为了更好地提高灌木饲料林的经营管理水平, 提高其利用率, 在过去研究的基础上(李生宝等, 1993, 王北等, 1992), 对饲料灌木树种的特性进行了研究。

1 研究地区自然及社会经济概况

研究地位于北纬37°47′~38°40′, 东径106°42′~107°45′, 为宁夏盐池县北部毛乌素沙地西南边缘。干旱少雨, 风多沙大, 光热资源丰富, 年均气温7.7 ℃, 1月平均气温-8.9 ℃, 7月平均气温22.3 ℃, 年温差31.2 ℃, ≥10 ℃的积温2944.9 ℃, 年日照时数2867.9 h, 无霜期145 d, 年降水量250~300 mm, 且主要集中在7、8、9几个月, 约占全年降水量的60 %以上, 年变率大于30 %, 蒸发量是降水量的7.2倍, 年均风速为3.0 m/s, 年均大风日数为26 d, 沙暴日数22 d。该地区总面积28.124×10⁴ hm², 地貌类型复杂, 土质差, 有梁地、坡地、滩地、盐碱地、平地及沙丘地, 流动沙地与村庄、草场、农田相互交错, 地带性土壤为灰钙土, 非地带性土壤主要是风沙土和盐碱土, 其机械组成以细沙为主, 占19.14 %~82.9 %, 粗粉沙次之, 沙地养分低, 有机质含量(0~100 cm)仅0.137 %~0.197 %。地下水位多在3 m以下, 植物生长靠天然降水, 0~100 cm沙层平均含水率为1.2 %~5.2 %。研究地区有人工林2.65×10⁴ hm², 其中, 灌木林1.904×10⁴ hm², 天然草场17.062×10⁴ hm², 区内饲养羊28.62万只, 畜牧业是北部沙区的主要产业, 农业总产值中, 畜牧业占44.82 %, 生态环境恶劣, 沙漠化危害严重, 草场退化, 农牧民生活水平较低。

2 试验研究的对象及其内容和方法 2.1 研究对象

主要研究对象是柠条(Caragana intermidia), 毛条(Caragana korshinskii), 杨柴(Hedysarum fruticosum Pau.var Laeve), 山竹子(Hedysarum fruticosum), 花棒(Hedysarum scoparium Flsch.et Mty), 黑沙蒿(Artemisia ordosica Krasch), 沙木蓼(Atraphaxis bracteata A.Los), 柽柳(Tmarix)等8种灌木树种。

2.2 试验样地的确定

自1987年、1995年, 先后在盐池沙地旱生灌木园、盐池城郊乡四墩子村、长城村、盐池柳杨堡乡共建立试验、示范地240 hm², 在其中具有代表性的半流动、半固定, 固定沙地、平沙地、覆沙滩地、覆沙梁地、干滩地、梁地等立地类型上, 设置定位观测样地102块, 半定位样地266块, 随机调查样地480块, 每个树种占有样地不少于80块, 设置固定灌丛169丛, 每个树种33丛, 半定位和随机调查样地面积100 m², 定位样地40~60 m²。

