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太行山是我国北方一个典型的干旱瘠薄山地,它以石质山地为主,主要特点是山峦起伏、沟谷纵横、降水分布不均、旱灾较多、土壤贫瘠、植被稀少[1]。自上世纪50年代开始,太行山植被恢复,森林覆盖率由13.1%提高到34.0%(http://www.forestry.gov.cn/main/419/content-818527.html),为京津冀生态安全提供了有力保障,但为了满足人民对美好生态环境的向往,太行山森林覆盖率亟待进一步提高。国家从“六五”到“十二五”时期,开展了一系列的太行山植被恢复技术研究,提出了一批太行山困难立地植被恢复技术[2-4],但对于土层厚度在15 cm以内的困难立地植被恢复技术还比较缺乏,且太行山区当前土层厚度小于15 cm的干瘠山地为水土流失关键区域,亟待攻克其植被恢复技术。
生境,即具体生物个体和群体生活地段上的环境,也是对生物起作用的生态因子的综合[5]。植物微生境改良就是对植物周围的小生境进行改良,使生境条件更适合植物的生长、发育和繁殖。前人对生境改良在困难立地植被恢复中的应用方面开展了大量的研究,并得出一些关键结论和实用技术。研究发现,有机物覆盖可以改善土壤的温湿度和肥力[6],石块覆盖[7]、塑料地膜[8]、液体地膜[9]及菌根[10]等会有效减少土壤水分蒸发,改善土壤温度、湿度、肥力,提高植物存活率,促进植物生长。
沙地柏(Sabina vulgaris Ant),又名臭柏、叉子圆柏等,属柏科圆柏属,常绿匍匐针叶灌木,少数为直立灌木或小乔木,是重要的针叶兼性克隆植物,主要分布于温带大陆性干旱、半干旱区的山地和沙地区[11-12]。沙地柏以其优良的生长繁殖特性[11],强大的抗旱固沙能力[13-14],对土壤适应性强[15]及显著的土壤改良能力[16-17],成为近年来植被恢复、环境绿化的重要植物种类之一。基于此,本研究采用人工模拟土层厚度15 cm条件下,结合不同微生境改良技术,研究微生境改良对沙地柏生长特性、叶绿素含量变化、露点水势及生物量的影响,筛选出适宜于太行山土层厚度15 cm干瘠山地的植被恢复技术,为太行山干瘠山地植被恢复提供技术支撑。
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对不同微生境改良下的沙地柏株高和冠幅进行单因素方差分析和多重比较,图1表明:株高增长量中,ST、DM、YM,、JG、KL处理均显著高于CK,且分别比CK高385.75%、403.03%、1 330.00%、1 490.00%、1 533.00%,故ST、DM、YM、JG、KL均对沙地柏株高生长有显著影响,而各处理间并无显著差异。冠幅增长量中,ST、DM、JG、KL处理均显著高于CK处理,且分别比CK处理高185.03%、160.36%、239.80%、161.67%,YM与各处理及对照间无显著差异;故ST、DM、JG、KL这四种处理对沙地柏冠幅增长有显著影响,且各处理间增长量无显著差异。。
对不同微生境改良下的沙地柏主根长进行单因素方差分析和多重比较,图2表明:不同微生境改良处理对沙地柏主根长度产生影响,且影响程度随时间的变化而变化,具体表现为:2017年3、6、9月各处理间无显著差异。2016年7月ST处理下的沙地柏主根长显著高于JG处理,且比JG高345.28%,JG处理最短;2016年10月DM、KL处理显著高于JG处理,且比JG高108.58%、100%,JG处理仍最短。
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对不同微生境改良下的沙地柏叶绿素含量进行单因素方差分析和多重比较,图3表明:不同微生境改良处理对沙地柏叶片的叶绿素含量产生影响,且影响程度随时间变化而变化,具体表现为,2016年10月、2017年3、9月各处理间无显著差异;2016年7月,YM、ST处理显著高于CK、DM处理,且分别比CK、DM处理高65.09%、49.79%和62.50%、47.44%;JG显著高于CK,且比CK高44.14%。2017年6月,DM、KL处理显著高于CK、ST处理,且分别比CK、ST处理高93.01%、219.68%和144.90%、305.62%;同时,YM、JG处理下的沙地柏叶片叶绿素含量分别显著高于ST处理175.93%、187.50%。
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对不同微生境改良下的沙地柏露点水势进行单因素方差分析和多重比较,图4表明:不同微生境改良处理对沙地柏叶片露点水势产生影响,且影响程度随时间变化而变化,具体表现为,2017年4月各处理间沙地柏露点水势无显著差异;2016年9月CK处理下的沙地柏露点水势均显著低于其他处理,且分别比ST、DM、YM、JG、KL处理低73.03%、59.55%、66.85%、53.93%、80.89%;2016年12月CK处理下的沙地柏露点水势均显著低于DM、YM、JG处理,且分别比DM、YM、JG处理低71.22%、67.45%、75.94%;2017年7月CK处理下的沙地柏露点水势均显著低于DM、YM、JG、KL处理,且分别比DM、YM、JG、KL处理低60.35%、57.39%、82.84%、92.89%;ST处理下的沙地柏露点水势显著低于DM、JG、KL处理,且分别比DM、JG、KL处理下的低59.39%、82.42%、92.72%。
