科尔沁沙地小叶锦鸡儿人工林治沙工程效果研究*

李晓兰，相吉山，赵 岩，赵雪梅，秦立金

(赤峰学院)

0 引言

中国是世界上荒漠化和沙化面积大、分布广、危害重的国家之一，严重的土地荒漠化、沙化威胁着我国生态安全和经济社会的可持续发展.我国现有的荒漠化土地面积占总面积的27%，主要分布在北方干旱、半干旱地区，并且以风蚀沙化为主.科尔沁沙地是中国北方典型的半干旱农牧交错区，由于近百年来人口和牲畜数量的成倍增加和无节制的滥垦、滥樵、滥牧造成植被大面积破坏，加速了土地荒漠化的进程，使原本脆弱的生态环境更加恶化.通过栽植固沙植物的生物措施结合水土保持工程措施是改造干旱、半干旱地区土地和防治荒漠化的根本手段，也是我国生态环境建设的核心［1］.植物治沙应用非常普遍并且是世界各国治沙的主要措施［2］.治沙的根本目的是改善生态环境，促进经济发展和提高人民生活.因此沙丘植被恢复是生态环境治理的一项重要工程.人工固沙植被主要建立在流动沙丘上，通过设置草方格将流动沙丘固定，然后在草方格内撒播或栽植固沙植物使沙丘逐渐固定以达到防风固沙和植被恢复的目的.

小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)是耐寒、耐旱、耐热、耐贫瘠的野生灌木饲料植物，分布在东北西部、内蒙古、华北和西北等风沙干旱地区，分布很广，面积也很大，尤其在内蒙古东部科尔沁沙地，成为优势灌丛植被［3］.灌丛植被在水土保持、防风固沙、维持干旱与半干旱地区脆弱的生态平衡有特殊的意义［4］.近些年来，在科尔沁沙地已经建立了大面积的小叶锦鸡儿人工固沙植被，该文利用植被演替过程中固沙植物生物量特征、土壤性质和群落的种类多样性变化来分析植被的防风固沙作用，旨在为沙地植被恢复及合理的保护和管理提供科学依据.

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

研究区选择在科尔沁沙地乌兰敖都地区(43°02'N，119°39'E)，海拔479 m.该地区属于大陆性半干旱气候，年均温6.3℃，≥10℃积温3000～3200℃.多年平均降水量340.5 mm，年蒸发量2500 mm左右，无霜期140～160 d，土壤为风砂土和砂质栗钙土.地貌类型主要有流动－半流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、丘间低地和天然草地，其中流动沙丘占总面积的20%左右.年均风速4 m/s，8级以上大风日平均为75 d.

1.2 研究方法

选择不同年代种植的小叶锦鸡儿人工群落为研究对象(5年生、10年生、20年生)，以流动沙丘和天然小叶锦鸡儿群落为对照.在人工和天然群落内随机设置10个4 m×4 m灌木样方，在每个灌木样方内各设置4个1 m×1 m的草本样方，分别调查各样方中小叶锦鸡儿高度、冠幅和枝条数及草本样方内的种类组成、多度、频度、盖度、高度等指标.然后将10株小叶锦鸡儿枝条齐地剪下带回实验室测量地上生物量.在各样地内各取0～20 cm的混合土样(5个点均匀混合)带回实验室测量土壤理化性质.土壤pH采用酸度计测定(水土比2.5∶1);电导率用电导仪测定(水土比为5∶1);土壤有机质采用重铬酸钾氧化－外加热法;全氮采用半微量凯氏定N法;碱解氮用碱解扩散法;速效磷用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提－钼锑抗比色法;速效钾用醋酸铵提取－火焰光度法［5］.

2 小叶锦鸡儿人工林固沙效果研究

2.1 不同恢复年限小叶锦鸡儿灌丛特征分析

人工小叶锦鸡儿群落在不同恢复年限的灌丛特征差异性见表1，随着生长年限的增加，单株地上生物量呈现增加趋势，但与天然群落相比总生物量还有显著差异，单株地上总生物量与基径的变化规律是一致的，即天然小叶锦鸡儿＞20年人工固沙林＞10年人工固沙林＞5年人工固沙林，而且所有小叶锦鸡儿的生物量分配主要集中在老枝中(48.3% ～71.0%)，这一结果显示了流动沙丘逐渐被固定的过程中，小叶锦鸡儿的发育状况与沙丘固定程度均呈现良好态势.经方差分析表明不同恢复年限的小叶锦鸡儿高度、基茎和地上生物量均存在极显著差异(P＜0.001).

表1 不同恢复年限小叶锦鸡儿灌丛特征分析

2.2 不同恢复年限小叶锦鸡儿土壤性质差异

在流动沙丘建立小叶锦鸡儿人工群落后，经过多年的固定，土壤性质逐渐得以改善，主要表现为小叶锦鸡儿的定植和发育导致了土壤有机质含量、电导率、全氮等土壤理化性质的升高(见表2).在定植5、10、20 年后，灌丛下0 ～20 cm 土壤的有机质含量比流动沙丘分别增加了2、4、4.6倍，但是与天然群落相比还有一定的差距.栽植小叶锦鸡儿5年后土壤速效钾的增加很明显，是流动沙丘的2.7倍.土壤其它性质的变化均与土壤有机质的变化呈现相同的趋势，只是增加值有所不同.

