石羊河下游干旱荒漠区退化植被修复重建方式的研究

李进军，高承兵

（甘肃民勤连古城国家级自然保护区管理局，甘肃 民勤 733300）

石羊河下游干旱荒漠区退化植被修复重建方式的研究

李进军，高承兵

（甘肃民勤连古城国家级自然保护区管理局，甘肃 民勤 733300）

石羊河下游是西北荒漠区生态恶化最明显、植被退化最严重、水资源供需矛盾最突出、治理过程最艰难的地区，同时也是当下国内社会关注度最高的地区之一。分析了导致石羊河下游生态恶化的自然因素和人为因素，得出全球性气候变化和人为活动频度过高是该地区荒漠植被退化的主要原因；通过不同角度的深入思考和探究，在多年从事荒漠化治理与荒漠植被恢复重建实践研究和数据剖析的基础上，提出了石羊河下游生态综合治理措施和植被修复重建方式。

石羊河下游；干旱荒漠区；荒漠植被；修复重建

石羊河下游是西北荒漠区生态恶化最明显、植被退化最严重、水资源供需矛盾最突出、治理过程最艰难的地区，同时也是当下国内社会关注度最高和中国强度最大的沙尘暴多发区之一。尤其是近40年来，因人类的强烈干扰，流域内水资源的分配失调，以及过度开采地下水，石羊河流域下游民勤盆地的自然植被严重退化，成为我国干旱区内陆河下游在人类的强烈干扰下自然植被退化的范例。近年来，有关民勤荒漠化及植被退化的研究文献很多[1-12]，主要集中在引起荒漠植被退化的成因分析上，但是修复重建这方面的研究几乎没有。为此，本研究探讨退化荒漠植被修复重建的方式，对于指导该地区退化植被的修复重建及民勤绿洲的可持续发展具有重要意义。

1 研究区概况

石羊河流域下游地区地处甘肃省河西走廊东部北侧，位于东经 103°2′～ 104°2′，北纬 38°5′～39°6′之间，从地质构造分界，主要包括红崖山～黑山以北的昌宁盆地和民勤盆地，属阿拉善台块的边缘凹陷区。西部和北部与荒漠地带相接，西北部为巴丹吉林沙漠，东南为腾格里沙漠，主要地貌类型为剥蚀低山、沙漠、戈壁和湖盆盐碱地。石羊河下游地区处于中国东亚夏季风的西部边缘地带，平均海拔1 000～1 500 m，属温带干旱荒漠气候；干旱缺水，蒸发强烈，风大沙多，年9级以上大风日数为27.8 d，年沙尘暴日数为37 d；多年平均气温7.6 ℃，年平均降水量113.2 mm，年蒸发量2 604.3 mm。石羊河下游内无地表径流产生，唯一的地表水资源来自石羊河。地带性土壤为灰棕漠土，在河流沿岸和湖盆分布有草甸土和盐碱土，在戈壁沙漠分布着风沙土。该地区植物区系属泛北极植物区，亚洲荒漠植物亚区，介于草原区向干旱荒漠区过度的边缘，有天然种子植物23科73属123个种，其中豆科（12属）和黎科（12属）最多，其次是菊科（11属）、禾本科（10属）[13]。

2 荒漠植被退化成因

2.1 严酷的自然条件是流域荒漠化的本因

石羊河流域属于典型的温带大陆性干旱气候，降水稀少，蒸发量大，下游地区更为突出，多年平均降水量为80～110 mm，而年蒸发量高达2 644 mm，是降水的24倍。近年来，由于全球性气候变暖，加之严酷的自然条件，石羊河下游荒漠化程度进一步加剧，自然灾害频繁发生。目前下游地区的民勤县已有0.9×104hm2沙枣林衰败枯死；2.3×104hm2白刺、红柳等天然植被失去防护效能；0.67×104hm2耕地、3.87×104hm2林地沙化，26.3×104hm2草场退化；流沙以年均8～10 m的速度前移，荒漠化面积已占土地总面积的94.5%，成为全国沙尘暴高发地之一。

