新型保水劑對祁連山典型喬灌木造林影響探討

馬 玲，李潤杰，3，郭凱先，連利葉，溫 軍，陳建宏，王 靜

（1.青海師范大學地理科學學院青海省自然地理與環(huán)境過程重點實驗室，西寧810008；2.青海省水利水電科學研究院有限公司流域水循環(huán)與生態(tài)重點實驗室水資源高效利用工程技術研究中心，西寧810001；3.青海大學三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧國家重點實驗室，西寧810000）

祁連山地區(qū)是西北重要的生態(tài)區(qū)[1]、水源涵養(yǎng)區(qū)[2]、西北荒漠區(qū)和青藏高原高寒區(qū)的過渡區(qū)。青海省祁連山地區(qū)生物多樣性豐富、生態(tài)保護任務繁重、生態(tài)系統(tǒng)敏感而脆弱，是我國重要的生態(tài)屏障區(qū)。然而，由于過去傳統(tǒng)理念的制約、自然資源粗放式的利用和社會經(jīng)濟活動的加快，導致了區(qū)域景觀破碎、植被退化、各類生態(tài)服務功能降低等一系列突出的生態(tài)環(huán)境問題，嚴重影響了祁連山整體、長期的生態(tài)服務功能和生態(tài)屏障作用[3]。因此需要青海省祁連山地區(qū)生態(tài)治理工作向統(tǒng)籌山水林田湖草等生態(tài)要素方向發(fā)展，向努力增綠方面補齊生態(tài)短板方面持續(xù)推進。由于傳統(tǒng)的栽種模式為自然條件下栽移并澆水，后續(xù)未有其他處理措施，使得成活率低，為提高植樹造林的成活率和保苗率，經(jīng)查閱大量資料后引進保水劑進行植樹造林實驗研究。

保水劑是利用強吸水性樹脂制成的一種超高吸水保水能力的有機高分子聚合物，它對水分有強烈的締結作用，可以快速把水分保存起來，提供控肥緩釋的物質(zhì)條件，提高養(yǎng)分利用率，改善土壤結構。無毒無刺激性，安全使用，廣泛應用于農(nóng)林生產(chǎn)中[4]。保水劑在不同氣候、不同土壤應用效果不同。吉林省農(nóng)業(yè)匯泉科技有限公司研制的“耕農(nóng)抗旱寶”在東北地區(qū)廣泛示范并推廣，應用效果良好，在青海省農(nóng)業(yè)研究應用中也取得了不錯的效果，王霞玲等[5]通過研究發(fā)現(xiàn)在柴達木盆地使用“耕農(nóng)抗旱寶”可有效降低土壤容重和改善土壤孔隙結構，適量的“耕農(nóng)抗旱保”對馬鈴薯產(chǎn)量和節(jié)水效益有很大的提升；邢永軍等[6]研究發(fā)現(xiàn)“耕農(nóng)抗旱寶”能提高土壤保水、儲水能力，“耕農(nóng)抗旱寶”可在青海農(nóng)業(yè)中推廣應用；越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，保水劑用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，不但可以保水保肥，還能促進植物生長［7］。目前有不少研究表明保水劑在林業(yè)中的使用也取得到了不錯效果，鄭鈺銦[8]研究不同保水處理對油茶起苗后苗木質(zhì)量的影響；王琰研究保水劑施用量對楊樹苗土壤物理性狀與微生物活性的影響[9]，實驗證明保水劑促進了幼苗成長[10]。在林業(yè)中研究保水劑對葉片葉綠素含量，土壤離子含量的研究很少有相關報道，因此，為探究“耕農(nóng)抗旱寶”在青海省祁連地區(qū)對喬灌木的應用效果，提高造林的質(zhì)量，本實驗研究“耕農(nóng)抗旱寶”對祁連地區(qū)的典型喬灌木的土壤含水率、喬灌木生長特性、葉片的葉綠素含量、土壤八大離子含量的影響，為該地區(qū)使用“耕農(nóng)抗旱寶”提供一定的科學依據(jù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗區(qū)域概況

1.2 實驗材料

保水劑選用吉林省農(nóng)業(yè)匯泉科技有限公司研制的“耕農(nóng)抗旱寶”。實驗組和對照組的幼苗選取株高長勢基本相同。進行移栽試驗。

1.3 實驗設計

實驗設置有實驗組（A）和對照組（B），其中對照組不施用“耕農(nóng)抗旱寶”按照正常種植方法進行；實驗組施用“耕農(nóng)抗旱寶”，其用量是灌木（香茶藨、珍珠梅）8 g/株的“耕農(nóng)抗旱寶”，喬木（祁連圓柏、青海云杉）25 g/株的“耕農(nóng)抗旱寶”，均勻撒入填土中，填土與土球接觸。分別以X、Z、Q、Y 表示香茶藨（Ribes odoratum）；珍珠梅( False spiraea)；祁連圓柏( Sabina przewalskii)；青海云杉（Picea crassifolia），每組做10 個重復。香茶藨、珍珠梅、祁連圓柏、青海云杉每種選長勢正常、大小一致的幼苗于2020年7月12日進行移栽實驗。

