封育補(bǔ)播對(duì)瑪曲沙化草地治理的初步研究

章志龍 楊潭赟 甘玉偉

（1.甘肅民族師范學(xué)院，甘肅 合作 747000；2.甘肅省甘南藏族自治州科學(xué)技術(shù)局，甘肅 合作 747000）

1.研究背景

青藏高原是我國(guó)重要的生態(tài)安全屏障，瑪曲縣位于青藏高原東緣，平均海拔在3300～4800m之間，是明顯的高原大陸性高寒濕潤(rùn)氣候，高寒草甸是瑪曲縣主要的植被類(lèi)型。天然草地面積約1300萬(wàn)畝，占全縣土地總面積的87%，是亞洲最優(yōu)良的天然草原之一，是黃河重要的水源涵養(yǎng)和補(bǔ)給區(qū),也是維系中下游地區(qū)生態(tài)安全的天然綠色屏障。

由于氣候變化導(dǎo)致瑪曲草原地下水位下降，沼澤濕地地表積水減少；同時(shí)，過(guò)度放牧、開(kāi)礦建廠、破壞草氈層挖取礫石砂料等人為因素共同作用，致使瑪曲高寒沼澤化草甸向典型草甸演替的趨勢(shì)加快，沼澤濕地變?yōu)檎訚苫莸?，濕草甸變?yōu)楦刹莸?，草地沙化，直接影響到了?dāng)?shù)剞r(nóng)牧民的生產(chǎn)生活和黃河水源的生態(tài)涵養(yǎng)及徑流調(diào)節(jié)功能，也危及到了黃河中下游及沿黃9省區(qū)的生態(tài)安全。該區(qū)域是青藏高原的重要組成部分，是生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，對(duì)氣候變化的響應(yīng)非常敏感。

長(zhǎng)期以來(lái)由于人為不合理利用開(kāi)發(fā)和自然因素的影響，全縣天然草場(chǎng)出現(xiàn)不同程度的退化，其中具有沙化風(fēng)險(xiǎn)的草地約68萬(wàn)畝，已經(jīng)沙化的草場(chǎng)達(dá)12.23萬(wàn)畝。沙化導(dǎo)致黃河下游泥沙量增加，河床抬高，草場(chǎng)防風(fēng)固沙能力下降。針對(duì)草地退化和沙化的威脅，瑪曲縣依托各類(lèi)項(xiàng)目和科研院所，通過(guò)鼠害監(jiān)測(cè)和“黑土灘”防治試驗(yàn)，沙化草地機(jī)理研究和防治試驗(yàn)積極探索一系列綜合治理方法和技術(shù)模式。

雖然近年來(lái)在沙化草地上實(shí)施治理后取得了好的效果，但還是存在很多不足。因此，減輕放牧強(qiáng)度、改善農(nóng)牧民生活條件，加快瑪曲退化、沙化草地生態(tài)恢復(fù)與治理技術(shù)研究，具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。本研究根據(jù)不同沙化草地類(lèi)型采用混合種植模式，探索適合不同沙化類(lèi)型的治理模式，從而，取得更好的治理效果。

2.材料與方法

2.1 研究區(qū)的地理位置概況

研究區(qū)位于甘肅省甘南藏族自治州瑪曲縣境內(nèi)，瑪曲縣河曲馬場(chǎng)五隊(duì)裸露沙丘和沙化草地生態(tài)治理示范區(qū)內(nèi)開(kāi)展（）（圖1）。示范區(qū)內(nèi)包括退化草地、輕度沙化草地、重度沙化草地、部分裸露沙丘、沙坑和沙地，以及輕度、中度和重度沙化草地等不同類(lèi)型。

圖1 河曲馬場(chǎng)沙化草地生態(tài)治理實(shí)驗(yàn)區(qū)位置

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選定的實(shí)驗(yàn)區(qū)包括了瑪曲退化、沙化草地的主要典型類(lèi)型。2019年5月在示范區(qū)內(nèi)退化、沙化草地區(qū)域選擇實(shí)驗(yàn)區(qū)和對(duì)照區(qū)。在對(duì)照區(qū)進(jìn)行圍封，在該區(qū)域設(shè)置2類(lèi)試驗(yàn)：在植被蓋度較低的退化草地和輕度沙化草地，采用圍欄封育和人工補(bǔ)播技術(shù)混合種植垂穗披堿草、黑麥草和無(wú)芒雀麥，促進(jìn)自然恢復(fù)。采用井字條播技術(shù)混合種植垂穗披堿草、黑麥草和無(wú)芒雀麥建植活草方格治理重度沙化草地及部分裸露沙丘。