2.2 流域人口剧增导致大面积土地开垦

据史料记载，西汉时期，汉武帝设武威郡，在石羊河流域开始了最早的屯垦；到了清道光时期，农牧交错带基本变为农垦区。民国时期，土地面积进一步扩大，流域下游沙漠化蔓延，出现土地撂荒现象。据《汉书·地理志》记载，西汉时期民勤有76 419人；1949年，民勤人口19.97万人，目前已剧增到30.9万。流域人口的剧增，导致石羊河下游在建国以来出现了两次垦荒热，一次在建国初期，当时在“以粮为纲”的方针指引下，兴修水利，为大规模、大面积土地开垦创造了条件；另一次是在上世纪80年代后期到90年代中叶，受“黑瓜籽热”的影响，在绿洲边缘、沙漠和草场内部打井开荒。

2.3 天然草场的无序管理造成严重的超载放牧

目前石羊河流域天然草场资源面积为260.8×104hm2，其中下游草地面积131.8×104hm2，退化草地面积达68.9%；流域理论载畜量为127.2×104只羊单位，实际放牧总量为189×104只羊单位，平均超载率达48%。

2.4 超采地下水致使地下水位急剧下降

上世纪70年代以来，由于受人口增加等诸多因素的影响，石羊河流域下游地下水开采逐步形成规模。武威盆地地下水年允许开采量3.35×108m3，1999年的开采量为 5.92×108m3，超采约2.57×108m3；民勤地下水允许开采量约为1.52×108m3，2000年地下水开采总量达6.23×108m3，超采约5×108m3。地下水的大规模超采加剧了石羊河下游地区的生态恶化。

2.5 主干防护林的丧失降低了绿洲防护体系效能

上世纪80年代末到90年代初，由于天牛危害等诸多因素，仅仅在2～4年之间，下游民勤75%以上的农田林网中的乔木防护林便被砍伐殆尽；自此以后，民勤绿洲以杨树、沙枣树为主的乔木林便只有零星分布；以乔木为主的防护林的丧失，致使防护林体系对风灾、霜冻、沙尘暴等自然灾害的防御能力大大降低，加剧了石羊河下游荒漠化蔓延的进程。

3 退化荒漠植被的类型和特点

常兆丰等[14]研究认为，民勤自西汉以来生态环境逐渐退化，植被退化经历了3个阶段：在大面积湖泊、河流背景上是沼泽植被，在干涸湖泊、河床背景上是盐生草甸植被，在沙质荒漠背景上是荒漠植被。现阶段存在着荒漠植被退化演替和盐生草甸植被向荒漠植被演替2种退化过程。目前的植被正处在进一步退化过程中，退化植被的特点主要表现在：一是枯梢、生长不良、停止开花、结实；二是植物密度自然稀疏；三是枝条也在稀疏化，植物投影盖度占冠幅盖度比例普遍较小[15]。

梭梭Haloxylon ammodendron Bge.是20世纪60年代从新疆引入民勤的优良固沙造林树种，在民勤结合粘土沙障技术推广应用，成为固沙林的主要树种。截止2010年底，人工梭梭林保存面积已达到8.1×104hm2，占到人工林总面积13.9×104hm2的58.3%。但是从20世纪70年代开始，在石羊河下游地区除了水库及环河周围外，人工梭梭林均出现不同程度的退化现象[13]。退化梭梭的主要特点：一是光合强度减弱；二是群落盖度和优势度下降；三是林地土壤含水率降低；四是土壤结皮破坏，风蚀作用增强；五是组成梭梭林群落的物种减少，群落稳定性降低。

4 退化荒漠植被的修复重建方式

4.1 修复重建的理论依据及方式

对生态系统而言，森林资源的不断发展变化是本质的，稳定是相对的、表面的，它具有可再生能力，并具有自身演替的动态规律。贺访印等研究认为围栏封育能够提高盐渍化草地群落的多样性,影响群落的多度和优势种的重要值变化，且密度、盖度及生物量有较大提高，还可以改善土壤的结构和营养成分。另外，通过一定时期对荒漠植被区的全封闭式管理，在封闭区土壤表面可以产生生物结皮，形成一种相对稳定的生态小环境。李守中[12]研究得出，生物结皮的形成和发育可以改变土壤表层的覆盖状况，起到稳定地表免受风蚀和水蚀的作用。

