東北黑土區(qū)侵蝕溝治理柳樁栽植技術(shù)研究

李 超，高曉荻，仝如強，陳靖天，穆春生

(1.東北師范大學 草地科學研究所 植被生態(tài)科學教育部重點實驗室，吉林 長春 130024；2.吉林省氣象臺，吉林 長春 130062)

我國東北部黑土資源總面積達103萬km2，以有機質(zhì)含量高、土質(zhì)疏松、最適宜耕作聞名于世，是我國十分重要的商品糧基地，在保障糧食安全方面發(fā)揮著重要的戰(zhàn)略作用[1]。然而，東北黑土區(qū)受到嚴重的土壤侵蝕危害，導致土壤養(yǎng)分流失，黑土層變薄，土壤的保水、保肥能力下降，土壤物理、化學性質(zhì)惡化[2]。土壤侵蝕造成了黑土的嚴重退化，對土壤功能和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性有著嚴重的影響[3]。東北黑土區(qū)存在包括水力侵蝕、風力侵蝕、凍融侵蝕、重力侵蝕等多種土壤侵蝕類型，其中水力侵蝕面積最為廣泛[4]。水力侵蝕類型中，溝蝕是主要的侵蝕類型，這種侵蝕極具破壞性，導致了大量的土壤流失和退化[5]。為此，2017年國家啟動了東北黑土區(qū)侵蝕溝治理專項工程。東北黑土區(qū)實施的侵蝕溝治理模式總體可以分為工程措施為主植物措施為輔、植物措施為主工程措施為輔、植物措施和復墾模式4種類型[6]。植物措施具有能提高植被覆蓋率、改善生態(tài)環(huán)境、原料豐富、成本較低、經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)勢。現(xiàn)有研究表明，植物的根系可提高土壤抗剪強度，從而起到穩(wěn)定侵蝕溝的重要作用；植物地上部分能有效截留雨水，減輕雨滴對土壤的擊濺侵蝕[7]，減小地表徑流。

在植物措施中，柳樁被廣泛應用于侵蝕溝護坡和柳谷坊的設計中[8-12]。其中，旱柳(Salixmatsudana)具有耐寒、耐鹽堿、耐短期缺水等特性，是東北黑土區(qū)侵蝕溝護坡和柳谷坊工程的首選植物。目前，雖然有苗木的扦插深度能影響其生根和成活的少數(shù)研究報道[13]，但有關(guān)東北黑土區(qū)侵蝕溝柳樁適宜的栽植季節(jié)和栽植方法的研究還未見報道，導致在實際工程建設中，存在柳樁栽植時間隨意、成活率低等問題。為此，我們進行了柳樁不同栽植季節(jié)和栽植方式的對比試驗，以篩選出適宜的栽植模式，為其在侵蝕溝治理中的實際應用提供科學依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 試驗對象與方法

1.1 試驗地概況

試驗選擇在吉林省通化市柳河縣集清村坡耕地的侵蝕溝中進行。該地位于吉林省東部片區(qū)，長白山向松遼平原過渡地帶，地理位置為42°11′N、125°39′E，海拔為443 m，屬溫帶大陸性季風氣候區(qū)，年均降水量為740 mm，年均氣溫5.5 ℃，年均日照時數(shù)2 480 h，年有效積溫2 200 ℃，無霜期126～140 d。試驗期間的溫度與降水情況見表1。

表1 試驗期間的溫度與降水情況

本試驗侵蝕溝溝壑面積1 820 m2，溝長369 m，平均溝寬4.90 m，縱比降12.03%。溝壑土壤含速效氮14.25 mg/kg、有效磷2.106 mg/kg、速效鉀112.1 mg/kg、全氮2.203 g/kg、全磷0.558 g/kg，0.5 m深度土壤含水量17%，0.8 m深度土壤含水量22%。

1.2 試驗對象

供試樹種為旱柳，來源于吉林省柳河縣立祥苗圃。供試柳樁的采伐時間分別為2018年10月上旬和2019年4月上旬，每個柳樁長1.6 m，頂端直徑8 cm。

1.3 試驗設計與處理方法

試驗采用三因素隨機區(qū)組設計：A因素為栽植季節(jié)，設兩個水平，2018年10月中旬為秋季栽植(A1)，2019年4月中旬為春季栽植(A2)；B因素為栽植深度，設兩個水平，栽植深度0.5 m為B1，栽植深度0.8 m為B2；C因素為底端處理，設兩個水平，底端不削尖為C1，底端削尖為C2。試驗共2×2×2=8種處理，每種處理栽植60根柳樁，重復3次，共計栽植480根柳樁。

