鄭娜++司劍華++喬建華

摘要：為了提高青楊在高海拔凍土層地區(qū)的生長量，采用陶瓷太陽能集熱技術(shù)人工增加土壤溫度，研究不同土壤溫度對青楊生長的影響。分別設置2.0、3.0、4.0、5.0 ℃增溫梯度，對4個處理組青楊根系處的土壤進行增溫處理，測定青楊新生枝粗度、新生枝長度、胸徑、樹高，對比得出適宜青楊生長的土壤增溫范圍。結(jié)果表明：土壤增溫4.0 ℃時，青楊的新生枝粗度增長量、新生枝長度增長量、胸徑增長率均達到最大，分別為14.56 mm、22.91 mm、38.83%；增溫3.0 ℃時，青楊樹高增長率達到最大值，為25.79%；青楊根系基本土壤溫度增加3.0～4.0 ℃時，最有利于青楊的生長。

關鍵詞：高寒凍土層；土壤溫度；青楊；生長量

中圖分類號： S792.113.05文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0234-04

青海省天峻縣地處青藏高原東北端的祁連山中段南部地區(qū)，全縣最高海拔5 826 m，最低海拔2 850 m，縣城新源鎮(zhèn)試驗地海拔3 406 m，氣候寒冷，全年無絕對無霜期。近50年內(nèi)，天峻縣的年均氣溫呈上升趨勢，最高值為1 ℃[1]；天峻縣屬大陸性高原氣候，寒長暑短，四季不分明，日溫差大，多風少雨，蒸發(fā)量大。天峻縣年均大風天數(shù)為97 d，年均沙塵暴天數(shù)為5.4 d，年均降水量344.7 mm，縣內(nèi)東部海拔4 000 m以上地區(qū)，年降水量一般在400～500 mm，縣境內(nèi)絕大多數(shù)地區(qū)年降水量都在300 mm左右[2]。

青楊（Populus cathayana）屬楊柳科楊屬，落葉喬木，在青海省的分布范圍十分廣泛，具有較強的抗旱性、抗寒性和耐瘠薄能力，屬于造林速生樹種。青楊干形通直，樹冠為闊卵形，是十分理想的城市綠化樹種[3]。青海省大部分地區(qū)高寒、高旱，適宜生長的樹種較少，再加上大氣溫度低，土壤凍土層深度較厚，不利于樹種根系的生長，因此，土壤溫度成了制約樹木成活率的主要因素。凍土層深厚使得土壤溫度和大氣溫度無法共同促進青楊的生長發(fā)育。喬木樹種在大氣溫度為5～10 ℃下開始生長，在25～30 ℃下生長最快，而天峻縣的年平均氣溫最高不過1 ℃左右，嚴重阻礙青楊的生長；并且凍土時間長、凍土層深厚使青楊在“三江源”地區(qū)扎根不深，生長極其困難[4-5]。除此之外，春季大氣溫度開始回升，青楊地上部分開始發(fā)芽生長，但天峻縣春季大風日較多，青楊地上部分水分的蒸發(fā)量增大，凍土層深厚使得根系處的土壤溫度較低，回升速度緩慢，使得青楊根系無法進行水分吸收，致使青楊失水死亡；根系處土壤溫度過低也使得青楊全年的生長量減小，青楊的木質(zhì)化程度降低，從而導致青楊在天峻縣高寒凍土層上的成活率較低。

本試驗首次在高寒凍土層地區(qū)采用陶瓷太陽能集熱技術(shù)，利用集熱板吸收陽光的熱量，以金屬導熱材料傳導熱量，用土壤作為儲能介質(zhì)，構(gòu)成增溫保溫集成系統(tǒng)，其特點是低成本、無污染，配套設備一次投入，可多年連續(xù)使用；在低溫環(huán)境下可形成大片區(qū)域的適溫微環(huán)境，保障樹木順利越冬、快速生長。以青海的鄉(xiāng)土樹種青楊為研究對象，通過測定不同土壤溫度條件下青楊的生長情況，探究出適宜青楊生長的土壤增溫范圍，以期提高天峻縣的城鄉(xiāng)綠化樹種成活率和存活率，為高寒凍土層地區(qū)造林技術(shù)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗區(qū)位于距新源鎮(zhèn)25 km處，地勢平坦，交通便利，海拔3 400 m，年均降水量為300 mm；試驗地土質(zhì)為沙質(zhì)壤土，pH值在8.4左右，土壤含水量較高。