同时，罗俊宝等[16]认为，对天然植被进行封育大大缩小了造林地面积，这样做可迅速提高各种类植物对地表的覆盖面积，用少量的投资和较短的时间便能达到比较好的防护效果而且还节省了大量的苗木费、造林费、整地费及抚育管理费。

因此，根据生物多样性原理、恢复生态学理论及其他学者对退化荒漠植被恢复重建的研究，在石羊河下游地区退化荒漠植被修复重建的最佳战略途径就是对其进行封育，通过封沙育林草、禁牧、人工造林、人工模拟飞播、病虫害的预测及综合防治、退耕还林（草）等综合措施，在石羊河下游恢复重建趋于稳定及良性循环的荒漠植被生态系统。石羊河下游荒漠植被退化阶段及修复重建方式模式见图1。

图1 石羊河下游荒漠植被退化及其修复重建方式模式Fig.1 The reparation and reconstruction modes for vegetation degradation and desertification area in lower reaches of Shiyang River

4.2 修复重建方式

4.2.1 封沙育林(草)

封沙育林(草)工程设计为灌草型、全封式机械围栏封育，封育年限为5～7 a。

机械围栏设计为钢刺丝围栏；立桩设计为水泥桩，规格为12 cm×12 cm×220 cm，内置直径4 mm冷拔钢筋4根；桩间距为8 m，埋深50 cm；拐弯处设置顶桩、拉线，每隔500 m设置两根蹬桩；水泥桩地上部分（170 cm）外侧及左右两侧刷红白相间的油漆，间距为20 cm；刺丝设置为双股钢刺丝，共架设四根横线，横线间距35 cm，底边横线距地面25 cm。

同时在封育区周边设置固定警示标志，在植被盖度较低地段进行人工补植及抚育，及时预测预报森林病虫害发生情况并适时除治，人工促进植被的自我修复及重建进程。

4.2.2 人工造林

(1)整地方式设计

经多年实践及研究，在假砾石戈壁滩、丘间低地及平缓沙壤土质区的整地方式选择为造林前一年秋季开沟或穴状整地，经冬春季的大风积沙形成理想的沙层厚度和墒情，对提高造林成活率和保存率具有决定性作用。

在流动沙丘，必须先行在沙丘迎风面设置沙障才可以在其上造林。沙障设置材料可选择农作物秸秆、粘土、砾石和编织袋、塑料尼龙网等。高承兵等对各类沙障材料的效益对比研究[17]，认为麦草方格沙障的功能系数最大，防风固沙效果最好，由于其易于操作，且功能系数较大，在目前的荒漠区流沙治理中得到大面积推广。故在此重点研究以麦草为材料的沙障设置技术。

沙障走向设计。沙障的设置要与主风方向垂直，通常平缓流动沙丘采用低立式网格状沙障固沙；高大流动沙丘迎风坡坡底至2/3处采用低立式网格状沙障固沙，迎风坡2/3处至顶部及落沙坡不设置沙障或设置高立式沙障。沙障与轴线的夹角在90°到100°之间，使沙丘中部的风稍向两侧顺出去。沙障设置方向见图2。

图2 沙障的设置方向Fig. 2 Setting the direction of sand-barrier

沙障设置技术。材料选择无霉烂的小麦秸秆，长度大于30 cm；设置模式设计为低立式沙障；设置方向为横向沙障与主风方向垂直或按沙丘上的波纹线设置，竖向沙障与主风方向一致；沙障设计为网格状，横、竖向沙障间距为1.5 m×1.5 m。

沙障设置时，平缓流动沙丘采用低立式网格状沙障固沙；高大流动沙丘迎风坡坡底至2/3处采用低立式网格状沙障固沙，迎风坡2/3处至顶部及落沙坡不设置沙障或设置高立式沙障。在沙丘上按设置方向、间距或网格划好设置线。先设置与主风方向垂直的横向沙障，后设置与主风方向一致的竖向沙障，沙障之间紧密衔接。沙障设置时，按间距要求，先开宽25 cm，深20 cm的小沟，将麦草横向均匀无间断地摊铺在沟上，用沙压住麦草中间，再将两边翘起的麦草用沙淤起与沙面垂直。