2.3 试验观测内容和方法

1987~1992年, 连续6年对8种灌木的芽膨大、展叶、开花、落叶、封顶、停止生长等全部物候要素进行定位观察记载, 时间为每年3~11月, 每2天观察1次; 定位观察土壤含水量, 从4月1日起至10月3日止, 每15天测定1次, 取土深100 cm, 每20 cm为1层, 重复3次, 采用烘干法测定, 土壤含水量用百分比表示; 分别采用定位和半定位、随机抽样等方法, 对幼苗, 不同树种不同树龄灌木的地茎粗、分枝数、冠幅、新梢长, 灌丛高, 根系等生长情况进行测定, 幼苗生长规律每5 d观测1次, 其它10 d观测1次, 年度生长状况在6月中旬和10月底各调查1次; 在设置的固定样地内, 每半月对其固定样丛进行一次每木检尺, 计算其标准丛的平均值, 在样地外选标准丛5个, 每标准丛选平均枝3个, 剪下称其重量, 再分称3枝的可食部分(粗度在0.3 cm以下的枝和叶)及不可食部分鲜量, 然后按比例取枝的粗、中、细各一小段(可食和不可食)和叶称其重, 作为样品, 将样品在烘箱内烘至恒重, 分别称重, 推算出每丛的可食及不可食部分的干物质数量和每公顷的生物量; 在灌木园内设立永久性气象观测站, 对风、气温、地温、湿度、降水、蒸发、日照、冻土等进行常年观测。风蚀沙埋观测采用随机抽样方法, 观测不同林分、不同树种风蚀沙埋的程度及其生长情况。草场植被生物量调查, 在封育草场和放牧草场内各设6个样地, 每个样地面积50 m², 在每个样地内选10个小样方, 测定植被的种类、高度、多度、盖度及生物量, 每个小样方面积1 m²。

3 主要饲料灌木树种的特性 3.1 物候特征

通过6年对柠条等8个饲料灌木树种主要物侯特征观测表明, 5种豆科灌木芽膨胀期在3月下旬至4月上旬, 沙蒿在3月上中旬, 沙木蓼和柽柳在4月上旬和4月下旬, 柠条等5种豆科灌木在4月中下旬开始展叶, 5月份为展叶盛期, 沙木蓼和柽柳均在5月份为展叶期, 而沙蒿则在5~6月份全面展叶, 柠条毛条花期均在15~25天, 杨柴、山竹子、花棒花期长达70 d, 花期最长的是柽柳, 从5月初到9月下旬。8种灌木大量落叶在9~10月, 最晚11月上旬。封顶期在9月份。

3.2 抗逆特性

(1) 耐严寒、高温柠条、毛条、杨柴、山竹子、花棒、沙蒿、沙木蓼、柽柳不仅在-32.7 ℃, 冻土层深达1 m以下的条件下无冻害, 夏季能耐50 ℃以上的地温, 在盐池沙地没有日灼现象, 当年生幼苗有时在极高温的正午因暴晒有失水现象, 但生长不受影响。(2)耐干旱2年生柠条和毛条, 在土壤(0~100 cm)含水率0.86 %~2.78 %和0.34 %~0.81 %情况下, 仍正常生长, 这主要是它们的枝叶具有典型旱生植物的抗旱生理结构。杨柴、山竹子幼苗萎焉系数为0.46 %, 0~100 cm沙层含水量在0.58 %~0.75 %的情况下, 仍能维持生命, 但沙地含水率高达70 %时, 生命受到威胁。花棒耐旱性很强, 1994年至1995年长达10个月无一次有效降水的情况下, 半流动沙丘0~100 cm沙层含水率在0.32 %~1.86 %, 6月份高生长(新梢)仍达到1.07 cm, 因此, 花棒是流动沙地的先锋固沙造林树种。当沙地固定后, 沙层水分含量下降到1 %以下时, 生长仍很正常, 沙蒿、沙木蓼抗旱能力也极强, 土壤含水率在0.45 %以上可保持生命, 土壤含水率在1.5 %左右, 生长正常。(3)耐瘠薄8种饲料灌木共同的特性是不苛求土壤肥力条件, 特别是5种豆科灌木根系富含根瘤, 不仅耐贫瘠, 而且可改良土壤, 毛条、柠条在贫瘠的干滩地上, 年新梢生长仍可达到0.44~0.62 m。(4)抗风蚀沙埋8种饲料灌木树种均有较强的抗风蚀沙埋能力, 花棒耐风蚀力最强, 5年生耐风蚀80 cm。10年生耐120 cm, 沙埋1/2时, 能正常生长。低于1/2沙埋, 这几种灌木仍旺盛生长, 因此, 沙旱生灌木在适度沙埋的情况下, 会促进生长。(5)喜光性在干旱地区生长的树种均喜光, 不耐庇荫, 长期遮荫, 生长受到抑制, 结实率下降。(6)耐盐碱特性除柽柳灌木外, 多数灌木不耐较重盐碱, 但在轻度盐碱地上可正常生长, 柽柳耐盐碱耐水湿, 叶能分泌盐分, 在含盐量0.5 %的土地上扦插能正常生长, 含盐量0.8 %时, 植苗造林能成活生长, 大树能耐1 %的含盐量。