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对不同微生境改良下的沙地柏干质量和鲜质量增量进行了单因素方差分析和多重比较,表1表明:不同微生境改良对沙地柏干、鲜质量增量分别有不同影响,且JG处理增量最显著。具体表现为,JG处理下的沙地柏地上干、鲜质量增量均显著高于CK、YM处理,分别比CK、YM处理高115.36%、110.12%、147.40%、144.78%;JG处理下的沙地柏地下干、鲜质量的增加量均显著高于CK、ST、DM、YM处理,且分别高126.38%、125.62%、149.77%、174.42%、122.59%、136.00%、158.25%、137.90%。
对不同微生境改良下的沙地柏地上干质量与地下干质量比值进行单因素方差分析和多重比较,表2表明:不同微生境改良处理对沙地柏地上干质量和地下干质量分配产生影响,且影响程度随时间变化而变化。具体表现为,2017年3、9月各处理间沙地柏地上干质量与地下干质量比值无显著性差异;2016年10月ST处理的地上/地下比显著高于YM、KL处理,且分别比YM、KL处理高40.90%、56.42%;同时,CK处理显著高于KL处理,且比KL处理高46.33%。2017年6月,KL处理下的沙地柏地上干质量与地下干质量比值显著高于CK、DM处理,且分别比CK、DM处理高45.42%、48.56%。
处理
Treatments地上干质量增量/g
Increase in the quality of
dry matter on the ground地下干质量增量/g
Increase in the quality of
underground dry matter地上鲜质量增量/g
Increase in the quality of
fresh matter on the ground地下鲜质量增量/g
Increase in the quality of
underground fresh matterCK 14.13±3.67b 2.35±1.19b 34.60±8.79b 5.23±2.49b ST 15.80±5.43ab 2.13±0.57b 36.92±12.97ab 4.30±1.24b DM 21.83±2.65ab 2.39±0.12b 52.60±7.35ab 5.00±0.30b YM 12.30±0.15b 2.06±0.39b 29.70±0.73b 4.96±0.85b JG 30.43±9.59a 5.32±1.11a 72.70±23.69a 11.80±2.40a KL 26.03±0.12ab 3.37±0.67ab 65.50±1.90ab 7.53±1.49ab 注:表中数据为矫正均值±标准误,不同字母表示0.05水平上差异显著(下同)。
Notes: The data in the table is corrected mean ± standard error, different letters indicate significant difference at 0.05 level. (The same below).Table 1. Effects of microhabitat improvement on biomass growth of S. vulgaris
处理Treatments 地上/地下(干)Ground dry matter weight divided by underground dry matter weight 2016-10 2017-03 2017-06 2017-09 CK 3.19±0.09ac 2.19±0.34a 2.84±0.01b 5.47±1.17a ST 3.41±0.51a 2.03±0.32a 3.12±0.11ab 5.97±0.70a DM 2.89±0.44ab 2.99±0.27a 2.78±0.32b 7.02±0.94a YM 2.42±0.06bc 2.29±0.16a 3.11±0.59ab 5.05±0.71a JG 2.71±0.18ab 2.35±0.14a 3.49±0.68ab 5.01±0.69a KL 2.18±0.25b 2.31±0.57a 4.13±0.13a 6.79±0.94a Table 2. Effects of microhabitat improvement on biomass allocation ratio of S. vulgaris