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Effects of Stubble Height on Aboveground Growth and Yield of Alhagi sparsifolia

留茬高度对骆驼刺生长发育和产草量的影响



全 文 :第19卷 第6期
 Vol.19  No.6
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
   2011年  11月
  Nov.  2011
留茬高度对骆驼刺生长发育和产草量的影响
黄彩变1,2*,曾凡江1,2,雷加强1,2
(1.中国科学院新疆生态与地理研究所,新疆 乌鲁木齐 830011;
2.新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站,新疆 策勒 848300)
摘要:通过分析留茬高度对单株和不同分布密度的骆驼刺(Alhagi sparsifolia)灌丛地上部生长动态的影响,初步
探讨了骆驼刺在极端环境条件下的合理刈割方式。结果表明:齐地面刈割后株高、冠幅及地上部鲜重在不同月份
均高于留茬-5cm,尤其在地表基本裸露的5月。此外,齐地面刈割使骆驼刺新生枝条的萌动生长时间提前,对其
再生性能有明显促进作用。留茬高度对骆驼刺产草量的影响因灌丛分布密度而异,密度在0.44~46和0.36~
0.38株·m-2时以齐地面以下5cm刈割时产草量较高,在0.41~0.42和0.33~0.34株·m-2时以齐地面刈割时
较高。此外,骆驼刺的生长季(5-9月)和起沙风的频发期相耦合,因此兼顾骆驼刺的经济效益和生态效益,推荐在
9月份以后对骆驼刺进行齐地面刈割。
关键词:留茬高度;株高;冠幅;鲜重;产草量
中图分类号:S541.09    文献标识码:A     文章编号:1007-0435(2011)06-0948-06
Effects of Stubble Height on Aboveground Growth and Yield of Alhagi sparsifolia
HUANG Cai-bian1,2*,ZENG Fan-jiang1,2,LEI Jia-qiang1,2
(1.Xinjiang Institute of Ecology and Geography,CAS,Urumqi,Xinjiang 830011,China;
2.Cele National Field Science Observation and Research Station for Desert-Gressland Ecology,Cele,Xinjiang 848300,China)
Abstract:Alhagi sparsifolia not only plays a central role for wind protection and sand fixation,but is also
an important forage grass in the desert-oasis ecotone of the southern marginal zone of the Taklimakan Des-
ert.Effects of stubble height(0and-5cm)on aboveground growths of the individual and shrub yield of
Alhagi sparsifolia were investigated.Results showed that plant height,canopy,and shoot fresh weight
under 0cm stubble cutting were higher than that under-5cm cutting,especialy there was nearly no oth-
er surface vegetation coverage in the tested area in May.Plant growth after 0cm stubble cutting was sig-
nificantly hastened compared with that after-5cm cutting.However,the effects of stubble height on
shrub yield differed between its distribution densities.The grass maximum yield in the treatment of-5cm
cutting was higher than that in 0cm stubble when the densities were 0.44~46and 0.36~0.38plant·m-2.
However,it was lower than that in 0cm cutting when the densities were 0.41~0.42and 0.33~0.34
plant·m-2.Sand-raising wind mainly occurs from May to September coinciding with plant growth stages.
Therefore,considering both of the economic and ecological benefit of Alhagi sparsifolia,it was better to
harvest Alhagi sparsifoliain 0cm stubble cutting at the end of September.
