喀斯特石漠化区不同处理方式下滇柏的生长状况

王琪 容丽

摘 要 通过对陈家寨石漠化区综合治理过程中对比、客土、施肥、保水剂、覆盖、保水剂+覆盖6种不同处理方式下柏树林样地的连续观测，对不同处理方式下柏树的生长状况的总体趋势进行了研究。以2年为周期，通过不同时段4次采样，对柏树的高度、基径2个指标的测量。研究结果表明，各种处理方式下柏树的生长状况都得到了明显的改善和提高，其生长程度为保水剂+覆盖>保水剂>客土>覆盖>施肥>对比。由此可以看出，通过人为的干扰方式，能够有助于植被的生长，有效缓解石漠化的加剧，从而为该区在石漠化综合治理中提供可借鉴的依据。

关键词 石漠化 ；处理方式 ；柏树 ；生长状况

中图分类号 S791 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.06.009

Different Growth Status of Cypress under Each Treatment in Karst Rocky Desertification Area——A Case Study of Chen Jiazhai， Guizhou Province

WANG Qi RONG Li

（Geography and Geo Sciences， Guizhou Normal University， Guiyang， Guizhou 550001）

Abstract This paper makes a continuous observation of cypress forest plots in process of the comprehensive management for Chen Jiazhai rocky desertification areas with six different processing way， such as contrast， soil， fertilizer， water retention agent， covering， water retaining agent + coverage. And then， analysis the growing status of cypress under the different treatments. The height and base diameter of cypress through four sampling in different periods with 2 year cycle were measured. The results showed that cypress growth under the different treatment has been significantly improved， the degree of growth in order to aquasorb and coverage > aquasorb > soil > coverage > fertilizers > contrast. It can be seen that human interference can contribute to the growth of vegetation， alleviate the rock desertification， so as to provide a reference for the comprehensive treatment of rocky desertification.

Keywords rocky desertification ； treatment ； cypress ； growth status

喀斯特石漠化一直是西南地区所存在的一个重要的生态环境问题，是土地荒漠化的主要类型之一[1]。是以喀斯特脆弱生态环境为基础，以人类不合理的干扰活动为动力，以土地生产力衰退或丧失为本质，以呈现类似荒漠化景观为标志的一种过程，其核心是土地生产力衰退或丧失[1]。随着全球气候变暖与生态环境问题凸显，国内外学者对喀斯特石漠化区进行了大量的科学研究[2-8]。

贵州省是西南地区喀斯特石漠化十分严重的地区之一，在石漠化治理、水土保持和植被恢复的过程中，滇柏一直是喀斯特地区常见的恢复树种[9]。而在其恢复过程中常出现成活率低、植株生长矮小、水土保持功能发挥不充分等现象。同时，学者们在几种处理方式对喀斯特石漠化区植被生长状况的影响领域的研究较为少见，因此本文选取中科院普定喀斯特生态监测站的陈家寨小流域为研究对象，选取其山地成片种植的滇柏林，探讨不同处理方式对滇柏恢复的影响，通过对保水剂+盖草、盖草、树台、保水剂、施肥、对照不同处理方式下柏树的生长状况加以研究与分析，为石漠化区水土保持植被选择、生态环境恢复与重建提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

贵州省陈家寨位于贵州省安顺市普定县城关镇陈家寨与白岩镇前寨村交界的竹子窝，105°48′40″E～105°48′45″ E，26°20′42″ N～26°20′50″ N，海拔高度1 350 m，西南向中坡，坡度30°。属于典型的亚热带季风湿润气候，季风交替明显，全年气候温和，春干秋凉，无霜期长，年平均气温5.1℃，年平均日照时数1 164.9 h，无霜期301 d，年平均降水1 378.2 mm。陈家寨小流域为一黔中高原面上典型的浅碟形洼地，区内基岩裸露，土层浅薄不连续，农作物难以生长，坡面水土流失难以控制。选取样地海拔高度1 350 m，西南向中坡，坡度30°，土壤为白云岩发育的石灰土，平均土层深度为20 cm，为9年生的人工滇柏林。

