民勤沙化退耕地整治技術及造林模式選擇研究

來錫福，焦旭東，趙 明，尉秋實

（1.武威市林業綜合服務中心，甘肅 武威733000；2.甘肅省治沙研究所，蘭州730000）

甘肅省民勤縣位于河西走廊北側的石羊河下游，介于騰格里和巴丹吉林兩大沙漠之間。由于氣候變暖，人為活動頻繁，水資源短缺和使用不合理，再加上該地區粗放經營種植的農業生產模式，進而逐漸產生了沙荒地開墾→撂荒恢復→退耕地沙化→沙漠化現象。耕地撂荒后，在人為和自然的共同作用下，逐漸向沙漠化方向演變［1－3］。近年來，隨著石羊河流域綜合治理項目實施過程中“關井壓田”政策的推進，出現了更多的退耕地，因此退耕地的沙化整治成為當前迫在眉睫的問題。在國外，從20世紀初開始，隨著社會發展和勞動生產率的大幅度提高，農耕地開始棄耕，同時開始了對退耕地植被恢復的研究［4］。而我國相對較晚，直到20世紀80年代后，一些條件相對惡劣的耕地開始棄耕。近幾年，隨著棄耕現象的逐漸增多，退耕地退耕后植被恢復的理論和技術的研究［4－5］逐漸被重視。因此，研究退耕地生態恢復中整治技術模式，防治沙化，加速推進恢復進程，優化調控技術，對民勤沙化土地治理和石羊河流域綜合治理項目具有積極的理論與現實意義。

在沙化退耕地建立人工植被體系的關鍵是要選擇適宜于該地區自然條件的造林模式，即選擇合適的造林樹種和造林密度。民勤縣年平均降雨量為110 mm，地下水位也因農業灌溉的開采而嚴重下降，已遠低于植物根系可利用的臨界水平，故必需慎重考慮林地土壤的水分平衡和植物的抗旱性。近50a的試驗、示范、推廣以及樹種水分生理研究結果表明，梭梭和檸條是最適宜民勤地區生態環境建設的兩種優良樹種，不但擁有成熟的育苗造林技術，顯著的生態防護效能，而且檸條在民勤綠洲北部具有一定面積的天然分布，是典型的鄉土植物［6－7］。目前這兩種樹種已在民勤綠洲乃至整個河西走廊地區的生態防護植被體系建設中得到了廣泛使用。此外，趙明等［8］研究表明，梭梭和檸條的蒸騰耗水量小于沙棗、花棒和沙木蓼等民勤沙區常見的沙區旱生鄉土植物種。故選擇在民勤沙化退耕地利用梭梭、檸條等造林樹種設置不同造林模式試驗具有可靠地理論依據及現實指導意義。

1 試驗區概況

民勤縣位于河西走廊北側的石羊河下游，位于騰格里和巴丹吉林兩大沙漠之間，103°02′—104°02′E，38°08′—39°06′N，海拔高度1 000～1 900m。年平均溫度7.8℃，極端高溫40℃，年均相對濕度47%，年均降水110mm左右，年均蒸發量2 643.9mm；光照資源豐富，日照時數年平均2 833h，日照百分率平均為66%。氣候干燥，干燥度K＝5.15；全年盛行西北、西北偏西風，年均風速2.8m／s，年風沙日達130d。民勤屬典型大陸性干旱氣候，降雨稀少，蒸發十分強烈，蒸發量是降水量的23倍。氣溫日較差大，沙塵暴、大風、干熱風等災害性天氣較多。

民勤縣總土地面積1.614×104km2。縣境內主要分布沙漠、戈壁、剝蝕山地和綠洲平原等地。其中沙漠、戈壁點總面積的83.68%，達1.32×106hm2，綠洲平原僅為16.32%，共計2.6×105hm2，而耕地面積占全縣總面積的4.29%，共計6.26×104hm2。

2 試驗方法

2.1 試驗設計

根據民勤沙化退耕地的分布現狀，采用典型抽樣法和樣線法［8－9］進行了調查研究。分別選擇20世紀70年代、80年代、90年代、2000年、2003年和2007年共6個不同年代的撂荒地及12種不同沙化退耕地或沙地人工造林模式作為樣地，采用5點樣方調查法設置永久性樣方進行植被調查研究，其中撂荒地的樣方大小為l0m×l0m，其它樣地的樣方大小為16m×16m（見表1）。植被調查主要包括自然植被種類、組成、密度、蓋度、頻度等；不同密度人工梭梭林和檸條林的調查主要包括其冠幅、高度、分枝情況和生長狀況等。

