石羊河下游干旱荒漠區退化植被修復重建方式的研究

李進軍，高承兵

（甘肅民勤連古城國家級自然保護區管理局，甘肅 民勤 733300）

石羊河下游干旱荒漠區退化植被修復重建方式的研究

李進軍，高承兵

（甘肅民勤連古城國家級自然保護區管理局，甘肅 民勤 733300）

石羊河下游是西北荒漠區生態惡化最明顯、植被退化最嚴重、水資源供需矛盾最突出、治理過程最艱難的地區，同時也是當下國內社會關注度最高的地區之一。分析了導致石羊河下游生態惡化的自然因素和人為因素，得出全球性氣候變化和人為活動頻度過高是該地區荒漠植被退化的主要原因；通過不同角度的深入思考和探究，在多年從事荒漠化治理與荒漠植被恢復重建實踐研究和數據剖析的基礎上，提出了石羊河下游生態綜合治理措施和植被修復重建方式。

石羊河下游；干旱荒漠區；荒漠植被；修復重建

石羊河下游是西北荒漠區生態惡化最明顯、植被退化最嚴重、水資源供需矛盾最突出、治理過程最艱難的地區，同時也是當下國內社會關注度最高和中國強度最大的沙塵暴多發區之一。尤其是近40年來，因人類的強烈干擾，流域內水資源的分配失調，以及過度開采地下水，石羊河流域下游民勤盆地的自然植被嚴重退化，成為我國干旱區內陸河下游在人類的強烈干擾下自然植被退化的范例。近年來，有關民勤荒漠化及植被退化的研究文獻很多[1-12]，主要集中在引起荒漠植被退化的成因分析上，但是修復重建這方面的研究幾乎沒有。為此，本研究探討退化荒漠植被修復重建的方式，對于指導該地區退化植被的修復重建及民勤綠洲的可持續發展具有重要意義。

1 研究區概況

石羊河流域下游地區地處甘肅省河西走廊東部北側，位于東經 103°2′～ 104°2′，北緯 38°5′～39°6′之間，從地質構造分界，主要包括紅崖山～黑山以北的昌寧盆地和民勤盆地，屬阿拉善臺塊的邊緣凹陷區。西部和北部與荒漠地帶相接，西北部為巴丹吉林沙漠，東南為騰格里沙漠，主要地貌類型為剝蝕低山、沙漠、戈壁和湖盆鹽堿地。石羊河下游地區處于中國東亞夏季風的西部邊緣地帶，平均海拔1 000～1 500 m，屬溫帶干旱荒漠氣候；干旱缺水，蒸發強烈，風大沙多，年9級以上大風日數為27.8 d，年沙塵暴日數為37 d；多年平均氣溫7.6 ℃，年平均降水量113.2 mm，年蒸發量2 604.3 mm。石羊河下游內無地表徑流產生，唯一的地表水資源來自石羊河。地帶性土壤為灰棕漠土，在河流沿岸和湖盆分布有草甸土和鹽堿土，在戈壁沙漠分布著風沙土。該地區植物區系屬泛北極植物區，亞洲荒漠植物亞區，介于草原區向干旱荒漠區過度的邊緣，有天然種子植物23科73屬123個種，其中豆科（12屬）和黎科（12屬）最多，其次是菊科（11屬）、禾本科（10屬）[13]。

2 荒漠植被退化成因

2.1 嚴酷的自然條件是流域荒漠化的本因

石羊河流域屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，降水稀少，蒸發量大，下游地區更為突出，多年平均降水量為80～110 mm，而年蒸發量高達2 644 mm，是降水的24倍。近年來，由于全球性氣候變暖，加之嚴酷的自然條件，石羊河下游荒漠化程度進一步加劇，自然災害頻繁發生。目前下游地區的民勤縣已有0.9×104hm2沙棗林衰敗枯死；2.3×104hm2白刺、紅柳等天然植被失去防護效能；0.67×104hm2耕地、3.87×104hm2林地沙化，26.3×104hm2草場退化；流沙以年均8～10 m的速度前移，荒漠化面積已占土地總面積的94.5%，成為全國沙塵暴高發地之一。

