若爾蓋高寒流動沙地恢復治理試驗初報

唐明坤，李 順，孫治宇，趙 杰，詠 秀，索朗奪爾基，張 強，劉少英

(1.四川省林業(yè)科學研究院，成都 610066;2.四川省若爾蓋濕地國家級自然保護區(qū)管理局，若爾蓋 624500;3.四川大學生命科學學院生物資源與生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，成都 610064;4.廣元市林業(yè)和園林管理局，廣元 628000)

四川若爾蓋高寒濕地位于黃河上游、青藏高原東北部，是世界上最大的高原泥炭沼澤濕地。若爾蓋高寒濕地獨特的地質(zhì)、氣候、水文自然地理條件為珍稀野生動植物的生存、繁殖創(chuàng)造了得天獨厚的環(huán)境，對黃河上游的水源涵養(yǎng)與補給及生態(tài)平衡的維持起著極重要的作用(費世民等，2006)。川西北的沙化形勢嚴峻，半個世紀以來高寒草地的沙化面積增加了5.3倍，年增長率為3.4%。特別是截止2004年的10 a間，流動沙地面積增加了34%，半固定沙地面積增加了46%，表明惡性沙化面積正在急劇擴張(四川省林業(yè)廳內(nèi)部資料)。

目前針對高寒流動沙地這一特殊、重度沙化地類型的恢復治理研究尚處于起步階段。一些文獻對高寒沙化土地的現(xiàn)狀、成因和變化趨勢進行了分析(蔡凡隆，2007;雍國瑋，2003;)，一些學者(趙建等，2004;肖冰雪，2008;李開章，2008;)對若爾蓋地區(qū)的沙化草地提出治理措施。本文針對若爾蓋重度沙化的流動沙地展開恢復治理配套試驗，對高山柳條采取不同的處理方法和配套方式，以期找到高寒流動沙地恢復治理的最優(yōu)配置，為這一區(qū)域的流動沙地治理提供參考。

1 研究區(qū)概況

試驗地位于若爾蓋濕地國家級自然保護區(qū)內(nèi)的納勒喬和黑河牧場。保護區(qū)地理位置介于東經(jīng)102°29'～102°59'，北緯 33°25'～ 34°00'之間，總面積約1 600 km2。保護區(qū)最高海拔3 704 m，最低海拔3 422 m，土壤為沼澤土、草甸土壤、高原褐土及人工草地土壤。

保護區(qū)屬高原寒溫帶濕潤氣候。11月至次年4月受西伯利亞和蒙古冷空氣控制，5月至10月受西南季風控制，冬季寒冷干燥多大風、日照強，降雪少，晝夜溫差大;春季氣候回升緩慢，倒春寒頻繁，解凍期長;秋季雨熱同期，氣溫較高，降雨集中。據(jù)若爾蓋縣氣象資料，區(qū)域年平均氣溫0.7℃，最熱月(7月)平均氣溫 10.7℃，最冷月(1月)平均氣溫-10.7℃，氣溫年較差21.4℃，歷年極端最高溫24.6℃，極端最低溫 -33.7℃，≥5℃ 的積溫為1 014.6℃，≥10℃的積溫為311.8℃;多年平均降水量為656.8 mm，相對濕度78%;災害性天氣主要有干旱，冰雹和大風。

2 研究方法

2009年4月底至5月中旬，在若爾蓋縣納勒喬和黑河牧場兩處針對流動沙地以不設沙障和設置沙障形成兩組對照試驗。處理插條的方式有生根水法、營養(yǎng)土法和蓄水法。在每一地點均扦插3種不同處理方式的插條，以直接插條進行對照試驗。于2009年5月、8月、10月分3次記錄成活率、插條直徑、出露地表長度、最長萌生枝條長度、條播成形率等試驗結(jié)果，通過統(tǒng)計分析提出高寒流動沙地恢復治理配套方案。

