李曉蘭，相吉山，趙 巖，趙雪梅，秦立金

(赤峰學(xué)院)

0 引言

中國(guó)是世界上荒漠化和沙化面積大、分布廣、危害重的國(guó)家之一，嚴(yán)重的土地荒漠化、沙化威脅著我國(guó)生態(tài)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展.我國(guó)現(xiàn)有的荒漠化土地面積占總面積的27%，主要分布在北方干旱、半干旱地區(qū)，并且以風(fēng)蝕沙化為主.科爾沁沙地是中國(guó)北方典型的半干旱農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，由于近百年來(lái)人口和牲畜數(shù)量的成倍增加和無(wú)節(jié)制的濫墾、濫樵、濫牧造成植被大面積破壞，加速了土地荒漠化的進(jìn)程，使原本脆弱的生態(tài)環(huán)境更加惡化.通過(guò)栽植固沙植物的生物措施結(jié)合水土保持工程措施是改造干旱、半干旱地區(qū)土地和防治荒漠化的根本手段，也是我國(guó)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的核心［1］.植物治沙應(yīng)用非常普遍并且是世界各國(guó)治沙的主要措施［2］.治沙的根本目的是改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高人民生活.因此沙丘植被恢復(fù)是生態(tài)環(huán)境治理的一項(xiàng)重要工程.人工固沙植被主要建立在流動(dòng)沙丘上，通過(guò)設(shè)置草方格將流動(dòng)沙丘固定，然后在草方格內(nèi)撒播或栽植固沙植物使沙丘逐漸固定以達(dá)到防風(fēng)固沙和植被恢復(fù)的目的.

小葉錦雞兒(Caragana microphylla)是耐寒、耐旱、耐熱、耐貧瘠的野生灌木飼料植物，分布在東北西部、內(nèi)蒙古、華北和西北等風(fēng)沙干旱地區(qū)，分布很廣，面積也很大，尤其在內(nèi)蒙古東部科爾沁沙地，成為優(yōu)勢(shì)灌叢植被［3］.灌叢植被在水土保持、防風(fēng)固沙、維持干旱與半干旱地區(qū)脆弱的生態(tài)平衡有特殊的意義［4］.近些年來(lái)，在科爾沁沙地已經(jīng)建立了大面積的小葉錦雞兒人工固沙植被，該文利用植被演替過(guò)程中固沙植物生物量特征、土壤性質(zhì)和群落的種類多樣性變化來(lái)分析植被的防風(fēng)固沙作用，旨在為沙地植被恢復(fù)及合理的保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選擇在科爾沁沙地烏蘭敖都地區(qū)(43°02'N，119°39'E)，海拔479 m.該地區(qū)屬于大陸性半干旱氣候，年均溫6.3℃，≥10℃積溫3000～3200℃.多年平均降水量340.5 mm，年蒸發(fā)量2500 mm左右，無(wú)霜期140～160 d，土壤為風(fēng)砂土和砂質(zhì)栗鈣土.地貌類型主要有流動(dòng)－半流動(dòng)沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、丘間低地和天然草地，其中流動(dòng)沙丘占總面積的20%左右.年均風(fēng)速4 m/s，8級(jí)以上大風(fēng)日平均為75 d.

1.2 研究方法

選擇不同年代種植的小葉錦雞兒人工群落為研究對(duì)象(5年生、10年生、20年生)，以流動(dòng)沙丘和天然小葉錦雞兒群落為對(duì)照.在人工和天然群落內(nèi)隨機(jī)設(shè)置10個(gè)4 m×4 m灌木樣方，在每個(gè)灌木樣方內(nèi)各設(shè)置4個(gè)1 m×1 m的草本樣方，分別調(diào)查各樣方中小葉錦雞兒高度、冠幅和枝條數(shù)及草本樣方內(nèi)的種類組成、多度、頻度、蓋度、高度等指標(biāo).然后將10株小葉錦雞兒枝條齊地剪下帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)量地上生物量.在各樣地內(nèi)各取0～20 cm的混合土樣(5個(gè)點(diǎn)均勻混合)帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)量土壤理化性質(zhì).土壤pH采用酸度計(jì)測(cè)定(水土比2.5∶1);電導(dǎo)率用電導(dǎo)儀測(cè)定(水土比為5∶1);土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化－外加熱法;全氮采用半微量凱氏定N法;堿解氮用堿解擴(kuò)散法;速效磷用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提－鉬銻抗比色法;速效鉀用醋酸銨提取－火焰光度法［5］.

