科尔沁沙地飞播示范及沙化草地修复效果监测

2018-10-23樊俊梅王瑞峰刘亚玲郑丽娜包乌云杜宇凡王瑞珍

草原与草业 2018年3期

张健，樊俊梅，邢旗，王瑞峰，刘亚玲，郑丽娜，包乌云，杜宇凡，王瑞珍

(内蒙古蒙草生态环境(集团)股份有限公司，内蒙古呼和浩特 010030)

1 引言

科尔沁沙地位于中国东北部，松辽平原西部，由于200～300ka前开始的地质构造运动，形成了地面的粉沙层。随着时间的推移，这一区域演化成了森林草原生态系统，表层有了一层厚度不均匀的土壤〔1-4〕。但是，随着垦殖作业的开始，科尔沁沙地出现了不同程度的土地沙漠化，急需通过有效的治理措施来保护其脆弱的生态。国内外对沙地修复措施多种多样，主要有封沙育草、飞播固沙、植物固沙与工程固沙相结合等措施〔5、6〕。大面积沙地治理主要采用飞播措施，飞播固沙主要经历了试验、示范、推广三个阶段，我国许多专家和学者都对飞播有较深的研究〔7-9〕。早在1979年，我国草业部门首先在陕西及内蒙古、宁夏开始飞播种草试验并取得成功，截止到2008年，我国累计飞播种草350.16万公顷〔10〕。本研究在已有基础上，通过飞播固沙对科尔沁沙地飞播过程及效果监测进一步研究、补充，并就飞播实现生态价值的前提下如何能更好的实现利用价值进行研究和填补。

2 研究区概况及方法

2.1 研究区概况

研究区分设在2个旗县，一处位于科尔沁左翼中旗(科左中旗)门达镇乌斯吐自然保护区和后乌苏，另一处位于科尔沁左翼后旗(科左后旗)龙营艾勒嘎查，飞播总面积为20526.8亩，其中科左中旗10080亩，科左后旗10446.8亩，具体飞播样地拐点经纬度及面积见表1。

表1 飞播样地拐点经纬度及面积Table1 inflection point and area of the inflection

试验区整体表现为较强的大陆性气候特征。年均气温5.8～6.4℃，≥10℃积温为3000～3200℃，无霜期130～160d。一年中5～9月是日均气温≥10℃最集中的时期。年降水量一般在310～500mm，潜在蒸发量是降水量的6～7倍。降水空间分布表现为从东南向西北逐渐递减。年内降水分配6～8月占全年的70%以上，降水年变率20%以上。全年大气平均湿度为50%～55%，平均湿润度系数为0.3～0.5，干燥度系数为1.0～1.8。冬春盛行偏西或偏北风，夏季以偏南和西南风为主。年平均风速为3.5～4.5m/s，极大风速31m/s，>8级大风日集中在冬、春季，平均每年超过75d。

地貌最显著的特点是沙层有广泛的覆盖，丘间平地开阔，形成了坨甸相间的单元组合。主要地貌类型包括沙丘、低缓起伏沙地、丘间低地、冲积平原和石质残丘，具体沙漠化面积统计数据见表2。土壤主要以风沙土为主，包括流动风沙土、生草风沙土和栗钙土型风沙土。该区域流动和半固定沙丘集中分布，生态极其脆弱。土地干扰频繁，治沙基础薄弱，治理难度大。

表2 科左中旗、科左后旗沙地沙漠化土地统计〔11〕Table2 Statistics of desertified lands in Horqin Sandy Land region

2.2 研究方法

2.2.1 飞播试验示范方法

对实施区的地形起伏、开阔程度和集中连片情况、土壤质地和原生植被的种类、盖度及产草量等情况进行调研，确定宜播区，制定飞播方案。利用GPS定位确定播区边界，在各拐点或沿边界进行播区标示。播前进行播区简易整地、沙障铺设等，选择小叶锦鸡儿、沙蒿、沙打旺、草木犀、羊柴、沙蓬进行飞播，飞播草种比例(1∶0.6∶0.6∶0.25∶0.2∶0.2)，播量1.5kg/亩。通过对播区地形地貌，调查后，选用小蜜蜂A20型飞机飞播，每次装种150kg，在雨季来临前播种，本次飞播时间为2015年6月30日-2015年7月15日。根据播区分布和种子、油料的运输条件等，选好飞机起降点。飞行作业前，进行空中和地面视察，熟悉航路、播区范围、地形地物，检测通讯设备。作业需根据风向、风速和地面落种情况及时调整航向，确保落种准确、均匀。飞播后，对播区围栏封育，并对30%以上大面积缺苗地块进行人工补播，且播后2-3年严禁放牧。

2.2.2 播区飞播后调查监测

播时利用接种布调查落种密度、播量和播幅。在播区内设置接种布(规格：1m×1m)，接种布间隔10m，收集单次飞播接种布撒落的种子，并记录每块接种布的种子数量和种类，记录接种布的有效落种数量，计算播幅，经试验后确定播量和落种数达到飞播预设目标后，开始正常飞播。

播后对播区植被调查：

①地面调查：在播区内设置若干垂直于航向的调查线，在线上无选择等距离(10m或20m)地设置样方，统计样方内不同草种出苗数，有苗率、盖度及鲜草重。调查样线设置要有一定的代表性，调查面积不少于1/10，调查草本种类组成、株高、盖度、个数、生物量等。

②遥感调查：利用高分遥感卫星影像对飞播后样地单元调查，判读、解译遥感影像数据，分析飞播后样地，呈现在遥感影像的差异，通过对比遥感影像变化了解飞播治理效果，从宏观上监测沙区变化动态及变化规律，分析监测飞播后动态变化。

3 结果分析

2015年7月飞播后，统计了每平米落种数，并于2015年8月统计了成苗数见表3。经计算各飞播草种成苗率顺序为：沙蓬(120%)>沙蒿(54.3%)>草木犀(14.1%)>沙打旺(13.9%)>羊柴为(11.1%)>小叶锦鸡儿(10.2%)，除沙蓬和沙蒿成苗率稍好之外，其它草种在飞播中成苗率都较低。

表3 飞播落种数及成苗数统计表Table3 Statistics number of the sowing seeds and seedlings.