Key words:Stubble height;Plant height;Canopy;Fresh weight;Grass yield
  骆驼刺(Alhagi sparsifolia)为多年生豆科木
质化草本植物,是塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲
过渡带上的优势植物种之一,具有良好的防风固沙
作用,同时也是当地优质饲草资源。在极端干旱和
高温胁迫下,由于地表水严重缺乏,很难进行自然更
新。但骆驼刺可通过深根系与地下水连接,并利用
地下水维持生长生存[1],目前主要依靠克隆分株进
行无性繁殖。骆驼刺再生能力较强[2],当年生枝条
全部枯死后,次年可从根颈部萌生出大量新枝条,
形成稠密灌丛。但由于地下水位开始出现下降,加
收稿日期:2011-05-16;修回日期:2011-09-20
基金项目:新疆科技重大项目 (200733144-2);国家重点基础研究发展计划项目 (2009CB421302);国家科技支撑计划项目 (
2009BAC54B01)资助
作者简介:黄彩变(1982-),女,河南南阳人,博士,助研,研究方向为植物生理生态;*通信作者 Author for correspondence,E-mail:huang-
caibian@tom.com
第6期 黄彩变等:留茬高度对骆驼刺生长发育和产草量的影响
之老枝多年堆积,骆驼刺群落已开始出现退化。因
此,如何促进骆驼刺群落更新,并提高其产草量,是
实现骆驼刺资源合理开发利用的关键问题。
不少研究表明适宜刈割(时期和留茬高度)是牧
草利用和管理的重要手段,也是促进牧草再生性能
的有效措施[3~10]。在塔克拉玛干沙漠南缘绿洲分
布区,由于植被稀少,骆驼刺是当地农民冬季主要的
青贮饲料。随着绿洲人口和载畜量的日益增加,当
地居民为获得更大产草量,通常采用连片剃光头的
方式对骆驼刺进行采伐,砍伐茬位多在地面以下5
~15cm[11]。有研究表明,骆驼刺齐地面刈割对根
颈上芽的发生和生长有明显促进作用,产草量显著
高于地面以上留茬10cm、地面以下留茬10cm和
20cm[12]。从地面以上刈割时,由于地上大部分枝
条被破坏,其枝条再生借助于未刈割部分叶腋内小
枝的继续生长,刈割后伤口直接暴露在阳光之下,容
易失水,因此不利于植株的再生。地面以下刈割岔
口过深,根颈和根上侧芽容易被砍掉,而降低再生枝
条数。但带根砍伐更方便操作,齐地面刈割推广较
困难,为此,本研究通过分析适当降低地面以下留茬
高度(-5cm)和齐地面刈割后,骆驼刺单株及不同
分布密度的灌丛在来年的生长动态变化,并结合当
地的风沙活动特征进一步验证齐地面刈割是否为适
宜留茬高度。研究结果对骆驼刺资源的合理开发和
可持续利用具有重要的理论指导意义。
1 材料与方法
1.1 研究区域概况
试验区位于塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外围
(E80°03′24″~E82°10′34″,N35°17′55″~N39°30′
00″),平均海拔为1370m,属于暖温带极端干旱区。
年均温12℃,极端最高气温41.9℃,极端最低气温
-23.9℃。植物生长季(4-9月)的平均气温为
21.8℃。年均降水量仅为37.5mm,且主要集中在
4-9月份,年均蒸发量达2595.3mm,无霜期平均
为196d。策勒境内有9条季节性河流,均属于降
雨、积雪融水和冰川融水综合补给性河流,年径流总
量为6.935×108 m3,约68.6%左右集中在夏季
(6-8月)。该区域地下水位约在16m,因此,策勒
绿洲前缘植被的生长过程中水资源补给主要依赖于
夏季洪水。绿洲外围植被稀少,主要植物种类为骆
驼刺、多枝柽柳(Tamarix ramosissma Ledeb.)、花
花柴(Karelinia capsica)等,盖度约为38.9%。试
验期间(2005年10月至2006年9月)月平均温度
和月平均降雨量如图1所示。
图1 试验期间(2005年10月至2006年9月)月累积降雨量和月均气温变化
Fig.1 Monthly rainfal and average temperature during experimental period
1.2 研究方法
由于骆驼刺为多年生克隆植物,很难判断其生
长年限,因此,在策勒绿洲外围的天然骆驼刺群落选
取2个分布密度和长势相近的样地,面积均为1
hm2。2005年10月份分别以留茬0cm(与地面相
平)和-5cm(地面以下5cm)的方式进行刈割处
理,后者为当地农民的传统收割方法。在下一年的
5-9月期间,每月中旬分别在2个样地随机抽取30
