河西走廊沿沙防護林演變形式與積沙帶穩定性研究

張大彪，張元愷，唐進年

(1.甘肅省治沙研究所，甘肅 蘭州 730070;2.甘肅民勤荒漠草地生態系統國家野外科學觀測研究站，甘肅 武威 733300)

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河西走廊沿沙防護林演變形式與積沙帶穩定性研究

張大彪1,2，張元愷1，唐進年1

(1.甘肅省治沙研究所，甘肅 蘭州 730070;2.甘肅民勤荒漠草地生態系統國家野外科學觀測研究站，甘肅 武威 733300)

摘要文章通過對甘肅河西地區沿沙綠洲邊緣防風固沙林演變方式及其后期形成的積沙帶植被結構與穩定性的調查分析，研究認為：數十年來，隨內陸河上游來水減少，固沙林內水分供給能力的減弱，植物種類由初建喬灌木逐步被低矮的耐旱灌叢和逐水草本取代，隨之形成了具有阻擋流沙越境的積沙帶；積沙帶的形狀與積沙規模取決于當地風沙侵襲強度，防護林建植位置、時間，農田經濟利用所采取的維護程度，帶上不同部位著生植被借助農田滲余水的補給，處于相對穩定狀態；沿沙防風固沙林建設及其演變形成的積沙帶，對越境流沙起到了重要阻積作用，是目前維護沿沙綠洲長期安全重要屏障，應采取必要措施保護與利用。

關鍵詞河西走廊；沿沙綠洲邊緣；積沙帶；植被結構

地處西北內陸的甘肅河西五地市，南依祁連山、阿爾金山，北接馬鬃山、合黎山等，形成900 km狹長的走廊地帶，又稱“河西走廊”，面積66萬hm2，是我國連接新疆與中亞地區的主要通道，全年降雨50～180 mm，光照充足，無霜期長，盛產優質瓜果蔬菜，被譽為“西北糧倉”，區內鎳、金、鐵、稀土等礦產資源豐富，多民族人民依靠石羊河、黑河、疏勒河等3條主要內陸河流繁衍生息；近年來隨全球氣溫升高的影響，河流上游冰川退縮、林木減少，下游草原退化、自然植被萎縮衰敗、風沙活動加劇，更有北部騰格里、巴丹吉林、庫姆塔格三大沙漠侵擾，引起區域揚沙遷移與沙塵暴天氣頻發，危及周邊農牧生產安全與人居環境，使原本隱患嚴重的河西走廊生態平衡變得異常脆弱，特別是下游沿沙漠邊緣的荒漠化地區尤為嚴重，相繼出現了民勤羅布泊景觀、居延海長期干涸、敦煌與金塔樓蘭化趨向等，再加上近年來土地承包到戶、城鎮化趨勢、農業生產的低迷等因素，綠洲邊緣生態防護林處于自然演替狀態，人居環境和工農業生產安全問題引起國內高度關注。為此，相繼進行了黑河、石羊河等流域的綜合治理，生態環境恢復已列入當地政府的議事日程。

河西走廊下游沿沙綠洲邊緣，賴以維護局部農牧業生產、群眾生活安居的重要人工措施——防風固沙林，經過50年的不斷營建和多次改造，對風沙地表穩定，攔截流沙起到了重要的屏障與保護作用。本文通過對河西地區沿沙綠洲防風固沙林運行演化方式、其上形成的積沙帶阻沙積沙特點，積沙帶上植被生存狀況及穩定性的調查，分析目前隨全球氣溫升高的影響、西北內陸河下游供水普遍減少的背景條件下，沿沙綠洲防護林演變及積沙帶的堆積過程，從而研討今后荒漠區生態恢復重建中，防風固沙林營建方式和引導應用途徑、積沙帶的改造利用方向，提高風沙防治的長期效益，為荒漠化區域綜合治理提供理論依據。

