荒漠區(qū)人工梭梭林接種肉蓯蓉生態(tài)恢復(fù)效益評(píng)估
——以吐魯番市高昌區(qū)為例

王含露，孫桂麗

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052;2.干旱區(qū)林業(yè)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830052 )

荒漠化是指干旱、半干旱和亞濕潤(rùn)干旱區(qū)的土地退化[1]。我國(guó)是世界上受荒漠化危害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，新疆則是我國(guó)荒漠化面積最大、分布最廣的區(qū)域之一，荒漠化土地在全疆90個(gè)縣(市)都有不同程度的分布[2]，吐魯番地區(qū)表現(xiàn)尤為明顯。吐魯番市荒漠化導(dǎo)致天然植被大面積死亡、湖泊萎縮、土地沙化等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，生態(tài)系統(tǒng)破碎化程度加劇，直接威脅吐魯番地區(qū)乃至周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[3]。因此，治理日趨惡化的生態(tài)環(huán)境，防止自然生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)一步退化，恢復(fù)已破壞的生態(tài)系統(tǒng)，已成為改善吐魯番市乃至西北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。將沙漠化治理和發(fā)展沙漠經(jīng)濟(jì)相結(jié)合是未來(lái)沙漠治理的發(fā)展方向，且具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[4-6]。肉蓯蓉的人工種植技術(shù)開(kāi)始于1981年，以梭梭為寄主接種肉蓯蓉于1985年獲得成功[7]。筆者選取吐魯番市高昌區(qū)荒漠生境中5年人工梭梭林、3年接種肉蓯蓉的人工梭梭林及原生荒漠作為樣地，基于野外觀測(cè)、調(diào)查、取樣和室內(nèi)分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)效果對(duì)比分析。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況吐魯番盆地是天山山脈東段較大的山間盆地之一，地區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)東部，四面環(huán)山，地勢(shì)低凹，火焰山橫亙中部，以艾丁湖為中心[8-9]。盆地內(nèi)氣候?qū)倥瘻貛Ц珊祷哪畾夂?，太?yáng)輻射強(qiáng)，加之受塔里木熱低壓的影響，形成了日溫特別高、炎熱期長(zhǎng)、多大風(fēng)的氣候特點(diǎn)。吐魯番年平均降水量?jī)H6.9～25.2 mm，而蒸發(fā)卻極為強(qiáng)烈，年平均蒸發(fā)能力為2 727.0～3 837.8 mm，比降水量高110～540倍[10-11]。因此，是新疆水資源極具匱乏的地區(qū)，由此引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，如土地沙化、鹽漬化、沙塵暴頻發(fā)、植被衰退，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。吐魯番市高昌區(qū)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)較為單一，綠洲農(nóng)業(yè)占主要地位，農(nóng)民收入主要來(lái)源于種植業(yè)、林果業(yè)與少量畜牧業(yè)。在自然環(huán)境的變化及人類生活的影響下，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)急劇惡化，對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人們的生活構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[12-14]。選取吐魯番市高昌區(qū)恰特喀勒鄉(xiāng)公相村作為試驗(yàn)樣方布設(shè)點(diǎn)，公相村地處吐魯番市東南方向，處于風(fēng)口地段，周邊都是沙漠，村民常年飽受風(fēng)沙之苦，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響。公相村自然條件極其惡劣，沙漠化相當(dāng)嚴(yán)重。

1.2試驗(yàn)材料

選取3年生接種肉蓯蓉的梭梭林(S)、5年生梭梭林(F)和原生荒漠(Y)作為試驗(yàn)區(qū)。3年生接種肉蓯蓉的梭梭林在肉蓯蓉生長(zhǎng)季每月澆1次水，并根據(jù)實(shí)際情況定期施肥、除草；5年生梭梭林1年澆1次水，無(wú)其他管護(hù)措施。

1.3試驗(yàn)方法分別于2017年4、5、6月在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)設(shè)置20 m×20 m的植被調(diào)查樣方，調(diào)查樣方內(nèi)植被種類、數(shù)量及生長(zhǎng)狀況。同時(shí)利用HOBO U30自動(dòng)氣象站測(cè)定試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等多種環(huán)境參數(shù)。并采集樣方內(nèi)的0～60 cm的土壤樣品，分層測(cè)定其含水量、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀的含量。采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量；采用福斯凱氏定氮儀Kjeltec 8400測(cè)定土壤全氮含量；采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)T6新世紀(jì)測(cè)定土壤全磷含量；采用火焰光度計(jì)FP6431測(cè)定土壤全鉀含理。