2 小葉錦雞兒人工林固沙效果研究

2.1 不同恢復(fù)年限小葉錦雞兒灌叢特征分析

人工小葉錦雞兒群落在不同恢復(fù)年限的灌叢特征差異性見(jiàn)表1，隨著生長(zhǎng)年限的增加，單株地上生物量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但與天然群落相比總生物量還有顯著差異，單株地上總生物量與基徑的變化規(guī)律是一致的，即天然小葉錦雞兒＞20年人工固沙林＞10年人工固沙林＞5年人工固沙林，而且所有小葉錦雞兒的生物量分配主要集中在老枝中(48.3% ～71.0%)，這一結(jié)果顯示了流動(dòng)沙丘逐漸被固定的過(guò)程中，小葉錦雞兒的發(fā)育狀況與沙丘固定程度均呈現(xiàn)良好態(tài)勢(shì).經(jīng)方差分析表明不同恢復(fù)年限的小葉錦雞兒高度、基莖和地上生物量均存在極顯著差異(P＜0.001).

表1 不同恢復(fù)年限小葉錦雞兒灌叢特征分析

2.2 不同恢復(fù)年限小葉錦雞兒土壤性質(zhì)差異

在流動(dòng)沙丘建立小葉錦雞兒人工群落后，經(jīng)過(guò)多年的固定，土壤性質(zhì)逐漸得以改善，主要表現(xiàn)為小葉錦雞兒的定植和發(fā)育導(dǎo)致了土壤有機(jī)質(zhì)含量、電導(dǎo)率、全氮等土壤理化性質(zhì)的升高(見(jiàn)表2).在定植5、10、20 年后，灌叢下0 ～20 cm 土壤的有機(jī)質(zhì)含量比流動(dòng)沙丘分別增加了2、4、4.6倍，但是與天然群落相比還有一定的差距.栽植小葉錦雞兒5年后土壤速效鉀的增加很明顯，是流動(dòng)沙丘的2.7倍.土壤其它性質(zhì)的變化均與土壤有機(jī)質(zhì)的變化呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)，只是增加值有所不同.

表2 不同恢復(fù)年限小葉錦雞兒固沙林土壤性質(zhì)的變化

2.3 不同恢復(fù)年限小葉錦雞兒群落種類多樣性變化

表3 不同恢復(fù)年限小葉錦雞兒群落植物種類組成

在退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程中，隨著小葉錦雞兒的發(fā)育，流動(dòng)沙丘逐漸被固定，土壤環(huán)境得到了一定程度的改善，為外物種的入侵創(chuàng)造了有利的條件，植物種類和個(gè)體數(shù)量都會(huì)有顯著的變化.首先是一些一年生植物的入侵，隨著灌木發(fā)育時(shí)間的增長(zhǎng)，種類數(shù)量和植被蓋度均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，整個(gè)人工固沙林的發(fā)育過(guò)程由簡(jiǎn)單變?yōu)閺?fù)雜(見(jiàn)表3).根據(jù)表3中各種類的重要值可知，在未種植小葉錦雞兒的流動(dòng)沙丘上只有沙米(Agriophyllum squarromsum)、烏丹蒿(Artemisia wudanica)、狗尾草(Setaria viridis)和燭臺(tái)蟲(chóng)實(shí)(Corispermum candelabrum).利用草方格的方法，在草方格內(nèi)栽植小葉錦雞兒后，沙面基本固定，形成了人工植物群落環(huán)境，在5年生的小葉錦雞兒固沙林灌叢內(nèi)已經(jīng)有刺沙蓬(Salsola ruthenica)、霧冰藜(Bassia dasyphylla)、益母草(Leonurus sibiricus)等種類的侵入，并且還可以零星見(jiàn)到細(xì)葉白前(Cynanchum sibiricum)的出現(xiàn);在10年生的人工群落中，種類數(shù)目已經(jīng)達(dá)到10種，但80%以一年生植物為主;恢復(fù)20年后，種類數(shù)目明顯增加，已達(dá)19種，并且一年生植物比例有所下降(63%)，多年生植物比例明顯上升(16%).在天然群落中，多年生植物種類占總物種數(shù)的30%，明顯多于人工群落.