1.4 樣品的采集與測定

首先在柳樁栽植前對初始的可溶性蛋白和可溶性糖含量進行測定，然后在柳樁栽植成活后的2019年9月，調(diào)查統(tǒng)計各處理柳樁的成活率(存活數(shù)量/栽植總數(shù)量)，并對8種處理的柳樁進行隨機取樣，每種處理選取10株，在調(diào)查枝條數(shù)量、枝條長度、根系數(shù)量的同時，對柳樁樹干取樣，于實驗室內(nèi)測定其可溶性蛋白和可溶性糖含量。可溶性蛋白含量的測定方法為考馬斯亮藍比色法[14]，可溶性糖含量的測定方法為蒽酮比色法[15]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019進行數(shù)據(jù)整理，在SPSS 26.0中用三因素隨機區(qū)組試驗設計的方法對不同處理柳樁的成活率、枝條數(shù)量、枝條長度、根系數(shù)量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量進行方差分析，F(xiàn)檢驗顯著時用Duncan法進行多重比較，用Pearson相關(guān)性檢驗對柳樁可溶性蛋白含量、可溶性糖含量與其成活率、枝條數(shù)量、枝條長度和根系數(shù)量進行相關(guān)性分析。表格數(shù)據(jù)為平均值±SE。應用模糊隸屬函數(shù)對8種處理進行分析，以評價其適宜栽植的模式。隸屬函數(shù)值計算公式為

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：Xi為某一指標值；Xmin和Xmax分別表示在該指標下所有參試處理的最小值與最大值。

2 結(jié)果分析

方差分析結(jié)果(表2)表明，不同栽植季節(jié)間柳樁的成活率、枝條數(shù)量、枝條長度、根系數(shù)量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量呈極顯著差異，不同栽植深度間柳樁的成活率、枝條數(shù)量、枝條長度、根系數(shù)量呈顯著或極顯著差異，不同底端處理間柳樁的成活率、枝條數(shù)量和根系數(shù)量呈極顯著差異，栽植季節(jié)×栽植深度間成活率呈極顯著差異，栽植季節(jié)×底端處理間成活率和根系數(shù)量呈顯著或極顯著差異。

表2 柳樁栽植季節(jié)、栽植深度和底端削尖處理下各指標的方差分析

2.1 不同栽植模式對柳樁成活率的影響

在8種處理中，成活率最高的是A2B2C2，為57.33%。其中，春季栽植的柳樁成活率顯著高于秋季；在春季栽植的柳樁中，當栽植深度相同時，底端削尖處理的成活率顯著高于不削尖處理(P<0.05)，當?shù)锥颂幚硐嗤瑫r，栽植深度0.8 m的柳樁成活率顯著高于栽植深度0.5 m的柳樁；在秋季栽植的柳樁中，當?shù)锥颂幚硐嗤瑫r，栽植深度0.8 m能顯著增加柳樁的成活率，而當栽植深度相同時，是否削尖對柳樁成活率的影響不顯著(見表3)。

表3 不同處理下柳樁成活率

2.2 不同栽植模式對柳樁枝條數(shù)量的影響

對各處理下柳樁枝條數(shù)量變化的調(diào)查結(jié)果表明，春季栽植柳樁的枝條數(shù)顯著大于秋季栽植(P<0.05)。在春季栽植的處理中，A2B2C1的枝條數(shù)量顯著高于A2B1C1，較對照增長了43%，A2B2C2的枝條數(shù)量也顯著高于A2B1C2，說明在春季栽植的柳樁中，栽植深度0.8 m較0.5 m能顯著提高柳樁抽枝數(shù)量。對比A2B1C1與A2B1C2表明，在春季栽植且栽植深度都為0.5 m時，底端削尖能顯著提高柳樁枝條數(shù)量；而對比A2B2C2與A2B2C1表明，在春季栽植且栽植深度都為0.8 m時，底端是否削尖差異不顯著。在秋季栽植的柳樁中，栽植深度和底端是否削尖對枝條數(shù)量的影響均不顯著(見表4)。

