祁連圓柏伐樁新生植株構(gòu)建和產(chǎn)種特性

李生月，陵軍成

(1.甘肅祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局祁連自然保護(hù)站，甘肅 天祝 733000；2.甘肅省天祝縣林業(yè)工作站，甘肅 天祝 733299)

祁連圓柏(SabinaprzewalskiiKom)是我國(guó)特有樹(shù)種，因其抗旱、抗寒、耐瘠薄，被廣泛應(yīng)用到西北干旱半干旱區(qū)荒山造林和城市園林綠化中。祁連圓柏材質(zhì)堅(jiān)硬、紋理細(xì)膩且耐腐，是做家具的上等材料[1]。在祁連山林區(qū)，祁連圓柏位居青海云杉(PiceacrassifoliaKom)之后，是第二建群樹(shù)種，呈斑塊狀分布于陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡，其面積、蓄積量分別占全林分的9.1%、3.0%。伐樁及相關(guān)技術(shù)在森林更新培育[2]、品種更新?lián)Q代[3]、產(chǎn)業(yè)培育[4]、病蟲(chóng)害防治[5]等方面都有積極作用，在楊樹(shù)(PopulusL.)[6]、桉樹(shù)(EucalyptusrobustaSmith)[7]、刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)[8]等樹(shù)種上應(yīng)用較多，但在祁連圓柏上的應(yīng)用和研究較少。

祁連圓柏種苗主要依靠種子進(jìn)行實(shí)生苗繁育，采種林產(chǎn)種量、種子質(zhì)量和種子成本都會(huì)影響苗木質(zhì)量和苗木產(chǎn)業(yè)發(fā)展。祁連圓柏采種林自然條件下樹(shù)體高大，采種和病蟲(chóng)害防治困難，且樹(shù)冠內(nèi)部枝條因光照不足干枯死亡，結(jié)果能力大小年交替出現(xiàn)，致使產(chǎn)種量和種子質(zhì)量難以提高。本試驗(yàn)為了降低祁連圓柏采種林樹(shù)高，對(duì)多年生采種林實(shí)施皆伐更新，利用再生植株實(shí)施矮化培育，培養(yǎng)新的豐產(chǎn)樹(shù)形。研究祁連圓柏不同采伐時(shí)期和伐樁高度組合對(duì)植株再生能力、樹(shù)高、冠幅、產(chǎn)種量和種子質(zhì)量的影響，以期篩選出最佳組合，為祁連圓柏采種林矮化培育提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

伐樁調(diào)查地：該地位于祁連山東段北麓天祝藏族自治縣石門(mén)鎮(zhèn)小石門(mén)溝，37°16′N(xiāo)、102°12′E，海拔2450 m，屬大陸性高原季風(fēng)氣候，年均氣溫2 ℃，年均降水量365 mm，其中60%分布在6—9月，年無(wú)霜期125 d，≥10 ℃的年積溫900 ℃。土壤為山地棕褐土，pH 7.6。

種子播種地：該地位于祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)華隆自然保護(hù)站石門(mén)苗圃，為石門(mén)河沿岸峽谷盆地，海拔2480 m。屬大陸性高原季風(fēng)氣候，年均氣溫3 ℃，年極端最高氣溫32.4 ℃，最低氣溫-15 ℃。年均降水量400 mm，年蒸發(fā)量1800 mm左右。土壤為沙壤土，土層深厚，灌溉方便，交通便利。

1.2 試驗(yàn)材料

試材為20年生的祁連圓柏人工采種林，栽植密度為625株·hm-2，株行距4 m×4 m，株高7～8 m，冠幅4～5 m，因樹(shù)體高大，給采種和病蟲(chóng)害防治等管理帶來(lái)諸多不便。2014年為了方便人工采種，提高產(chǎn)種量和種子質(zhì)量，對(duì)其進(jìn)行矮化更新改造。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)采伐時(shí)期(A)，即春季(A1)、夏季(A2)、秋季(A3)、冬季(A4)；3個(gè)伐樁高度(B)，即0(B1)、25(B2)、50(B3) cm；采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共正交成A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2、A3B3、A4B1、A4B2、A4B312個(gè)處理，以自然植株為對(duì)照(CK)。30株為1小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組，重復(fù)3次，共39個(gè)小區(qū)。2015年按試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)施采伐更新，采伐更新后除伐樁高度不同外，地下根系保持原狀，不做任何處理。

