全 文 ：防护林沙拐枣人工平茬更新复壮效果分析
①
张 恒1，2， 蒋 进1， 宋春武1， 李 兴1，2， 姜有为1，2
(1． 中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 8300l1;2．中国科学院研究生院，北京 100049)
摘 要:为保证古尔班通古特沙漠渠道防护林防护效益的持续性，对林中沙拐枣进行 3 种不同平茬数量规格的试
验，即平茬沙拐枣的数量分别为样地中沙拐枣总量的 50%、67%和 78%，结果表明:① 人工平茬处理在一定程度上
促进了沙拐枣根系对土壤水分的吸收。② 人工平茬后，沙拐枣植株生长迅速，生长活力旺盛，平茬当年已经起到
良好的防风固沙效果;③平茬增大了沙拐枣同化枝的有效表面积，生物量增加，提高了沙拐枣的生产力。3 种平茬
规格处理下，沙拐枣更新复壮都取得了显著的效果，在 78%平茬数量规格下沙拐枣生长状况最好，平茬效果最佳，
防护效益随着后期生长将持续增大。
关键词:渠道防护林;沙拐枣(Calligonum mongolicum) ;平茬;更新复壮;土壤水分;古尔班通古特沙漠
防护林作为一个重要的生态屏障越来越受到人
们的关注，在大量讨论其防护效益的同时，对其立地
条件和林木生长也做了不同程度的研究〔1 － 5〕。古尔
班通古特沙漠腹地渠道防护林，是运用无灌溉造林
技术成功建植的梭梭(Haloxylon ammodendron)、沙
拐枣(Calligonum mongolicum)混交林，其中也有梭
梭、沙拐枣的纯林，多年来防护林的建设为保障沙漠
渠道的畅通发挥了重要的作用。由于北疆渠道防护
林的林地水分条件是制约林内植物生长的关键因
素，因此，对其研究主要集中在林地水分、养分以及
生物结皮方面，并取得了较多的研究成果〔6 － 9〕。
沙拐枣是渠道防护林的主要造林树种之一。前
人对沙拐枣的研究主要集中在生长分析以及光合、
蒸腾等生理方面〔10 － 12〕，研究表明:沙拐枣具有独特
的生长特性，沙拐枣发芽率高，种植初期生长速度较
快，但在极端环境下会出现长势减弱，枯梢、枯干、自
然枯死等现象。沙拐枣具有很强的萌蘖能力，平茬
可以达到二次生长的目的〔13〕。随着对沙拐枣研究
的进一步深入，其平茬更新复壮越来越受到人们的
关注〔13 － 15〕。
沙地水分是影响沙漠植物生长的最主要因素，
阳坡土壤含水量相对较低，林木生长相对较差，本研
究选择生长在阳坡的沙拐枣进行不同数量规格的人
工平茬试验，对平茬后沙拐枣的生长进行定量化观
测，分析不同平茬数量规格下沙拐枣更新复壮效果，
选定适合渠道两侧沙拐枣防护林的平茬规格，以期
为北疆渠道无灌溉沙拐枣人工林的后期维护管理工
作提供理论依据。
1 研究区概况
试验区设置在古尔班通古特沙漠腹地 3 号点调
水渠道附近(44． 53° N，87． 49° E ) ，气候干旱少雨，
光照强烈，冷热骤变，年平均气温 15． 6 ℃，年日照时
数 3 120． 5 h，极端最低气温 － 39． 5 ℃，极端最高气
温 47 ℃，最大日较差 32 ℃，年平均降水量在 120
mm左右，年蒸发量 2 776． 9 mm。渠道两侧地段无
地表径流，地下水埋藏较深，难以利用，两侧利用草
方格进行物理机械固沙，每个草方格面积为 1 m ×
1 m，机械防护体系(草方格)建成后，运用无灌溉造
林技术成功建植了梭梭、沙拐枣防护林，起到了良好
的防护效益;得益于沙土的固定和微环境的改善，固
沙区内的生物结皮也得到了一定程度的恢复。
2 试验方法
2． 1 试验布设
试验于 2011 年 5 月进行，共选择 4 块相连的样
地，每个样地的长度从坡底到坡顶，约为 50 m，宽度
为 30 m，每 2 个样地的中间是一条空白防火带。为
第 30 卷 第 5 期
2013 年 9 月
干 旱 区 研 究
ARID ZONE RESEARCH
Vol． 30 No． 5
Sept． 2013
① 收稿日期:2012 － 08 － 06; 修订日期:2012 － 12 － 25
基金项目:北疆引水工程沙漠段无灌溉人工林可持续维护技术开发项目(201133129)
作者简介:张恒(1985 － ) ，男，在读硕士，研究方向为荒漠化防治． E-mail:p96200@ 126． com
通讯作者:蒋进． E-mail:jiangjin@ ms． xjb． ac． cn