1.2 方法

1.2.1 指标的选取

滇柏属于亚热带常绿针叶林，在一定时间范围内，具有树高大、茎干笔直、生长较为稳定的特点。由此本文选取了平均高度、基径两个个指标进行测量。一方面，在实际采样法中，这两个指标的数据较易获取且精度较高；另一方面，这两个指标也能较为客观的分析出柏树的生长状况，同时能定量计算出生物量，推算植被生产力累计作用的大小。

1.2.2 样地的设置

在2013年9月初，课题组对陈家寨柏树林样地按实验设计进行6种不同方式处理（图1），于2013年9月至2015年9月中旬对实验样区进行4次跟踪监测。每种处理方式采取10 m×10 m的固定监测样地，每个样地选取15颗典型柏树，按顺序从01～15挂上吊牌作为标记，用事先测量好其长度为600 cm的笔直竹竿并以10 cm加以刻度，超过该长度的用卷尺加以填补用以测量树高；选取距离地面2 cm高度的地方测量其基径，并用红漆加以标注。

6种处理方式分别为对比、树台[客土是指非当地原生的、由别处移来用于置换原生土的外地土壤，通常是指质地好的壤土（沙壤土）或人工土壤]、施肥、保水剂、覆盖、保水剂+覆盖。其中对比为无人为干扰的自然环境；生草覆盖为盖草；树台为客土保水剂为聚丙烯酰胺，平均每株使用量约为500 g；肥料为复合肥，平均每株使用量约150 g，氮磷钾质量比例1∶1∶1。柏木林树龄约为12 a左右。乔木层主要为人工种植的滇柏、侧柏及自然生长的化香，灌木层主要为人工种植的车桑子及自然生长的火棘、中华绣线菊、小果蔷薇等，草本层主要为桔草、黄背草、扭黄茅等，其中滇柏为优势物种，因此选其作为研究对象。

1.2.3 数据处理与统计分析

通过样地实测法，将各个样地实测数据带回实验室，按6种不同处理方式及4次采样分类输入Excel.2007中，筛选过滤失效数据，导出相关指标（表1）。

采用单因素方差分析法（ANOVA）分别判断3个时段6种处理方式对群落生物量累计效应的影响，进行相关性分析，以比较其差异性显著状况。在SPSS19.0统计软件中完成。

1.2.4 生物量计算

相对生长关系被广泛运用群落生物量的估测[9]。本研究以实际采样的胸径（D）、树高（H）为变量，结合该区实际（大部分D>10 cm），采用朱守谦等人在茂兰喀斯特研究区对森林生物量计算相关系数较高（r>0.9）的3个拟合较好的相对生长式[10]。

W干=0.041 4（D2H）0.985 4

W枝=0.32D2.339 9

W叶=0.013 77（D2H）0.725 6

其中W干、W枝、W叶分别表示柏树树干、树枝、树叶以及地上部分的生物量，D为实测植株胸径（单位cm），H为树高（单位m）。

2 结果与分析

2.1 柏树生长状况及生长快慢程度

2.1.1 树高的生长态势

树木高度是衡量植株的生长状态是否良好最显著的指标之一[5]。柏树作为多年生乔木树种，监测该植被在垂直方向的生长变化数值及不同模式下的生长变化规律，是衡量植被在该区生物量累计作用效应的前提，同时能够动态监测植株生长变化过程。

由图1可知，2013～2015年在不同处理方式下植被高度均得到增长，但不同时段、不同处理方式增长幅度有很大差别，其增长率与稳定性是不一样的。在对比、客土、施肥、保水剂、覆盖、保水剂+覆盖各模式下树木高度分别增长了0.62、1.44、1.48、2.05、1.21、1.11 m，对比可知自然条件下树高增加值最小，保水剂方式下增加值最大，整体为保水剂>施肥>客土>覆盖>保水剂+覆盖>对比，说明水分是影响树高的主要限制性因子，因此对其进行适当的保水是必要的；养分与土层厚度是另外两个影响要素之一，对树木生长亦十分重要；保温性也有一定程度的贡献率，但综合处理下相比单一处理方式其效果相对较低，这可能与时间差或树木对环境变化后的适应性有关。

