陕北黄土丘陵沟壑区狼牙刺生长生理特征及其环境效应

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本文以陕北黄土区安塞纸坊沟流域内在植被演替中占有重要地位的天然灌木种(6、14、17龄)狼牙刺(Sophara viciifolia Hance)为对象,以15龄柠条(Caraganar)和撂荒地为对照,系统研究了狼牙刺的生长特征、生理特性,及其生长对土壤水分、土壤养分、土壤物理性状的影响。主要结论如下: 1、狼牙刺的株高在1.50m左右、冠幅约2.0×2.0m、平均分枝数约为4.45。不同立地条件下,狼牙刺覆盖度均在50%以上,加上林下草灌层在生长旺期总盖度均能达到70%以上。狼牙刺和柠条的新枝生长在6、7两个月份最为旺盛,年生长量超过500m,不同立地条件下,其地上部生物量差别较大,变幅在6.8~27.3t/hm~2间。年龄和土壤厚度相似时,狼牙刺的新枝生长量和地上部生物量均高于柠条,对干旱条件具有更强的适应能力。狼牙刺个体地径随年龄增长保持直线生长,立地条件的优劣对生长速度有重要影响,生长速度顺序为:14龄狼牙刺>6龄狼牙刺>17龄狼牙刺。狼牙刺灌丛下伴生种包括16个科18个物种,以菊科、禾本科、萝蘼科以及豆科占优势。各年龄狼牙刺和柠条之间物种组成有显著差别,相似性系数在0.23~0.39之间。 2、在整个生长季节里,狼牙刺的净光合速率日变化曲线均为单峰型,极大值出现在10点前后;蒸腾速率日变化曲线以单峰型为主,少数接近双峰型。与柠条相比,狼牙刺形成低光合、低蒸腾的抗旱生理特点。狼牙刺的净光合速率同光合有效辐射、大气温度和二氧化碳浓度之间没有显著相关性,与土壤含水量显著正相关;蒸腾作用与光合有效辐射、土壤含水量及空气温度有很好的正相关性,与大气湿度有负相关性。狼牙刺的水分利用效率(WUE)与柠条相近,二者的WUE日均值9月份高于7月份。 3、狼牙刺水势日变化呈单峰曲线,最底值出现在正午12点左右(-3.0Mpa),黎明前后水势值最高(-0.56Mpa);从生长初期到盛期(5~9月),水势不断增加。与柠条相比,狼牙刺枝水势值总较低,表现出更强的抗旱性。枝水势同年龄之间无明显关系,与环境因子间有很好的响应,同大气温度和光照显著负相关,与大气湿度显著正相关。狼牙刺正午水势较黎明前水势稳定,规律性好,是反映其水分特征的更为有效的指标。 4、狼牙刺年蒸散量在523~590mm之间,单株平均耗水量约85mm。强烈耗水期在5月中旬至7月底,土壤水分于8月底达到最低值,9月分以后开始逐渐恢复。在整个生长季内,狼牙刺受不同程度的水分胁迫,但在不同立地条件下,通过不同的密度、物种组成及植被盖度,从而适应特定的水分环境条件。和柠条相比,狼牙刺地浅层(3m内)土壤水分亏缺程度较轻,干层超过10m,比同龄的柠条要深。狼牙刺与降水处于一种平衡状态,并按其固有的自然规律演替和发展。 5、狼牙刺和人工柠条的生长对土壤养分均有明显的富集和累积作用。狼牙刺各样地内,O一ZOcm剖面土壤养分高于20一6Ocm,土壤有机质、全氮、碱解氮高于对照撂荒地。狼牙刺和柠条对无机磷的活化作用明显,耗钾量低于柠条。土壤全氮与有机质之间极显著正相关。狼牙刺对土壤物理性状有一定改善作用,0一ZOCm土层中,>2 .0咖的水稳性团聚体数量明显大于对照撂荒地和柠条地,顺序为:狼牙刺>柠条>撂荒地。而土壤容重值仍然较大,稳定入渗速率KI。也远远小于撂荒地及柠条地。
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