1研究區概況與研究方法

1.1　研究區自然概況

河西地區位于甘肅省黃河以西，東起烏鞘嶺，西至甘新交界的狹長地帶，總面積21.5萬km2，多為典型的干旱荒漠區，中部為平原生態區，屬于溫帶干旱荒漠、半荒漠氣候，綠洲星羅其中，僅占6%左右，該區光熱資源豐富，降水量少，蒸發量大，是我國重要的商品糧基地之一；多年來水分虧缺和干旱環境引發的各類生態問題，嚴重制約著區域經濟的高速發展，特別在西北部緊靠騰格里、巴丹吉林、庫姆塔格沙漠沿線的綠洲，地勢低凹，氣候干燥，光熱豐富且農業生產規模相對集中，水資源利用效率較高的傳統農作區，由于來自周邊荒漠化區域的風沙侵襲，農業生產條件極端脆弱，防風固沙林是當地解決風沙入侵的主要措施。

1.2　數據來源

數據來源于國家973前期項目資源多樣性與生態環境安全重大問題(2011GB411900)子課題—甘肅河西綠洲邊緣積沙帶的形成及其生態效應的基礎調查資料，應用于甘肅省科技廳1305TCYA007項目執行。

1.3　研究方法

2011—2013年項目組沿河西走廊東部沿沙漠邊緣的古浪海子灘，經過武威、民勤、金昌、臨澤、金塔到敦煌陽關鄉，對1960—2013年期間河西沿沙農防林及其形成的積沙帶進行實地群眾走訪與樣地調查，對比積沙帶縱軸線方向自然環境風蝕狀況；采用典型取樣法[6,7]進行積沙帶形狀規模，前風蝕凹地深度、寬度，帶后緩沖臺地寬度與農田的高差調查，測試沙脊線兩側不同高度層次的水分狀況、植物群落組成；通過在不同坡位、土壤層次設置2 m×2 m小樣方進行自然植被組成、蓋度、生物量及地層水分含量調查，以植被群落繁殖生存特征衡量積沙帶穩定性；查閱農防林樣地建設以來河西地區氣象資料與荒漠植被特性的研究資料，研究防護林演變趨勢、樣點植物生存動態，引用建群灌木重要值〔IV=(相對高度+相對蓋度+相對密度)/3〕、物種豐富度(R=log2N/S-1)和，植被組成結構的變化差異幅度衡量積沙帶的穩定性。

2結果與分析

2.1　農防林自然演變與樣區氣候環境因子的關系

從實地調查與氣候、水文信息中看出，河西沿沙綠洲防護林自東到西，隨海拔高度的降低，自然降雨逐漸減小，由東端古浪海子灘的年均180 mm逐漸減少到敦煌陽關的45 mm；平均溫度與活動地溫(蒸發量增大)逐漸升高，相對濕度降低；營建于20世紀60—90年代的喬灌防護林與林下自然植被生存水環境供給能力降低，初建植物出現整體消亡或嚴重衰敗趨勢，保留部分多萎縮到防護林形成的積沙帶背風坡后接近農田的位置(見表1)，凸起的積沙帶形成阻礙西北風攜沙越境、間續延伸的防護屏障；河西沿沙地區自東向西積沙帶自然植被蓋度、物種豐富度下降，建群植物重要值增大，同時可用水條件趨于惡化，敦煌陽關僅有耐鹽堿植物檉柳存在。