表4 不同處理下柳樁枝條數(shù)量的變化

2.3 不同栽植模式對柳樁枝條長度的影響

由表5可知，春季栽植的柳樁枝條長度顯著高于秋季，其中A2B2C1的枝條長度達到峰值，為26.30 cm。對比A1B1C1與A1B1C2、A1B2C1與A1B2C2、A2B1C1與A2B1C2、A2B2C1與A2B2C2表明，柳樁在同一季節(jié)栽植且深度相同時，是否削尖對枝條長度無顯著影響。

表5 不同處理下柳樁枝條長度

2.4 不同栽植模式對柳樁根系數(shù)量的影響

對各處理柳樁根系數(shù)量的調(diào)查結(jié)果(表6)表明：在栽植季節(jié)、栽植深度相同的情況下，底端削尖的柳樁根系數(shù)量顯著大于底端不削尖的(P<0.05)，其中A2B1C2比A2B1C1增長了89%；在栽植季節(jié)、底端處理相同的情況下，栽植深度0.5 m與0.8 m的柳樁根系數(shù)量差異不顯著；在栽植季節(jié)不同，其余處理均相同的情況下，春季栽植的柳樁根系數(shù)量顯著高于秋季。

表6 不同處理下柳樁根系數(shù)量

2.5 柳樁可溶性蛋白、可溶性糖含量與生長指標和成活率的相關(guān)性分析

由表7可知，柳樁的枝條數(shù)量、枝條長度、根系數(shù)量、成活率與其栽植前的可溶性蛋白和可溶性糖含量無相關(guān)關(guān)系，與栽植后柳樁的可溶性蛋白含量和可溶性糖含量均存在極顯著的相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，表明柳樁的成活和生長情況與其栽植前的可溶性糖和可溶性蛋白含量無關(guān)。

表7 柳樁可溶性蛋白、可溶性糖含量與生長指標和成活率的相關(guān)分析

2.6 柳樁栽植處理適宜性評價

利用隸屬函數(shù)法對不同處理柳樁的6個指標進行分析，結(jié)果(表8)表明，不同處理的適宜性次序為A2B2C2>A2B1C2>A2B2C1>A2B1C1>A1B2C2>A1B2C1>A1B1C2>A1B1C1，即最適宜的柳樁栽植處理為春季栽植、栽植深度0.8 m且底端削尖。

表8 柳樁各處理指標隸屬函數(shù)值

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

溫度是影響植物生長發(fā)育的重要因子，低溫會使植物的可溶性糖和可溶性蛋白含量升高以提高其細胞滲透勢，保護其細胞膜結(jié)構(gòu)免受凍害，增溫后兩指標不斷下降[16]。本研究中，冬季低溫是導致秋季栽植的柳樁枝條長度、數(shù)量低于春季栽植的重要因素，所以柳樁最適宜的栽植季節(jié)為春季。如有條件，可對其頂端斷面采取保護措施，如油漆封頂?shù)?，能保溫且降低其斷面的水分蒸發(fā)，提高其冬季成活率。

底部削尖的目的是便于柳樁栽植入土。本研究中，底端削尖柳樁的根系數(shù)量顯著高于不削尖的，其原因可能是柳樁底端削尖后增加了與土壤的接觸面積，更有利于其生根，同時其發(fā)達的根系也能減少地表徑流沖刷造成的土壤流失，有利于水土保持。

柳樁栽植深度的不同影響著柳樁根部的土壤溫度和含水量，冬季耕地為裸地，其上層土壤保溫保水能力差[17]，導致土壤含水量和溫度上層低于下層，所以本研究中秋季栽植深度為0.8 m的柳樁成活率高于0.5 m的。而相同栽植季節(jié)、相同的底端處理下，栽植深度0.5 m與0.8 m柳樁的根系數(shù)量差異不顯著，說明柳樁的根系數(shù)量與其栽植深度無關(guān)。

3.2 結(jié) 論

8種柳樁栽植模式的適宜性排序為A2B2C2>A2B1C2>A2B2C1>A2B1C1>A1B2C2>A1B2C1>A1B1C2>A1B1C1，即最適宜的柳樁栽植模式為春季栽植、栽植深度0.8 m、底端削尖處理。