2 結(jié)果與分析

2.1小氣候監(jiān)測(cè)試驗(yàn)區(qū)小氣候監(jiān)測(cè)采用對(duì)比的方法，分別在試驗(yàn)區(qū)3年生接種肉蓯蓉的梭梭林、5年生梭梭林和原生荒漠的150 cm與10 cm高度處設(shè)立小氣候監(jiān)測(cè)，測(cè)定溫濕度、風(fēng)向、風(fēng)速，結(jié)果見(jiàn)圖1～3。

由圖1可知，各樣方內(nèi)上風(fēng)向150 cm高度處的平均風(fēng)速均大于近地表10 cm處的平均風(fēng)速。3年生接種肉蓯蓉的梭梭林近地表10 cm處平均風(fēng)速最低為0.003 m/s，5年生梭梭林為0.209 m/s，地表平均風(fēng)速最高為原生荒漠(1.11 m/s)；3年生接種肉蓯蓉的梭梭林由于人工施肥、澆水等一系列管護(hù)，長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于5年生梭梭林，150 cm處平均風(fēng)速為0.428 m/s，原生荒漠為1.668 m/s，而5年生梭梭林的平均風(fēng)速最高，達(dá)1.843 m/s。因此，植物高度越高，蓋度越大，降低地表風(fēng)速的作用越明顯，防風(fēng)固沙效益越好。

圖1 不同試驗(yàn)區(qū)風(fēng)速對(duì)比Fig.1 Comparison of wind speed in different experimental zones

由圖2可知，各試驗(yàn)區(qū)150 cm處氣溫均高于地表10 cm處。綜合比較，3年生接種肉蓯蓉的梭梭林試驗(yàn)區(qū)10 cm與150 cm氣溫均為最低，分別為34.416、36.584 ℃，原生荒漠試驗(yàn)區(qū)的氣溫地高，地表10 cm處為36.449 ℃，150 cm處為38.605 ℃。

圖2 不同試驗(yàn)區(qū)氣溫對(duì)比Fig.2 Comparison of temperature in different experimental zones

由圖3可知，3年生接種肉蓯蓉的梭梭林地表10 cm和150 cm空氣相對(duì)濕度分別為21.20%和20.52%，均較5年生梭梭林和原生荒漠高；其次是5年生梭梭林，原生荒漠的相對(duì)濕度最低，10 cm處為10.69%，150 cm處為8.86%。3年生接種肉蓯蓉的梭梭林和5年生梭梭林均具有保護(hù)地表土壤、抗風(fēng)蝕及改善局部地區(qū)溫濕度的作用，其中3年生接種肉蓯蓉的梭梭林比5年生梭梭林更具有改善小氣候的生態(tài)功能，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)部環(huán)境也更趨于穩(wěn)定。

圖3 不同試驗(yàn)區(qū)相對(duì)濕度對(duì)比Fig.3 Comparison of relative humidity in different experimental zones

吐魯番地區(qū)人工梭梭林接種肉蓯蓉的種植模式，不僅增加了植被覆蓋面積，改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，還有效地減少和防止了風(fēng)沙對(duì)土地的侵襲，減少了沙塵天氣，也改善了一部分區(qū)域的小氣候。據(jù)測(cè)，接種肉蓯蓉試驗(yàn)區(qū)比其余試驗(yàn)區(qū)域的氣溫低，相對(duì)濕度增加，風(fēng)速也有所減小。由此可知，由于接種肉蓯蓉，人工灌溉、施肥等一系列管護(hù)行為使區(qū)域內(nèi)的植物高度高，蓋度大，則對(duì)區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度、風(fēng)速等有顯著改善。

