沙漠可以成为人们赖以生存的储备土地资源(青海农业地理编写办公室, 1979), 然而沙漠的环境治理仍然是个难题(张煜星, 1996)。飞播造林是一种新型的造林方式(王兆凤等, 1985), 具有速度快、成本低的特点, 适合人口稀少或边远地区发展林业和进行生态治理。前苏联、美国、加拿大、澳大利亚、新西兰、芬兰、菲律宾、印度等国飞播造林的经验比较丰富。如美国20世纪70年代的飞播累计面积达100万hm² (王兆凤, 1985), 树种有火炬松(Pinus taeda)、长叶松(Pinus palustris)、白云杉(Picea glauca)等, 保存苗木2 000~10 000株·hm^-2。我国目前飞播造林主要在广西、广东、贵州、湖南、四川、湖北、陕西、江西等省区, 20世纪60年代累计成林面积达353万hm²。飞播已成为我国生态工程治理建设重要措施之一(孟广芹, 2005)。2004年, 天然林保护工程完成生态公益林建设64.14万hm², 其中人工造林17.19万hm², 飞播造林46.35万hm²。飞播也应是黄河沙质滩地治理最快捷途径之一。鉴于黄河上游沙质滩地存在严重沙漠化, 威胁着龙羊峡水电站运行安全, 为了加快本区沙漠治理速度, 为今后飞播造林提供依据, 进行了模拟飞播试验。试验内容包括4个植物种、4个整地类型、3种不同含量吸水剂的种子处理。

1 试验区概况

沙珠玉河谷沙地位于黄河上游龙羊峡水库左岸共和盆地中部的青海南山和鄂拉山之间, 100°16′ E, 36°18′ N, 海拔2 880 m; 年均温2.4℃, 年均降水量250 mm, 年蒸发量2 000 mm, 无霜期69 d, 生长期130 d; 本区盛行西风, 年大风日数52 d, 年沙尘暴日31 d, 雨热同季。地下水埋深5 m, pH值8.5, 有利于草原植被生长。植被具有典型的旱生特点, 如川青锦鸡儿(Caragana tibetica)、刺叶柄棘豆(Oxytropis aciphylla) (李耀阶, 1987)、赖草(Leymus secalinus)、芨芨草(Achnatherum splendens) (刘尚武, 1999)、沙生针茅(Stipa glareosa), 沙蒿(Artemisia desertorum)、黑沙蒿(Artemisia ordosica)、冷蒿(Artemisia frigida), 野宾藜(Atriplex fera)、沙蓬(Agriophyllum squarrosum)、鳞果虫实(Corispermum lepidocarpum)、猪毛菜(Salsola collina)等, 属典型干草原(董光荣等, 1993)。沙珠玉河谷、更尕海、英得海、褡裢海(已干涸)等河、湖滨沿岸(石蒙沂等, 1989), 多发育有流动、半流动沙丘, 比高3~6 m, 最高不超过10 m, 并有众多的沙丘雏形——沙饼或盾形沙丘发育, 比高一般1~2 m。气候、立地条件仅能适合耐旱品种生长。据计算, 本区每年向龙羊峡水库输送风沙89.6万m³, 对本区环境造成严重影响(石蒙沂等, 1989)。附近的沙珠玉乡人口1万, 耕地700 hm², 牲畜20多万头(只)。本区具有易播区14万hm²。

2 材料与方法 2.1 材料

本次模拟飞播试验选择的是沙蒿、柠条(Caragana tangatica)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、芨芨草4个植物种, 它们具有极强的耐旱特征(胡崇礼, 1985), 种子质量情况如表 1。从表 1可见, 千粒质量的排序为:柠条 > 沙棘 > 沙蒿 > 芨芨草, 纯净度的排序同千粒质量, 发芽率的排序为沙蒿 > 柠条 > 沙棘 > 芨芨草。