表1 不同年代沙化退耕地樣地信息

2.2 數據統計方法

采用相對密度、相對蓋度、相對頻度、相對重要值、物種豐富度、均勻度、辛普森多樣性指數（Simpson）、優勢度等參數［10］比較不同年代沙化退耕地植物群落特性，確定不同樣地的優勢，對比分析不同造林模式下和不同林地土壤水分的造林樹種的生長狀況以及不同密度人工梭梭林的生長狀況。所有調查數據均在Excel軟件上進行統計分析。其中：

式中：s——樣方中觀察的物種數；Pi＝Ni／N，N——樣方中各物種多度指標總和，Ni——第i物種的個體數。

3 結果與分析

3.1 不同年代沙化退耕地植物群落特性分析

3.1.1 植物群落的相對密度 由不同年代沙化退耕地上植物群落的相對密度可知（表2），退耕1a（2007年退耕）的沙化退耕地，1a生草本植物的相對密度為92.406，多年生草本植物為7.546，灌木為0.048；退耕5a（2003年退耕）的沙化退耕地上，一年生草本植物的相對密度為88.179，多年生草本植物為11.79，灌木為0.023；退耕8a（2000年退耕）的沙化退耕地上不同生活型植物的相對密度與退耕5a（2003年退耕）的基本一致；退耕10a以上（1996年以前）的沙化退耕地上多年生草本的相對密度上升，一年生草本的相對密度下降。由此可知，隨著退耕時間的延長，多年生草本植物的相對密度上升，而一年生草本植物的相對密度略有下降，灌木的相對密度變化不明顯。

表2 不同年代沙化退耕地上植物群落的相對密度

3.1.2 植物群落多樣性指數 不同沙化退耕地植物群落多樣性指數顯示（表3）：隨著退耕時間的延長，植物群落物種豐富度、均勻度和辛普森指數均下降，而優勢度升高，尤其是70年代和80年代的沙化退耕地植被的多樣性指數變化更明顯，豐富度均為19，均勻度分別為0.491和0.355，辛普森指數分別為0.709和0.632，均明顯低于2000年以后的退耕地；而優勢度分別為0.291和0.368，明顯高于2000年和2003年的退耕地。多樣性指數的變化趨勢表明，隨著退耕時間延長，沙化退耕地植物群落逐漸向單一化方向發展，且植被均勻度降低，土地潛在沙化的可能性提高。由此可知，隨著退耕時間延長，群落的豐富度、均勻度和辛普森指數均下降，而優勢度升高，沙化退耕地植物群落逐漸向單一化方向發展，土地潛在沙化的可能性提高。

表3 不同年代沙化退耕地植物群落多樣性指數

3.1.3 植物群落優勢種（前3種）的相對重要值 不同年代沙化退耕地上植物群落優勢種的相對重要值（表4）顯示：無論退耕時間長短，沙化退耕地植物群落均以草本植物為主，且以季節性的一年生雜草占優勢，如畫眉草、白莖鹽生草等，細葉駱駝蓬等多年生草本次之，而灌木優勢所占優勢不明顯。退耕時間較短的沙化退耕地主要以一年生田間雜草占優勢，如2007年的退耕地主要以灰綠藜占優勢，其相對重要值（22.83）明顯高于其它多年生草本植物和灌木種，如細葉駱駝蓬（10.70）、黑果枸杞（1.77）等；隨著時間的延長，沙化退耕地植物優勢種逐漸被周邊沙地上廣泛分布的一年生草本（地帶性指示植物）如白莖鹽生草、蝶果蟲實等所替代，如在近40a的沙化退耕地上（70年代退耕地），優勢種為白莖鹽生草，其相對重要值為27.22。在不同年代沙化退耕地上，多年生草本植物細葉駱駝蓬、五星蒿等常常為亞優勢種，在維持退耕地生態系統中扮演著重要的角色。灌木植物如黑果枸杞、白刺等只有零星分布，即便是在退耕時間很長的沙化退耕地上（70—80年代的退耕地），其數量也十分有限，而且長勢較弱。

3.2 沙化退耕地生物防風固沙技術模式的選擇

3.2.1 不同密度人工梭梭林的生長狀況分析 選擇2m×8m，2m×7m，2m×5m和1m×4m共4種密度下的5個樣地（4種造林模式）（圖1），對不同樣地的所有梭梭個體生長情況進行調查研究，其中2m×7m密度下為梭梭和沙拐棗的混交林，其余密度下均為梭梭純林。研究發現：造林年限接近的梭梭林，密度為2m×8m模式下梭梭個體的平均高度、平均冠幅均明顯大于其它密度的梭梭個體。同時調查發現，高密度梭梭林中，大部分梭梭個體的生長狀況不良，干梢、死株現象比較普遍，種群明顯趨于衰退；但在2m×8m密度下，梭梭林的個體長勢良好，種群結構比較穩定，干梢、死株現象較少。由此可見：在密度為2m×8m的模式下，梭梭的生長具有明顯的優勢。