850 － 855 页 http:/ /azr． xjegi． com
DOI:10.13866/j.azr.2013.05.002
保证防护林防护效益的持续性，对林中主要树种沙
拐枣进行不同数量规格的平茬作业，平茬高度与地
面平齐，平茬沙拐枣的数量分别为样地中沙拐枣总
数量的 50% (记为样地 A)、67% (记为样地 B)、
78%(记为样地 C) ，并设置对照(样地 CK)。
土壤含水量测定:在每块样地内选择一个样点，
4 块样地的样点连线尽量与坡线一致，即处在同一
等高线上。由于 0 ～ 100 cm土层土壤含水量的变化
受气象因素影响比较大，本文对 0 ～ 100 cm 土层的
土壤含水量进行取样调查，由上至下每隔 10 cm用铝
盒取样，室内 105 ℃烘干称重，计算土壤含水量。取
样时间为平茬初期 5月中旬以及 8月、10月的中旬。
植株生长变化:在每个土壤含水量测量样点附
近选择 10 株平茬生长的沙拐枣植株，在纵向上每月
测量其株高;在横向上，每月测量其冠幅。另外，在
每个土壤含水量测量样点附近选择 10 株未平茬的
沙拐枣植株，在纵向上每月测量其株高;在横向上，
每月测量其冠幅。在 8 月(生长顶峰)每个样地内
测量 100 枝同化枝的长度、直径，并称其鲜重，烘干
后称其干重。
本文通过测定土壤含水量、株高、冠幅、生物量这
些指标来判定平茬更新复壮的效果和防风固沙效益。
2． 2 处理方法
利用 Excel 和 SPSS 等绘图统计软件对数据进
行绘图比较，并进行方差分析，获得不同平茬处理下
样地土壤水分的动态变化以及人工平茬对沙拐枣生
长的影响结果。
3 结果与分析
3． 1 人工平茬更新复壮对沙拐枣林地土壤水分的
影响
在沙漠地区，土壤水分是影响植物生长最重要
的因素，实验结果显示，沙拐枣生长期 0 ～ 100 cm土
层土壤平均含水量 CK ＞ B ＞ A ＞ C，对照样地内土壤
含水量与平茬样地内土壤含水量差异显著，人工平
茬处理在一定程度上促进了沙拐枣根系对沙地土壤
水分的吸收。
图 1 不同月份不同平茬数量规格下林地土壤水分分布
Fig． 1 Distribution of soil moisture content in woodland under different stumping numbers in different months
小写字母表示 95%显著性。
图 2 不同月份不同平茬数量规格下林地土壤水分差异比较
Fig． 2 Difference of soil moisture content in woodland
under different stumping numbers in different months
5 月进行沙拐枣平茬作业初期，对照区 CK和间
伐区林地内土壤水分随土层深度变化趋势基本一
致，0 ～ 100 cm土层土壤平均含水量近似相等;随着
平茬后沙拐枣的生长，不同平茬数量规格下沙拐枣
对水分的消耗有所不同，导致不同平茬方式处理下
土壤水分随土层深度的变化趋势不一致，在图 1 中
8 月表现为离散型分布，0 ～ 100 cm土层土壤平均含
水量出现明显差异(图 2) ，沙拐枣一般在 10 月停止
生长，此时沙拐枣对土壤水分的消耗量较小，从图 1
中 10 月土壤水分分布可以看出，不同平茬数量规格
下林地土壤水分随土层深度的纵向变化又趋于一
1585 期 张 恒等:防护林沙拐枣人工平茬更新复壮效果分析
致，0 ～ 100 cm土层土壤平均含水量大致相等。
在 8 月生长季，4 块样地 0 ～ 100 cm 土层土壤
平均含水量 CK ＞ B ＞ A ＞ C，即随着沙拐枣平茬数量
的增加，林地内土壤平均含水量呈减小趋势。由图
2 可以看出，对照 CK样地内土壤含水量显著高于 3
块平茬样地，尤其与 A、C 样地达到了极显著水平
(P ＜ 0． 01) ;样地 A与样地 B、C 土壤平均含水量均
无显著性差异，而且 0 ～ 100 cm 土层土壤含水量
A ＜ B，这是由于样地所处的微地形以及不同样地内
沙拐枣受自身耗水特性的影响所致，但是 0 ～ 100
cm土层土壤含水量 A ＜ C、B ＜ C，随着平茬数量的
增加，林地内土壤平均含水量减小的总趋势没有改
变，进而说明平茬沙拐枣数量越多，对土壤中水分消
