汪 荣，王小鸽，赵兰君，苏少峰，李卫忠*

(1.青海省森林病虫害防治检疫总站，西宁 810008；2.杨凌职业技术学院；3.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌 712100)

毛乌素沙地是中国西北干旱地区四大沙地之一，也是我国荒漠化严重地区[1]，位于干草原向荒漠化草原过渡过渡带[2]，在该地区科学合理的造林绿化和植被治理恢复，既可以防止土地进一步退化，也有利于改善生态和生活环境。我国是世界上人工林面积最大的国家，包括混交技术在内的人工林栽植技术研究起步较早、涉及的区域及立地条件类型多，也取得了许多重要成果[3-5]。研究发现人工纯林容易导致林地养分衰退、土壤理化性质恶化等问题[6-10]。另外，人工纯林衰退早、生产力低、生物多样性小、群落稳定性差、病虫害易于发生和传播扩散等问题[11-13]不容忽视。叶竹林等研究发现，樟子松与紫穗槐混交造林的效果显著优于纯林，混交造林不仅可以抑制虫害、促进樟子松的存活与生长，还可以改善土壤的理化性质、改善林地环境的适宜性，使物种丰富度随之提高[14]。于雷等还发现，泥质海岸盐碱地绒毛白蜡与紫穗槐混交造林后，绒毛白蜡树木生长情况好于纯林[15]。有关纯林与混交林光合参数方面的比较研究鲜有报道。

长柄扁桃是榆林沙区优良珍贵乡土树种，天然生长在固定、半固定沙丘，是防风固沙、保持水土的优良树种，适于营造防护林，具有药用、油用等多种经济价值[16-19]，在毛乌素沙地栽植具有重要的生态意义与经济意义。紫穗槐为多年生豆科丛生小灌木，喜光、耐寒、耐旱、耐湿、耐盐碱、耐沙压、抗逆性极强，也是一种毛乌素沙南缘沙地营造水土保持林和薪炭林的主要灌木[20]，但长柄扁桃—紫穗槐混交林造林效果未见报道。因此，为了给这两种优良树种的混交造林技术提供依据，我们进行了长柄扁桃—紫穗槐混交林光合参数和林地土壤水分含量比较研究。

1 研究区概况

研究区位于陕西省榆林地区和内蒙古自治区鄂尔多斯市之间的神木县，海拔多为1 100～1 300 m。沙区年均温6.0～8.5 ℃，1月均温-9.5～12 ℃，7月均温22～24 ℃，年降水量250～440 mm，主要集中于7-9月，占全年降水量的60%～75%，尤以8月为多。降水年际变率大，多雨年为少雨年2～4倍，常发生旱灾和涝灾，且旱多于涝。研究区主要为固定沙地和半固定沙地，局部分布有流动沙丘，土壤属于风沙土，土壤质地为砂壤土，通气透水性良好，水分少、比热小，吸热快，土性热潮，但缺乏粘粒，渗水快，保水能力差，土质松散，风蚀较为普遍，肥力低，有机质、氮、磷、钾含量低。研究区植被灌木以沙蒿为主，间有长柄扁桃、花棒、踏郎、沙柳、紫穗槐等，臭柏成块状分布。主要草本有沙竹、沙蓬、沙米、牛心扑子、沙打旺等。

2 试验设计与方法

2.1 试验设计

分别在长柄扁桃纯林、长柄扁桃与紫穗槐混交林中各选取1个样地，样地面积为15 m×20 m。所选林分均为中龄林，其中长柄扁桃纯林(对照，CK)株行距为2 m×2 m,长柄扁桃—紫穗槐混交林(S)不同种株数比例为1∶1,隔行混交，株行距为2 m×2 m。在2个样地中分别选择3株长势中等的健康树作为样株，在每个样株上同方位、同高度选择有代表性的3片健康叶进行气体交换参数测定，同时在所选9片叶中随机选取1片，进行光响应曲线测定。

在每个样地的样株周围采土样，每个样地采用“S”形取样法选取5个采样点，用环刀采集0～10 cm和10～20 cm土层土样，不同样点混合带回实验室测定土壤含水量。

2.2 测定项目及方法

2.2.1 气体交换参数及光响应曲线的测定 在长柄扁桃生长季、无风或微风的晴天进行。利用Li-6400便携式光合测定系统，选择红蓝光源叶室，光合有效辐射分别设置为1 500 μmol·m-2·s-1和2 000 μmol·m-2·s-1，记录净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、大气CO2浓度(Ca)、和蒸腾速率(Tr)等参数，并计算气孔限制值(Ls)，公式如下：

Ls=1-Ci/Ca

光响应曲线测定与气体交换参数测定同步进行，设置的光合有效辐射梯度为2 400、2 200、2 000、1 700、1 400、1 200、1 000、800、600、400、200、100、50、0 μmol·m-2·s-1。采用Ye 等[21-22]提出的修正直角双曲线模型对光响应曲线进行拟合，模拟公式如下：

