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求索回眸(2):沙棘固氮是“贵人”

已有 543 次阅读 2020-2-16 10:35 |个人分类:科研感悟|系统分类:科研笔记|关键词:学者| 沙棘


 沙棘之所以是“贵人”,是因为以沙棘为邻居的侧柏杨树,遇“贵人”相助,都生长飞速。

 “贵人”之所以“贵”,是因为“贵人”具有一项功能强大的特殊本领:能“点石成金”。

 沙棘能将空气中普通植物不能利用的含量高达78%的氮气,变成植物能利用的化合态氮,能把“氮肥厂”建在沙棘根系上的根瘤中,使根系周围土壤氮素不断增加,土壤肥力不断提高。

“贵人”之所以“贵”,还在于“贵人”愿意分享,愿意将自己与弗兰克放线菌合作从空气中获得的珍贵氮素分给自己的邻居,将邻居从缺氮饥饿中解救出来,让邻居与自己有福同享。

 在1991-1995年,我参加了由陕西省林业科学研究所罗伟祥研究员主持的“三北防护林”工程项目:“黄土高原渭北生态经济型防护林体系建设模式研究”,主要承担人工林对土壤肥力的影响研究。其中,沙棘对土壤肥力的影响及沙棘与侧柏混交后沙棘对侧柏生长的影响之大使我至今不能忘记。

 虽然时间已过去将近三十年了,我觉得有必要重新介绍一下这个结果,以及沙棘对相邻树木的促生现象,以引起相关研究者注意。若能在“三北防护林”第五期推广应用这一结果,将会大幅度加快人工林的生长速度,增强防护林的生态功能,提高材积产量,产生显著的经济效益和社会财富。

 沙棘有固氮作用,造林时与侧柏混交,对侧柏的促生效应十分显著。


     从上面的照片看出,纯林侧柏,叶片颜色较黄,树体矮小,表现出明显的生长不良。当侧柏与沙棘按1行侧柏配1行沙棘的形式造林时,侧柏生长非常好,树体高大,叶色浓绿。

    经过专业测定,在梁顶坡地上造林时,8年生混交林侧柏较纯林侧柏的树高增加25.9%,胸径增加85.6%,冠幅增加18.1%,混交林侧柏的单株材积量为纯林侧柏的4.3倍。

    沟坡上部台地上,水分条件等比梁顶坡地优越,沙棘-侧柏混交引起的沙棘对侧柏的促生效应更为显著。混交林侧柏与纯林侧柏相比,树高增加58.9%,胸径增加250.8%,冠幅增加61.8%;混交林侧柏的单株材积量为纯林侧柏的10倍。在其他立地条件下,都呈现出类似结果[1]

 请特别注意:混交侧柏单株材积量的增加是“巨大”的。

    之所以巨大,是因为混交林侧柏较纯林对照侧柏的材积量增加是以“倍”为单位的:

    4.3-10倍。

    无独有偶,在写这篇博文时,我查阅文献发现,当沙棘与杨树混交造林时,也有类似效应。李铁军等研究发现,杨树与沙棘混交造林时,在缓坡地上,27年林龄的混交林小叶杨的胸径为纯林小叶杨的2.2倍树高为2倍;在河滩地上,11年林龄的混交北京杨的胸径为纯林北京杨的1.6倍,树高为1.3倍[2]

    “三北防护林工程”是中国在三北地区(西北、华北和东北)建设的大型人工林业生态工程,是世界上最大的人工防护林工程。中国政府为改善生态环境,于1979年把该工程列为国家经济建设重要项目,工程规划期限为70年,分7期进行,现已经启动第5期。