2.1 試驗組合

試驗樣地內(nèi)采取設置沙障、不設置沙障的對照處理，在納勒喬設置沙障進行試驗，在黑河牧場不設置沙障進行試驗;納勒喬的試驗組合有:①沙障+生根水法+網(wǎng)格狀播種披堿草(Elymus nutans)，②沙障+營養(yǎng)土法+網(wǎng)格狀播種披堿草，③沙障+蓄水法+網(wǎng)格狀播種披堿草，④沙障+直接扦插+網(wǎng)格狀播種披堿草。在黑河牧場的試驗組合有:①生根水法+網(wǎng)格狀播種披堿草，②營養(yǎng)土法+網(wǎng)格狀播種披堿草，③蓄水法+網(wǎng)格狀播種披堿草，④直接扦插+網(wǎng)格狀播種披堿草。黑河牧場、納勒喬兩地共設8種試驗組合。試驗模型如圖1。

圖1 流動沙地恢復治理試驗模型Fig.1 The model of recovery and management experiment for alpine shifting sandy land

2.2 試驗處理及試驗指標

沙障設置材料以川西北高寒地區(qū)廣泛分布的高山柳樹干、截取插條后的高山柳枝條為材料，沙障主樁長度80 cm，輔樁長度50 cm～60 cm，主樁、輔樁出露地面高度30 cm，沙障規(guī)格為2 m×2 m。在沙障交叉處、拐彎處使用主樁固定，用高山柳枝條纏繞于沙障樁之間，綁結(jié)、連接沙障樁以使沙障固定，起到擋風、固定沙地的作用。

沙障是針對治沙難度較大的流動沙地專門采取的處理方法，以提高插條的成活率和長勢，提升治沙效果。針對流動沙地沙質(zhì)貧瘠、地表水分缺乏，本次試驗確定了生根水法、營養(yǎng)土法、蓄水法等3種方法對插條進行處理。

(1)生根水法。在蓄水瓶中盛裝生根粉液，以起到促進插條生根、為插條提供水分的作用。蓄水瓶采用成本相對較低的礦泉水瓶(容積1 250 ml)在瓶內(nèi)灌入生根粉液(10 ppt)，由于扦插枝條長時間處于生根粉液的浸泡中，所以本方法的生根水濃度較小，以免長時間浸泡對插條造成損傷。插條經(jīng)生根粉液、Sap保水劑液浸泡等預處理后扦插。

(2)營養(yǎng)土法。以就近挖取的沼澤濕地泥炭土為材料，做成直徑為20 cm的土球包裹于插條基部。泥炭是生長在沼澤中植物的枯枝敗葉沒入水中，隔絕空氣，在還原條件下發(fā)生生化反應產(chǎn)生腐植酸等泥炭物質(zhì)，若爾蓋縣泥炭有機質(zhì)含量51.52% ～75.54%，灰分含量23.83% ～47.58%，胡敏酸含量20.71% ～26.93%，全氮含量1.61% ～1.95%，全鱗含量0.05% ～0.089%，全鉀含量0.86%，營養(yǎng)物質(zhì)極為豐富，可為插條生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，且能涵養(yǎng)一定水分。插條經(jīng)生根粉液、Sap保水劑液浸泡等預處理后扦插。

(3)蓄水法。針對沙化地涵水能力差、插條不易成活設計的試驗方案，蓄水瓶采用成本相對較低的礦泉水瓶(容積1 250 ml)，在瓶內(nèi)灌入清水，為插條成活提供水分。插條經(jīng)生根粉液浸泡處理后扦插。

(4)直接扦插:對照試驗的柳條除了不使用上面3種處理方法外，其他處理步驟與上述3種試驗相同。

本次試驗在綜合考慮成活、生長、沙地流動等各個因素的基礎(chǔ)上，并參考沙化治理相關(guān)文獻，提出了本次試驗的指標體系，各指標的定義、計算公式及單位、意義等詳見表1。

表1 高寒流動沙地恢復治理試驗指標體系Table1 The index system of recovery and management experiment for alpine shifting sandy land

2.3 統(tǒng)計分析方法

試驗共對上述5項指標進行了測量及對比分析，數(shù)據(jù)的換算、整理、圖表制作直接使用Excel完成。統(tǒng)計分析采用SPSS 13.0軟件英文版進行，本次試驗用到t-檢驗、方差分析、非參數(shù)檢驗等多種統(tǒng)計分析方法。進行t-檢驗的樣本要求其頻次分布服從正態(tài)分布。進行方差分析的樣本，除要求其頻次分布具正態(tài)性外，還應具有方差齊性。