株观察其株高、冠幅、基部新生枝条数、地上部鲜重,
为了确保生物量的可比性,收获时2个刈割处理的
留茬高度均为0cm。第2年5月份留茬-5cm处
理由于萌发新枝很少,所以没有进行生物量调查。
由于骆驼刺当年生枝条在冬季全部干枯,下年不再
萌发,主要依靠根部休眠腋芽萌动来再生枝条,因此
基部新生枝条数为露出地面的当年新生枝条总数。
由于样方中骆驼刺分布不均匀,连片砍伐很容
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草 地 学 报 第19卷
易引起土壤风蚀,因此,根据骆驼刺分布密度采用斑
块状刈割。2005年10月,根据试验区域骆驼刺的
总体分布情况设置4个密度梯度:0.44~0.46
(D1)、0.41~0.42(D2)、0.36~0.38(D3)和0.33~
0.34(D4)株·m-2,每个梯度设置30个25m2 样
方,其中15个样方采用留茬0cm的方式进行刈割,
剩余15个采用留茬-5cm的方法刈割。各样方随
机分布,并在每个样方四角打桩后用不同颜色绳子
作标记。取样时间和单株生长量调查同步,每次每
个梯度取3个重复。取样时完全收获骆驼刺地上部
分,称取地上部总鲜重,并取出部分鲜样在75℃烘
干至恒重,根据取样比例换算单位面积产草量。
根据中国科学院策勒国家站位于荒漠-绿洲过
渡带上的气象数据(2006),将原始风速数据每10
min取平均值。有研究表明,塔克拉玛干沙漠南缘
临界起沙风速一般取6m·s-1[14],因此,为了明确
起沙风的风速变化特征,统计每月≥6m·s-1的起
沙风风速平均值、最大值及占全年起沙风的频率。
1.3 数据处理
数据分析采用SPSS 13.0软件,选择单因素方
差分析(one-way ANOVA),并进行差异显著性检
验,不同指标间的相关性采用Pearson相关分析。
2 结果与分析
2.1 留茬高度对骆驼刺株高、冠幅和基生枝条数的
影响
留茬-5cm处理,在第2年的6至7月份其株
高和冠幅迅速增加,分别增长了80%和82%;在8
至9月期间变化较小,但分别达到最大值54.2cm
和0.75m2(图2)。新生枝条数的情况却不同,6月
单株枝数最多,7月最低。齐地面刈割时株高在7
月份增至最大值(55.4cm),冠幅则在8月最大
(0.88m2),单株新枝条数同样在6月份最多,7月
最低,这可能是由于7月气温快速升高及长期干旱
造成一些新生枝条因灼伤而枯落有关,经过7月一
场降雨后,8月新生枝条数又有所恢复。
  比较2个留茬处理地上部生长还发现,5-7月
期间留茬0cm的株高和冠幅均最高,在5月已高出
留茬-5cm在6月份的81%和50.7%。生长后期2
个处理的株高相近,冠幅仍是齐地面刈割较高。新枝
个数的情况却不同,留茬-5cm均高于齐地面刈割,
在8-9月最明显。可以看出,地面以下5cm刈割可
增加抽枝个数,但却不利于株高和冠幅的增长。
图2 留茬高度对骆驼刺主要生长指标的影响
Fig.2 Effect of stubble height on plant growth
of Alhagi sparsifolia
2.2 留茬高度对骆驼刺单株地上部鲜草产量的影响
由图3可以看出,留茬-5cm处理单株鲜重随时
间后移逐渐增加,在9月份最高,为722g·plant-1。
留茬0cm处理的单株鲜重在整个时期均高于留茬
-5cm处理,且在5月份时已高出后者在6月鲜重
的102%,在7月增至最高(942g·plant-1),之后
可能因老枝衰败和枯叶脱落而有所下降。
图3 不同刈割强度对骆驼刺地上部分鲜重的影响
Fig.3 Effect of stubble height on shoot fresh
weight of Alhagi sparsifolia
2.3 骆驼刺生长参数间的相关分析
对地上部鲜重和不同生长参数进行相关分析发
059
第6期 黄彩变等:留茬高度对骆驼刺生长发育和产草量的影响
现,鲜重和株高、冠幅成极显著正相关,与抽枝数成
显著负相关(表1)。冠幅和株高也成显著正相关,
但与抽枝数成显著负相关。这表明抽枝数过多不利
于地上部鲜重累积和冠幅增大。
表1 不同生长指标间的Pearson相关性分析
Table 1 Pearson’s correlation coefficient of different plant growth indices
生长指标
Growth indices
新枝数
New branch numbers
冠幅
Canopy
株高
Plant height
鲜重
Fresh weight
新枝数New branch numbers  1 -0.704* -0.567 -0.736*
冠幅Canopy -0.704* 1 0.742* 0.819**