2.2 方法 2.2.1 种子大粒化处理

对搭配好的种子加入3个含量的吸水剂Ⅰ—7.5 g·kg^-1, Ⅱ—15 g·kg^-1, Ⅲ—20 g·kg^-1, 并分别加入0.5 kg的石膏、粘土、羊板粪进行混合, 作成种球。

2.2.2 种子质量状况及搭配

选择的4种植物种子, 柠条、沙棘具有适宜飞播的千粒质量。芨芨草、沙蒿经大粒化处理后, 增强了在沙质地表的附着稳定性。按表 2比例进行搭配, 每份种子0.65 kg, 每个植物种用种量62.4 kg, 4种物种共计249.6 kg。每个处理样地0.35 hm², 用种量2.6 kg, 单位面积用种量7.4 kg·hm^-2, 达到了飞播用种量的标准要求(王兆凤, 1985)。

2.2.3 整地方式

根据沙丘不同表层部位具有不同水分含量(石蒙沂, 1997)原理, 采用如表 3的整地处理:A为沙丘设置粘土沙障; B为丘间每2 m用犁铧开深×宽为25 cm×30 cm的沟; C在丘间地用铁锹挖出15 cm×15 cm的穴, 株行距1 m ×1 m; D为没有任何整地措施的对照(CK)。A、B、C、D各占地8.4 hm², 每地块0.35 hm², 总占地33.6 hm²。

2.2.4 试验设计

采用复因子4×4×3×2设计, 即4个植物种搭配(表 2), 4个整地处理(表 3), 3个吸水剂含量的种子处理(7.5、15、20 g·kg^-1吸水剂含量拌种), 2个重复(5~8是1~4的重复)。于6—7月雨季, 在每个地块, 按照表 2的搭配方式撒播1种搭配的4份种子, 每份0.65 kg, 每个植物种播种62.4 kg, 96个地块, 共计播种249.6 kg。平均播种量达到7.4 kg·hm^-2, 能使播到沙地上的理论有苗达到如表 4的程度, 符合飞播经济播种量的要求(吴钦孝等, 1980; 中国科学院西北水土保持研究所飞播组, 1982)。10月植物停止生长后, 进行成苗情况随机抽样调查, 对调查结果进行方差分析, 差异显著者再进行LSD检验, 对3个吸水剂含量处理的出苗量进行相关分析(利特尔等, 1983)。

3 结果与分析

出苗量调查结果如表 4。从表中可见, 不整地(对照)在7.5 g·kg^-1和15 g·kg^-1低含量吸水剂处理地块不见一株苗, 在20 g·kg^-1高吸水剂含量的种子处理地块有苗量也很少; 整地处理地块的平均有苗量排序为:沙障整地 > 沟整地 > 穴整地 > 不整地。从不同吸水剂含量处理种子地块的出苗量看, 吸水剂含量高的出苗量高。不同植物种种子搭配的出苗量排序为:4(8) > 1(5) > 3(7) > 2(6)。

3.1 方差分析

对表 4进行方差分析, 结果如表 5。从表 5可见, 种子植物种搭配间的差异极显著, 3个吸水剂含量间的差异不显著, 整地类型间的差异显著, 吸水剂含量和整地类型间的交互作用差异显著。

3.2 整地类型与出苗量的关系分析

采用最小标准差检验法(利特尔等, 1983), 分析整地类型与出苗量的关系(表 6)。从表 6可见, 最好的整地类型是沙障整地和沟整地, 当然整地成本高, 但不整地虽成本低, 却效果很差。LSD检验表明, 整地类型与对照间差异极显著, 排序为:沙障整地 > 穴整地 > 沟整地 > 不整地。

3.3 植物种种子搭配与出苗量间的关系分析

采用最小标准差法, 分析不同种子搭配与成苗量之间的关系, 结果如表 7。表 7表明, 不同种子搭配的出苗量的排序为:4(8) > 1(5) > 3(7) > 2(6)。种子搭配结果与LSD检验和表 4的统计直观结果相一致, 都是每样种子各一份出苗量最高。