圖1 不同密度下梭梭林的生長狀況

表4 不同年代沙化退耕地上植物群落優勢種（前3種）的相對重要值

3.2.2 不同密度人工檸條林的生長狀況分析 選擇7種不同造林模式（亦稱不同造林立地條件）的人工檸條林進行調查試驗），試驗結果見表5。在水分條件充足的農田邊，2m×20m（QFMT－1，林帶間種植玉米等農作物）和1m×8m（QFMT－5）兩個不同密度下檸條個體的生長狀況均表現良好，但是以密度小（2m×20m）的檸條長勢相對較好，其冠幅及分枝都高于栽植密度較大（1m×8m）的檸條；在無人工灌溉的條件下，檸條的生長狀況與林地土壤性質有較大關系，相同密度下（2m×4m），粘性退耕地上（QFMT－3）檸條的生長狀況最好，沙質退耕地上（QFMT－4）的次之，而礫質退耕地上（QFMT－2）最差。在短期營造的檸條林這種差異更為明顯（QFMT－6和QFMT－7）。在2006年營造的密度均為1m×4m的檸條林中，粘性退耕地上檸條的平均高度（210.4cm）、平均幅度（115.6cm）和平均分枝數（5.0）均明顯大于沙質退耕地的生長量（平均高度、平均幅度和平均分枝數分別為89.7cm，94.3cm和3.0）。另外，無論是沙質退耕地還是粘性退耕地，在沒有人工灌溉的條件下，檸條的長勢均不良，表現為干梢干枝多、葉片稀疏、基部分枝少等特征，尤其在沙質或礫質退耕地上這些現象更為明顯，種群衰退嚴重。

表5 不同密度人工檸條林的生長狀況

4 結論與討論

耕地撂荒后在不采取人工措施修復植被的情況下將進入自然演替過程。一般而言，隨著演替時間的推移，群落多樣性指數逐漸上升，在演替的中后期最大。本文研究結果顯示在民勤沙化退耕地隨著退耕時間延長，群落的豐富度、均勻度和辛普森指數均下降，而優勢度升高，沙化退耕地植物群落逐漸向單一化方向發展，土地潛在沙化的可能性提高；沙化退耕地因流沙、干旱及土壤種子庫等因素的影響，其演替逆向進行。由此可見，在自然狀態下，沙化退耕地植物群落的演替十分緩慢，而且結構組成上有向單一化方向演替的趨勢，很難形成多樣性和穩定性較高的植被體系。退耕數十年的撂荒地其自然群落仍以季節性一年生草本植物為主，缺乏構建荒漠植被體系的灌木種，土地潛在沙化的可能性很大。因此，有必要采用人工措施，通過造林模式的選擇和其它技術途徑，以縮短自然植被演替的漫長過程，促進沙漠化退耕地植被防護體系的快速形成。

不同密度下梭梭的生長狀況存在明顯差異，本文研究結果顯示，造林密度為2m×8m（615株／hm2）的梭梭林的生長狀況最好，群落優勢度最高，種群比較穩定。李愛德等［11］對梭梭等沙旱生植物的蒸騰耗水特性進行了多年的觀測研究，并結合民勤地區沙地土壤水分蒸發規律的研究結果，從理論上計算了梭梭在民勤氣候條件下合理的造林密度為570株／hm2，這樣即可以使林地土壤含水率維持在1.2%左右，土壤水分達到一個較平衡的狀態，也可保持梭梭的正常存活。這一結論與本項研究中所選擇2m×8m的梭梭林的造林密度基本吻合。因此，選擇密度為38～630株／hm2的梭梭林是民勤綠洲沙漠化退耕地一種比較適宜的人工植被建設模式。與梭梭相比，檸條的蒸騰耗水量較大，在造林實踐中，其生長狀況明顯受土壤水分條件的限制。檸條在人工灌溉條件下（QFMT－1，QFMT－5）的生長狀況明顯比自然條件下好，而且其生長狀況也受林地土壤質地的限制，黏性退耕地上的生長狀況要比沙質退耕地上的好。從研究結果看，2m×20m的檸條林帶和灌溉農田組成的模式，是民勤綠洲建立農田防護林體系的一個具有推廣前景的模式，但能否在沙化退耕地上建立人工檸條防護林體系以及造林的密度如何，仍有待做進一步地試驗研究和論證。

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