株高Plant height -0.567  0.742* 1  0.869**
鲜重Fresh weight -0.736* 0.819** 0.869** 1
  注:*代表在0.05水平差异显著(P<0.05),**代表在0.01水平差异显著(P<0.01)
Note:* means significant correlation at the 0.05level;** means significant correlation at the 0.01level
2.4 留茬高度对不同密度骆驼刺地上部产草量的
影响
由表2可以看出,留茬-5cm处理,D1~ D4分
别在7,8和9月产草量最高,分别为0.19,0.15,
0.19和0.16kg DW·m-2。D1在6月产草量显著
高于其他3个处理,D2则在8月显著低于其他3个
处理,其他月份不同分布密度间差异均不明显。留茬
0cm处理,D1和 D2均在7月产草量最高,分别为
0.15和0.27kg DW·m-2,D3在9月最高(0.16
kg DW·m-2),D4则在8月最高,为0.17kg DW·m-2。
除在5月D1显著高于D3,7月D2显著高于其他处
理外,其他月份差异均不显著。可以看出,灌丛分布
密度越高越有利于生长前期产草量的提高。
在生长早期(5-6月),同一分布密度下除D1
外,留茬0cm处理的产草量均显著高于留茬-5cm
处理的,但在生长旺季(7月),留茬高度对D1和D3
产草量影响不明显,D2和D4则在留茬0cm处理
时明显较高。8月和9月份,留茬-5cm时D1产
草量明显较高,其他密度除D2外差异均较小。这
表明齐地面刈割在早期对骆驼刺生长有明显的促进
作用,在生长旺期因分布密度而异。
表2 留茬高度对不同分布密度骆驼刺产草量动态的影响
Table 2 Effect of stubble height on the grass yield of different distribution densities
分布密度
Distribution density
留茬高度
Stubble height/cm
产草量 Grass yield/kg DW·m-2
5月 May  6月June  7月July  8月Aug. 9月Sep.
D1 -5 - 0.11aA  0.17aA  0.19aA  0.17aA
D2 -5 - 0.05bB  0.15aB  0.10bB  0.14aA
D3 -5 - 0.05bB  0.11aA  0.14abA  0.19aA
D4 -5 - 0.04bB  0.13aB  0.14abA  0.16aA
D1  0  0.13a 0.14aA  0.15bA  0.11aB  0.08aB
D2  0  0.10ab  0.14aA  0.27aA  0.14aA  0.15aA
D3  0  0.09b  0.14aA  0.13bA  0.13aA  0.16aA
D4  0  0.10ab  0.12aA  0.16bA  0.17aA  0.14aA
  注:不同的小写字母表示相同留茬高度下不同分布密度间产草量差异显著,不同的大写字母表示相同密度下不同留茬高度间产草量差异
显著(P<0.05)。DW表示干重
Note:Different smal letters represent significant difference between different distribution densities of the same stubble cutting.Different
capital letters represent significant difference between different stubble cutting of the same distribution density(P<0.05).DW:dry weight
2.5 刈割后骆驼刺生长与风沙活动的耦合性
为了解骆驼刺生长变化和风沙活动的耦合关
系,对该区域一年内的风沙天气过程进行分析。研
究区起沙风平均风速变化趋势比较平稳,在6.5~8
m·s-1之间(图4),其中4月最小为6.5m·s-1,5,
6和7月3个月的平均风速都为8m·s-1,8到9月
又逐渐减小为7.3m·s-1,10月有小幅增大。最大
起沙风速的变化趋势与平均风速不同,在5月达到
一个峰值12.6m·s-1,6月又下降为11.4m·s-1,
但在7月又回升为12.1m·s-1,此后则开始缓慢
减小。
从起沙风年内出现的频率来看,夏季7月发生
频率最高,占全年的25.7%,其次是5月为18.1%,
6月为14.9%。8月以后发生的频率逐月减缓,9月
159