1.4 數(shù)據(jù)調(diào)查與分析

伐樁再生植株自然生長(zhǎng)5 a，2019年11月下旬調(diào)查每個(gè)小區(qū)的伐樁再生率(%)、每個(gè)伐樁萌生枝條數(shù)(個(gè)·株-1)、結(jié)果株率(%)、單枝產(chǎn)果量(kg)、株高(m)、冠幅(cm)、單株產(chǎn)果量(kg)，每小區(qū)隨機(jī)抽取長(zhǎng)度50 cm的結(jié)果枝20個(gè)，采集球果測(cè)定單枝產(chǎn)果量；每小區(qū)隨機(jī)抽取10株采集全部球果測(cè)定單株產(chǎn)果量。每小區(qū)完成單枝產(chǎn)果量和單株產(chǎn)果量調(diào)查后，將采集的球果人工灑水堆捂、碾壓脫去球果外種皮后，再晾曬風(fēng)選，分離出純凈種子[9]，測(cè)定產(chǎn)種量(kg)，隨機(jī)抽取風(fēng)選種子測(cè)定千粒重(g)。伐樁再生率(%)=(萌生枝條的伐樁數(shù)÷伐樁總數(shù))×100，結(jié)果株率(%)=(結(jié)果株數(shù)÷調(diào)查株數(shù))×100。

2020年3月中旬隨機(jī)抽取每小區(qū)分離出的純凈種子3000粒播種于苗圃地。播種時(shí)先灌足水，待地表不粘腳時(shí)，下地深翻土壤，耙平地表后開(kāi)行距30 cm、深5 cm的淺溝，沿溝底按株距15 cm點(diǎn)播種子，然后抹平淺溝。11月底統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率(%)，調(diào)查幼苗高度(cm)、單株針葉數(shù)(個(gè)·株-1)，幼苗破土視為發(fā)芽。發(fā)芽率(%)=(破土種子數(shù)÷播種數(shù))×100。

所有數(shù)據(jù)求平均值，利用Excel 2007、DPS 6.01軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行新復(fù)極差Duncan多重比較顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 伐樁再生能力調(diào)查

由表1可知，在相同采伐時(shí)期條件下，伐樁再生率和萌生枝條數(shù)隨著伐樁高度的增加而提高；相同伐樁高度條件下，伐樁再生率和萌生枝條數(shù)由高到低的排序均為春季>冬季>秋季>夏季。不同采伐時(shí)期和伐樁高度正交組合中，伐樁再生率間差異較小，但萌生枝條數(shù)間差異較大。不同處理中A1B3的伐樁再生率、萌生枝條數(shù)最高，分別為96.26%、3.60個(gè)·株-1；比最低值A(chǔ)2B1的伐樁再生率(80.35%)、萌生枝條數(shù)(2.15個(gè)·株-1)分別提高23.53%、67.44%；且A1B3的伐樁再生率、萌生枝條數(shù)與其它處理間差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

表1 不同處理的伐樁再生能力

2.2 伐樁再生植株樹(shù)體大小和產(chǎn)果量

由表2可知，與對(duì)照組(CK)相比，采用伐樁處理的各試驗(yàn)組的結(jié)果株率均顯著提高，株高、冠幅均顯著降低，單枝產(chǎn)果量提高，單株產(chǎn)果量降低。相同采伐時(shí)期條件下，結(jié)果株率、株高隨著伐樁高度的提高而降低，冠幅、單枝產(chǎn)果量、單株產(chǎn)果量隨著伐樁高度的增加而提高。相同伐樁高度條件下，結(jié)果株率、株高、冠幅、單枝產(chǎn)果量、單株產(chǎn)果量由高到低的排序均為春季>冬季>秋季>夏季。不同采伐時(shí)期和伐樁高度正交組合中，結(jié)果株率、株高、冠幅、單枝產(chǎn)果量、單株產(chǎn)果量間差異較小，但與對(duì)照組(CK)間差異較大。其中，A1B1的結(jié)果株率、株高最高，分別為92.46%、1.52 m，結(jié)果株率比對(duì)照組(CK)提高138.79%，株高比對(duì)照組(CK)降低80.59%；A1B3的冠幅、單枝產(chǎn)果量、單株產(chǎn)果量最高，分別為107.36 cm、2.78 kg、12.81 kg，單枝產(chǎn)果量比對(duì)照組(CK)提高73.75%，冠幅、單株產(chǎn)果量比對(duì)照組(CK)分別降低74.69%、66.44%。不同處理中A1B1的結(jié)果株率、株高，A1B3的冠幅、單枝產(chǎn)果量、單株產(chǎn)果量與其它處理間差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

