晉北半干旱風沙區新疆楊晚霜凍害研究

郭 斌，鄭智禮，楊 飛，姚建忠，趙 娟，楊延青

（1.山西省林業科學研究院，山西太原030012；2.山西省桑干河楊樹豐產林實驗局，山西大同037006）

晉北半干旱風沙區位于山西北部，臨毛烏素沙漠的前沿，是暖溫帶落葉闊葉林向溫帶干旱草原的過度地帶，氣候具有降水量少且蒸發量大、氣溫低且晝夜溫差大、風大且頻繁等特點，屬京津風沙源治理工程實施地區[1]。干旱寒冷是該區域的主要氣候特點，凍害是造成樹木存活的一個關鍵因素[2]。樹木在生長和休眠過程中，由于溫度下降到一定程度，使樹木部分凍傷、凍枯或全部凍死，稱之為凍害[3]。楊樹凍害主要有早霜凍害、晚霜凍害以及寒凍害，早霜凍害和晚霜凍害是樹木在生長期發生的凍害，寒凍害是樹木在休眠期發生的凍害[4-5]。

我們于2017年春季采用漏斗狀覆膜抗旱技術鋪設了新疆楊造林試驗，2018年4月4-6日試驗地出現了晚霜凍害，從而為研究新造新疆楊晚霜凍害提供了機會。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究地點位于山西省應縣大黃巍鄉，地處大同盆地南端，經緯度坐標113°3′20″E，39°44′55″N，氣候屬溫帶半干旱草原氣候，四季分明，特點是冬季寒冷干燥，春季多風，夏季高溫少雨，秋季溫度適中，年內溫差和晝夜溫差大。年均氣溫7.5 ℃，≥10 ℃的年積溫2 737.5 ℃，無霜期122 ～130 d，年均降水量414 mm，年平均風速2.0 ～2.8 m/s，6 ～7級的大風天氣較多。試驗地林帶為南北向栽植，林帶平均樹高為12 m。

2018年4月4- 6 日試驗地出現了晚霜凍害，氣溫出現劇烈變化，連續3 d 氣溫降至0 ℃以下。根據凍害出現時間確定調查20180320- 20180420的最高氣溫與最低氣溫，發現在凍害前期，最高氣溫與最低氣溫分別達到了28 ℃和13 ℃，凍害時最高氣溫和最低氣溫最低低至2 ℃和-6 ℃，且持續了3 d，凍害后期最高氣溫和最低氣溫迅速升高至23 ℃和9 ℃（圖1）。

圖1 試驗地點氣溫變化特點

1.2 研究方法

1.2.1調查方法

2017年4月分別以2 m×2 m、3 m×3 m、4 m×4 m、4 m×6 m 4個密度栽植新疆楊，每個密度分別栽植于南北向的林帶中，林帶平均樹高為12 m。2 m×2 m密度小區中，南北方向共有7列新疆楊，測量每列新疆楊距東側林帶與西側林帶的距離，每列隨機調查10株，3次重復；3 m×3 m、4 m×4 m、4 m×6 m南北方向共有5列新疆楊，分別調查靠近東側林帶、靠近西側林帶、林帶中間共3 列新疆楊，每列隨機調查10 株，3 次重復。調查凍傷部位的位置，凍傷部位朝向，凍傷部位橫向長度、凍傷部位處樹體周長，凍害后從根部重新萌出的株數，凍害后整株未受影響的株數，凍害后死亡的株數。

1.2.2 數據分析

統計從根部重新萌發的株數（根萌）、未受凍害影響的株數（活）、已經死亡的株數（死）各級植株的數量，計算保存率和凍害程度，利用spss22.0 進行方差分析，多重比較采用LSD 法，相同字母表示差異不顯著，不同字母表示差異顯著（P＜0.05）。

保存率=（根萌株數+ 未受凍害影響株數）÷（根萌株數+ 未受凍害影響株數+ 死亡株數）×100%

凍害程度=凍傷部位橫向長度÷凍傷部位樹體周長×100%

2 結果與分析

2.1 新造新疆楊凍傷發生部位規律

調查發現，新疆楊凍傷位于樹干基部距地面2 cm 處，朝向有西、南、西南共3 種。不同朝向凍傷的新疆楊占比情況差異顯著（表1），凍傷為西南方向的占72.8%，凍傷為西方向的占16.3%，凍傷為南方向的占10.9%。不同朝向凍傷的新疆楊凍害程度差異不顯著，凍害程度范圍為20.9% ～21.3%。進一步調查發現不同存活狀態的新疆楊占比情況差異顯著(表2)，整株未受影響的株數為42.6%，凍害后重新萌出的為30.4%，死亡的為27%，不同存活狀態的凍害程度差異顯著，凍害程度范圍為20.6%～100%。