表2 不同恢复年限小叶锦鸡儿固沙林土壤性质的变化

2.3 不同恢复年限小叶锦鸡儿群落种类多样性变化

表3 不同恢复年限小叶锦鸡儿群落植物种类组成

在退化生态系统恢复过程中，随着小叶锦鸡儿的发育，流动沙丘逐渐被固定，土壤环境得到了一定程度的改善，为外物种的入侵创造了有利的条件，植物种类和个体数量都会有显著的变化.首先是一些一年生植物的入侵，随着灌木发育时间的增长，种类数量和植被盖度均呈现增加趋势，整个人工固沙林的发育过程由简单变为复杂(见表3).根据表3中各种类的重要值可知，在未种植小叶锦鸡儿的流动沙丘上只有沙米(Agriophyllum squarromsum)、乌丹蒿(Artemisia wudanica)、狗尾草(Setaria viridis)和烛台虫实(Corispermum candelabrum).利用草方格的方法，在草方格内栽植小叶锦鸡儿后，沙面基本固定，形成了人工植物群落环境，在5年生的小叶锦鸡儿固沙林灌丛内已经有刺沙蓬(Salsola ruthenica)、雾冰藜(Bassia dasyphylla)、益母草(Leonurus sibiricus)等种类的侵入，并且还可以零星见到细叶白前(Cynanchum sibiricum)的出现;在10年生的人工群落中，种类数目已经达到10种，但80%以一年生植物为主;恢复20年后，种类数目明显增加，已达19种，并且一年生植物比例有所下降(63%)，多年生植物比例明显上升(16%).在天然群落中，多年生植物种类占总物种数的30%，明显多于人工群落.

3 结束语

由于小叶锦鸡儿对干旱贫瘠的风沙环境有较强的适应性，并且它是沙丘植被重建的优良树种，在沙漠化的防治中起着重要的作用［6］.通过生物措施和工程措施结合的方法在流动沙丘上种植小叶锦鸡儿，随着演替过程的推进，其地上生物量、土壤性质和植被组成等方面都有明显变化.与流动沙丘相比，种植小叶锦鸡儿5年后沙面已经基本固定，部分草本植物进入群落，并且达到一定数量.小叶锦鸡儿生长20年后，地上生物量、枝条数、平均基茎、冠幅等特性均有很明显的增加.

随着人工小叶锦鸡儿群落的演替过程，土壤性质随群落的发育而得到明显改善，土壤有机质、全氮和碱解氮等性质明显增加，该结果与蒋德明等［7］对科尔沁沙地小叶锦鸡儿人工林的研究结果一致，这说明草本层种类和个体数的增加对土壤理化性质的改变也起了重要的作用.所以植被重建对土壤肥力的改善效应是生物和非生物因素共同作用的一个复杂的生态学过程［8］.

不同恢复年限的小叶锦鸡儿人工固沙林草本层的种类组成存在一定的差异性，并且恢复年限越长，种类越多，但均比天然群落内少，比流动沙丘上多，这表明群落的发展是一个缓慢的过程.从整个发育过程来看，多年生植物的入侵及个体数还是呈现增加的趋势，所以群落结构变得越来越复杂，但人工群落与天然群落相比在对外界环境的适应、自我更新能力和稳定性方面都较差.在天然群落中，一年生植物种类仍占有较高比例，这说明天然群落也还处于不稳定状态，所以无论人工群落还是天然群落要达到稳定还需要较长的时间.所以在半干旱的科尔沁沙地，通过人工植被的建立以及合理的土地利用和管理，沙漠化是可以逆转的［9］.该文的研究不仅为沙漠化地区植物治沙工程的实施提供依据，而且为半干旱风沙区流动沙丘的生态工程建设提供参考.

［1］赵哈林.科尔沁沙地沙漠化过程及其恢复机理［M］.北京:海洋出版社，2003.

［2］王礼先.我国荒漠化土地成因及其防治对策［J］.世界林业研究，2000，13(6):32–37.

［3］曹新孙.内蒙古东部地区风沙干旱综合治理研究:第二集［M］.北京:科学出版社，1990.

［4］曹新孙.内蒙古东部地区风沙干旱综合治理研究:第一集［M］.内蒙古:人民出版社，1984.

［5］中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析［M］.上海:上海科学技术出版社，1981.

［6］苏永中，赵哈林，张铜会，等.科尔沁沙地不同年代小叶锦鸡儿人工林植物群落特征及其土壤特性［J］.植物生态学报，2004，28(1):93–100.

［7］蒋德明，曹成有，押田敏雄，等.科尔沁沙地小叶锦鸡儿人工林防沙固沙及改良土壤效应研究.干旱区研究，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］赵哈林，赵学勇，张铜会.我国北方农牧交错带沙漠化的成因、过程和防治对策［J］.中国沙漠，2000，20(1):22–28.