    在“三北防护林”分布区,自然环境恶劣,土壤养分贫瘠,其中,氮素严重缺乏是限制人工林生长的瓶颈。人工施肥成本高,难以在生产上大面积推广应用。

    如果能找到低成本的提高土壤肥力的生物学方法,将对“三北防护林”建设产生重大影响。若能使人工林生长好,生长快,不仅生态效应更强,而且材积量更大,经济效益更显著。

    在30年前,我们发现,非豆科木本植物沙棘对土壤肥力有显著提高作用。在陕西永寿县霍沟村马莲滩的黄土母质土壤上,5年生沙棘人工纯林,与侧柏混交的人工沙棘林,可使0-80cm土层内有机质贮存量分别较无林地增加42.0%41.1%;全氮贮量分别较无林地增加61.2%155.3%;速效氮贮量分别较无林地增加109.7%95.2%[3,4]

    之所以能大幅度增加土壤有机质,是因为沙棘每年都有大量凋落物回归土壤,经土壤微生物的腐解作用转变为土壤有机质。沙棘能大幅度提高土壤氮素含量,源自沙棘的特殊功能。

    沙棘为非豆科木本植物,能与弗兰克放线菌联合固氮。弗兰克放线菌能侵染沙棘根系,在根系内形成类似于豆科植物才有的共生固氮结构:根瘤。即沙棘也能形成类似于豆科植物的根瘤,能将空气的氮气转化为沙棘体内的化合态氮,供沙棘生长。

    沙棘凋落物回归土壤后,就将这些氮素保留在土壤中,使土壤氮素不断增加,氮素贮量大幅度提高。沙棘与弗兰克放线菌共生固氮能力很强,已有大量研究报道。

    在人工侧柏纯林中,由于土壤氮素严重缺乏,侧柏生长差。当侧柏与沙棘混交造林时,沙棘将固定的氮素分享给沙棘周围的侧柏。获得较充足氮素供应的侧柏,生长茂盛,树高、冠幅、胸径和单株材积量大幅度增加。沙棘与侧柏之间的其他相互作用,肯定存在,但当年并未涉及。

    纯林侧柏叶片色黄,混交林侧柏叶片浓绿。经测定,混交林侧柏叶片中,叶绿素ab含量分别较纯林叶片提高32.1%38.5%,氮、磷含量分别增加41.9%41.0%[1]

    上述现象及研究结果给我们的重要启示:

    在营造人工林时,将沙棘与侧柏或杨树按1:1或其他比例混合配置,沙棘固定的氮素就可以解决侧柏或杨树的缺氮问题,大幅度提高侧柏或杨树的生长速度,增加材积量。另外,沙棘油具有重要的保健和医疗价值,已有大量研究。即栽种沙棘的生态效益及经济效益均十分显著。

    沙棘与其他树种混交林技术如果能在“三北防护林”第5期及后续的建设中采用,其经济及生态意义将是巨大的。

 沙棘真是个“贵人”。

    侧柏遇见沙棘,侧柏生长大幅度加快;杨树遇上沙棘,杨树生长也大幅度加速。

    只要在缺氮的土壤上,估计不论“谁”遇上“贵人”沙棘,生长都会加快!


   “安得广厦千万间,大屁天下寒士俱欢颜。”这是杜甫的心愿。

     但愿土壤氮素足,所有林木俱欢颜,郁郁葱葱,绿色茂盛。造林人亦有这个心愿。

 沙棘虽然不能使“所有林木俱欢颜”,但能使它的邻居“俱欢颜”!

 希望从事林业科学研究及应用的专家能够重视沙棘!

 沙棘一定不辜负众望,一定会给关注沙棘者带来好运!

 

参考文献

1.宋西德,罗伟祥,侯林.沙棘、侧柏混交林效益及种间关系研究.86-91

2.李铁军,李晓华.沙棘促进杨树生长机制的研究.沙棘.1997,19(4):18-21

3.薛泉宏,李瑞雪,冯立孝,冯浩.黄土高原沙棘人工林对土壤有机质及含氮量的影响.160-164

4.薛泉宏,李瑞雪,冯立孝,冯浩.黄土高原沙棘、侧柏及刺槐、侧柏人工混交林土壤肥力及混交效应.92-97

注:1、3及4均来自《黄土高原渭北生态经济型防护林体系建设模式研究》.中国林业出版社,1995

 

 




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3 杨卫东 杨正瓴 何斐

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