1.4 測定項目及方法

（1）土壤含水率。分別于2020年7月11日、2020年8月25日進行灌水前一天實驗。在灌水前1 d、灌水后第1 d、第3 d、第6 d、第9 d、第15 d 分別測定0～20、20～40、40～60 cm土層的土壤含水率。具體操作方法是：在野外實驗區(qū)用土鉆取不同深度土，裝入鋁盒，稱重，帶回實驗室進行烘干稱重。每種樹實驗組和對照組隨機各選取5棵樹掛牌記錄，土樣取樣點沿距離樹干0.1 m的圓周上每隔120°設置1個點，每個點取3層土樣，每棵樹取9 個土樣，每種樹一次取90 個土樣，取其平均值。

（2）林分調(diào)查。調(diào)查時間分別于2020年8月12日、2020年9月12日、2020年10月12日進行。栽種第30 d、60 d、90 d 后，分別進行一次林分調(diào)查。主要測量樹高、胸徑、冠幅、枝條、新發(fā)芽率等。株高等分別于栽種后不同生長期，每株作物掛牌記錄其不同生長階段的株高等變化，利用卷尺和電子游標卡尺測量林木的生長情況。

（3）葉綠素。測定時間分別于2020年8月10日、2021年5月10日進行。測定葉片葉綠素含量，采用國內(nèi)浙江托普云農(nóng)科技有限公司的TYS-4N 型植物營養(yǎng)測定儀。葉綠素測定儀可以即時測量植物的葉綠素相對含量或“綠色程度”，從而可以及時了解植物真實的硝基需求量，并且可以掌握土壤硝基的缺乏程度或是否過多地施加了氮肥等情況，每組取50 個值，最終取平均值。

（4）土壤八大離子含量。取土時間為2020年8月25日、2021年5月25日取樣帶回實驗室進行實驗。按化學分析的方法測定不同土壤深度的八大離子含量，CO32－、HC03－用雙指示劑中和法，Cl－用AgNO3滴定法，S042－、Ca2＋、Mg2＋用EDTA 容量法，K＋、Na＋用火焰光度計法［11］。其實驗誤差按《土壤理化分析》一書中的實驗允許誤差執(zhí)行［12］，土樣取樣點沿距離樹干0.1 m 的圓周上每隔180°設置1 個，每個點取3 層土樣，每棵樹取6 個土樣，實驗組和對照組各選3 棵樹，取其平均值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

通過Microsoft Office Excel 2003 和SPSS 23.0 進行數(shù)據(jù)分析處理，Origin 9.0進行相關圖表繪制。

對于相鄰雙側(cè)邊蓋驅(qū)動方腔流動, 在Reynolds數(shù)小于1 000的范圍內(nèi), 還可以找到兩對線性不穩(wěn)定行波模態(tài), 每一對模態(tài)在不同Reynolds數(shù)下的線性時間增長率曲線在圖6(a)和圖7(a)中給出.

2 結果與分析

2.1 保水劑對喬灌木土壤含水率的影響

本實驗通過研究珍珠梅、香茶藨、祁連圓柏、青海云杉不同土層深度的土壤含水率，各層土壤含水率變化情況見圖1。圖1 表明：0～20、20～40、40～60 cm 土層隨著灌水后時間的延長，土壤含水率呈逐步下降趨勢(除降雨影響外)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析下降幅度為：0～20 cm 層ZA、ZB、XA、XB、QA、QB、YA、YB 的降幅分別為：10.2%、13.1%、9.4%、13.8%、12.7%、15.4%、14.7%、14.8%；20～40 cm 層4 個樹種降幅分別為：10.9%、16.0%、9.6%、15.6%、17.0%、18.8%、15.5%、16.0%；40～60 cm 層4 個樹種的降幅分別為：8.9%、15.6%、7.5%、14.8%、15.8%、18.7%、10.6%、14.7%。總體來看，0～60 cm 層土壤含水率降幅均表現(xiàn)為對照組>實驗組，這主要原因是“耕農(nóng)抗旱寶”發(fā)揮土壤保水和儲水效果引起的。在灌水前各處理土壤含水率基本相同，灌水后逐漸出現(xiàn)差別，可見，保水劑發(fā)揮其保水蓄水的能力。研究發(fā)現(xiàn)對照組與實驗組的土壤含水率差（為3 層土壤的平均值）珍珠梅、香茶藨、祁連圓柏、青海云杉分別為2.33%、3.62%、2.33%、2.94%。