式中：Pn为净光合速率；I为光合有效辐射(μmol·m-2·s-1)；α为表观量子效率；Rd为暗呼吸速率(μmol·m-2·s-1)；β为光抑制项；γ为光饱和项。

2.2.2 土壤水分含量的测定 烘干法测定[23]。

2.3 数据处理

采用PASW Statistics 18进行数据处理与分析，采用Microsoft Office Excel 2007绘图。

3 结果与分析

3.1 混交对气体交换参数的影响

由表1可以看出，在光合有效辐射相同的条件下，S的Pn、Gs、Ci和Tr均显著高于CK，Ls显著低于CK。说明同等光照条件下，混交造林使得长柄扁桃的光合能力更强，有利于植物的生长。对于CK,与光合有效辐射为1 500 μmol·m-2·s-1的情况相比，当光合有效辐射设置为2 000 μmol·m-2·s-1时，其Pn和Gs无显著变化，但Ci和Tr显著提高，Ls显著降低。对于S,与光合有效辐射为1 500 μmol·m-2·s-1的情况相比，当光合有效辐射设置为2 000 μmol·m-2·s-1时，其Gs、Ci和Ls均无显著变化，Pn与Tr显著提高。说明混交造林后，长柄扁桃的光合能力较为稳定。

表1 不同造林模式下长柄扁桃气体交换参数

注:同一指标下不同小写字母表示差异显著。

3.2 混交对光响应曲线的影响

2种不同造林模式下的光响应曲线变化趋势大致相同(图1)。光合有效辐射从0增加到200 μmol·m-2·s-1时，CK与S的Pn均迅速增加，之后增长趋势变得相对缓慢，当光合有效辐射大于800 μmol·m-2·s-1时，Pn开始趋于平稳。

图1 不同造林模式下长柄扁桃光响应曲线

利用修正直角双曲线模型对2种造林模式下长柄扁桃的光响应曲线进行拟合，拟合结果表明S优于CK(表2)。从最大净光合速率(Pmax)可以看出，S的Pmax比CK高23.55%。2种造林模式的光补偿点(Ic)和光饱和点(Im)表现为S显著高于CK，说明S对强光的适应性比CK强。不同造林模式下长柄扁桃在弱光条件下的表观量子效率(α)大小顺序为S低于CK。模拟的暗呼吸速率(Rd)大小顺序为S高于CK。

3.3 混交对土壤含水量的影响

对土壤水分含量进行测定后，得出结果如图2。可以明显看出，土层深度为0～10 cm和10～20 cm时，S的土壤含水量均显著高于CK。土层深度为0～10 cm时，S的土壤含水量比CK高7.83%；土层深度为10～20 cm时，S的土壤含水量比CK高8.89%。可见混交造林可减少土壤水分的流失，使土壤含水量更高，起到保持水土的作用。同一造林模式下，随着土壤深度的增加，土壤含水量均有所增加，但S的土壤含水量增加的的百分比更高。说明混交造林改善了土壤的含水量。

表2 不同造林模式下长柄扁桃光响应曲线模拟参数

图2 不同造林模式下长柄扁桃林土壤水分含量

4 结论与讨论

本研究的结果表明，长柄扁桃与紫穗槐混交可以增强光合能力，提升强光照下植物光合能力的稳定性。同时混交造林对于土壤含水量有明显的改善作用，这对于毛乌素沙地生态环境有着积极的影响。基于以上研究，可以明显看出混交造林效果显著优于纯林，这与董敏慧、李孟玉和陈凯等人[24-26]的研究结果相似。对其原因进行归纳，可能包括以下几个方面。

(1)物种多样性以及植被盖度和生产力的提高不仅增强了群落的稳定性，同时加速了枯落物及沙结皮和苔藓层的形成，从而提高了长柄扁桃林的生态适应性。另一方面，林地环境条件的改善使得长柄扁桃适宜性增强，林内物种丰富度也相应提高。一般来说，生活在同一群落中的各个物种是通过长期历史发展和自然选择而保存下来的，它们彼此之间的相互作用不仅有利于各自的生存和繁殖，而且有利于保持群落的稳定性[27]。

(2)紫穗槐的根、干、皮、叶及果实中均含对某些昆虫具有毒杀作用的化学成分[28]。根据叶竹林等[14]的研究，混交紫穗槐可以明显抑制虫害，提高造林保存率和林木生长量。而关于紫穗槐混交对于长柄扁桃林的抗虫害效用有待进一步研究。

(3)长柄扁桃属于耐旱性树种，具有发达的根系，可吸收利用土壤深层的水分和养分；紫穗槐根系分布较浅，可吸收利用土壤浅层的水分和养分。二者混交能够更加充分利用土壤水分，避免了因沙地水分不足而导致植物存活困难的现象。