2.2植被變化試驗(yàn)實(shí)施后對(duì)各試驗(yàn)樣地進(jìn)行植被調(diào)查，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)植被變化顯著，蓋度明顯提高，但生物多樣性水平較低，物種也較單一。由于試驗(yàn)區(qū)樣地管理狀況不同，則在相應(yīng)時(shí)間的試驗(yàn)區(qū)樣地內(nèi)的植被狀況也不盡相同，5年生梭梭林試驗(yàn)區(qū)樣地內(nèi)梭梭蓋度較高，但由于疏于人工管護(hù)，倒伏死亡情況嚴(yán)重，草本植物較少，僅有駱駝刺等幾種草本植物，并未形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)；而3年生接種肉蓯蓉的梭梭林由于每個(gè)月進(jìn)行1次人工澆水、施肥，因此植物長(zhǎng)勢(shì)好，高度高，蓋度也較大，植物物種較為豐富，除灌木檉柳(TamarixchinensisLour.)、沙拐棗(CalligonummongolicumTurcz.)外，草本植物較5年生梭梭林多，樣方內(nèi)常見(jiàn)的有駱駝刺(AlhagisparsifoliaShap.)、豬毛菜(SalsolacollinaPall.)、駝絨黎(Ceratoideslatens)、蘆葦(Phragmitesaustralis)等，偶見(jiàn)拉拉藤(GaliumaparineLinn.)。

由表1可知，2017年4—6月3年生接種肉蓯蓉的梭梭林株數(shù)由84株增加為87株，而5年生梭梭林由71株減少為65株；對(duì)比3年生接種肉蓯蓉的梭梭林可知，5年生梭梭林的梭梭植株死亡率較高。由于積極的人工管護(hù)，3年生接種肉蓯蓉的梭梭林內(nèi)的梭梭植株長(zhǎng)勢(shì)明顯優(yōu)于5年生梭梭林，3年生接種肉蓯蓉的梭梭林平均株高由4月的139 cm增長(zhǎng)為6月的159 cm，平均增長(zhǎng)20 cm，而5年生梭梭林的平均株高則由141 cm增長(zhǎng)為147 cm，平均增長(zhǎng)6 cm，遠(yuǎn)低于3年生接種肉蓯蓉的梭梭林。

3年生接種肉蓯蓉的梭梭林內(nèi)檉柳數(shù)由4月的7株減少為6株，平均株高由81 cm增加為94 cm，這是由于檉柳不是目的樹種，會(huì)進(jìn)行人工去除；5年生梭梭林內(nèi)檉柳數(shù)則由14株減少為9株，平均株高由121 cm減少為110 cm；而3年生接種肉蓯蓉的梭梭林內(nèi)沙拐棗的株數(shù)由4株增加為6株，5年生梭梭林內(nèi)沙拐棗由5株減少為2株。2017年4—6月3年生接種肉蓯蓉梭梭林的蓋度由20.13%提高至46.26%,增加了26.13百分點(diǎn);5年生梭梭林蓋度僅增加0.9百分點(diǎn)；而對(duì)照組原生荒漠樣地植被蓋度則不變，為0。

表1 試驗(yàn)區(qū)樣方內(nèi)灌木種類及其基本生長(zhǎng)情況

由表2可知，3年生接種肉蓯蓉梭梭林樣方內(nèi)植被種類最多，2017年4—6月駱駝刺、蘆葦、豬毛菜、駝絨黎、堿蒿等草本植物的數(shù)量增加明顯，還出現(xiàn)喜水植物，拉拉藤的出現(xiàn)說(shuō)明人工澆水、施肥對(duì)試驗(yàn)區(qū)樣地內(nèi)植被多樣性起到積極的作用(其中并未排除一系列人工除草對(duì)草本種類和數(shù)量的影響)；而5年生梭梭林樣方內(nèi)植被種類較少，僅有駱駝刺、蘆葦、拉拉藤、絨藜等植物，4—6月疏于人工管護(hù)的5年生梭梭林試驗(yàn)區(qū)樣地內(nèi)，草本植物的死亡率較高。

