生物活性剂在荒漠化治理中的应用研究

雷 军 ，边 彪 ，范菊萍 ，陆 瑛 ，张 虎

（1.甘肃省祁连山水源涵养林研究院，甘肃 张掖 734000; 2.张掖市林业科学研究院，甘肃 张掖 734000）

生物活性剂在荒漠化治理中的应用研究

雷 军1，边 彪1，范菊萍1，陆 瑛2，张 虎1

（1.甘肃省祁连山水源涵养林研究院，甘肃 张掖 734000; 2.张掖市林业科学研究院，甘肃 张掖 734000）

为了达到治理荒漠化的目的，实现生态环境的良性循环，在天然植被恢复和造林植被恢复治理荒漠化的过程中进行生物活性剂和固沙剂的试验研究。研究结果表明：生物活性剂Frisol A、Frisol F最适使用量分别为100 g/m2、120 g/m2。单独使用生物活性剂或同固沙剂Frisol S混合使用，对荒漠天然植被恢复都有明显的促进作用，样方内株数、植被盖度、生物量、当年高度分别较对照有显著的差异。运用生物活性剂，使柽柳造林成活率平均达到89.9%，沙枣造林成活率平均达到94.9%，分别比对照平均提高了14.1%和10.4%；柽柳的当年平均生长量、单株生根量都是未使用活性剂的2倍以上；沙枣的当年平均生长量、单株生根量都较对照提高了

45.6 %和86.3%。当固沙剂Frisol S＞50 g/m2时,荒漠表面形成较厚的结皮，抗风蚀能力增强。

生物活性剂；荒漠化治理；应用研究

土地荒漠化是当今世界面临的最大环境问题之一[1]。中国是世界上荒漠化最严重的国家之一，截至2009年底，我国荒漠化土地总面积262.37万km2，占国土总面积的27.33%，沙化土地面积为173.11万km2，占国土总面积的18.03%。现在我国土地荒漠化和沙化整体得到初步遏制，荒漠化和沙化土地面积持续减少，局部地区仍有扩展，但荒漠化仍然是当前我国最为严重的生态问题[2]。目前, 改造、治理荒漠化地带有众多途径[3-11]，除工程机械治沙、生物治沙外，新型固沙剂、木质素固沙新材料用于治理荒漠化，已引起广大生命科学工作者的高度关注。

目前，生物活性剂在经济林栽培方面应用广泛[12]。荒漠化治理方面应用化学固沙，迄今应用已有70 a的历史了，经过近十多年的研究，国内外已经研制出100多种化学制剂[13-14]。无论何种固沙材料，都具有粘结作用，能使单颗粒松散的沙粒粘结在一起，形成强度很高的结皮。其次固沙材料还可以与沙粒发生某种化学反应，产生胶结力，把沙粒胶结在一起，增大了颗粒之间的粘聚力，提高了结皮的整体结构强度[15-16]。化学固沙还具有充填作用，材料充填于沙土空隙中，限制土体变形，提高土体抵抗外力的能力[17]。河西走廊荒漠化面积23.6 万km2，占全省荒漠化面积的86%，河西走廊荒漠化沙化面积大，治理难度大，并且现在还不断的加剧[18]。本研究就生物活性剂、固沙剂促进荒漠植被恢复方面开展研究，既可改善沙区生态环境，又为荒漠化治理提供科学依据。

1 试验地概况

试验地位于黑河流域中游张掖市北部荒漠区，地 理位置 E100°06′～ 100°54′，N38°32′～ 39°24′海拔在1 450～1 480 m之间。试验区属干旱荒漠大陆性气候，其特点是气候干燥，降水稀少，日照充足，昼夜温差大。年平均气温7 ℃，1月平均气温-10 ℃，七月平均气温29.5 ℃，极端最高气温38.6 ℃，极端最低气温-31.0 ℃，≥10 ℃的活动积温2 870 ℃。年平均降水量129 mm，年蒸发量2 074.9 mm，干旱指数高达10.3，大气干燥度为4.9。年平均相对湿度52%，全年日照时数为3 085 h，太阳辐射年总量147.99 kc/cm2，生理辐射年总量为72.51 kc/cm2，无霜期156 d。主要气象灾害有霜冻、大风、沙尘暴等。试验区为平坦的荒漠区，土壤非常贫瘠，有机质含量较低，含盐量高，地上零星生长着一些沙生植物，造林区域有一定的河水灌溉条件。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

试验所用试剂为德国生产的生物活性剂Frisol A、Frisol F和固沙剂Frisol S。活性剂主要成分为氮、磷和生物菌，Frisol A为液体，Frisol F 为颗粒，Frisol S 为蓝色液体。栽植试验树种为两年生沙枣和柽柳。

2.2 试验方法

2.2.1 天然植被恢复试验

2012年在试验区开展生物活性剂恢复荒漠天然植被试验。试验设计Frisol A、Frisol F、Frisol S各3个处理，Frisol A+Frisol F、Frisol A+Frisol S、Frisol F+Frisol S各1个处理，清水对照，共13处理，每个处理1/15 hm2，3个重复。Frisol A 的使用依照试验设计用量, 按1∶20对水用喷雾器均匀地喷于地面。Frisol F 的使用按试验设计量，均匀撒于地面，用耙子耙入土中。Frisol S 的使用依照试验设计浓度，按1∶20 倍对水均匀地喷于地面[19]。生长过程中调查植被盖度，生长量，土壤含水量。

