基于沙丘植被恢復試驗及固沙植物的風沙土養(yǎng)分含量研究

曹世文

(遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114039)

遼西北沙漠化區(qū)是一個由農(nóng)業(yè)區(qū)向牧區(qū)過渡的特殊生態(tài)區(qū)，其顯著特點是人類活動的干擾使系統(tǒng)功能和生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)更加脆弱和極其不穩(wěn)定[1]，已經(jīng)處于惡性循環(huán)之中。

目前，土地沙漠化是我國北方農(nóng)牧交錯帶最嚴重的地區(qū)之一。它是制約遼西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的主要生態(tài)問題，也是造成生態(tài)環(huán)境惡化和農(nóng)牧民貧困的根本原因。本研究通過地塊試驗和理論分析相結(jié)合的方法，尋找一種更合理、更接近自然的沙地植被恢復技術(shù)和理論體系，不斷完善和發(fā)展沙漠沙地治理技術(shù)和理論，加快沙漠化進程及沙化治理和荒漠化治理，恢復和建設(shè)大型自然植被、人工植被和沙漠，為研究沙漠地區(qū)提供強有力的保障和理論依據(jù)。

土地沙漠化是遼西北農(nóng)牧交錯帶最嚴重的地區(qū)之一，同時也是制約遼西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的主要問題，這也是導致生態(tài)環(huán)境惡化和造成農(nóng)牧民貧困的主要原因。通過研究地塊試驗和理論分析相結(jié)合，不斷完善和發(fā)展沙漠沙地治理技術(shù)和理論，加快沙漠化防治及沙漠化治理進程，對沙漠進行了大規(guī)模的天然植被、人工植被和沙漠化治理、恢復和建設(shè)，為研究沙漠地區(qū)治理提供科學理論依據(jù)。

1 概述

彰武位于遼寧省西北部，其沙地主要由橢圓形沙丘組成，與沙丘帶與沙丘之間的風蝕洼地或沙丘間低地交織在一起，根據(jù)地形特征及植被覆蓋率和土壤性質(zhì)，彰武沙地可分為4類：流動半流動沙丘、固定沙丘、平緩沙地和風蝕洼地平地[1]。流動沙丘和半流動沙丘面積占沙丘總量的18.9%，這些沙丘地形相對較高且起伏較大。沙丘呈新月形或相互連接成橢圓形的沙丘帶，上面生長著一些沙生植物，覆蓋率相對較低[2]。固定沙丘和平緩沙地面積占沙丘總量的69.1%，這類沙地地勢相對較低，其植被覆蓋面積較大，風蝕洼平地面積占12.0%，地勢相對較低，植物覆蓋率較小，分布著草甸和草原植物。研究區(qū)沙地類型劃分見表1。

2 圍封對沙丘穩(wěn)定性及植被恢復的影響

2.1 對沙丘穩(wěn)定性的影響

試驗示范區(qū)在2017年11月，共計有比較大的流動沙丘13個，流動速度為3～15m/a。其中固沙植物人工栽培固定沙丘8個，自然恢復植物固定沙丘5個，經(jīng)過4～5a的圍封處理，每個沙丘70%～80%的面積從流動到半流動，流動沙丘面積由44hm2減少到11hm2，由15%減少到3.75%。截至2018年，除未完全固定的大型流動沙丘外，還有8個小型流動沙丘，面積(30×50)m2，流動沙丘不同治理方式治理前后的變化狀況見表2。

表1 沙地類型劃分表 單位：%

表2 流動沙丘不同治理方式治理前后的變化狀況

人工固定沙丘固定面積70%～85%，植物覆蓋率55%～70%，自然恢復沙丘固定面積60%～75%，植物覆蓋率45%～50%。無論是人工恢復還是自然恢復，流動沙丘都不完全穩(wěn)定，大型流動沙丘中仍然存在固定的部分[3]，示范區(qū)內(nèi)還有一些小風蝕坑和小沙丘。完成固定需要3～5a。

在圍封治理區(qū)的北部，與控制區(qū)相鄰的沙質(zhì)土地，占地200hm2，沙丘由固定沙丘和半固定沙丘組成，面積約133.33hm2。其中固定沙丘86.67hm2，半固定沙丘46.67hm2，流動沙丘46.67hm2，中部為丘間洼地，面積66.67hm2。截至2017年，流動沙丘數(shù)量急劇增加到7個，向前延伸20～30m/a，流動沙丘面積占沙地面積的1/3，為66.67hm2。在中部洼地，沙地被掩埋，出現(xiàn)荒漠化，其中20hm2覆該20～50cm砂層，46.67hm2覆該3～10cm砂層，周邊固定沙丘面積由86.67hm2減少到46.67hm2，半固定沙丘面積由46.67hm2增加到93.33hm2，可見過度放牧造成荒漠化的后果十分嚴重[3]。