2.3 研究?jī)?nèi)容和方法

2020年7月～9月，在實(shí)驗(yàn)區(qū)調(diào)查研究了退化、沙化草地的植物物種組成、植被蓋度，調(diào)查株高及地上生物量，統(tǒng)計(jì)種植的鄉(xiāng)土優(yōu)良牧草產(chǎn)量、株高。采集土壤樣品測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷（C、N、P）等營(yíng)養(yǎng)成分。

在實(shí)驗(yàn)區(qū)和對(duì)照區(qū)內(nèi)進(jìn)行樣方調(diào)查，統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)植被蓋度，測(cè)量植株高度及地上生物量。對(duì)比采取治理措施前后的植被蓋度和地上生物量分析人工播種治理的效果。

3.結(jié)果分析

3.1 封育補(bǔ)播對(duì)輕度沙化草地植被蓋度的影響

針對(duì)退化草地和輕度沙化草地，主要采取封育補(bǔ)播創(chuàng)造條件使其自然恢復(fù)，通過(guò)圍封禁牧、不同計(jì)劃輪牧、草畜平衡減輕放牧壓力，促進(jìn)優(yōu)良牧草種子成熟落地和抑制毒雜草生長(zhǎng)等途徑實(shí)現(xiàn)。

圍欄內(nèi)試驗(yàn)區(qū)的輕度沙化草地植被蓋度與圍欄外對(duì)照區(qū)蓋度相似，原先無(wú)序的放牧導(dǎo)致牧草無(wú)法完成生長(zhǎng)能夠產(chǎn)生種子的數(shù)量有限，種子庫(kù)貧乏，種子更新能力降低，地上植被蓋度低，地表裸露斑塊較大，鼠兔洞穴較多，風(fēng)蝕明顯。經(jīng)過(guò)一年的禁牧和補(bǔ)播的作用，到2020年7月中旬封育的沙化草地補(bǔ)播后的幼苗長(zhǎng)勢(shì)良好，2020年9月中旬圍欄內(nèi)植被蓋度略高于圍欄外，封育補(bǔ)播當(dāng)年已顯著提高了輕度沙化草地植被蓋度，2020年9月中旬植被蓋度達(dá)到92%，可以看出，禁牧和補(bǔ)播有利于沙化草地自然恢復(fù)（圖2）。

圖2 禁牧和補(bǔ)播有利于沙化草地自然恢復(fù)

輕度沙化草地在2019年5月上旬圍欄內(nèi)草地植被蓋度與圍欄外草地相似；由于禁牧和鼠兔洞穴斑塊、裸露斑塊等的人工修復(fù)和補(bǔ)播，圍欄內(nèi)植被蓋度明顯增大，高于圍欄外。顯示出禁牧圍封后，通過(guò)人工輔助措施保證現(xiàn)有植物完成生長(zhǎng)，生產(chǎn)足夠的種子以及幼苗建植不受干擾，促進(jìn)退化草地恢復(fù)。第二年圍封補(bǔ)播治理效果進(jìn)一步顯現(xiàn)。

3.2 封育補(bǔ)播對(duì)沙化草地牧草產(chǎn)量和草本層高度的影響

瑪曲草場(chǎng)沙化是自然與人為因素共同作用的結(jié)果。過(guò)度放牧造成植被退化，地表裸露促使地表溫度升高，為風(fēng)蝕提供有利條件，導(dǎo)致強(qiáng)烈的土壤蒸發(fā)，沙化為鼠害的發(fā)生發(fā)展創(chuàng)造了適宜的條件，鼠害反過(guò)來(lái)又加速草地沙化，形成惡性循環(huán)。在沙化草地混合種植本土優(yōu)良牧草建植活草方格，可以快速形成降低地表風(fēng)速的屏障，圍封可以保證種子成熟，使種子灑落地面，通過(guò)風(fēng)季的流沙覆蓋，使種子入土萌發(fā)生長(zhǎng)，促進(jìn)自然更新達(dá)到沙化草地植被恢復(fù)的目的。

2020年8月，在裸露沙丘和重度沙化草地區(qū)域使用優(yōu)良牧草黑麥草、無(wú)芒雀麥和燕麥等優(yōu)良牧草建植的活草方格，建植當(dāng)年裸露沙丘1m2的方格，植物地上生物量干重達(dá)到13 kg/畝，重度沙化草地植物地上生物量干重達(dá)到50 kg/畝，草本層高度分別達(dá)到30cm和45cm以上。