3.4 不同植物种的出苗效果

不同植物种的出苗效果如表 8。从表 8中可见, 以沙蒿出苗率最高, 沙棘、柠条、沙蒿、芨芨草4个植物种的平均出苗率分别为6.6%、0.1%、91.2%、1.2%。柠条也是一个非常耐旱的品种, 之所以在这次模拟飞播出苗率低, 是因为柠条种粒大, 种子撒播之后, 不能及时覆土; 而本区沙地鼠、兔活动频繁, 柠条种子是它们喜食的食物; 此外, 连续的晴天, 高温的沙质地表也不利于柠条发芽生长。沙棘虽然排序第2, 但第2年全部消失, 原因是它抵抗不了沙地冬季漫长的干旱寒冷环境; 芨芨草可以安全越冬, 但是出苗率低。本次模拟飞播试验的单位面积出苗量为2 811株·hm^-2, 沙蒿苗占其播种量的91.2%, 沙蒿是本区模拟飞播最理想的植物种。

3.5 吸水剂含量处理种子与出苗量相关分析

根据利特尔等(1983)推荐的方法, 以不同吸水剂含量处理种子为因变量, 以每平方米出苗量为自变量, 进行回归计算, 获得线性方程:

(1)

相关系数:r=0.959 2, 查显著水准表:r_0.05=0.878, r_0.01=0.959, 说明本次模拟飞播试验的吸水剂与每平方米出苗量间存在极紧密相关关系。可以通过加大吸水剂含量处理种子, 提高飞播地的出苗量。

3.6 不同吸水剂含量处理种子与整地类型交互作用的LSD检验

吸水剂含量与整地类型间的交互作用LSD检验结果如表 9。从表中可见, 4(8)每样种子各1份Ⅱ (15 g·kg^-1的吸水剂)与穴整地的交互作用最大, 以7.5 g·kg^-1吸水剂和不整地交互作用最低, 它们之间交互作用的排序为:15 g·kg^-1吸水剂穴整地 > 20 g·kg^-1吸水剂沟整地 > 7.5 g·kg^-1吸水剂沙障整地 > 20 g·kg^-1吸水剂沙障整地 > 15 g·kg^-1吸水剂沟整地 > 20 g·kg^-1吸水剂穴整地 > 15 g·kg^-1吸水剂沙障整地 > 20 g·kg^-1吸水剂不整地 > 7.5 g·kg^-1吸水剂穴整地 > 7.5 g·kg^-1吸水剂沟整地 > 7.5 g·kg^-1吸水剂不整地=15 g·kg^-1吸水剂不整地。它们之间交互作用详情如表 9。

4 小结

在有条件的情况下, 飞播前进行沙障整地或沟、穴整地, 可以提高飞播效果。在飞播种子的植物种搭配上, 以多植物种种子混合效果较好, 最适合本区的飞播种子是沙蒿。在不同吸水剂含量种子处理上, 以高含量效果更好。在飞播时, 结合沙障或沟整地、高含量的吸水剂种子处理、适宜飞播的不同植物种混合撒播等措施同时进行, 能获得最好的飞播效果。本次模拟飞播的植物平均有苗量为2 811株·hm^-2, 其中沙棘苗占6.6%, 柠条占0.1%, 沙蒿91.2%, 芨芨草1.2%。表明沙蒿种子最适宜本区飞播。相关分析结果显示, 随吸水剂含量增加, 每平方米有苗量也随之增加, 也许加大吸水剂含量, 能获得更好的飞播效果, 有待继续补充试验。采取整地措施有利于提高飞播效果, 在飞播前进行人工整地, 可以提高种子与湿土的接触机会, 为飞播种子的萌发创造了更好的条件, 但是大面积整地也提高了飞播成本。沙蒿是理想的飞播植物, 芨芨草是搭配植物, 沙棘、柠条可直播造林。沙蒿、芨芨草都是千粒质量极低的耐旱植物种, 采用超低量飞播是非常经济的。