表1　調查樣地區域氣候因子與防護林建植情況

2.2　積沙帶形成因素及存在方式

沿沙地區防風固沙林運行過程，也就是林內積沙的過程，隨林地高度的抬升與近年來農業用水的減少，林帶內植物供水能力下降，由旺盛逐漸衰敗，上風向尤其明顯，沿綠洲積沙帶隨之形成[1,10]，見表2；積沙帶迎風坡緩長，前端出現較寬的風蝕凹地，中后部形成高大沙梁；背風坡陡直，后部近農田保留狹窄的緩沖區，存有少量初植林木與自然植被繁衍生息；以農防林后耕地為原始地平面對照，積沙帶較自然沙丘，前部風蝕凹地加長、風蝕深度增大，則沙脊高度與積沙帶寬度明顯，其中金塔西壩積沙帶風蝕凹地深度為3.51 m，凹陷幅寬31.8 m，沙脊線高度16.72 m，積沙帶寬度達78.15 m；敦煌陽關風蝕深度2.73 m，凹陷幅寬34.56 m，積沙帶寬度達88.27 m；民勤劉家地蝕深1.74 m，凹陷寬度100.28 m，沙脊高度18.62 m，積沙寬度1 008.2 m，積沙帶裸露區域較其他樣地面積大，不穩定程度增加。表明三地域風沙活動強烈且頻繁，也是河西風沙危害的重點區域。經過Excel軟件統計分析，帶前凹地風蝕量與樣地所在區域風沙活動強度(≥10 m·s-1大風日數)、建群植物重要值、積沙帶含水率呈典型相關(表2)，相關系數分別是P風=0.823 1，P植物=-0.577 3，水分達到極顯著水平，通過0.05檢驗，相關系數P=0.783 1；積沙帶的形狀與積沙規模取決于當地風沙侵襲強度、防護林建植位置、運行時間、農田經濟利用所采取的維護程度，傳統農業用地向農防林區域范圍擴張，如民勤劉家地農田侵近農防林緩沖臺地，僅距積沙帶坡底際線5.12 m(臺地實際寬度)，臨澤板橋7.68 m，武威新地灘13.54 m，顯示出積沙帶防護農田的實用效果；與周邊無林沙化區比較，防護林形成的積沙帶平均高度增加170%～350%，寬度增加5～8倍，標志出流動沙地與綠洲農田間明顯的分界線。

表2　樣地的位置及積沙帶堆積特征

表3　積沙帶坡位水分特征及建群植物重要值

2.3　積沙帶植被特征

河西沿沙農防林積沙帶自然植被種類趨向單一且豐富度減小(表3)，由東端海子灘的0.27降至敦煌陽關的0.05，植被表現為以多種植物組成向單一或少數種方向過渡，到敦煌陽關僅存檉柳一種，偶有短命植物沙米、堿蓬等伴生；植被蓋度與防護林所建區域水分供給有關，隨積沙帶增高沙層含水量降低。由表3數據分析得出：植物重要值與積沙帶所處地點、坡位影響下的含水率成對數相關，y=-0.963 5 lnx+2.59，相關系數是0.893 3；結合地域性資料顯示：河西走廊東端古浪荒漠草地雨養自然植物有20科39種，植被蓋度大，由東向西隨降水量的逐漸減小而植被蓋度減小，臨澤、高臺半固定沙地植物保存有7科13種，到西部敦煌西戈壁僅存藜科1種，地處內陸河下游的防護林積沙帶植被，借助農用滲水或排鹽堿水的補給，較流動沙丘處于相對穩定的狀態。

2.4　積沙帶群落的外貌、重要值及地域特點

植被既是生態環境的重要組成部分，也是荒漠區立地水資源與風沙侵襲狀況的綜合反映。從表3看出，最初營建防護林喬灌植物，隨積沙帶的升高，水分供應的減少，逐步衰敗或整體消亡，僅存的零星植株多集中在靠近農田一側，與積沙帶自然灌草植被組成帶后流沙埋壓的緩沖部分；積沙帶沙脊線高度與迎風坡中下部植被，共同構成衡量積沙帶穩定與否的重要標志；建群灌叢的重要值與植物豐富度取決于積沙帶所處環境的水分補給狀況，在降水較好的海子灘灌叢重要值高達0.38，自然植被豐富度0.27，積沙帶處于良好的穩定狀態；敦煌陽關地處河流下游季節性積水鹽堿灘，僅有的檉柳灌叢重要值可達0.62，植被豐富度僅0.05，積沙帶僅檉柳生存，冬春季穩定性下降；積沙帶植被受水分與積沙高度影響，農田一側緩沖區植被蓋度明顯高于流沙地一側，隨積沙帶高度增加，植物逐漸稀疏，趨向短命植物，物種豐富度下降(表3)；優勢灌叢則反映了地域環境特色，如武威、民勤以梭梭、沙拐棗為主，內陸河下游的瓜州、敦煌、金塔，剩余鹽堿水形成檉柳、駱駝刺等耐鹽灌叢；灌木重要值越小，植物豐富度越大，積沙帶穩定程度越高；積沙帶未發現紅砂(Reaumuriasongarica)、珍珠(Salsolapasserina)和白刺等強旱生植物存在，說明積沙帶仍處于亞穩定狀態。

