融水综合补给性河流,年径流总量为6.935×108m3,约68.6%左右集中在夏季(6-8月)。该区域地下水位约在16m,因此,策勒绿洲前缘植被的生长过程中水资源补给主要依赖于夏季洪水。绿洲外围植被稀少,主要植物种类为骆驼刺、多枝柽柳(TamarixramosissmaLedeb.)、花花柴(Kareliniacapsica)等,盖度约为38.9%。试验期间(2005年10月至2006年9月)月平均温度和月平均降雨量如图1所示。1.2样方设置及调查方法由于骆驼刺为多年生克隆植物,很难判断其生长年限,因此,在策勒绿洲外围的天然骆驼刺群落选取2个分布密度和长势相近的样地,面积均为1hm2。2005年10月份分别以留茬0cm(与地面相平)和-5cm(地面以下5cm)的方式进行刈割处理,后者为当地农民的传统收割方法。在下一年的5-9月期间,每月中旬分别在2个样地随机抽取30株观察其株高、冠幅、基部新生枝条数、地上部鲜重,为了确保生物量的可比性,收获时2个刈割处理的留茬高度均为0cm。第2年5月份留茬-5cm处理由于萌发新枝很少,所以没有进行生物量调查。由于骆驼刺当年生枝条在冬季全部干枯,下年不再萌发,主要依靠根部休眠腋芽萌动来再生枝条,因此基部新生枝条数为露出地面的当年新生枝条总数。由于样方中骆驼刺分布不均匀,连片砍伐很容易引起土壤风蚀,因此,根据骆驼刺分布密度采用斑块状刈割。2005年10月,根据试验区域骆驼刺的总体分布情况设置4个密度梯度:0.44～0.46(D1)、0.41～0.42(D2)、0.36～0.38(D3)和0.33～0.34(D4)株·m-2,每个梯度设置30个25m2样方,其中15个样方采用留茬0cm的方式进行刈割,剩余15个采用留茬-5cm的方法刈割。各样方随机分布,并在每个样方四角打桩后用不同颜色绳子作标记。取样时间和单株生长量调查同步,每次每个梯度取3个重复。取样时完全收获骆驼刺地上部分,称取地上部总鲜重,并取出部分鲜样在75℃烘干至恒重,根据取样比例换算单位面积产草量。根据中国科学院策勒国家站位于荒漠-绿洲过渡带上的气象数据(2006),将原始风速数据每10min取平均值。有研究表明,塔克拉玛干沙漠南缘临界起沙风速一般取6m·s-1,因此,为了明确起沙风的风速变化特征,统计每月≥6m·s-1的起沙风风速平均值、最大值及占全年起沙风的频率。1.3差异显著性分析数据分析采用SPSS13.0软件,选择单因素方差分析(one-wayANOVA),并进行差异显著性检验,不同指标间的相关性采用Pearson相关分析。2结果与分析2.1留茬时株高、冠幅和留茬次数间的关系留茬-5cm处理,在第2年的6至7月份其株高和冠幅迅速增加,分别增长了80%和82%;在8至9月期间变化较小,但分别达到最大值54.2cm和0.75m2(图2)。新生枝条数的情况却不同,6月单株枝数最多,7月最低。齐地面刈割时株高在7月份增至最大值(55.4cm),冠幅则在8月最大(0.88m2),单株新枝条数同样在6月份最多,7月最低,这可能是由于7月气温快速升高及长期干旱造成一些新生枝条因灼伤而枯落有关,经过7月一场降雨后,8月新生枝条数又有所恢复。比较2个留茬处理地上部生长还发现,5-7月期间留茬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%。生长后期2个处理的株高相近,冠幅仍是齐地面刈割较高。新枝个数的情况却不同,留茬-5cm均高于齐地面刈割,在8-9月最明显。可以看出,地面以下5cm刈割可增加抽枝个数,但却不利于株高和冠幅的增长。2.2t-1合作模式由图3可以看出,留茬-5cm处理单株鲜重随时间后移逐渐增加,在9月份最高,为722g·plant-1。留茬0cm处理的单株鲜重在整个时期均高于留茬-5cm处理,且在5月份时已高出后者在6月鲜重的102%,在7月增至最高(942g·plant-1),之后可能因老枝衰败和枯叶脱落而有所下降。2.3株高、冠幅、抽枝数和幼枝数的相关对地上部鲜重和不同生长参数进行相关分析发现,鲜重和株高、冠幅成极显著正相关,与抽枝数成显著负相关(表1)。冠幅和株高也成显著正相关,但与抽枝数成显著负相关。这表明抽枝数过多不利于地上部鲜重累积和冠幅增大。2.4不同分布密度对产草量的影响由表2可以看出,留茬-5cm处理,D1～D4分别在7,8和9月产草量最高,分别为0.19,0.15,0.19和0.16kgDW·m-2。