2.2 流域人口劇增導致大面積土地開墾

據史料記載，西漢時期，漢武帝設武威郡，在石羊河流域開始了最早的屯墾；到了清道光時期，農牧交錯帶基本變為農墾區。民國時期，土地面積進一步擴大，流域下游沙漠化蔓延，出現土地撂荒現象。據《漢書·地理志》記載，西漢時期民勤有76 419人；1949年，民勤人口19.97萬人，目前已劇增到30.9萬。流域人口的劇增，導致石羊河下游在建國以來出現了兩次墾荒熱，一次在建國初期，當時在“以糧為綱”的方針指引下，興修水利，為大規模、大面積土地開墾創造了條件；另一次是在上世紀80年代后期到90年代中葉，受“黑瓜籽熱”的影響，在綠洲邊緣、沙漠和草場內部打井開荒。

2.3 天然草場的無序管理造成嚴重的超載放牧

目前石羊河流域天然草場資源面積為260.8×104hm2，其中下游草地面積131.8×104hm2，退化草地面積達68.9%；流域理論載畜量為127.2×104只羊單位，實際放牧總量為189×104只羊單位，平均超載率達48%。

2.4 超采地下水致使地下水位急劇下降

上世紀70年代以來，由于受人口增加等諸多因素的影響，石羊河流域下游地下水開采逐步形成規模。武威盆地地下水年允許開采量3.35×108m3，1999年的開采量為 5.92×108m3，超采約2.57×108m3；民勤地下水允許開采量約為1.52×108m3，2000年地下水開采總量達6.23×108m3，超采約5×108m3。地下水的大規模超采加劇了石羊河下游地區的生態惡化。

2.5 主干防護林的喪失降低了綠洲防護體系效能

上世紀80年代末到90年代初，由于天牛危害等諸多因素，僅僅在2～4年之間，下游民勤75%以上的農田林網中的喬木防護林便被砍伐殆盡；自此以后，民勤綠洲以楊樹、沙棗樹為主的喬木林便只有零星分布；以喬木為主的防護林的喪失，致使防護林體系對風災、霜凍、沙塵暴等自然災害的防御能力大大降低，加劇了石羊河下游荒漠化蔓延的進程。

3 退化荒漠植被的類型和特點

常兆豐等[14]研究認為，民勤自西漢以來生態環境逐漸退化，植被退化經歷了3個階段：在大面積湖泊、河流背景上是沼澤植被，在干涸湖泊、河床背景上是鹽生草甸植被，在沙質荒漠背景上是荒漠植被。現階段存在著荒漠植被退化演替和鹽生草甸植被向荒漠植被演替2種退化過程。目前的植被正處在進一步退化過程中，退化植被的特點主要表現在：一是枯梢、生長不良、停止開花、結實；二是植物密度自然稀疏；三是枝條也在稀疏化，植物投影蓋度占冠幅蓋度比例普遍較小[15]。

梭梭Haloxylon ammodendron Bge.是20世紀60年代從新疆引入民勤的優良固沙造林樹種，在民勤結合粘土沙障技術推廣應用，成為固沙林的主要樹種。截止2010年底，人工梭梭林保存面積已達到8.1×104hm2，占到人工林總面積13.9×104hm2的58.3%。但是從20世紀70年代開始，在石羊河下游地區除了水庫及環河周圍外，人工梭梭林均出現不同程度的退化現象[13]。退化梭梭的主要特點：一是光合強度減弱；二是群落蓋度和優勢度下降；三是林地土壤含水率降低；四是土壤結皮破壞，風蝕作用增強；五是組成梭梭林群落的物種減少，群落穩定性降低。

4 退化荒漠植被的修復重建方式

4.1 修復重建的理論依據及方式

對生態系統而言，森林資源的不斷發展變化是本質的，穩定是相對的、表面的，它具有可再生能力，并具有自身演替的動態規律。賀訪印等研究認為圍欄封育能夠提高鹽漬化草地群落的多樣性,影響群落的多度和優勢種的重要值變化，且密度、蓋度及生物量有較大提高，還可以改善土壤的結構和營養成分。另外，通過一定時期對荒漠植被區的全封閉式管理，在封閉區土壤表面可以產生生物結皮，形成一種相對穩定的生態小環境。李守中[12]研究得出，生物結皮的形成和發育可以改變土壤表層的覆蓋狀況，起到穩定地表免受風蝕和水蝕的作用。

