灌水強度對毛烏素沙地樟子松苗木生長的影響

摘 要為探討不同灌水強度對樟子松人工林動態生長及生產力的影響，通過田間灌水試驗對樟子松苗高、地徑進行了模擬。結果表明：（1）對生長模型中理論生長上限、生長增速點、生長減速點、速生點和速生期等5個具有生物學意義的指標進行不同灌水處理間的多重比較，灌水強度主導的參數差異性使樟子松苗高和地徑生長模型具備了多形性。（2）灌水強度為自然降水量3倍時苗高年生長量最大。

關鍵詞 灌水強度；毛烏素沙地；樟子松；苗木生長

中圖分類號：S791.253.06"""""" 文獻標識碼：A"" doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2024.02.001

Effects of Irrigation Intensity on Seedling Growth of Pinus sylvestris var. mongolica in Mu Us Sandy Land

Abstract In order to inquire into the effects of different irrigation intensity on the dynamic growth and productivity of Pinus sylvestris var. mongolica plantation，the seedling height and ground diameter of Pinus sylvestris var. mongolica were simulated by field irrigation experiments. The results showed as the following two aspects. （1） Multiple comparisons between different irrigation treatments were carried out on five biologically significant indicators in the growth model，including theoretical growth upper limit，growth acceleration point，growth deceleration point，fast-growing point and fast-growing period. The difference of parameters dominated by irrigation intensity made the growth model of seedling height and ground diameter of" Pinus sylvestris var." mongolica" have polymorphism. （2） When the irrigation intensity was three times of the natural precipitation，the annual growth of seedling height was the largest.

Key words irrigation intensity;Mu Us Sandy Land;Pinus sylvestris var. mongolica;seedling growth

樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica）具有耐干旱、耐嚴寒、耐瘠薄、根系可塑性大、不苛求土壤，以及生長快、材質好、用途廣等特點，是優良的用材林、水土保持林、水源涵養林、農田防護林、防風固沙林、草牧場防護林及荒山綠化和四旁綠化的造林樹種[1-3]。但較早引種的樟子松，尤其是章古臺沙地樟子松人工林出現了葉枝變黃、長勢衰弱、更新受阻和病蟲危害等問題，繼而出現全株死亡的早衰現象，以及毛烏素沙地部分樟子松人工林也出現長勢衰弱、枝葉枯黃、更新受阻等現象[4]。為此，眾多學者做了大量研究并發現，導致樟子松沙地造林成活率和保存率低

的原因是環境脅迫和苗木自身的內在因素[5-7]。白雪峰等對章古臺沙地樟子松人工林土壤水分動態進行的研究發現，土壤含水量的垂直分布受降雨、地形（沙丘部位）、蒸散等多因素綜合影響，其中降雨對土壤水分動態影響最顯著[8]。在引種過程中，除考慮樟子松的抗旱特性外，還應注意水分影響，降水量大于900 mm的地方樟子松不能正常生長[9]。前人的研究普遍認為，水分在樟子松人工林致衰中起著主導作用。然而，現有對樟子松的研究主要集中在苗木質量、苗木年齡、造林季節、造林密度、植物生長調節劑、干旱脅迫等方面，關于灌水強度如何影響樟子松生長過程的研究尚無報道。因此，本研究通過田間灌水試驗模擬不同水分條件主導、限制下的樟子松生長情況，分析樟子松樹高、地徑與灌水強度的關系。

1 研究區概況

試驗地設在榆林市林業科技創新示范園。該基地位于榆林市榆橫工業園區內，東經109°42′39″，北緯38°12′59″，海拔1 000～1 500 m，屬于溫帶大陸性半干旱季風氣候，年平均降水量410 mm，年平均蒸發量2 388.7 mm。試驗地為沙灘地，沙土，春季干燥多風，夏季多暴雨、冬季多低溫是該區域氣候的主要特征。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

根據試驗設計和田間布設的安排，在試驗地定植6年生樟子松實生苗。

2.2 試驗設計及田間布設

為研究樟子松苗木在不同灌水強度下的生長量及生長過程，采用單因素回歸設計，設置3個梯度的灌水強度，第2年進行灌水試驗，各梯度總灌水量分別相當于試驗區近5年平均降水量的2倍、3倍、4倍，并以自然降水（不灌水）為對照（0倍），重復3次。灌水時間定于樟子松常規生長期（即4—7月），以每月10日、20日、30日的灌水模擬自然降水。田間布設采用隨機排列，每個小區栽植30株苗木，株行距為1 m×1 m，每小區面積30 m2。小區之間深埋厚塑料膜以阻斷灌水后的側滲。灌水方式為滴灌。