3 結(jié)果與分析

3.1 插條成活率

針對流動沙地，在樣地設置完成后，我們分別在2009年5月、8月、10月份3次對樣地試驗數(shù)據(jù)進行收集，成活率數(shù)據(jù)整理如圖2。

可見納勒喬的成活率數(shù)據(jù)普遍高于黑河牧場的成活率，納勒喬各試驗組合8月份和10月份的成活率差異不大，且各月份之間的成活率波動范圍與黑河牧場相比不大。

另外，生根水法和蓄水法都是用了蓄水瓶，蓄水瓶是采用不滲漏的塑料瓶，成活插條的大部分根都位于瓶中，蓄水瓶對插條根的限制不利于插條的成長。

圖2 各監(jiān)測時段插條成活率平均值比較圖Fig.2 The mean survival rate of each monitor period

3.2 最長萌生枝條長度

2009年兩處試驗地3個月份8種不同處理的最長萌生枝條長度平均值統(tǒng)計如圖3。

設置沙障的納勒喬試驗地和未設沙障的黑河牧場試驗地的最長枝條長度除了在試驗開始1個月時差別不大，在8月和10月時兩地的數(shù)據(jù)差別極大，可見設置沙障沙地流動干擾降低，有利于為插條生長提供一個相對穩(wěn)定的環(huán)境，所以插條生長良好。為了研究不同試驗處理對插條生長的不同影響，以不同月份的不同試驗處理為因素進行單因素方差分析和非參數(shù)檢驗，結(jié)果如表2。

圖3 各監(jiān)測時段插條最長萌生枝條長度平均值比較圖Fig.3 The mean length of the longest branch of each monitor period

納勒喬、黑河牧場每個月份的監(jiān)測數(shù)據(jù)中，4種不同處理下測得的插條最長萌生枝條長度的數(shù)據(jù)樣本之間大多數(shù)都存在顯著性差異。納勒喬5月蓄水法處理的插條最長萌生枝長度顯著長于生根水法、營養(yǎng)土法和對照處理，后3者之間差異無顯著性，被劃入同一組中。8月時，各試驗處理的長勢良好，各試驗處理的樣本無顯著差異，但營養(yǎng)土法試驗的最長插條長度平均值最大;到10月的統(tǒng)計結(jié)果顯示，營養(yǎng)土法試驗的最長萌生枝長度樣本與其他3組處理的樣本差異顯著，說明營養(yǎng)土法處理的插條長勢從8月開始逐漸好于其他試驗處理。

黑河牧場各月份的監(jiān)測樣本數(shù)據(jù)方差不具齊性，采用非參數(shù)檢驗中多個獨立樣本的Kruskal-Wallis H檢驗的分析結(jié)果表明，各個月份間的數(shù)據(jù)樣本差異具有顯著性。5月對照試驗的樣本平均值明顯小于生根水法、營養(yǎng)土法和蓄水法的試驗平均值，對后3種處理的樣本進行方差分析，方差具有齊性，F(xiàn)=0.009，P=0.991 ＞0.05，說明生根水法、營養(yǎng)土法和蓄水法處理的試驗結(jié)果無差異，但顯著長于對照試驗。8月和10月的測量結(jié)果均是營養(yǎng)土法處理的插條平均值大于其他3種試驗處理，同樣說明營養(yǎng)土法處理的插條長勢優(yōu)于其他試驗處理。

綜合而言，蓄水法和生根水法使用蓄水瓶，插條的根大部分位于瓶內(nèi)，而瓶內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)有限，這就不利于插條從環(huán)境中獲取營養(yǎng)，在黑河牧場8月的對照試驗枝條長度就超過了蓄水法，且與生根水法試驗結(jié)果十分接近，所以生根水法和蓄水法對成活插條的生長會產(chǎn)生限制作用。而營養(yǎng)土法能夠為插條提供水分和營養(yǎng)物質(zhì)，成活插條經(jīng)過一段時間(約4個月)的生長后，最長插條長度超過其他試驗處理。因此比較而言營養(yǎng)土法試驗處理對成活插條生長有明顯的促進作用。

3.3 條播成形率及草本層高度

本次試驗用條播成形率和草本層高度兩項指標來衡量草本層的生長情況，對草本層的調(diào)查數(shù)據(jù)見表3。

表3 各試驗地不同監(jiān)測時段披堿草平均生長高度比較表Table 3 The mean height of Elymus nutans of each monitor period at different sites