耗越大，所以人工平茬处理在一定程度上促进了沙
拐枣对土壤水分的吸收。
3． 2 人工平茬更新复壮对沙拐枣生长的影响
3． 2． 1 人工平茬更新复壮对沙拐枣株高、冠幅生长
量的影响 防护林的防护效益与林内植株的株高、
冠幅等形态特征密切相关，一般认为防护林背风面
的有效防护距离为树高的 10 倍左右，冠幅的大小又
决定了植被对风速的消减程度〔16〕。株高、冠幅是沙
拐枣的重要生长指标，本次实验生长量为沙拐枣一
个生长期的生长幅度，即年生长量，调查结果发现，
平茬后沙拐枣植株生长迅速，株高、冠幅迅速增加，
已经可以起到良好的防风固沙效果，其中 C 样地内
平茬沙拐枣长势最好;同时，3 块平茬样地内未平茬
沙拐枣植株的株高、冠幅生长量也受到不同程度的
影响，A、C 样地内未平茬沙拐枣植株长势显著提
高，增大了防风固沙效益。
表 1 不同平茬规格下沙拐枣各项生长指标对比
Tab． 1 Compared results of the growth indexes of
Calligonum caput-medusae under
different stumping numbers
样地 处理
生长量
株高 / cm 冠幅 / cm
活枝数量 /
枯枝数量
CK 未平茬 20． 08 52． 83 0． 55
A 未平茬 19． 34 70． 33 1． 11
B 未平茬 13． 17 47． 50 1． 43
C 未平茬 23． 13 73． 67 1． 11
CK 平茬
A 平茬 99． 40 113． 50 2． 13
B 平茬 98． 20 109． 80 4． 20
C 平茬 106． 90 116． 00 9． 50
注:冠幅为植株南北方向宽度。
由表 1 可以得出，平茬后，A、B、C 样地内平茬
沙拐枣植株生长迅速，生长末期平均株高分别达到
了 99． 40 cm、98． 20 cm和 106． 90 cm，平均冠幅则分
别达到 113． 50 cm、109． 80 cm和 116． 00 cm，平茬沙
拐枣植株株高、冠幅从数值上表现为差异不明显，说
明不同的平茬规格对平茬沙拐枣植株生长影响较
小。但从数据可以看出，C样地内平茬沙拐枣株高、
冠幅生长量要稍大于其他两块样地，长势最好;CK、
A、B、C样地内未平茬沙拐枣株高生长量无显著性
差异，而冠幅生长量 A、C 样地要显著高于 CK、B 样
地(P﹤ 0． 05) ，从而更有效地消减风速，增大防风
固沙效益。
大写字母表示株高 95%显著性，小写字母表示冠幅 95%显著性。
图 3 不同平茬规格下沙拐枣平均株高、冠幅差异比较
Fig． 3 Compared results of the average height and crown
breadth of Calligonum caput-medusae under
different stumping numbers
由图 3 可以得出:平茬沙拐枣虽然在株高上比
对照区沙拐枣略矮，但在冠幅上均与对照无显著性
差异(P﹤ 0． 05) ，说明平茬当年沙拐枣已经表现出
良好的防风固沙效果，且效果显著。
3． 2． 2 人工平茬更新复壮对沙拐枣同化枝生物量
的影响 沙拐枣具有特殊的形态特征，为了适应干
旱的沙漠环境，沙拐枣叶片完全退化，光合作用以及
蒸腾作用由其绿色枝—同化枝所取代，同化枝的生
长对整个沙拐枣植株至关重要。本试验研究发现，
平茬有效增大了沙拐枣同化枝的表面积，增大同化
枝生物量，在一定程度上提高了沙拐枣的生产力。
同化枝作为沙拐枣叶的存在形式，形状为十分
规则的圆柱形，试验调查显示，不同平茬处理对沙拐
枣同化枝柱体直径影响不大，且都在 1 mm 左右，但
其生长长度却存在很大的差异(表 2) ，C 样地内沙
拐枣同化枝长度要显著大于 A 样地和 CK 样地，CK
样地、A样地、B 样地内沙拐枣同化枝长度存在差异
258 干 旱 区 研 究 30 卷
但差异不显著。随着沙拐枣的平茬数量的增加，沙
拐枣同化枝枝长随之增加，在直径一定的情况下，反
映出沙拐枣同化枝表面积也是增大的。生长旺盛期
(7—8 月)沙拐枣地上部分生物量分配更多集中在
同化枝上，沙拐枣枝条繁茂，以竞争光照资源。平茬
后，沙拐枣不仅在株高、冠幅上表现出生长优势，其
生产力也相对提高，与对照相比，沙拐枣同化枝鲜重
和干重均大幅增加，CK、A、B、C 样地 100 枝同化枝