如圖2所示珍珠梅實驗組含水率60 cm 處土壤含水率最大、20 cm 處土壤含水率最小。實驗組的含水率整體高于對照組；香茶藨各層土壤含水率均高于對照組，且實驗組整體的降幅小于對照組整體的降幅；祁連圓柏各層實驗組的土壤含水率均高于對照組，在灌水后1 d，40 cm、60 cm 層的土壤含水率高于20 cm 層的土壤含水率，在灌水后第9 d 明顯發(fā)現(xiàn)實驗組的含水率整體高于對照組；青海云杉土壤含水率同樣是實驗組的含水率高于對照組，在灌水后第3天就明顯的發(fā)現(xiàn)實驗組的各層土壤含水率均高于對照組。綜上所述，通過實驗組與對照組可以發(fā)現(xiàn)“耕農(nóng)抗旱寶”對喬灌木的保水作用明顯，起到保水的效果，在干旱半干旱區(qū)植樹造林中起到重要意義。

圖2 珍珠梅、香茶藨、祁連圓柏、青海云杉的土壤含水率Fig.2 Soil moisture content of False spiraea,Ribes odoratum,Sabina przewalskii,Picea crassifolia

2.2 保水劑對喬灌木生長情況的影響

在林分調(diào)查中樹高、胸徑、冠幅、枝條、新發(fā)芽率、生長量等都是衡量樹木的重要指標，根據(jù)以上指標結合實驗觀測結果分析，可以發(fā)現(xiàn)栽種后樹的生長情況及不同樹種在卓爾山地區(qū)適宜情況，根據(jù)本實驗研究喬灌木生長情況如表1所示。研究發(fā)現(xiàn)實驗組比對照組的平均樹高、冠幅、新發(fā)芽長度、生長量的觀測結果好，說明“耕農(nóng)抗旱寶”促進了喬灌木幼苗的生長，其中灌木比喬木的各項指標變幅大，說明“耕農(nóng)抗旱寶”對于灌木的保水作用比喬木效果明顯。實驗證明“耕農(nóng)抗旱寶”對祁連卓爾山喬灌木保苗具有較好的結果。

表1 樣樹生長信息Tab.1 Sample tree growth information

2.3 保水劑對喬灌木葉綠素植物營養(yǎng)的影響

葉綠素是植物進行光合作用的重要物質(zhì)基礎，葉綠素含量越高，則植物葉片光合作用能力越強，越有利于植物生長及干物質(zhì)積累[13]。葉綠素總量都有所增加，即光合作用能力增強[14]。葉綠素是植物進行光合作用時必須的催化劑，其含量的增加有利于喬灌木葉面的光合效率，增強對干旱環(huán)境的適應［15］。

如表2所示，實驗組使用“耕農(nóng)抗旱寶”的葉綠素含量均高于對照組，其中珍珠梅、香茶藨、祁連圓柏、青海云杉實驗組與對照組的極差為：3.5、1.1、1.4、1.2。從實驗數(shù)據(jù)分析，實驗組的葉綠素均高于對照組的含量。從而發(fā)現(xiàn)，“耕農(nóng)抗旱寶”對于葉綠素的含量有影響，實驗組的葉綠素含量高于對照組，結合表1“耕農(nóng)抗旱寶”對實驗樹種生長情況的影響，可以發(fā)現(xiàn)“耕農(nóng)抗旱寶”對于植物的光合作用具有促進作用。

表2 不同樹種的葉綠素含量SPADTab.2 Chlorophyll content of different tree species

2.4 保水劑對喬灌木不同土壤深度相關離子含量的影響

圖3為珍珠梅、香茶藨、祁連圓柏、青海云杉實驗組與對照組不同土壤深度八大離子含量柱狀圖，從圖3分析發(fā)現(xiàn)不同土壤深度八大離子含量各不相同，其中珍珠梅對照組10、20、30、50 cm處Cl-、K++Na+的含量高于實驗組，且其他離子的含量無顯著性差異；香茶藨中不同土壤深度中Cl-、K++Na+的含量均高于其他離子含量；祁連圓柏不同土壤深度均呈現(xiàn)對照組K++Na+的含量高于實驗組，其30cm 處對照組中Cl-、K++Na+的含量最高；青海云杉10、20、30、50 cm 處對照組Cl-、K++Na+的含量高于實驗組，且實驗組40 cm 處Cl-、K++Na+的含量高于對照組。

圖3 不同土壤深度珍珠梅、香茶藨、祁連圓柏、青海云杉離子含量Fig.3 Ion content of False spiraea,Ribes odoratum,Sabina przewalskii,Picea crassifolia at different soil depths