納勒喬試驗地各月份的監(jiān)測數(shù)據(jù)都高于黑河牧場，但兩組數(shù)據(jù)的差異不大，說明設置沙障的情況下，沙障降低試驗地的風速和沙質(zhì)流動性后對草本層的生長促進作用并不明顯。草本層平均最大高度出現(xiàn)在8月，此時氣溫較高而降水豐富，是高原地區(qū)氣候條件最好的季節(jié)，有利于條播草本的生長。

兩處試驗地條播成形率隨著時間的推移不斷下降，這與流動沙質(zhì)隨著時間的推移對條播草本的影響不斷增強有關(guān)。5月底(試驗開始1個月時)條播的草本種子基本開始萌發(fā)，由于試驗時間較短，沙地的移動對條播草本的影響尚不強烈，所以黑河牧場和納勒喬的條播成形率分別達到60.63%和71.25%，在設置沙障的條件下，納勒喬的草本成形率高于黑河牧場的條播成形率。8月沙質(zhì)的流動對條播草本的影響加劇，已經(jīng)萌發(fā)的種子根系尚不發(fā)達，沙丘移動使已萌發(fā)的種子無法固定而死亡，因此8月的條播成形率下降較快。10月時，成活的草本根系進一步延伸，附著、固定能力增強，相比8月的成形率數(shù)據(jù)，下降速度放緩(參見圖4)。

圖4 試驗地不同監(jiān)測時段條播成形率對比圖Fig.4 The mean length rate of Elymus nutans of each monitor period at different sites

不同試驗地條播成形率均在5月～8月之間下降較快，而在8月～10月的下降速率有所緩和，但總體而言未設沙障的黑河牧場試驗地條播成形率下降速度快于納勒喬試驗地。

從條播草本的成形率和草本層平均高度兩項指標綜合來看，沙障降低沙地流動性后，能夠顯著提高條播草本的成形率，但設置沙障與否對草本層的生長影響不大，兩試驗地的草本生長速度基本一致，這是由于草本種子一旦成活，決定其生長狀況的影響因子來自沙地中的營養(yǎng)物質(zhì)和氣候條件。

3.4 沙障在治沙中的作用

黑河牧場試驗地各月份插條出露地表高度數(shù)據(jù)均明顯高于黑河牧場，其中8月和10月的測定結(jié)果是納勒喬的兩倍以上。納勒喬插條出露地面高度平均值波動不大，最大值和最小值之差為0.86 cm，不同月份的3組樣本(每組樣本含量N=120)通過非參數(shù)檢驗中多個獨立樣本的Kruskal-Wallis H檢驗結(jié)果如下:H=5.534，P=0.063＞0.05，說明納勒喬不同月份的插條出露地面長度值沒有差異，即設置沙障后地表沙質(zhì)流動性減弱，使試驗地內(nèi)插條出露地面長度明顯減小，且各月份出露值監(jiān)測數(shù)據(jù)之間沒有明顯波動。

黑河牧場各月份出露地面高度值之間有較大波動，最大值和最小值之差為3.91 cm，不同月份的3組樣本(每組樣本含量N=120)通過非參數(shù)檢驗中多個獨立樣本的Kruskal-Wallis H檢驗結(jié)果為:H=10.644，P=0.005＜0.05，說明不同月份的插條出露地面長度值差異顯著，即流動沙地的沙質(zhì)流動使不同月份出露地面長度數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯變化(參見圖5)。

圖5 不同試驗地各監(jiān)測時段插條出露地面高度均值比較Fig.5 The mean above-ground height of each monitor period at different sites

設置沙障的納勒喬試驗地地表沙層穩(wěn)定，在設置沙障后沙質(zhì)流動性得到控制，3次測量的插條出露地面高度的平均值都在10 cm以內(nèi)，而黑河牧場沒有設置沙障，地表沙質(zhì)流動性仍然很強，沙層表面高度處于變化、波動狀態(tài)，插條出露地面的高度在15 cm以上，可見沙障固定流動沙地的作用是極為明顯的。

4 討論與小結(jié)