表1 人工播種對(duì)地上生物量干重和草本層高度的治理效果

3.3 封育補(bǔ)播對(duì)沙化草地植被蓋度的影響

裸露的沙丘植被蓋度低需要利用建先鋒植或物群來(lái)穩(wěn)定和覆蓋地表，采用混合種植井字方格種植垂穗披堿草和燕麥后植被蓋度達(dá)到了65%取得了較好的治理效果。具有一定植被覆蓋的退化草地，根據(jù)現(xiàn)存植物的情況采取人工補(bǔ)播，植被蓋度達(dá)到70%。在重度沙化草地和沙丘兩種類(lèi)型沙地上采用混合種植井字方格，混播黑麥草、垂穗披堿草和無(wú)芒雀麥，重度沙化草地植被蓋度達(dá)到60%，沙丘達(dá)到52%以上治理效果好，植被蓋度增大提高土壤保水能力快速覆蓋流沙，表現(xiàn)出一定的治理效果。

表2 人工播種對(duì)不同類(lèi)型沙化草地的治理植被恢復(fù)情況

3.4 人工補(bǔ)播后對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

采用人工補(bǔ)播后，輕度沙化草地土壤有機(jī)質(zhì)含量增加了40.98%，速效氮增加了30.57%，速效磷增加了56.33%，全磷增加了10.34%、并且有機(jī)質(zhì)、微生物C,N含量均高于對(duì)照組，速效氮和速效磷兩者的差值都大于混合種植井字方格治理后的增加量（圖3）。人工補(bǔ)播治理后土壤有機(jī)質(zhì)的恢復(fù)比活草方格效果好，主要原因是輕度沙化草地土壤條件好，土壤有機(jī)質(zhì)的恢復(fù)好，治理效果更顯著。沙丘上由于沙丘移動(dòng)速度快，每當(dāng)強(qiáng)風(fēng)季節(jié)，裸露的沙丘土壤表層降水少，這都影響著治理效果。

圖3 人工播種后土壤理化性質(zhì)的變化

通過(guò)兩種治理方式對(duì)土壤理化性質(zhì)影響，可以看出有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和全磷的增加量具有一定的耦合關(guān)系。有機(jī)質(zhì)含量高，熟化程度高，速效氮含量亦高，速效氮的增加量與有機(jī)質(zhì)增加量有關(guān)。輕度沙化草地人工補(bǔ)播后速效磷的增加量56.33%，幾乎一半以上；混合種植活草方格中速效磷增加了21.43%，明顯高于有機(jī)質(zhì)和速效氮的含量。

4.結(jié)論與討論

瑪曲退化沙化草地生態(tài)治理技術(shù)，必須基于草地資源利用現(xiàn)狀、危害方式、沙化程度等方面，因地制宜，有針對(duì)性的采取不同的生態(tài)治理技術(shù)。退化草地植物群落結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了明顯變化，植被覆蓋度降低，植被退化，地表裸露，導(dǎo)致強(qiáng)烈的土壤蒸發(fā)，地表水循環(huán)發(fā)生改變，為風(fēng)蝕提供有利條件，使草地沙化加速。

瑪曲退化、沙化草地生態(tài)恢復(fù)與治理技術(shù)研究，必須基于草地資源利用現(xiàn)狀、危害方式、沙化程度等方面，因地制宜，因害設(shè)防，有針對(duì)性地采取不同的生態(tài)治理技術(shù)。退化草地應(yīng)積極采取以草定畜，圍封輪牧；沙化草地采取封育禁牧措施的同時(shí)積極采取人工恢復(fù)措施，使生態(tài)治理技術(shù)與科學(xué)管理措施有機(jī)結(jié)合。

本研究根據(jù)不同退化、沙化草地類(lèi)型的特點(diǎn)，嘗試采用人工補(bǔ)播和混合種植井字方格技術(shù)對(duì)瑪曲退化和沙化草地進(jìn)行治理，具有一定的治理效果。人工播種后土壤理化性質(zhì)也得到一定的改善，有機(jī)質(zhì)速效氮、速效磷、全磷、C,N含量都高于對(duì)照組，可以根據(jù)土壤恢復(fù)情況進(jìn)一步選擇播種適宜的植被。