表2 試驗(yàn)區(qū)樣方草本種類及數(shù)量

2.3土壤理化性質(zhì)調(diào)查對(duì)各試驗(yàn)區(qū)樣地0～60 cm土層土壤進(jìn)行理化分析，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，3年生接種肉蓯蓉的梭梭林由于每月1次的人工灌溉，土壤含水量明顯高于5年生梭梭林和原生荒漠，土壤60 cm土層靠近肉蓯蓉寄生處，土壤含水量最高；其次是5年生梭梭林，地表10 cm處含水量最低，25 cm與60 cm土層的土壤變化不大；而原生荒漠由于地表無(wú)覆蓋，土壤含水量極低。3年生接種肉蓯蓉的梭梭林與5年生梭梭林同等深度土壤有機(jī)碳和有機(jī)質(zhì)對(duì)比顯示，除60 cm土層接近肉蓯蓉的土壤有機(jī)碳和有機(jī)質(zhì)含量高于5年生梭梭林，其余均低于5年生梭梭林，可得出有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳含量隨梭梭林的生長(zhǎng)年齡增長(zhǎng)而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。3年生接種肉蓯蓉梭梭林與5年生梭梭林的全氮、全磷、全鉀等土壤微量元素的含量隨著土壤深度的變化而變化，且靠近梭梭根部的土壤微量元素含量較高，而原生荒漠不同土層土壤微量元素含量變化不明顯。由此可得，人工干預(yù)對(duì)生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的土壤變化起到積極作用，梭梭林人工接種肉蓯蓉種植模式對(duì)生態(tài)修復(fù)起到推動(dòng)作用。

表3 試驗(yàn)區(qū)土壤理化性質(zhì)

3 結(jié)論與討論

(1)改善區(qū)域小氣候。吐魯番荒漠區(qū)域人工種植梭梭林后，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)風(fēng)速明顯降低，氣溫降低，相對(duì)濕度增加，改善了區(qū)域內(nèi)的小氣候，而且隨著梭梭接種肉蓯蓉種植模式的推廣，人工管護(hù)力度加大，植被高度增加，蓋度增大，對(duì)區(qū)域內(nèi)小氣候的改善作用就越明顯。

(2)提高植被覆蓋度和生物多樣性。 梭梭林接種肉蓯蓉種植模式的推廣前期需要人工種植梭梭，提高當(dāng)?shù)氐闹脖簧w度。由于試驗(yàn)區(qū)梭梭是人工植被，植被的穩(wěn)定性較差，接種肉蓯蓉后大量的人工輔助措施確保了梭梭林的成活率，植物的生長(zhǎng)速度也較快，也為其他生物生長(zhǎng)提供了條件，使得物種的豐富度也有所增加，除灌木外出現(xiàn)較多的草本植物及少量的藤本植物，提高了生物多樣性。

(3)改善土壤理化性質(zhì)。人工梭梭林接種肉蓯蓉使當(dāng)?shù)刂参锔采w度增加的同時(shí)，減少了土壤風(fēng)蝕造成的一系列環(huán)境問(wèn)題。而區(qū)域內(nèi)植物數(shù)量增加的同時(shí)，土壤中的植物根系數(shù)量也大大增加，對(duì)土壤具有一定的團(tuán)聚作用，同時(shí)利于防風(fēng)固沙、保持水土。接種肉蓯蓉期間的人工灌溉等管護(hù)行為使得區(qū)域內(nèi)土壤的保水保肥能力增強(qiáng)，并增加了土壤的有機(jī)質(zhì)含量。而人工梭梭林區(qū)域的生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)屬短期項(xiàng)目，土壤全氮、全磷、全鉀含量變化不明顯。

(4)長(zhǎng)期以來(lái)，吐魯番地區(qū)自然條件惡劣，是生態(tài)脆弱的荒漠區(qū)域。一方面，當(dāng)?shù)厝丝诙?，可耕地面積少，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，而人工梭梭林接種肉蓯蓉種植模式改造荒漠土地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，變有害為有利，不但可以防風(fēng)固沙，而且可以改善當(dāng)?shù)厝嗣裆姝h(huán)境；另一方面，增加了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)收入，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高了人們的生活水平，也為區(qū)域內(nèi)提供了大量的就業(yè)機(jī)會(huì)，滿足了社會(huì)對(duì)肉蓯蓉加工原材料的需求，帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加快了人民脫貧致富的腳步。更具意義的是這種種植模式減少了人為破壞自然環(huán)境和野生植被的行為，提高了當(dāng)?shù)鼐用裰卫砘哪姆e極性。

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