表2 不同處理的樹(shù)體大小和產(chǎn)果量

2.3 伐樁再生植株產(chǎn)種量和種子質(zhì)量

由表3可知，與對(duì)照組(CK)相比，采用伐樁處理的各試驗(yàn)組的小區(qū)產(chǎn)種量、千粒重、發(fā)芽率、苗高、針葉數(shù)均顯著提高。相同采伐時(shí)期條件下，小區(qū)產(chǎn)種量、千粒重、發(fā)芽率、苗高、針葉數(shù)均隨著伐樁高度的增加而降低。相同樁根高度條件下，小區(qū)產(chǎn)種量、千粒重、發(fā)芽率、苗高、針葉數(shù)由高到低的排序均為春季>冬季>秋季>夏季。不同采伐時(shí)期和伐樁高度正交組合中，小區(qū)產(chǎn)種量、千粒重、發(fā)芽率、苗高、針葉數(shù)間差異較小。不同處理中A1B3的小區(qū)產(chǎn)種量最高，為64.06 kg，比對(duì)照組(CK)降低66.43%；A1B1的千粒重、發(fā)芽率、苗高、針葉數(shù)均最高，分別為128.36 g、68.44%、12.08 cm、12.62個(gè)·株-1，比對(duì)照組(CK)分別提高35.80%、93.50%、65.25%、73.11%；與其它處理間差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

表3 不同處理的種子質(zhì)量

3 結(jié)論與建議

本試驗(yàn)結(jié)果表明，祁連圓柏采種林采伐更新后，絕大部分伐樁都能萌生枝條形成新的植株，再生植株由單干單頭寶塔形變?yōu)槎喔啥囝^開(kāi)心形，樹(shù)高降低，結(jié)果株率和單枝結(jié)果能力提高，生產(chǎn)的種子千粒重、發(fā)芽率和播種后幼苗生長(zhǎng)量均高于天然植株。綜合考慮伐樁再生能力、樹(shù)體大小、產(chǎn)種量和種子質(zhì)量等因素，認(rèn)為春季采伐，并將伐樁高度選留50 cm效果最佳，可在生產(chǎn)中優(yōu)先示范推廣。

林木在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了多樣的繁殖和更新復(fù)壯能力，如葡萄(VitisviniferaL.)、蘋(píng)果(MaluspumilaMill)、梨(Pyrusspp)、新疆楊(PopulusbolleanaLauche)、旱柳(SalixmatsudanaKoidz)、榆樹(shù)(UlmuspumilaL.)等在遇到外界逆境脅迫時(shí)都能利用潛伏芽萌生新枝，構(gòu)建新的植株，特別是重度修剪和采伐后刺激伐樁萌生枝條形成新的植株[10]。本試驗(yàn)中祁連圓柏采伐后，絕大部分伐樁都能萌生枝條形成新的植株，這可能是祁連圓柏在長(zhǎng)期進(jìn)化中形成的適應(yīng)能力。祁連圓柏起源于高寒冷涼區(qū)，生存環(huán)境嚴(yán)酷，伐樁再生新植株有利于生存和種群繁衍。春季和冬季采伐更新后，伐樁貯存大量的有機(jī)物質(zhì)可供芽體萌發(fā)利用；夏季和秋季采伐更新后，伐樁貯存的有機(jī)物質(zhì)較少，萌芽能力和新枝生長(zhǎng)量降低。這也可更好解釋本試驗(yàn)中相同伐樁高度條件下，伐樁再生率、萌生枝條數(shù)、結(jié)果株率、株高、冠幅、單枝產(chǎn)果量和單株產(chǎn)果量由高到低的排序均為春季>冬季>秋季>夏季。馬祥慶等[11]研究發(fā)現(xiàn)，杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook.)免耕萌芽更新可提高林地土壤肥力和林分物種豐富度及多樣性，且可快速恢復(fù)杉木林。也有研究表明，每個(gè)伐樁萌芽更新數(shù)量與伐樁高度呈正相關(guān)，即隨著伐樁高度的增加，萌芽數(shù)量也呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)[12]。這也和本試驗(yàn)的研究結(jié)果相同，即相同采伐時(shí)期條件下，伐樁再生率和萌生枝條數(shù)隨著伐樁高度的增加而提高。

在長(zhǎng)期的林業(yè)建設(shè)中，祁連圓柏都被作為造林和綠化樹(shù)種，在栽植中很少被截干或鋸頭，甚至認(rèn)為截干或鋸頭后，破壞了生長(zhǎng)點(diǎn)，甚至?xí)?dǎo)致死亡。但通過(guò)本次調(diào)查，觀察到祁連圓柏采種林采伐更新后，伐樁易萌生枝條形成新的植株，且再生植株矮小，結(jié)果株率高，連續(xù)結(jié)果能力強(qiáng)，種子質(zhì)量高于天然植株。這種樹(shù)形與實(shí)現(xiàn)采種林矮化培育、方便采種、病蟲(chóng)害防治和提高種子質(zhì)量[13]的要求相吻合，對(duì)祁連圓柏采種林的培育具有一定的啟發(fā)。