3 結(jié)束語(yǔ)

由于小葉錦雞兒對(duì)干旱貧瘠的風(fēng)沙環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)性，并且它是沙丘植被重建的優(yōu)良樹(shù)種，在沙漠化的防治中起著重要的作用［6］.通過(guò)生物措施和工程措施結(jié)合的方法在流動(dòng)沙丘上種植小葉錦雞兒，隨著演替過(guò)程的推進(jìn)，其地上生物量、土壤性質(zhì)和植被組成等方面都有明顯變化.與流動(dòng)沙丘相比，種植小葉錦雞兒5年后沙面已經(jīng)基本固定，部分草本植物進(jìn)入群落，并且達(dá)到一定數(shù)量.小葉錦雞兒生長(zhǎng)20年后，地上生物量、枝條數(shù)、平均基莖、冠幅等特性均有很明顯的增加.

隨著人工小葉錦雞兒群落的演替過(guò)程，土壤性質(zhì)隨群落的發(fā)育而得到明顯改善，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮等性質(zhì)明顯增加，該結(jié)果與蔣德明等［7］對(duì)科爾沁沙地小葉錦雞兒人工林的研究結(jié)果一致，這說(shuō)明草本層種類和個(gè)體數(shù)的增加對(duì)土壤理化性質(zhì)的改變也起了重要的作用.所以植被重建對(duì)土壤肥力的改善效應(yīng)是生物和非生物因素共同作用的一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)學(xué)過(guò)程［8］.

不同恢復(fù)年限的小葉錦雞兒人工固沙林草本層的種類組成存在一定的差異性，并且恢復(fù)年限越長(zhǎng)，種類越多，但均比天然群落內(nèi)少，比流動(dòng)沙丘上多，這表明群落的發(fā)展是一個(gè)緩慢的過(guò)程.從整個(gè)發(fā)育過(guò)程來(lái)看，多年生植物的入侵及個(gè)體數(shù)還是呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，所以群落結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜，但人工群落與天然群落相比在對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)、自我更新能力和穩(wěn)定性方面都較差.在天然群落中，一年生植物種類仍占有較高比例，這說(shuō)明天然群落也還處于不穩(wěn)定狀態(tài)，所以無(wú)論人工群落還是天然群落要達(dá)到穩(wěn)定還需要較長(zhǎng)的時(shí)間.所以在半干旱的科爾沁沙地，通過(guò)人工植被的建立以及合理的土地利用和管理，沙漠化是可以逆轉(zhuǎn)的［9］.該文的研究不僅為沙漠化地區(qū)植物治沙工程的實(shí)施提供依據(jù)，而且為半干旱風(fēng)沙區(qū)流動(dòng)沙丘的生態(tài)工程建設(shè)提供參考.

［1］趙哈林.科爾沁沙地沙漠化過(guò)程及其恢復(fù)機(jī)理［M］.北京:海洋出版社，2003.

［2］王禮先.我國(guó)荒漠化土地成因及其防治對(duì)策［J］.世界林業(yè)研究，2000，13(6):32–37.

［3］曹新孫.內(nèi)蒙古東部地區(qū)風(fēng)沙干旱綜合治理研究:第二集［M］.北京:科學(xué)出版社，1990.

［4］曹新孫.內(nèi)蒙古東部地區(qū)風(fēng)沙干旱綜合治理研究:第一集［M］.內(nèi)蒙古:人民出版社，1984.

［5］中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析［M］.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社，1981.

［6］蘇永中，趙哈林，張銅會(huì)，等.科爾沁沙地不同年代小葉錦雞兒人工林植物群落特征及其土壤特性［J］.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，28(1):93–100.

［7］蔣德明，曹成有，押田敏雄，等.科爾沁沙地小葉錦雞兒人工林防沙固沙及改良土壤效應(yīng)研究.干旱區(qū)研究，2008，25(5):653－658.

［8］Liu S R，Li X M，Niu L M.The degradation of soil fertility in pure larch plantations in the northeastern part of China.Ecological Engineering，10:75－86.

［9］趙哈林，趙學(xué)勇，張銅會(huì).我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶沙漠化的成因、過(guò)程和防治對(duì)策［J］.中國(guó)沙漠，2000，20(1):22–28.