1.2試驗材料

青楊植株：5年生樹況接近、無病蟲害的青楊，株行距1.0 m ×1.0 m。

增溫設施：青海萬通新能源技術(shù)開發(fā)股份有限公司提供的陶瓷太陽能集熱系統(tǒng)。

實驗儀器：60 cm土壤探針溫度計，游標卡尺，米尺，線繩，塔尺，圍尺。

1.3試驗設計

在試驗區(qū)設定4個不同的土壤增溫處理區(qū)域，分別增溫2.0、3.0、4.0、5.0 ℃（誤差±0.1 ℃），用S1、S2、S3、S4標記，設立對照組，用CK標記；確保青楊生長期內(nèi)每個區(qū)域的撫育管理一致，每個區(qū)域中隨機選定10株青楊（編號為1～10號），每月定期測定每株青楊的新生枝粗度、新生枝長度、樹高和胸徑的增長量。

1.4指標測定

在2014年6—10月的每月1日，對不同土壤增溫處理組中選定的每株青楊進行生長量的測定。利用游標卡尺測定新生枝粗度的變化；利用線繩和米尺測量新生枝長度的變化；利用塔尺測量樹高；利用圍尺在樹高1.3 m處測量胸徑，并記錄數(shù)據(jù)。

1.5數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)初步處理，計算青楊各個生長量的增長率，利用SAS 9.1統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析，采用Duncans新復極差法進行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1不同土壤增溫處理對青楊新生枝的影響

2.1.1不同土壤增溫處理對青楊新生枝條數(shù)的影響于9月1日測定5個試驗區(qū)內(nèi)青楊標記株的新生枝條數(shù)，然后對青楊新生枝條數(shù)變化量的平均值進行對比、分析（表1）。

由表1分析可知，不同土壤增溫處理組新生枝條平均數(shù)都多于對照組，S2處理組新生枝條平均數(shù)達到最大值11.0，依次為S2> S3> S1> S4> CK，由此可見，土壤增溫處理確實有利于促進青楊發(fā)出新生枝條；每個處理組中，青楊的新生枝條個數(shù)差異較大，造成組間差異不顯著。

2.1.2同土壤增溫處理對青楊新生枝粗度的影響每株青楊上標記3個枝條，于每月1日測定5個試驗區(qū)內(nèi)每株青楊新生枝的粗度，粗度測量的位置為同一新生枝基部3 cm處，然后對青楊新生枝粗度變化量的平均值進行對比、分析（表2）。

由表2分析可知，每個月份不同土壤增溫處理下新生枝粗度的增長量都高于對照組，并且每個月份S3處理下新生枝粗度的增長量都高于其他處理組，依次為：S3>S2>S4>S1>CK；所有處理組當中，新生枝粗度的增長量從6月份到7月份呈現(xiàn)上升趨勢，并在7月份達到最大值，7月份到9月份呈現(xiàn)下降趨勢，這是由于天峻縣大氣溫度在7、8月份達到最大值，土壤增溫處理和大氣溫度共同促進了青楊的生長發(fā)育；從總增長量上來看，4個不同增溫處理下新生枝粗度的增長量都顯著高于對照組（P<0.05），S3處理下新生枝粗度顯著高于S2和S4（P<0.05），達到14.56%，S2和S4處理下新生枝粗度差異不顯著，但顯著高于S1（P<0.05）。由此可見，土壤增溫4 ℃時，最有利于青楊新生枝粗度的增長。

2.1.3不同土壤增溫處理對青楊新生枝長度的影響每株青楊上標記3個枝條，于每月1日測定5個試驗區(qū)內(nèi)青楊新生枝長度，利用線繩測量出青楊新生枝的長度，然后在用米尺量出線繩的長度，得出青楊新生枝的長度，計算得出平均值，然后對青楊新生枝長度變化量的平均值進行對比、分析（表3）。

由表3分析可知，土壤增溫對青楊新生枝長度的增長影響十分明顯，不同土壤增溫處理組新生枝的總長度均比對照組有顯著提高。所有處理組當中，新生枝長度的增長量在7月份達到最大值。從總增長量上來看，4個不同增溫處理下新生枝長度的增長量都顯著高于對照組（P<0.05），S2、S3處理下新生枝長度顯著高于S1和S4（P<0.05），S2和S3、S1和S4處理下新生枝長度差異均不顯著。由此可見，土壤增溫3 ℃或4 ℃時，最有利于青楊新生枝長度的增長。

2.2不同土壤增溫處理對青楊樹高的影響

在5個試驗區(qū)中，于6月、9月分別對每個試驗區(qū)中選定的青楊樹高進行測量，利用塔尺測量樹高，計算出每個區(qū)域內(nèi)樹高的平均值（表4）。

2.3不同土壤增溫處理對青楊胸徑的影響

在5個試驗區(qū)中，對每個試驗區(qū)中的每株青楊胸徑進行由表6可見，S3處理中平均胸徑均大于其他處理組，為4.29 cm，平均胸徑依次為S3>S2>S1>S4>CK。不同土壤增溫處理組的青楊胸徑均顯著高于對照組（P<005）；S2、S3處理組胸徑顯著高于S1（P<0.05），但S2、S3間差異性不顯著；S1處理組胸徑顯著高于S4（P<0.05）。由此可見，土壤增溫3 ℃或4 ℃時，青楊胸徑增長最為明顯。