各时段下不同处理方式下植株增长率存在一定差异（图2）。前期阶段为保水剂+覆盖>保水剂>客土>覆盖>施肥>对比，中期时段为施肥>客土>保水剂>保水剂+覆盖>覆盖>对比，后期时段为客土>施肥>保水剂>保水剂+覆盖>覆盖>对比，由此可以得到不同时段所具有的最优处理方式不相同。首先在开始处理初期，综合处理方式效果十分显著，可能该时段处于冬季低温干旱季节相关；其次在中期施肥方式效果最优，说明通过施肥增加土壤养分以促进植物树高的生长需要一定时间过程，即存在时间滞后性的特征；而后期阶段客土成为最有处理方式，说明通过人工增加土壤厚度促进植株生长具有相对的长时性。

图2中，字母或数字表示为不同时段，具有相同字母或数字表示在该时段方式之间具有相关性，无相同是表示为显著差异性。由图可看出，各处理方式之间在不同时段间既存在差异性，也存在显著相关性特征，如前期时段对比与施肥增长率差异较小，客土与覆盖方式显著相关，保水剂与保水剂+覆盖差异不明显。

2.1.2 柏树胸径的生长态势

胸径是表示植物群落生长特征的又一重要指标，亦是估测植物生物量的重要依据[4]。几种不同处理方式下植被胸径均得到一定的增长，相比树高的变化，胸径的生长与其呈现一定相似性与差异性。从胸径增加值的总体为保水剂>施肥>保水剂+覆盖>客土>覆盖>对比，其中自然环境下增长值最小亦最稳定，保水剂对柏树胸径的生长同样是主要限制性因子，而主要的差异性在于保水剂+覆盖综合处理模式对胸径的贡献率明显高于客土与覆盖两种模式。

各个时段上的差异也是极为显著的，对比方式下为1.7%、2.79%、1.99%，客土下为8.11%、5.53%、3.09%，施肥各时段增长率为3.03%、7.82%、3.24%，保水剂下为3.27%、4.33%、3.11%，覆盖下为6.33%、1.84%、0.77%，保水剂+盖草下为10.64%、7.96%、3.64%。由此可见，其中变化最大、效果最显著的是保水剂处理方式，其次为施肥与保水剂+覆盖，对照下最稳定，其增长最为缓慢。前期效果最好的为保水剂+覆盖，其次是覆盖，随时间推移效果逐渐下降；中期时段以保水剂、施肥、客土为最好，后期下降较为明显；后期主要效果在于客土，与树高生长相似，同样说明这与喀斯特干旱缺水的地理环境有关，只能通过保温性达到短期效果（图3、4）。不同方式之间生长率之间的相似性与差异性亦十分明显，尤其是前中期两个阶段该特征表现较为明显，如前期客土与保水剂、覆盖间差异性较小，保水剂+覆盖与各方式间呈显著差异性；中期客土、施肥、保水剂间显著相关，与其他方式之间呈现显著差异；后期主要是客土与各模式下的差异性较为显著。

2.2 柏树各部分生物量增长变化情况

生物量研究不仅是林业领域研究的一项重要内容，也是植物群落最重要的特征之一[11]，其值的大小表明植物固定和积累空间资源的能力。生物量的研究是生态系统中最基础的工作，可为生态系统中研究能力平衡、物质转移和养分循环等功能提供基础数据[12]。对柏树树高与胸径指标的动态监测，并计算出植物各部分生物量数值，才能从整体上比较不同处理方式下在各时段的植被生产力贡献率的大小，为喀斯特石漠化区探讨出更好的处理模式提供理论与科学依据。比较不同时间点与时间段柏树林树干、树枝、树叶生物量及其增长率，能动态的研究其发展变化趋势。在6种处理方式下，W干、W枝、W叶 都有明显增长（表2）。