設置沙障的納勒喬試驗樣地插條出露地面平均高度顯著低于未設沙障的黑河牧場試驗地，同時在插條成活率、最長萌生枝長度、條播成形率3項指標的試驗結(jié)果均優(yōu)于黑河牧場試驗地，說明設置沙障能夠有效減緩流動沙地的沙質(zhì)流動性，從而減弱了對插條和條播草本的干擾，提高了插條的成活率和條播草本的成形率，也有利于插條萌生枝條的生長。試驗結(jié)果表明，在川西北高寒沙化地流動沙地類型的恢復治理中，設置沙障是一項十分重要的措施。

設置沙障的納勒喬試驗地內(nèi)，生根水法、營養(yǎng)土法、蓄水法處理的插條在各個不同時期的成活率都高于對照試驗的成活率，說明3種試驗處理均能有效提高插條的成活率。3種試驗處理之間的比較結(jié)果顯示，生根水法、蓄水法在3個監(jiān)測時期的成活率都大于營養(yǎng)土法，在10月時，營養(yǎng)土法與生根水法、蓄水法成活率差距最小。從插條的長勢來看，5月份蓄水法的長勢最好，8月、10月監(jiān)測結(jié)果顯示營養(yǎng)土法處理的插條長勢最好，營養(yǎng)土法能夠為插條提供豐富的營養(yǎng)，而生根水法和蓄水法使用的蓄水瓶對插條生長有限制作用。綜合成活率和插條長勢試驗結(jié)果，生根水法和蓄水法有利于在短期內(nèi)提高扦插柳條的成活率，但隨著時間推移蓄水瓶對成活插條從環(huán)境吸取營養(yǎng)物質(zhì)的限制作用逐漸顯現(xiàn)，不利于插條的生長，且生根水法和蓄水瓶法成活率在10月時有小幅回落，說明蓄水瓶反而導致部分已成活插條死亡。營養(yǎng)土法處理的插條成活緩慢，到10月時接近生根水法和蓄水法的成活率，但營養(yǎng)土法的插條長勢良好，對插條的生長無限制作用。

通過試驗發(fā)現(xiàn)沙障減弱沙地流動性的作用有限，沙地流動性對沙障、試驗插條、條播草本等的影響仍然存在。隨著時間的推移，迎風面的沙障將被破壞，設置沙障的試驗地仍然會出現(xiàn)蓄水瓶露出地面的現(xiàn)象，生根水法和蓄水法的成活率將受到直接影響，而營養(yǎng)土法插條根系發(fā)達而展布，受到的影響較小。所以針對流動沙地宜采用循序漸進的治理方式，即先從流動沙地外圍的露沙地、固定及半固定沙地治理開始，最后治理流動沙地。另外，由于蓄水瓶采用難以短期自然降解的塑料瓶，在試驗后期露出地面會給流動沙地帶來長期污染，環(huán)境友好性降低。

通過本次試驗，針對高寒流動沙地提出沙障+營養(yǎng)土法+網(wǎng)格狀播種披堿草的恢復治理方案，這一方案在川西北地區(qū)均可推廣應用。同時國家應建立高寒沙化草地生態(tài)補償機制，加強高寒沙化草地恢復治理科研及技術(shù)推廣領(lǐng)域的資金投入，這對確保長江、黃河流域水源區(qū)生態(tài)安全具有戰(zhàn)略意義。

［1］蔡凡隆，黎治富，岳鵬.川西北地區(qū)沙化土地現(xiàn)狀、變化趨勢及成因分析［J］.科技信息，2007，(22):294～295.

［2］費世民，崔麗娟，何亞平，等.若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)定位站的背景研究——若爾蓋高寒濕地研究概述［J］.應用生態(tài)學報，2006，27(2):21 ～ 29.

［3］李開章.若爾蓋高寒草地沙化治理初探［J］.草地生態(tài)，2008，(1):33～34.

［4］肖冰雪.若爾蓋轄曼牧場沙化草地植被恢復與重建技術(shù)綜述［J］.草業(yè)與畜牧，2008，(7):60 ～61.

［5］雍國瑋，石承蒼，邱鵬飛.川西北高原若爾蓋草地沙化及濕地萎縮動態(tài)遙感監(jiān)測［J］.山地學報，2003，21(6):758 ～762.

［6］趙建，朱建清，張杰，等.若爾蓋退化、沙化草地的治理［J］.四川草原，2004，(1):22 ～24.