2.2.2 苗木栽植恢复试验

为进一步了解生物活性剂在开展植苗造林治理荒漠化过程中对树木的影响，2012年4月中旬在试验区对开沟栽植的沙枣和柽柳进行试验，试验设Frisol A15 ml/株、Frisol F 25 g/株、Frisol A 10 ml/株＋Frisol F 20 g/株和对照（CK）共4个处理。使用方法是将原液用施肥枪直接注入当年栽植的沙枣和柽柳定植穴10 cm深处。施入时间为定植后10 d左右，每个处理500 株。

2.3.3 固沙剂的固沙效果试验

在荒漠试验区选13小块样地，每块30 m2，并做了明显的标记。在研制中通过不断的做稀释和渗透试验，确定为每m2沙面喷洒2.5 kg稀释后的水溶液最适合固沙剂稀释[20]。试验时，Frisol S液体每平米用30 g、40 g、50 g、60 g用量，制成水溶液依次均匀的喷洒在样地上，重复3次。喷洒时喷头距沙面1.5 m左右，定期观察样地的各种性能。

2.2.4 调查方法

2012在试验区植被生长过程中每月中旬调查一次，5～9月。测定单位面积内植被株数、生长量和土壤含水量。测定采用对角线法，每个处理取五个样方，样方面积为2 m×2 m ，测定时对样方内的每株植被测量其高度，取其平均值，同时统计样方内的株数。采用称重法测定表土含水量。

2012年在苗木栽植试验后一个月，调查苗木成活率，并在生长过程中每月中旬调查一次生长量。在停止生长后，每个处理挖取10株，统计生根量。

固沙剂Frisol S喷洒是在早晨进行，喷洒期间气温15 ℃左右，当天最大气温30 ℃ 左右最大风速5 m/s。每月调查一次，调查喷洒的样地固结层厚度，观察风蚀痕迹等。

3 结果与分析

3.1 生物活性剂Frisol A、Frisol F和固沙剂Frisol S不同使用量对荒漠天然植被的盖度、生物量、植被高度的影响研究

试验结果见表1。

表1 不同用量生物活剂对天然植被恢复的影响Table 1 Effects of different bioactive agents on natural vegetation restoration

从表1可以看出生物活性剂Frisol A、Frisol F对荒漠天然植被恢复都有影响。只是用量小时与对照没有明显的差异。而Frisol A使用量达到100 g/m2以上时盖度提高了对照的62.1%，生物量增加了对照的66.5%，当年生长高度增加了111.0%。Frisol F使用量达到120 g/m2以上时盖度、生物量、当年生长高度分别增加了对照的69.4%、77.4%、106.7%。方差分析结果表明Frisol A用量大于100 g/m2、Frisol F用量大于120 g/m2时荒漠天然植被盖度、生物量、当年高度与对照有显著性差异（p＜ 0.05）。Frisol A 用 量 100 g/m2和 120 g/m2差异不显著，Frisol F用量120 g/m2和150 g/m2无显著差异，说明生物活性剂Frisol A用量100 g/m2、Frisol F用量120 g/m2最适量。固沙剂FrisolS与对照没有明显的差异。

3.2 生物活性剂与固沙剂混合使用对荒漠天然植被恢复的影响

不同的生物活性剂混合或同固沙剂混合对荒漠天然植被的盖度、生物量、高度、表土含水量都有一定程度的影响，结果见下表2。

表2 生物活性剂与固沙剂混用对天然植被恢复的影响Table 2 Effects of bioactive agents combined with sandfixation agent on natural vegetation restoration

从表2中可以看出：生物活性剂Frisol A、Frisol F无论是单独使用，还是同固沙剂Frisol S混合使用，对荒漠天然植被都有明显的促进作用，样方内株数、植被盖度、生物量、当年高度分别较对照有显著的差异。其中Frisol A+Frisol F+Frisol S效果最好，样方内株数是对照的2.7倍，植被盖度、生物量、当年高度分别是对照的2.4、2.5、1.8倍。生物活性剂与固沙剂Frisol S混合使用，土壤表层含水量明显较对照增加。

3.3 生物活性剂对人工栽植苗木治理荒漠化的影响

为了进一步了解生物活性剂对人工栽植苗木治理荒漠化的作用，通过给栽植的柽柳和沙枣，样方内每株都施生物活性剂，测定其成活率、当年生长量和单株生根量。试验结果见表3。

表3 生物活性剂对人工栽植柽柳和沙枣治理荒漠化的影响Table 3 Effects of artificially planting Tamarix chinensis and Oleaster with bioactive agents on control desertification

从表3中可以看出：使用生物活性剂Frisol A、Frisol F，使柽柳造林成活率平均达到89.9%，沙枣成活率平均达到94.9%，分别比对照平均提高了14.1%和10.4%；柽柳的当年平均生长量、单株生根量都是未使用活性剂的2倍以上；沙枣的当年平均生长量、单株生根量都较对照提高了45.6%和86.3%。