树干生物量是柏树地上生物量的最主要组成部分，其增长率数值的大小决定生物量的累计程度[8]。对照方式在3个阶段增长率最小、变化最稳定，符合该区自然林的生长趋势；与对比相比，其他各种方式下增长率都要高于对照，尤其是保水剂+覆盖优势最明显，其次为客土处理方式，效果较弱的是覆盖，施肥与保水剂相当，说明植物对养分水分的需求程度大体相近。同样，不同时间段生长变化也存在一定差异，保水剂+覆盖前中期生物量累计效果较为明显，致使其3个阶段的差异最为显著；盖草下前期效果较好，而后期较为低下，可能与冬季植被的抗冻性有关；施肥方式下在中时期效果较好，说明施肥转化为养分供植物吸收需要一定的过程；其他方式都是在前中期优势显著，随时间变化逐渐减弱。树干生物量的累计程度总体上是保水剂+盖草>客土>保水剂>施肥>盖草>对照；3个时段偏离程度保水剂+盖草>盖草>客土>施肥>保水剂>对照。

树枝、树叶生物量是其又一重要组成部分[10]，其增长率的变化程度与树干有大致同样的趋势，但也存在一定差异性。从平均增长率来看，保水剂+覆盖同样是最具有优势的处理方式，说明同时进行保水、保温能对该区植被的生长提供良好的驱动力；整体效果最差的是覆盖，说明从较长时间来看，仅盖草来达到保温及减少土壤水分蒸发没有显著效果，在保温的同时加以水分灌溉才是行之有效的方法，这可能与喀斯特石漠化地区本身严重缺水相关；与树干增长率明显不同的是，施肥方式下增长率快于保水剂，说明树枝对养分的需求偏大于对水分的需求程度，也符合该区土壤贫瘠的地理环境；该地坡度较大，客土的主要作用通过增加土壤厚度从而阻碍水土流失，有效滞留水分、养分等因子进入土壤，并延长对相关因子的有效利用时间，使覆盖植被贡献率的优势也较明显（表3、4）。

从树枝、树叶生物量增长率的各时间段来看，除对比、保水剂以外，其他4种处理方式变化差异显著。最大的同样是保水剂+覆盖，其贡献率随时间推移逐渐下降，前中期效果较为显著；覆盖其次，与均值相比出现了异常偏离的状态，短期效果十分明显，虽然在年均增长率上无明显优势，但前期效果明显好于施肥与保水剂，结合该时段为冬季，说明在低温时段对植物进行保温作用是必要的，而中后期反而低于对照的增长率，亦说明植物由于环境改变而需要一定适应过程。施肥方式下其值也较大，对树枝、树干的贡献率主要集中在中间时段，说明该方式的促进作用具有一定滞后性；保水剂方式下较稳定，说明各时段差异较小。

通过W干、W枝、W叶之和用以推算出柏树地上部分总生物量增长率大小，对不同方式在各时段的方差（ANOVE）分析，能够清楚比较两两之间的差异性情况：首先，客土、施肥、保水剂在中期时段与对比（无处理）方式呈现极限值差异，保水剂与保水剂+覆盖在前期与其呈现极显著差异；客土与覆盖在中期呈现极显著差异，后期也有显著的差异性；施肥与保水剂、保水剂+覆盖在前期呈现极显著差异，以亦说明养分在土壤中需要的滞留过程，而植物对水分的吸收反应相对较快；覆盖与客土、施肥、保水剂在中时期差异显著，主要是覆盖在此时失去优势，而其它3中方式在该时段效果较好。通过对地上部分总生物量累计量大小的计算，整体上最优处理模式为保水剂+覆盖>保水剂>客土>覆盖>施肥>对比，由此能够得到保水性、保温性、保肥性、土层厚度在柏树生长过程中所制约作用的影响。

2.3 生产成本-生态效应分析

5种处理方式与自然环境状态相比，植物生长变化得到显著改善。但各种处理方式的生产成本不一样，对不同方式进行经济性分析，核算生产成本与生物量增量所产生的生态效应，为喀斯特石漠化区植被恢复与生态治理提供科学、合理、经济有效的处理技术作为参考。