同時，羅俊寶等[16]認為，對天然植被進行封育大大縮小了造林地面積，這樣做可迅速提高各種類植物對地表的覆蓋面積，用少量的投資和較短的時間便能達到比較好的防護效果而且還節省了大量的苗木費、造林費、整地費及撫育管理費。

因此，根據生物多樣性原理、恢復生態學理論及其他學者對退化荒漠植被恢復重建的研究，在石羊河下游地區退化荒漠植被修復重建的最佳戰略途徑就是對其進行封育，通過封沙育林草、禁牧、人工造林、人工模擬飛播、病蟲害的預測及綜合防治、退耕還林（草）等綜合措施，在石羊河下游恢復重建趨于穩定及良性循環的荒漠植被生態系統。石羊河下游荒漠植被退化階段及修復重建方式模式見圖1。

圖1 石羊河下游荒漠植被退化及其修復重建方式模式Fig.1 The reparation and reconstruction modes for vegetation degradation and desertification area in lower reaches of Shiyang River

4.2 修復重建方式

4.2.1 封沙育林(草)

封沙育林(草)工程設計為灌草型、全封式機械圍欄封育，封育年限為5～7 a。

機械圍欄設計為鋼刺絲圍欄；立樁設計為水泥樁，規格為12 cm×12 cm×220 cm，內置直徑4 mm冷拔鋼筋4根；樁間距為8 m，埋深50 cm；拐彎處設置頂樁、拉線，每隔500 m設置兩根蹬樁；水泥樁地上部分（170 cm）外側及左右兩側刷紅白相間的油漆，間距為20 cm；刺絲設置為雙股鋼刺絲，共架設四根橫線，橫線間距35 cm，底邊橫線距地面25 cm。

同時在封育區周邊設置固定警示標志，在植被蓋度較低地段進行人工補植及撫育，及時預測預報森林病蟲害發生情況并適時除治，人工促進植被的自我修復及重建進程。

4.2.2 人工造林

(1)整地方式設計

經多年實踐及研究，在假礫石戈壁灘、丘間低地及平緩沙壤土質區的整地方式選擇為造林前一年秋季開溝或穴狀整地，經冬春季的大風積沙形成理想的沙層厚度和墑情，對提高造林成活率和保存率具有決定性作用。

在流動沙丘，必須先行在沙丘迎風面設置沙障才可以在其上造林。沙障設置材料可選擇農作物秸稈、粘土、礫石和編織袋、塑料尼龍網等。高承兵等對各類沙障材料的效益對比研究[17]，認為麥草方格沙障的功能系數最大，防風固沙效果最好，由于其易于操作，且功能系數較大，在目前的荒漠區流沙治理中得到大面積推廣。故在此重點研究以麥草為材料的沙障設置技術。

沙障走向設計。沙障的設置要與主風方向垂直，通常平緩流動沙丘采用低立式網格狀沙障固沙；高大流動沙丘迎風坡坡底至2/3處采用低立式網格狀沙障固沙，迎風坡2/3處至頂部及落沙坡不設置沙障或設置高立式沙障。沙障與軸線的夾角在90°到100°之間，使沙丘中部的風稍向兩側順出去。沙障設置方向見圖2。

圖2 沙障的設置方向Fig. 2 Setting the direction of sand-barrier

沙障設置技術。材料選擇無霉爛的小麥秸稈，長度大于30 cm；設置模式設計為低立式沙障；設置方向為橫向沙障與主風方向垂直或按沙丘上的波紋線設置，豎向沙障與主風方向一致；沙障設計為網格狀，橫、豎向沙障間距為1.5 m×1.5 m。

沙障設置時，平緩流動沙丘采用低立式網格狀沙障固沙；高大流動沙丘迎風坡坡底至2/3處采用低立式網格狀沙障固沙，迎風坡2/3處至頂部及落沙坡不設置沙障或設置高立式沙障。在沙丘上按設置方向、間距或網格劃好設置線。先設置與主風方向垂直的橫向沙障，后設置與主風方向一致的豎向沙障，沙障之間緊密銜接。沙障設置時，按間距要求，先開寬25 cm，深20 cm的小溝，將麥草橫向均勻無間斷地攤鋪在溝上，用沙壓住麥草中間，再將兩邊翹起的麥草用沙淤起與沙面垂直。