鲜重分别为 12． 76 g、26． 70 g、27． 04 g和 22． 48 g，干
重分别为 5． 32 g、8． 20 g、8． 40 g和 7． 46 g，不同平茬
数量规格对沙拐枣同化枝生物量大小影响很小，平
茬沙拐枣与对照相比均表现出显著性差异，说明平
茬有效提高了沙拐枣同化枝的生物量，在一定程度
上增大了沙拐枣的生产力。
表 2 不同平茬规格下沙拐枣同化枝生物量对比
Tab． 2 Compared results of biomass of assimilation
twigs of Calligonum caput-medusae under
different stumping numbers
处理 枝长 / cm 鲜重 / g 干重 / g
CK 11． 35a 12． 76b 5． 32b
A 11． 51b 26． 70a 8． 20a
B 15． 24ab 27． 04a 8． 40a
C 16． 94a 22． 48a 7． 46a
注:小写字母表示 95%显著性。
3． 2． 3 人工平茬更新复壮对沙拐枣生长活力的影
响 衡量植物生长活力的因子有很多，包括植物的
根系活力、单位面积林木生长量以及光合作用强度
等〔17 － 18〕，活枝数量与枯枝数量比也可以直观地表现
出植株个体的生长活力。实验结果发现，平茬有助
于提高沙拐枣根系活力，林木生长量迅速增加，在生
长季节活枝数量比枯枝数量明显增多，达到了再生
的目的。
在生长季节平茬沙拐枣林地内土壤水分显著低
于对照(图 2) ，平茬沙拐枣为了满足自身快速生长
的需要，从沙地土壤中吸收了更多的水分，从侧面反
映出其根系活力也被相应提高;从表 1 可以看出，平
茬沙拐枣植株株高、冠幅生长量远远大于未平茬植
株，反映出平茬沙拐枣地上部分活力旺盛;随着沙拐
枣的生长其枯枝数量会逐渐增加，长势减弱，如表 1
活枝数量与枯枝数量比显示，未平茬沙拐枣枯枝数
量占整个沙拐枣植株的一半左右，而 A、B、C 样地内
平茬沙拐枣植株活枝数量与枯枝数量的比值分别为
2． 13、4． 20 和 9． 50，数据显示大于 1，说明平茬沙拐
枣枯枝少，生长旺盛，尤其是 C 样地内平茬沙拐枣
表现更为明显;A、B、C样地内未平茬沙拐枣活枝数
量与枯枝数量比值分别为 1． 11、1． 43 和 1． 11，整体
活力表现较差，但与对照相比也都有明显的提高。
4 结 论
(1)在干旱地区，影响植物生长的最主要因素
是土壤水分，渠道两侧的沙拐枣防护林是利用无灌
溉造林技术成功建植，即利用植物的抗旱性能，根系
吸收悬湿沙层中的水分。平茬后，3 块平茬样地内
土壤含水量都显著低于对照样地，而且随着沙拐枣
平茬数量的增加，林地内土壤水分呈下降趋势，说明
平茬处理后沙拐枣根系吸收悬湿沙层中更多的水
分。平茬沙拐枣体现出旺盛的生长活力，为了适应
地上部分的快速生长，沙拐枣根系对沙地水分的吸
收能力也自然提高。
(2)人工平茬后，由于沙拐枣具有较强的萌蘖
能力，沙拐枣会迅速萌发生长，在生长期结束时沙拐
枣株高可达 100 cm 左右，尤其冠幅可达 110 cm 左
右，与未平茬相比无显著性差异，即平茬当年已表现
出良好的防风固沙效果。平茬沙拐枣植株同化枝枝
条繁茂，同化枝表面积明显增大，地上生物量显著提
高。人工平茬提高了沙拐枣根系活力，促进林木生
长量增加，平茬沙拐枣活枝数量与枯枝数量的比值
一般在 2 ～ 10，而未平茬沙拐枣活枝数量与枯枝数
量的比值仅在 1 左右，说明人工平茬有效提高了沙
拐枣的生长活力，从而达到了再生的目的。
(3)3 种不同平茬规格处理下，沙拐枣更新复
壮都取得了显著的效果，在 78%平茬数量规格下沙
拐枣生长状况最好，具体表现为沙拐枣对沙地水分的
吸收效率提高，株高、冠幅生长量最大，林分长势最为
均匀稳定，生长活力极其旺盛，沙拐枣林分稳定性得
到明显提高，防护效益随着后期生长将持续增大。
由于沙漠渠道防护林防护作用的特殊性，本文
没有选择对沙拐枣进行成片平茬或成带平茬而是在
样地内选择点状平茬，以便在后期的研究工作中完
成沙拐枣的循环更新，即在第一批(本批)平茬沙拐
枣生长稳定后，对样地内剩余沙拐枣进行平茬，按照
这种平茬方式完成一个循环过程。本次试验仅对沙
拐枣平茬初期的生长做出分析，得到更新复壮效果
显著的结果。对于其后期的防护效益还要做系统的