2.3 數據調查與處理

苗高、地徑生長量采用定株、定期每木檢尺法測量。為盡量排除誤差干擾，第1次測定前采用油漆在地徑測量處（離地2 cm）作永久標記，且交叉測兩側，取平均值。2021年4—7月期間每月10、20、30日進行調查，直至7月30日結束。

2.4 生長模型選擇與參數估計

多形曲線的建立有很多數學模型都

是可以使用的，如Richards（4個參數）模型和Logistics（3個參數）模型，其擬合準確率都比較高。但是，建立數學模型不但要求樣本間的相關性很強，還要求參數具有一定的生物學意義。同時，為方便參數的估算，必須盡量減少模型的參數。因此，樟子松多形灌水強度生長曲線的數學模型采用了具有更少參數的Logistics模型，其表達式如下：

式中：參數k是生長量或生長潛能的理論上限，參數a是生長的起始值和生長特征點，參數b是增長率參數。不同灌溉強度對各參數的影響使得該模式呈現出多形性。在此基礎上，對不同灌水強度條件下的地徑生長上限k、生長點T1、T0、T2、速生期進行了分析。利用S-N-K多重比較，對T1、T2在5個方面的生物學意義進行了對比。

對公式（1）進行二階、三階求導，即可了解生長曲線在時間軸上的瞬時變化情況。生長曲線瞬時最大斜率對應的時間點為：

T0是一天中增長速度最大的時間，也就是所謂的“速生點”。

在生長曲線上，瞬時斜率連續變化最快的2個時間點是：

T1是生長增速點，T2 是生長減速點，T1-T2 之間的時間差稱為速生期。

在DPS7.05數據分析平臺上，利用Mar-quartt方法，對不同灌水強度條件下的單株生長模型k、a、b參數進行估算。由公式（2）、（3）可知，

單株生長模型在生物學意義解釋，即生長增速點、速生點、生長減速點、速生期。所得結果的方差分析、S-N-K多重比較均應用SPSS13.0分析軟件。

3 結果與分析

3.1 苗高、地徑不同灌水強度模型生物學意義分析不同灌水量樟子松苗高、地徑生長變化情況見表1和表2。

由表3、表4可以看出，苗高理論生長上限的最大值出現在3倍灌水強度時，同時，地徑理論生長上限的最大值也出現在3倍灌水強度時，且各增速點增速發展分布均衡。

3.2 不同灌水強度下生物量增幅動態分析

生物量是衡量植物生長特征和種群數量的重要指標。

由樟子松單株生物量增幅與灌水強度之間關系可看出（表5），不同灌水強度下樟子松單株生物量差異顯著（Plt;0.05），在2倍、3倍灌水條件下，單株植物地上生物量在鮮質量和干質量上較于不灌水處理（CK）表現出明顯優勢，顯著高于4倍灌水處理（Plt;0.05）。單株植物地下生物量不同灌水處理鮮質量和干質量差異不明顯（Plt;0.05）。

4 結論與討論

4.1

田間灌水試驗結果表明，樟子松苗高、地徑在不同灌水強度條件下的年生長參數存在差異。適宜灌水強度促使其生長潛能得到了快速提高。

4.2

在自然降水條件下，合理的人工灌水能有效地增加樟子松苗木的苗高和地徑生長量。結果表明：苗高和地徑的最佳灌水強度均為自然降水量3倍。人工灌水如果超出了最佳灌水強度，會對樟子松的生長造成不良影響，導致其生長速度降低。由于土壤含水量的不足，會導致樟子松發生許多生理變化，如脫水、枯萎、細胞膜損傷、光合能力降低等[10，11]。在降雨較少的環境下，樟子松較長時間處于干旱脅迫狀態，從而使其生存能力下降，生長量下降，林分質量下降[10，11]。盡管水資源短缺對植物的生長是不利的，但是過多的水也是有害的[12]。

4.3

灌水強度的增大不但延緩了T0和T2的時間，而且會使T1-T2也延長。比如，4倍灌水強度地徑的特征時間T1比其他灌水強度較晚。這是因為2個器官需要的最佳灌水強度是存在一定差異的。為了加快樟子松幼苗的生長發育，在幼苗生長階段，灌水量以自然降水量的3倍為宜。在生長階段，適宜地徑生長的灌水量小于自然降水量的3倍，能促進莖干的肥厚和木質化。

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