(2)造林樹種選擇

原則上不選擇喬木樹種。所以在假礫石戈壁灘、丘間低地及平緩沙壤土質區選擇梭梭、檉柳、花棒、毛條等抗風沙、耐干旱、耐鹽堿的鄉土灌木樹種；流動沙丘及沙地區以梭梭為最佳選擇。造林苗木的規格一般選用一年生I、II優質苗木；要求高度50 cm以上，根系長15 cm以上，無機械損傷。

(3)造林技術設計

造林時間：3月～4月。

造林方式：人工植苗造林，栽植穴規格為長、寬、深各40 cm。

整地方式:沙丘造林采用穴狀整地，丘間低地造林采用開溝與穴狀相結合的方式整地。

造林密度：沙丘造林株行距為3 m×3 m，密度1 110 穴／hm2，叢植，每穴3株；丘間低地造林株行距為2 m×4 m，密度1 245 穴／hm2，叢植，每穴3株。

灌溉方式：采用水車拉水至造林地，后人工提水灌溉。

撫育管理:造林后要加強撫育管理，適時澆水、防治鼠兔危害，保證苗木正常成活生長。設計澆水定額15 kg／穴，年澆水2次。

4.2.3 人工模擬飛播

經多年的實踐探索，每年7、8、9月雨季，在封禁圍欄區人工撒播適應當地氣候、地理條件的沙蒿、沙拐棗等半灌木、小灌木種籽或草種，是一種投資少、見效快的補植造林手段，已在近年來得到了大規模推廣。技術設計如下：

(1)飛播樹種選擇：選擇耐干旱、適應性強的沙蒿、黃蒿、沙拐棗等。

(2)飛播方式及時間：方式設計為人工撒播，時間為每年7月～9月。

(3)單位面積撒播量：根據現有植被調查，撒播量控制在22.5 kg/hm2。

(4)飛播方法：將擬撒播種籽與沙子按1∶3的比例均勻混合，人工模擬飛播播幅控制在3 m，每條播幅的兩側要各有10%的重疊，然后來回反復進行均勻撒播。

4.2.4 病蟲害的預測預報及綜合防治

根據多年對危害或威脅下游荒漠植被正常生長發育的林業有害生物的監測結果，目前已發現的危害種類有楊毒蛾、沙棗尺蠖、沙棗木虱等，對荒漠植被構成實質性危害的主要有梭梭大沙鼠、白刺毛蟲兩種。預防與除治的關鍵是加強預測預報、突出重點區域、強化檢疫檢查。

人類認識自然的能力是無限的，然而，在具體的歷史階段人類認識自然的能力始終是很有限的。對于石羊河下游地區干旱荒漠區退化植被，通過封育措施，同時輔以人工補植、全面禁牧、退耕還林或還荒、防治林業有害生物等綜合措施，使其形成在現有水資源條件下的荒漠植被群落；目前只有以上幾種措施是促進石羊河下游干旱荒漠區退化荒漠植被修復重建的最好途徑與策略。

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Study on degenerating desert vegetations and their reparation and reconstruction modes of arid desert area in downstream of Shiyang River

LI Jin-jun, GAO Cheng-bing
(Management Bureau of Minqin Liangucheng National Nature Reserve, Minqin 733300, Gansu, China)

∶ The lower reaches area of Shiyang River Basin is the area of most obvious ecological deterioration and the most serious vegetation degradation. It is the area of most prominent contradiction between supply and demand of water resources, and also is the most difficult area to govern in the northwest desert region. There are two causes of deterioration of ecological environment, natural factors and human factors. The results showed that global climate changed and frequency human activities were the essence of the causes. The main two reasons led serious vegetation degradation in the area are that the global climate change has been taken place,and the human activities frequency was too high in the area. Based on practices and analysis of collected data in many years, the desert vegetation’s reconstruction strategic approaching and technical measures are put forward for the lower reaches of Shiyang River Basin.

∶ lower reaches of Shiyang River; arid desert area; desert vegetation; reparation and reconstruction

S727.23

A

1673-923X(2012)06-0008-05

2012-04-12

甘肅科技支撐計劃項目(1011FKCH151，1011FKCH126）

李進軍(1965—),男,甘肅武威人,正高級工程師,主要從事森林培育和自然保護區研究工作；E-mail:lgcljj@sina.com

[本文編校：文鳳鳴]