3.1 科尔沁左翼后旗飞播效果监测

沙地飞播效果监测主要从飞播后植被群落的高度、盖度、密度和遥感影像等进行飞播效果监测。

3.1.1 飞播后高度变化

图1 后旗沙地飞播治理后高度变化Fig. 1 the height variation after the flyover of the Houqi sand.

图1结果表明，2015年7月飞播，到2015年8月监测群落高为1.97cm，2016年8月监测群落高度已达37.7cm，而2017年8月监测群落高度为40.6cm，较2016年变化不明显。尽管如此，2016、2017年群落高度仍较2015年显著提高(P<0.05)。

3.1.2 飞播后盖度变化

飞播后监测了不同年份8月份群落盖度变化。图2结果表明：2015年群落盖度为18.5%，2016年群落盖度24.0%，较2015年群落盖度变化不大，2017年群落盖度39.7%较2015年提高了12.2%，盖度增加显著(P<0.05)。

图2 科左后旗沙地飞播治理后盖度变化Fig. 2 the coveragevariation after the flyover of the Houqi sand

3.1.3 飞播后密度变化

2015年7月飞播后，在8月份监测了群落密度较高为263株/m2，图3结果显示，但到2016年群落密度已降至30株/m2，较2015年大幅减少，可能原因：(a)2015播后，植物生长时间较短，未能贮存足够营养物质越冬，导致一部分第二年未返青。(b)播种量(1.5kg/亩)较大，单位面积出苗植物较多，对水分、光照、养分等资源的竞争、自疏导致部分植物死亡。2017年群落密度较2016年稍有提高，可能由于2017年群落已基本形成较稳定结构，有其它植物进入，提高单位面积植物密度。

图3 后旗沙地飞播治理后密度变化Fig.3 the density variation after the flyover of the Houqi sand

3.1.4 科尔沁左翼后旗飞播前后遥感影像变化

图4 科尔沁左翼后旗沙地飞播前后遥感影像变化Fig. 4 the Remote sensing imagevariation after the flyover of the Houqi sand

从图4可以看出，在2016年8月遥感影像上代表植被的斑块，较2014年8月飞播前遥感影像代表植被的斑块明显增多。

3.2 科尔沁左翼中旗飞播效果监测

3.2.1 飞播后高度变化

图5 飞播治理后不同年度群落高度变化Fig.5 the community height variation of different year after the fly restoration

图5结果表明，2015年7月飞播，到2015年8月监测群落高为10.7cm，2016年8月监测群落高度已达61.9cm，而2017年8月监测群落高度较2016年变化不大高度为107.5cm，2016、2017年监测结果显示，群落高度都较2015年显著提高(P<0.05)。

3.2.2 飞播后盖度变化

图6 飞播治理后不同年度群落盖度变化Fig.6 the community coverage variation of different year after the fly restoration

图6结果表明，飞播后监测了不同年份8月份群落盖度变化，2015年群落盖度为12.5%，2016年群落盖度43.6%，较2015年群落盖度增加了31.1%，2017年群落盖度70.0%，较2016年增加了26.4%，较2015年增加了57.5%，效果显著(P<0.05)。

3.2.3 飞播后密度变化

图7结果显示，2015年7月飞播后，在8月份监测了群落密度较高为57株/m2，但到2016年群落密度已降至34株/m2，较2015年稍有减少，可能由于：(1)2015年播完后，植物未完全长高，没有贮存足够营养物质而未能越冬导致部分植物第二年未返青。(2)也可能是播种量(1.5kg/亩)较大，单位面积出苗植物较多，对水分、光照等资源的竞争而导致部分植物未能存活。2017年群落密度较2015年有较大提高，比2016年大幅提高，可能由于2017年群落已基本形成较稳定结构，有其它植物进入，提高单位面积植物密度。

图7 飞播治理后不同年度群落密度变化Fig.7 the community density variation of different year after the fly restoration

3.2.4 科尔沁左翼中旗飞播前后遥感影像变化

图8 科尔沁左翼中旗沙地飞播前后遥感影像变化Fig. 8 the Remote sensing imagevariation after the flyover of the Zhongqi sand

从图8可以看出，在2016年8月遥感影像上代表植被的斑块，较2014年8月飞播前遥感影像代表植被的斑块明显增多，斑块的变化直接反映了播区内植被的变化。

3.3 科左后旗与科左中旗监测效果对比

图9表明在2015年飞播后，科左后旗群落盖度较科左中旗群落盖度高， 2016年、2017年数据监测显示，随年份增加科左后旗和科左中旗群落盖度都呈增长趋势，但科左后旗群落盖度在2016和2017年份都较科左中旗群落盖度低；而在2015-2017年，科左后旗群落高度都较科左中旗高度低，可能由于在飞播后，科左中旗较科左后旗管护好，因为在数据采集时，时有牧户在后旗飞播样地中放牧，破坏了群落正常生长，而科左中旗少有牧户进入飞播地放牧。