研究，从而进一步完善新疆渠道两侧的生物防风固
沙体系。
3585 期 张 恒等:防护林沙拐枣人工平茬更新复壮效果分析
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458 干 旱 区 研 究 30 卷
Regeneration of Stumping of Calligonum caput-medusae in Shelterbelt
ZHANG Heng1，2， JIANG Jin1， SONG Chun-wu1， LI Xing1，2， JIANG You-wei1，2
(1． Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Sciences，Urumqi 830011，China;
2． Graduate University，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China)
Abstract: The shelterbelts going across the hinterland of the Gurbantonggut Desert have played an important role
in protecting the irrigation channels against aeolian sand disasters for many years． In order to keeping the sustain-
ability of the effects of Calligonum caput-medusae shelterbelts，three kinds of stumping experiment of Calligonum
were carried out． The percentages of the stumping were 50%，67% and 78% respectively． The results showed that
the stumping of C． caput-medusae could promote the absorbing capability of C． caput-medusae roots to soil mois-
ture，and the plants could grow rapidly and strongly after stumping． The shelterbelts of C． caput-medusae grew rap-
idly in the stumping years and played an important role in protecting the irrigation channels against aeolian sand
disasters and sand fixation． The effective superficial area of assimilation twigs was increased，and as a result the bi-
omass of assimilation twigs and the productivity of C． caput-medusae were also increased． The regeneration of C．
caput-medusae was promoted under these three kinds of stumping，especially under the stumping of 78% ．
Key words: irrigation channel shelterbelt;Calligonum caput-medusae;stumping;regeneration;soil moisture
content;
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Gurbantonggut Desert
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5585 期 张 恒等:防护林沙拐枣人工平茬更新复壮效果分析