草 地 学 报 第19卷
为12.4%,10月减小为3.49%。由此可以看出,起
沙风的主要活动时间为5-9月。在骆驼刺生长较
快的5-7月期间是起沙风发生极为频繁,风速较高
的时间。
图4 起沙风风速及发生频率
Fig.4 Sand-raising wind speed and occurring frequency
3 讨论
适宜的留茬高度不但能促进牧草的分蘖和再生
能力,还可提高产草量并改善营养价值[13,14]。有研
究表明留茬4~5cm有利于提高白三叶(Trifolium
repens)和新麦草(Psathyrostachys juncea)产量和
品质[14,15]。孙明等[16]认为与逐步提高留茬高度相
比,贴地刈割更有利于提高苜蓿(Medicago sativa)
的分枝数和再生强度。章家恩等[1]却认为留茬越高
牧草的产草量也越高。本研究发现,与地面以下5
cm刈割相比,齐地面刈割在不同月份累积产草量均
较高,株高和冠幅在5-8月期间也较高。地面以下
5cm刈割虽可增加基生枝条数,但不利于地上部干
物质的累积,此外,还推迟了骆驼刺的再生时间。有
研究表明当地上分生组织破坏后,生长素的形成将
被阻断,导致生长素和细胞分裂素之比减少并有大
量的侧芽萌发[17,18],从而开始植物补偿生长。骆驼
刺越冬芽主要分布在地面以下4~8cm的根颈周
围,因此,在地面以下5cm处刈割,可能更有利于刺
激越冬芽生长,以生成更多新枝条。但新枝个数的
增多也相应增加了对水分、养分等有限资源的竞争,
所以分配到单个枝条的碳水化合物也受到限制,从
而不利于地上部干物质的累积。本研究结果进一步
证明了齐地面刈割能更好地刺激骆驼刺的再生能
力。
由于土壤水分和养分的空间异质性,在塔克拉
玛干沙漠南缘骆驼刺主要呈片状或条带状分布,且
其灌丛分布密度也不均匀。为查明灌丛密度是否影
响刈割后的产草量,本研究根据研究区域骆驼刺的
分布情况,观测了4个不同分布密度的骆驼刺群落
在刈割后的产草量变化,研究发现在在5-6月期间
灌丛分布密度越高越有利于产草量的提高,而且齐
地面刈割时产草量的提高更明显。比较最高产草量
发现,分布密度在0.44~0.46和0.36~0.38株·m-2
时分别在8月和9月齐地面以下-5cm刈割产草量
最高,0.41~0.42和0.33~0.34株·m-2则分别在
7月和8月齐地面刈割更高。
在塔克拉玛干沙漠南缘,骆驼刺不但具有饲用
价值,在防风固沙方面也发挥了重要作用。李振武
等[18]研究发现随骆驼刺盖度增加,其降低风速的程
度也增大。气象资料显示,4-5月风沙天气已开始
频发,但大部分植物尚处于返青和萌动期,地面基本
成裸露状态,因而很容易引起地表的风蚀。采用齐
地面刈割后,在第2年5-6月骆驼刺的冠幅和生长
量明显高于地面以下5cm刈割,这对削弱风沙活动
强度,减弱地表侵蚀具有重要作用。7-8月份是起
沙风的高发期,也是骆驼刺生长最旺盛的时间,齐地
面刈割的单株冠幅和和生长量仍占优势,但在9-
10月,起沙风的发生频率明显下降。因此,综合骆
驼刺的饲用价值和生态效益,骆驼刺不能像其他牧
草一样在一年内多次收割,建议在9月份以后对骆
驼刺进行齐地面刈割。
4 结论
在整个生长季内,齐地面刈割后骆驼刺的株高、
259
第6期 黄彩变等:留茬高度对骆驼刺生长发育和产草量的影响
冠幅和鲜重均高于留茬-5cm,尤其在5月和6月
份更明显,而且对刈割后骆驼刺的再生能力有明显
促进作用。留茬-5cm对根颈侧芽萌动生长的刺
激作用更明显,但却不利于地上部干物质累积。研
究区域骆驼刺分布密度差异较小,但其产草量仍受
留茬高度影响,在生长前期更明显。然而,骆驼刺在
荒漠-绿洲过渡带不单是重要的牧草,也是防风固
沙的先锋植物。由于骆驼刺的生长期(5-9月)和
起沙风的频发期及最大风速集中出现的时间同步,
因此,在兼顾骆驼刺饲用价值和生态效益时,对不同
分布密度灌丛均以齐地面刈割为宜。
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(责任编辑 刘云霞
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氥氥


更正声明
经王赞老师指正,特将《草地学报》2011年第19卷第3期本人的文章《狗牙根种质资源研究与改良
进展》中3.3的第3段(第533页)“王赞等[22]对攀西地区狗牙根进行细胞学检测”更正为“王赞等[22]从
蛋白质水平对攀西地区狗牙根进行遗传多样性研究”。
为此给广大读者带来的不便敬请谅解,同时感谢王赞老师的指正。
作者:黄春琼
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