3.3 生长特性

(1) 高生长表 1、表 2是盐池沙地旱生灌木园6种饲料灌木苗期和定植后高生长观测结果。

从表 1中看到, 柠条等6种饲料灌木播种或扦插后7~10 d出苗, 出土后迅速生长, 虽然播种和扦插时间有别, 但生长高峰期仍表现出相同的时间, 即8月份为生长高峰时间, 8月后生长显著减缓, 到9月下旬, 生长处于停止状态。

从表 2中看到, 虽然各树种树龄不一, 但生长均从6月份开始加快, 8月份达到最快时期, 9月份生长迅速衰退, 10月份停止生长。除杨柴在多年生长过程中, 树高不呈上升趋势外, 其它树种高生长是不断增加的, 但柠条高生长在第4年后增长速度较慢, 沙木蓼在第4年后也处于缓慢增长状态, 其它增长虽不显著, 但高生长可达到2.5~3 m左右。根系生长根据我们对柠条、毛条、杨柴、花棒等6种灌木根系观测发现, 在子叶出土前, 主根已深入地下2~3.5 cm, 出土后半月根长为苗高的2~6倍, 当年生苗木根系长达28 cm至55 cm, 柠条、毛条侧根较少, 杨柴、花棒、山竹子苗期侧根很小(见表 3)。

从表中看到, 除杨柴、山竹子主根欠发达外, 其它树种主根均非常发达, 柠条、毛条、柽柳主根最深可达3.5 m左右, 8个树种均有极丰富的侧根, 有的侧根达2~3层, 多分布在20~60 cm范围之内, 根幅范围很远, 最大半径有12 m。

3.4 生物量特性

(1) 丛生物量的变化规律  表 4是6种灌木生物量年增长观测结果。

从观测结果(表 4)看, 柠条、毛条、杨柴、花棒、沙木蓼、柽柳等生物量虽因立地类型和年龄不同, 但季节变化趋势相同。其生物量从4月下旬开始积累, 10月份生物量积累基本停止。柠条、毛条5~7月增长最快, 8~9月增长逐渐减少, 杨柴、花棒、沙木蓼、柽柳6~8月生物量积累迅速, 9月份生物量增加显著减少。

(2) 丛生物量可食、不可食部分的年变化规律  柠条、毛条、杨柴(山竹子)、花棒、沙木蓼、柽柳等丛生物量的季节变化是不断积累的, 而其可食和不可食部分的变化却不然(见表 5)。

从表 5看出, 柠条、毛条、杨柴(山竹子)、花棒、沙木蓼、柽柳生物量可食部分4月份开始增加, 5~7月份最快, 8月增长减缓, 以后又递减, 其主要原因是9月份高生长减缓, 粗生长增加, 木质化程度逐步提高, 并开始落叶, 可食与不可食部分之比最高在8月份, 最小在4月(见表 6)。

(3) 生物量干鲜比  从表 7中看出, 可食部分干鲜比在5~9月均呈上升势头, 5~7月份最小, 9月份达到最大, 而不可食部分的干鲜比则是5月和9月最大, 6~8月小, 因5~6月份灌木的叶量和嫩枝生长没有达到最大, 树木中吸取的营养多用于开花结实, 因此, 5月份不可食部分(粗)生长也较缓慢, 故鲜比低, 6~7月林木高生长和粗生长均达到最大速度, 干鲜比变化仍不会增大, 8月份以后, 粗生长仍在进行之中, 但嫩枝高生长和叶量减缓和停止, 所以干鲜比又逐步增高。