表3 為喬灌木的Cl-、K++Na+含量均大于0.5 g/kg，除珍珠梅實驗組為0.475 g/kg；祁連圓柏的實驗組與對照組SO42-含量均大于0.5 g/kg；其余含量小于0.5 g/kg；且實驗組Cl-、K++Na的含量均小于對照組。通過顯著性分析發(fā)現(xiàn)：香茶藨土壤中Cl-呈顯著性，祁連圓柏和青海云杉土壤中K++Na+呈顯著性。

表3 不同樹種的八大離子含量 g/kgTab.3 Content of eight ions in different tree species

3 討論

（1）實驗組使用“耕農(nóng)抗旱寶”與自然對照組的土壤含水率變化情況可以直觀反應土壤水分的變化，本研究中，實驗組“耕農(nóng)抗旱寶”的土壤含水率高于對照組，從時間尺度研究發(fā)現(xiàn)，灌水日后1 d、3 d、6 d、9 d、15 d，使用保水劑的土壤含水率均高于對照組。綜合本實驗喬木灌木不同樹種實驗結果均相同，李雪林［16］等對保水劑在植樹造林中的研究均證明了此結論。

在同層土壤含水率降幅表現(xiàn)為對照組高于實驗組，喬木的土壤含水率降幅高于灌木的土壤含水率；在一個觀測周期內(nèi)，第一次灌水前，各處理間土壤含水率基本一致，灌水后逐漸出現(xiàn)差異；可見，“耕農(nóng)抗旱寶”發(fā)揮節(jié)水抗旱蓄水的作用，其發(fā)揮作用要以一定的水分為前提，該結果與王霞玲、邢永軍等人的研究結果一致；隨著灌水后時間的延長，實驗組高于對照組的土壤含水率，這與保水劑具有先吸水、保水，后緩慢釋水的特性相吻合，該研究結果與王慧勇［17］等研究結果一致。

（2）影響喬灌木的生長條件包括水分、氣溫、光照等，在干旱半干旱區(qū)水分是喬灌木生長的關鍵因素。“耕農(nóng)抗旱寶”的蓄水保墑效果在植樹造林中發(fā)揮重要作用，王韡燁測定和比較土壤含水率、土壤的養(yǎng)分結構及容重、林木成活率、林木高生長等指標［18］，與本研究結果“耕農(nóng)抗旱寶”對喬灌木的結論相一致。

（3）葉綠素是植物進行光合作用的重要物質(zhì)基礎，葉綠素含量越高，則植物葉片光合作用能力越強，越有利于植物生長，與顧博文研究葉綠素對植物的影響相一致［19］。葉綠素是植物進行光合作用時必須的催化劑，其含量的增加有利于喬灌木葉面的光合效率，增強對干旱環(huán)境的適應。“耕農(nóng)抗旱寶”提高了植物的呼吸。從而發(fā)現(xiàn)，“耕農(nóng)抗旱寶”對于植物的光合作用具有促進作用，提高了植物葉片光合作用能力，有利于植物生長。

（4）王澤林研究了八大離子對棉花產(chǎn)量的影響［20］，岑睿研究了保水劑對土壤水鹽運移［21］，具有一定的理論意義。經(jīng)查閱資料資料發(fā)現(xiàn)Cl-、Na+含量較高對植物造成危害，其一是當植物吸收進較多的Cl-、Na+時就會改變細胞膜的結構和功能，其二是提高了土壤的滲透壓，給植物根的吸收作用造成了阻力，使植物吸水發(fā)生困難，K+過多時，氮的吸收受阻，抑制營養(yǎng)生長，影響產(chǎn)量，影響鈣、鎂、硼、的吸收。實驗組Cl-、K++Na+明顯比對照組含量低，說明“耕農(nóng)抗旱寶”降低了Cl-、K++Na+的含量。

4 結論

綜合上述試驗結果，得出以下結論：

（1）“耕農(nóng)抗旱寶”提高了土壤含水率，實驗組的土壤含水率均高于對照組，喬木的土壤含水率降幅高于灌木的土壤含水率。

（2）“耕農(nóng)抗旱寶”對喬木灌木的樹高、胸徑、冠幅、枝條、新發(fā)芽率、生長量等有促進作用，且“耕農(nóng)抗旱寶”對于灌木的生長變化比喬木明顯。

（3）“耕農(nóng)抗旱寶”對于植物的光合作用具有促進作用，提高了植物葉片光合能力，有利于喬灌木生長。

（4）“耕農(nóng)抗旱寶”抑制了Cl-、K++Na+含量，促進了喬灌木的生長。

（5）在干旱半干旱地區(qū)造林中適當使用“耕農(nóng)抗旱寶”對造林成活率有良好的促進作用。