3.4 固沙剂Frisol S固沙效果试验

为了更好的观察固沙剂risol S的渗透性、结皮厚度、结皮强度、抗风湿能力等各种性能，每月定期观察样地地表变化情况。入渗深度、结皮厚度可以用尺子测量，其它项目根据一些观测到的情况进行定性的判断和比较。观察到固沙效果如表4 所示。

从表4中可以看出：固沙剂Frisol S用量大于50 g/m2时，固沙效果明显，表面结皮达到10 mm左右，抗风沙能力增强。经过试验得出固沙剂Frisol S的渗透性较强，在每m2喷施固沙剂溶液2.5 L时，渗透深度都在5 cm以上，充分渗透更容易形成结皮，起到固沙的目的。

表4 固沙剂用量对抗风蚀能力和结皮层的影响Table 4 Effects of sand-fixation agent contents on antiwind erosion ability and thickness and strength of crust layer

4 讨 论

（1）生物活性剂Frisol A使用量达到100 g/m2以上时盖度提高了对照的62.1%，生物量增加了对照的66.5%，当年生长高度增加了111.0%。Frisol F使用量达到120 g/m2以上时盖度、生物量、当年生长高度分别增加了对照的69.4%、77.4%、106.7%。通过试验得出生物活性剂Frisol A、Frisol F最适使用量分别为100 g/m2、120 g/m2。生物活性剂Frisol A、Frisol F单独使用或同固沙剂Frisol S混合使用，对荒漠天然植被都有明显的促进作用，样方内株数、植被盖度、生物量、当年高度分别较对照有显著的差异。其中Frisol A＋Frisol F＋Frisol S效果最好，样方内株数、植被盖度、生物量、当年高度分别是对照的2.7、2.4、2.5、1.8倍。

（2）运用生物活性剂Frisol A、Frisol F，使柽柳造林成活率平均达到89.9%，沙枣成活率平均达到94.9%，分别比对照平均提高了14.1%和10.4%；对荒漠造林恢复植被有良好的效果。

（3）试验结果表明，使用Frisol S＞50 g/m2时在荒漠表面形成较厚的结皮，从而有效地控制了沙丘的流动。并且使荒漠表层土壤含水量较对照明显增加。从现场观察来看，Frisol S＞50 g/m2时，固沙成本也较低，每m2不到1元钱，比草方格固沙的价钱都低，所以它的综合效益是非常可观的。该固沙剂在环境恶劣的沙漠地区固沙它的抗老化性、保水性，抗冻融稳定性有待进一步开展研究。

综上所述，为了有效提高荒漠植被的生产力，减少不利因素的影响，使得荒漠植被健康生长，可以通过围栏封育和人工辅助造林加以生物活性剂与固沙剂治理荒漠化，从而起到治理荒漠化的作用。该研究成果把生物活性剂与固沙剂有机结合在一起,高效价廉,快速、方便,是固沙、冶沙、绿化荒漠的理想产品。

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Applied research of bioactive agents in desertifcation control

LEI Jun1, BIAN Biao1, FAN Ju-ping1, LU Ying2, ZHANG Hu1
(1. Gansu Province Academy of Water Resources Conservation Forests in Qilian Mountains, Zhangye 734000, Gansu, China;2. Zhangye Academy of Forestry Science, Zhangye 734000, Gansu, China)

In order to achieve the purpose of desertifcation control, to realize virtuous circle of ecological environment, the experimental researches of bioactive agents and sand-fxation agent in the natural vegetation restoration and planting vegetation restoration control desertification process were conducted. The results show that the optimum quantity of the bioactive agents Frisol A and Frisol F respectively were 100 g/m2and 120 g/m2; the two bioactive agents were alone used or uses with sand-fxation agent had signifcant role in promoting natural vegetation restoration, for example, there were obvious differences in plant number of sample plot, vegetation coverage, biomass and height in current year, compared with the control group; by adopting the bioactive agents, the average survival rate of Tamarix chinensis afforestation reached 89.9 percent, the Oleaster average survival rate reached 94.9 percent, which were respectively 46.7 percent and 23.0 percent higher than the control; the average growth, root quantity per plant of T. chinensis were more than two times with no used bioactive agents; the average growth, root quantity per plant of Oleaster were respectively 45.6 percent and 86.3 percent higher than the control; when the sand-fxation agent Frisol S content was greater than 50 g/m2, a thicker crust formed in the desertifcation surface, the anti-wind erosion ability was enhanced.

bioactive agents; desertifcation control; applied research

S728；S775

A

1673-923X(2013)08-0113-04

2013-01-22

甘肃省科技支撑计划项目黑河流域中游典型退化沙荒地生态综合治理技术集成与示范（1104FKCG164）资助作者简介：雷 军（1976-），男，甘肃高台人，农业推广硕士，林业工程师，主要从事荒漠化定位监测研究；

E-mail：leijun0121@163.com

[本文编校：文凤鸣]