由表7可見，各個不同土壤增溫處理組青楊胸徑增長率均顯著高于對照組（P<0.05）；S2、S3處理中青楊胸徑生長量較為明顯，6月到9月青楊平均胸徑分別增加了1.14、1.20 cm， 其增長率顯著大于其他3個試驗區(qū)域（P<0.05），增長率分別為37.13%、38.83%，兩者之間差異不顯著；S1處理組青楊的胸徑的增長率顯著高于S4，增長率分別為3168%、2733%；在對照組中青楊胸徑生長最緩慢，平均增長0.70 cm，增長率為23.26%。由此可見，土壤增溫3 ℃或4 ℃時，青楊胸徑增長率達到最大值。

3結(jié)論與討論

3.1結(jié)論

（1）青楊根系處的土壤經(jīng)過不同程度的增溫處理后，青楊的新生枝粗度、新生枝長度、樹高、胸徑各項生長指標相對于對照組均有明顯的提高。

（2）不同土壤增溫處理對青楊新生枝影響的研究表明：土壤增溫4 ℃時，最有利于青楊新生枝粗度的增長，總增長量達到14.56 mm，優(yōu)于增溫3 ℃、增溫5 ℃和增溫2 ℃的處理，更優(yōu)于對照組的處理，比對照組總增長量高出5.28 mm；土壤增溫4 ℃或3 ℃時最有利于青楊新生枝長度的增長，分別達到22.91、22.64 mm，優(yōu)于增溫2 ℃和增溫5 ℃的處理，更優(yōu)于對照組的處理，比對照組總增長量高出5.44 mm。

（3）不同土壤增溫處理對青楊樹高影響的研究表明：土壤增溫3 ℃或4 ℃時最有利于青楊樹高的增長，增長率分別達到25.79%、24.55%，優(yōu)于增溫5 ℃和增溫2 ℃的處理，更優(yōu)于對照組的處理，增長率比對照組增長率高出5.53%。

（4）不同土壤增溫處理對青楊胸徑影響的研究表明：土壤增溫4 ℃或3 ℃時最有利于青楊胸徑的增長，增長率分別達到38.83%、37.13%，優(yōu)于增溫2 ℃和增溫5 ℃的處理，更優(yōu)于對照組的處理，增長率比對照組增長率高出15.57、1387百分點。

（5）綜合各項指標，土壤增溫4 ℃時最有利于青楊的生長；且在大氣溫度最高的7月、8月，土壤增溫和大氣溫度相結(jié)合，使得青楊各項生長指標的增長量達到最大值。

3.2討論

影響青楊生長量的主要因素包括氣候、生境、土壤等方面[6-8]。光、熱、水、肥4個土壤生態(tài)因子對青楊生長的影響程度亦有差異，各生態(tài)因子對青楊生長的影響程度依次為土壤水分、土壤肥力、光照、天然降水、熱量。土壤溫度對青楊的宏觀生長量有著顯著的影響，但其作用機制以及對生殖生長的影響還需要進一步研究[9]。

自然條件下植物根系和地上部分所處的環(huán)境溫度不同，根系部分溫度也有一定的差異[10]。當大氣溫度達到一定范圍時，開始影響地上部分發(fā)芽生長，而土壤溫度卻還未達到促進根系生長、代謝的溫度范圍，這就會使得植株發(fā)生“干梢”現(xiàn)象，從而引起植株的死亡，難以提高林木的成活率[11]，這也是凍土層造林成活率低的主要原因。Walker研究表明，土壤溫度變化1 ℃就能引起植物生長發(fā)生明顯的變化[12]。范愛武等的研究也表明，土壤溫度可以通過多種不同的機制影響植物地上部分的生長[13]。因此植物的生長發(fā)育可能對土壤溫度更加敏感[14-19]。

本試驗通過對5個處理組所栽植的青楊的新生枝粗度、新生枝長度、樹高和胸徑進行測量，然后求各個生長量的平均值，通過對青楊生長量的分析，得出不同溫度對青楊生長的影響；由于試驗區(qū)的自然氣候原因，試驗地區(qū)的地理環(huán)境原因和一些儀器中的系統(tǒng)誤差，使得本次試驗數(shù)據(jù)具有一定的誤差。

近年來，隨著水土流失和土地荒漠化程度的加劇，植樹造林越來越受到社會各級的關注，同時育苗、造林技術(shù)的研究也逐漸向著科學化、具體化、專業(yè)化的方向發(fā)展。土壤溫度和大氣溫度對植物的生理生態(tài)效應已經(jīng)受到普遍的重視，但是對于植物生長的影響還缺乏專業(yè)性的研究。因此土壤溫度和大氣溫度對于植物生長影響更細、更深的研究將成為未來一段時間人們研究的熱點和重點。

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