(4) 生物量与立地类型的关系  在盐池风沙区, 由于自然条件恶劣, 立地类型之间差异较大, 不同的立地类型反映的水热状况和肥力高低差异也较大, 好的立地类型, 相应的灌木生长良好, 生物产量高, 相反, 立地类型质量差, 其灌木生长势差, 生物产量就低, 但由于不同的灌木生物学特性和生态特性差异较大, 他们对立地类型要求也不尽相同。柠条、毛条在平沙地和固定沙地上生长最好, 生物量最高, 其次是覆沙滩地, 梁坡地, 干滩地, 而在半固定沙地上生长最差, 花棒在半固定沙地上生长最好, 其次是半流动沙地和固定沙地, 而在干滩地和盐碱滩地上几乎不能生长。杨柴山竹子在固定沙地和半固定沙地上生长旺盛, 而在干滩地上生长最差。沙木蓼在固定、半固定沙地和平沙地上生长良好, 柽柳喜盐碱, 在平沙地(轻盐)上生长较好。

(5) 密度与生物量的关系  柠条等8种灌木与其它树种相同, 在立地条件、树龄及其它条件相同时, 随着密度的不同, 其生物量有显著差别(见表 8)。

从表 8可以得出, 表中的7种灌木在树龄3~4年时密度以4005丛/hm²和3330丛/hm²生物产量最高, 而低于或高于这个密度, 生物产量就会降低, 因密度太小, 不能充分利用土壤中的水分和养分, 虽然单丛生物量高, 但单位面积的生物最低, 而密度太大, 则土壤中的水分和养分不能满足植物生长, 使植物处于低速度生长状态, 或维持生命的状态, 从而生物量的积累就缓慢或停止。

(6) 生物量与树龄的关系  6种灌木中, 柠条、毛条、花棒、柽柳生物量随树龄的增长, 呈上升趋势, 而杨柴、山竹子、沙木蓼则在树龄4年之内, 随树龄增长而增加, 而在第4年后生物量明显减少(见表 9)。

(7) 生物量与丛高、灌幅的关系  通过对大量调查数据的统计分析, 得出灌丛高、灌幅与丛生物量的线性回归方程如下:

通过检验各树种生物量与其灌丛高, 灌丛丛幅的线性关系极显著, 因此, 用此方法可以预测其生物量。

(8) 平茬对生物量的影响  1988~1992年, 我们对柠条、毛条等7个灌木树种进行了平茬复壮试验, 结果见表 10。

从表 11平茬试验结果表明, 7种灌木树种具萌蘖特点, 平茬适当, 生长越旺, 柠条、毛条、花棒、杨柴、山竹子、沙木蓼、柽柳等平茬后萌条增加较多, 是原枝条数的3~8倍, 平茬后当年丛生物量均在500 g以上, 沙木蓼增加最多, 接近4500 g, 柠条和毛条第3年生物量增加最快, 第4年增加减少, 第5年增加极缓慢, 杨柴、山竹子、沙木蓼第1~3年增加最快, 第4年减缓, 第5年后枝条开始死亡, 花棒第3~5年增加较快, 柽柳平茬后前3年生物量增加迅速, 第4年减弱。

3.5 饲料价值

7种主要饲料灌木树种饲料营养成分分析结果及饲料适宜性观察结果如表 11。

从表 11分析结果看, 这些树种含有大量的粗脂肪, 粗蛋白, 各种营养元素含量也十分丰富, 并含有19种氨基酸, 高于小麦、玉米、糜子、谷子等农作物秸秆。枝叶适口性也好于这些作物秸杆。因此是沙区极有开发价值的饲料树种。