2.2 對沙地植被恢復的影響

2015年秋至2017年秋，試驗示范區(qū)沙地植被覆蓋率由68.7%提高到72.7%。流動沙丘代表植物分布面積較小，生長較弱，從半流動沙丘到固定沙丘，胡枝子、山馬料、野麥子、拂子茅等植物顯著增加[4]。半流動沙丘的主要植物差巴戈蒿沒有減少其分布面積，但其高度生長從71.7cm顯著下降到56.7cm，死亡率增加了25%。從半流動沙丘到固定沙丘，植物分布頻率由4.8%上升到28.6%，羊草由4.8%上升到9.6%，錦雞兒幼苗由0%上升到9.6%。在對2017年封閉區(qū)20個標準地塊的調(diào)查中，流動沙丘代表植物的分布頻率和多度分別為20%和5.8株/m2。半流動沙丘代表植物的頻率和多度仍較高，分別為45%和23.3株/m2。結(jié)果表明，原始流動沙丘大部分轉(zhuǎn)化為半固定沙丘，植物由半固定沙丘向固定沙丘的分布頻率較高，其多度分別大于45%和13.3%，說明流動沙丘和半流動沙丘已經(jīng)趨于穩(wěn)定。主要植物分布頻度與多度統(tǒng)計見表3。

3 固沙植物防止土壤風蝕的作用

3.1 防止風沙侵蝕的作用

試驗場中部防護林帶高度為5.5m，對林帶附近5～10倍高的農(nóng)田具有明顯的防護作用[6]。由于風速的降低，土壤表面沒有風蝕，然而，由于干旱和枯萎的植物在種子甘草和沙打旺地上部越冬的影響，沙粒積累發(fā)生，甘草行間積砂層厚度為1.3～1.6cm，沙打旺行間積砂層厚度為2.2～3.0cm[7]。由于土地面積大，單一的林帶不能保護所有的土地，在沒有防護林帶的地區(qū)，風蝕面積為3%～10%，風蝕深度為0.3～3.6cm，由于干旱和枯萎植物的作用，積沙面積和積沙強度也相對較大，見表4。

表3 2017年 20塊標準地17種主要植物分布頻度與多度統(tǒng)計 單位：%

西北部地形起伏，階地高度0.8～1.0m，風蝕面積較大，侵蝕深度3.7cm，局部25cm，開發(fā)區(qū)土地南端15～20m區(qū)域發(fā)生強烈風蝕，風蝕深度達7cm，局部達30cm。

表4 平緩固定沙地農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)土地的風蝕與沙化狀況

3.2 防止土地風蝕的作用

流動沙丘固沙區(qū)仍分為流動沙丘對照點、植被覆蓋率為45%的固沙區(qū)和植被覆蓋率為85%的固沙區(qū)，85%覆蓋面積的沙面沒有移動[7]，由于沙丘附近的沙塵侵入，堆積砂層厚度為7～15cm。在植被覆蓋率為45%的地塊中，人工固沙仍然發(fā)揮著一定的作用，侵蝕面積僅為5%，侵蝕深度為12cm，在其余地塊中，出現(xiàn)沉積物，沉積物厚度為4～7cm，經(jīng)過多年的圍封處理，流動沙丘已轉(zhuǎn)化為半固定沙丘，并開始向固定沙丘發(fā)展[7]。

4 固沙植物對風沙土養(yǎng)分含量的影響

4.1 對風沙土剖面組成的影響

沙地土壤剖面的發(fā)育始于流動沙地，流動沙地土壤無分層，有機質(zhì)含量極低。固沙植物栽培和促進天然植物入侵后，隨著植物覆蓋率的增加，沙面逐漸穩(wěn)定[8]。在凋落物層和植物死根系統(tǒng)的作用下，腐殖質(zhì)層出現(xiàn)，腐殖質(zhì)層厚度為0.3～4.5cm，見表5。

表5 固沙植物對風沙土剖面組成的影響

表6 固沙植物對風沙土養(yǎng)分含量的影響

表7 人工固定沙丘、固定沙丘與流動沙丘土壤養(yǎng)分含量的比較

4.2 對風沙土養(yǎng)分含量的影響

由于固沙植物的交替過程，流動沙地逐漸發(fā)育為固定沙地，土壤腐殖質(zhì)層加深，有機質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)含量顯著增加[9]，固定沙丘57a，有機質(zhì)增加0.051%～0.136%，總氮增加0.062%～0.239%，總鉀增加0.308%～0.320%，但總磷沒有顯著增加，詳見表6—7。

5 結(jié)語

本文在研究遼西北實驗區(qū)的沙漠化成因進行分析的基礎(chǔ)上，對防護林帶和固沙植物對小氣候條件及固沙植物防止土壤風蝕變化規(guī)律進行研究[9]，在此基礎(chǔ)上研究實驗區(qū)域的治理與開發(fā)利用技術(shù)，提出了沙地治理和開發(fā)技術(shù)[10]，與過去的治沙技術(shù)比較有許多創(chuàng)新之處，樹立了沙地多種開發(fā)治理技術(shù)，由于這些模式具有創(chuàng)新性和實用性，因而也就具有廣泛的應用情景。