客土、施肥、保水剂、覆盖、保水剂+覆盖核算生产成本主要包括生产资料费用、劳动力成本，其中劳动力成本按2013年当地平均单个人工费80元/d为标准进行核算；生产资料费用按采购原料总价与植株数量进行核算每株单价，最终算总计生产成本（表6）。

由表6可以看出，生产成本主要为劳动力成本，原料费用较低，其中客土、覆盖因土壤、草被原料可直接取用，无生产资料费用，但同时处理过程较为复杂，所需人工量较施肥、保水剂增大一倍，保水剂+覆盖为两种处理方式之和。由此可见，生产成本费用为保水剂+覆盖>客土>覆盖>保水剂>施肥，与生物量优化模式保水剂+覆盖>保水剂>客土>覆盖>施肥进行综合比较，保水剂、施肥应成为该区人为处理方式的最优模式。

3 结论

（1）各种处理方式对植物的影响原理不同。喀斯特地区地理环境具有土被不连续、岩石裸露率高、土层浅薄、富钙、偏碱性、土体储水能力低、岩石渗水性强、水土流失严重等特点[13]，针对所存在的生态环境脆弱性而采取不同的处理方式。施肥主要通过活化土壤养分，转化为植被所需元素而促进其生长；保水剂通过增加土壤水分含量；覆盖具有防止土壤水分蒸发和保持土壤水温的作用，尤其在冬季最为明显；客土可以有效阻碍水土流失、增加植株对水分养分利用时间。研究表明，在人为有效干扰工程技术处理措施下，通过一定保温性、保水性、保肥性以及有效抵御暴雨造成的水土流失影响程度，对于加速石漠化地区植被恢复，促进植物生长具有显著的作用。

（2）同一处理方式下不同阶段对植物的生长促进程度不同。树高上表现为：保水剂、对比、覆盖方式下生长速度前期>中期>后期；施肥、保水剂+覆盖、客土方式下为中期>前期>后期。胸径指标上表现为：施肥、保水剂、对照方式下中期>前期>后期；保水剂+盖草、树台、盖草下前期>中期>后期。可见6种人为有效干预下对植物的生长在前中期时段效果最好，而后期明显较弱，说明通过人工处理方式来恢复生态植被是一个以1～2 a为周期的持续过程。

（3）不同处理方式下对柏树的增效存在显著差异，按优化程度是保水剂+覆盖>保水剂>客土>覆盖>施肥>对比。研究比较不同处理方式下对植被生长态势的影响，是为了分析出对喀斯特石漠化地区最有效的工程处理技术。生物量的高低是衡量植被固定可积累空间资源的能力，生物量高意味着具有较高的土地生产力和生态效应[12]。由树干、树枝、树叶生物量年均增长率可以看出，其处理方式按优化程度是保水剂+覆盖>保水剂>客土>覆盖>施肥>对比，其中保水剂与客土效果程度相当，保水剂+盖草显著提高了植物增长效率，是应该选择的最优处理模式。

（4）不同模式时段差异显著。客土、施肥、保水剂在中期时段与对比（无处理）方式呈现极限值差异，保水剂与保水剂+覆盖在前期与其呈现极显著差异；客土与覆盖在中期呈现极显著差异，后期也有显著的差异性；施肥与保水剂、保水剂+覆盖在前期呈现极显著差异，亦说明养分在土壤中需要的滞留过程，而植物对水分的吸收反应相对较快；覆盖与客土、施肥、保水剂在中时期差异显著，主要是覆盖在此时失去优势，其它3中方式在此时段效果较好。

（5）生产成本-经济效益不成正比。综合利用各技术增加该区土壤水分、养分含量以及增强土壤保温作用以抵御严寒天气是行之有效的方法，但同时生产成本较高。比较分析后保水剂、施肥是较为合理的处理技术，进行处理时工作简单、效率高效，能够满足喀斯特区植被对水分、养分的需求。在此基础上可以发展相应两种综合模式，如施肥+保水剂等。

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