D1在6月产草量显著高于其他3个处理,D2则在8月显著低于其他3个处理,其他月份不同分布密度间差异均不明显。留茬0cm处理,D1和D2均在7月产草量最高,分别为0.15和0.27kgDW·m-2,D3在9月最高(0.16kgDW·m-2),D4则在8月最高,为0.17kgDW·m-2。除在5月D1显著高于D3,7月D2显著高于其他处理外,其他月份差异均不显著。可以看出,灌丛分布密度越高越有利于生长前期产草量的提高。在生长早期(5-6月),同一分布密度下除D1外,留茬0cm处理的产草量均显著高于留茬-5cm处理的,但在生长旺季(7月),留茬高度对D1和D3产草量影响不明显,D2和D4则在留茬0cm处理时明显较高。8月和9月份,留茬-5cm时D1产草量明显较高,其他密度除D2外差异均较小。这表明齐地面刈割在早期对骆驼刺生长有明显的促进作用,在生长旺期因分布密度而异。2.5起沙风的活动时间为了解骆驼刺生长变化和风沙活动的耦合关系,对该区域一年内的风沙天气过程进行分析。研究区起沙风平均风速变化趋势比较平稳,在6.5～8m·s-1之间(图4),其中4月最小为6.5m·s-1,5,6和7月3个月的平均风速都为8m·s-1,8到9月又逐渐减小为7.3m·s-1,10月有小幅增大。最大起沙风速的变化趋势与平均风速不同,在5月达到一个峰值12.6m·s-1,6月又下降为11.4m·s-1,但在7月又回升为12.1m·s-1,此后则开始缓慢减小。从起沙风年内出现的频率来看,夏季7月发生频率最高,占全年的25.7%,其次是5月为18.1%,6月为14.9%。8月以后发生的频率逐月减缓,9月为12.4%,10月减小为3.49%。由此可以看出,起沙风的主要活动时间为5-9月。在骆驼刺生长较快的5-7月期间是起沙风发生极为频繁,风速较高的时间。3齐地面加工割对干草量的影响适宜的留茬高度不但能促进牧草的分蘖和再生能力,还可提高产草量并改善营养价值。有研究表明留茬4～5cm有利于提高白三叶(Trifoliumrepens)和新麦草(Psathyrostachysjuncea)产量和品质。孙明等认为与逐步提高留茬高度相比,贴地刈割更有利于提高苜蓿(Medicagosativa)的分枝数和再生强度。章家恩等却认为留茬越高牧草的产草量也越高。本研究发现,与地面以下5cm刈割相比,齐地面刈割在不同月份累积产草量均较高,株高和冠幅在5-8月期间也较高。地面以下5cm刈割虽可增加基生枝条数,但不利于地上部干物质的累积,此外,还推迟了骆驼刺的再生时间。有研究表明当地上分生组织破坏后,生长素的形成将被阻断,导致生长素和细胞分裂素之比减少并有大量的侧芽萌发,从而开始植物补偿生长。骆驼刺越冬芽主要分布在地面以下4～8cm的根颈周围,因此,在地面以下5cm处刈割,可能更有利于刺激越冬芽生长,以生成更多新枝条。但新枝个数的增多也相应增加了对水分、养分等有限资源的竞争,所以分配到单个枝条的碳水化合物也受到限制,从而不利于地上部干物质的累积。本研究结果进一步证明了齐地面刈割能更好地刺激骆驼刺的再生能力。由于土壤水分和养分的空间异质性,在塔克拉玛干沙漠南缘骆驼刺主要呈片状或条带状分布,且其灌丛分布密度也不均匀。为查明灌丛密度是否影响刈割后的产草量,本研究根据研究区域骆驼刺的分布情况,观测了4个不同分布密度的骆驼刺群落在刈割后的产草量变化,研究发现在在5-6月期间灌丛分布密度越高越有利于产草量的提高,而且齐地面刈割时产草量的提高更明显。比较最高产草量发现,分布密度在0.44～0.46和0.36～0.38株·m-2时分别在8月和9月齐地面以下-5cm刈割产草量最高,0.41～0.42和0.33～0.34株·m-2则分别在7月和8月齐地面刈割更高。在塔克拉玛干沙漠南缘,骆驼刺不但具有饲用价值,在防风固沙方面也发挥了重要作用。李振武等研究发现随骆驼刺盖度增加,其降低风速的程度也增大。气象资料显示,4-5月风沙天气已开始频发,但大部分植物尚处于返青和萌动期,地面基本成裸露状态,因而很容易引起地表的风蚀。采用齐地面刈割后,在第2年5-6月骆驼刺的冠幅和生长量明显高于地面以下5cm刈割,这对削弱风沙活动强度,减弱地表侵蚀具有重要作用。7-8月份是起沙风的高发期,也是骆驼刺生长最旺盛的时间,齐地面刈割的单株冠幅和和生长量仍占优势,但在9-10月,起沙风的发生频率明显下降。因此,综合骆驼刺的饲用价值和生态效益,骆驼刺不能像其他牧草一样在一年内多次收割,建议在9月份以后对骆驼刺进行齐地面刈割。4对植物生长的影响在整个生长季内