(2)造林树种选择

原则上不选择乔木树种。所以在假砾石戈壁滩、丘间低地及平缓沙壤土质区选择梭梭、柽柳、花棒、毛条等抗风沙、耐干旱、耐盐碱的乡土灌木树种；流动沙丘及沙地区以梭梭为最佳选择。造林苗木的规格一般选用一年生I、II优质苗木；要求高度50 cm以上，根系长15 cm以上，无机械损伤。

(3)造林技术设计

造林时间：3月～4月。

造林方式：人工植苗造林，栽植穴规格为长、宽、深各40 cm。

整地方式:沙丘造林采用穴状整地，丘间低地造林采用开沟与穴状相结合的方式整地。

造林密度：沙丘造林株行距为3 m×3 m，密度1 110 穴／hm2，丛植，每穴3株；丘间低地造林株行距为2 m×4 m，密度1 245 穴／hm2，丛植，每穴3株。

灌溉方式：采用水车拉水至造林地，后人工提水灌溉。

抚育管理:造林后要加强抚育管理，适时浇水、防治鼠兔危害，保证苗木正常成活生长。设计浇水定额15 kg／穴，年浇水2次。

4.2.3 人工模拟飞播

经多年的实践探索，每年7、8、9月雨季，在封禁围栏区人工撒播适应当地气候、地理条件的沙蒿、沙拐枣等半灌木、小灌木种籽或草种，是一种投资少、见效快的补植造林手段，已在近年来得到了大规模推广。技术设计如下：

(1)飞播树种选择：选择耐干旱、适应性强的沙蒿、黄蒿、沙拐枣等。

(2)飞播方式及时间：方式设计为人工撒播，时间为每年7月～9月。

(3)单位面积撒播量：根据现有植被调查，撒播量控制在22.5 kg/hm2。

(4)飞播方法：将拟撒播种籽与沙子按1∶3的比例均匀混合，人工模拟飞播播幅控制在3 m，每条播幅的两侧要各有10%的重叠，然后来回反复进行均匀撒播。

4.2.4 病虫害的预测预报及综合防治

根据多年对危害或威胁下游荒漠植被正常生长发育的林业有害生物的监测结果，目前已发现的危害种类有杨毒蛾、沙枣尺蠖、沙枣木虱等，对荒漠植被构成实质性危害的主要有梭梭大沙鼠、白刺毛虫两种。预防与除治的关键是加强预测预报、突出重点区域、强化检疫检查。

人类认识自然的能力是无限的，然而，在具体的历史阶段人类认识自然的能力始终是很有限的。对于石羊河下游地区干旱荒漠区退化植被，通过封育措施，同时辅以人工补植、全面禁牧、退耕还林或还荒、防治林业有害生物等综合措施，使其形成在现有水资源条件下的荒漠植被群落；目前只有以上几种措施是促进石羊河下游干旱荒漠区退化荒漠植被修复重建的最好途径与策略。

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Study on degenerating desert vegetations and their reparation and reconstruction modes of arid desert area in downstream of Shiyang River

LI Jin-jun, GAO Cheng-bing
(Management Bureau of Minqin Liangucheng National Nature Reserve, Minqin 733300, Gansu, China)

∶ The lower reaches area of Shiyang River Basin is the area of most obvious ecological deterioration and the most serious vegetation degradation. It is the area of most prominent contradiction between supply and demand of water resources, and also is the most difficult area to govern in the northwest desert region. There are two causes of deterioration of ecological environment, natural factors and human factors. The results showed that global climate changed and frequency human activities were the essence of the causes. The main two reasons led serious vegetation degradation in the area are that the global climate change has been taken place,and the human activities frequency was too high in the area. Based on practices and analysis of collected data in many years, the desert vegetation’s reconstruction strategic approaching and technical measures are put forward for the lower reaches of Shiyang River Basin.

∶ lower reaches of Shiyang River; arid desert area; desert vegetation; reparation and reconstruction

S727.23

A

1673-923X(2012)06-0008-05

2012-04-12

甘肃科技支撑计划项目(1011FKCH151，1011FKCH126）

李进军(1965—),男,甘肃武威人,正高级工程师,主要从事森林培育和自然保护区研究工作；E-mail:lgcljj@sina.com

[本文编校：文凤鸣]