表1 不同朝向凍傷的新疆楊凍害特征

表2 不同存活狀態的新疆楊凍害特征

2.2 不同位置新造新疆楊凍害特點

調查林帶內2 m×2 m密度新疆楊的生長情況，結果發現不同位置新疆楊的凍害程度和保存率差異顯著（表3）。凍害程度呈現中間低兩邊高的趨勢，保存率呈現中間高兩邊低的趨勢。第4列(中間列)凍害程度最低為7.1%，并且保存率最高為100%。未受凍害影響株數（活）呈現中間高兩邊低趨勢，根萌和死亡株數呈現中間低兩邊高趨勢。同時第1 列未受凍害影響株數和保存率都低于第7列。以上研究說明新疆楊凍害受損程度總體趨勢為靠近東側林帶的新疆楊＞靠近西側林帶的新疆楊＞中間位置的新疆楊，進一步調查中間位置的新疆楊（第3、4、5 列）發現，距東、西側林帶的距離都達到了8 m以上，平均保存率達到了96.7%。

表3 林帶中不同位置新疆楊凍害特征

2.3 不同密度新造新疆楊凍害特點

4個密度的新疆楊凍害程度和保存率差異顯著（表4），2 m×2 m 凍害程度最低為9.5%，保存率最高為91.1%；4 個密度的新疆楊凍害后存活情況差異顯著，2 m×2 m存活情況最好，整株未受凍害影響的株數為63株，死亡的為8株，4 m×6 m存活情況最差，整株未受凍害影響的株數為35株，死亡的為23 株。結果表明2m × 2m 密度遭受凍害的危害情況最輕，4 m×6 m密度凍害受損情況最重。

表4 不同密度新疆楊凍害特征

3 討論

研究發現在樹木萌動期，氣溫劇烈變化會導致楊樹樹干的溫度發生劇烈變化，極易造成凍害[6-8]。本研究發現，72.8%凍傷位于樹干基部距地表2 cm的西南方向處。這主要是由于陽光和地面熱輻射使樹木西南面近地表組織溫度升高，西南方向形成層細胞提前活躍，劇烈的氣溫變化后，西南方向的局部組織最容易受到凍害[9-10]，形成了楊樹凍裂傷害。根據楊樹凍傷易發生于樹干基部距地表2 cm的西南方向處這一特點，在營造林時可在樹木基部堆土，有效防治凍害發生。

本研究采用漏斗狀覆膜抗旱技術進行造林，2 m×2 m單位面積內的覆膜面積是最大的，土壤蓄水保墑的效果最好，因此2 m×2 m的生長勢和樹勢最強。2018年晚霜凍害結果發現，4個密度的新疆楊受凍害程度差異顯著，2 m×2 m密度的新疆楊凍害受損程度最低且保存率最高，2 m×2 m密度的新疆楊抗凍性最好，分析其原因2 m×2 m密度的新疆楊樹勢最強，說明林帶內樹勢強的新造新疆楊具有較強的抗凍性。

本研究發現林帶中不同位置的新疆楊抗凍性呈現中間強兩邊弱的趨勢且西側位置新疆楊抗凍性強于東側。這主要是由于東西兩側林帶與林帶中新疆楊勢必會爭奪水分，靠近兩側林帶新疆楊受到的影響最大，導致靠近兩側林帶新疆楊樹勢低于中間位置的新疆楊，進一步導致靠近兩側林帶新疆楊的抗凍性低于中間位置的新疆楊。同時發現靠近西側林帶的新疆楊抗凍性大于東側林帶的新疆楊，原因是東側林帶新疆楊不僅受林帶-新疆楊間水分競爭造成的水分虧缺[11]，還受林帶樹木遮蔭的影響[12]，兩個因素疊加造成了東側林帶新疆楊的抗凍性最差。本試驗地林帶平均樹高為12 m，進一步統計中間位置的新疆楊（第3～5 列）距東西側林帶都達到了8 m以上，且平均保存率可達96.7%，其余位置的新疆楊保存率都低于90%，因此建議在晉北半干旱風沙區林帶中營造新疆楊林，樹高12 m左右的林帶內，距林帶8 m以上更適宜新造林。

4 結論與建議

1）晚霜凍害造成新造新疆楊樹干基部距地面約2 cm處產生大小不等的韌皮部壞死斑，70%以上的壞死斑朝向為西南方向。

2）林帶內樹勢強的新造新疆楊具有較強的抗凍性。

3）樹高12 m左右的林帶內，距林帶8 m以上更適宜新造林。

4）建議在新造新疆楊樹干基部堆土，可有效降低晚霜凍害的發生。