2.5　農防林積沙帶穩定性分析

通過河西沿沙地區9地類25個防護林積沙帶縱長軸線斷面調查，較區內流動沙地新月形沙丘縱斷面，迎風坡積沙面延伸1.6～3.3倍，平均高度增加170%～350%，背風坡后植被受到農田滲水或下游鹽堿水的補給，植被蓋度大，成為重要的緩沖沉積區[13]；積沙帶增高與迎風坡中下部灌叢[11,12]的雙重作用，積沙帶迎風坡面向沙地延長，促使了積沙面的整體抬升，沙丘脊線增高突出，積沙帶位移速度相對減緩，防護林體系經過30～40年演化與積沙帶形成的演替，目前仍發揮著阻擋風沙、保護綠洲的作用。

3結論與討論

3.1　結論

3.1.1甘肅河西沿沙綠洲近50年營建的防風固沙林，盡管經歷了從初建、衰敗到積沙帶形成的演變過程，但一直都發揮著沉積與阻擋流沙越境的重要作用，至今仍然具有綠洲防護的價值與功能。

3.1.2積沙帶區域與自然沙區差別明顯，積沙帶受農田用水外滲或農用排鹽水的影響，下風向保留了少量初建林木，積沙帶前后及頂部著生低矮灌叢與多年生草本植物群落，使積沙帶保持在相對穩定的狀態。

3.1.3河西沙區防風固沙林由初建到整體衰敗內在原因，是全球氣候變暖所引發的上游來水減少、沙區蒸發增強、植被可用水減少的必然結果，積沙帶的形成與相對穩定，同樣具有阻擋流沙侵占農田的作用，使防風固沙林阻沙積沙功能得到延續，因勢利導，仍然是今后沙區綠洲防護的一種重要舉措。

3.2　討論

3.2.1研究選擇了河西沿沙綠洲近50年以來營建的防風固沙林及后期形成的積沙帶為對象，來探討綠洲與其上風向過渡帶的變化，綜合分析這一敏感區域風沙侵襲活動與植被演替過程，認識到消失的防護林或被分解的積沙帶多因人為棄耕等因素所造成；從初期營建防護喬灌林衰敗，到后期積沙帶形成及自然灌叢演替產生，是當地水分供給減少的必然結果，積沙帶屏障作用使綠洲防護功能得到延續，綠洲與荒漠間趨向脆弱平衡；河西綠洲邊緣積沙帶自東到西，受補給水分減少與氣溫相對增高的影響，植被逐漸稀疏，防護功能呈減弱趨勢，但仍具有重要的阻擋風沙越境遷移作用。

3.2.2河西沿沙地區植物防護能力，取決于當地環境的水分供給水平；隨數十年自然旱化加劇的影響，河西沙區風沙活動加劇，流沙遷移速度加快，侵蝕農田與引發沙塵暴現象時常發生，生態安全面臨新的考驗，引起社會各階層的高度關注，政府不惜花巨資進行區域治理，重點都以圍繞水資源高效利用的方案實施開展，通過本項研究，認識到沿沙防護林及積沙帶潛在的防護利用價值，以期引導利用，達到區域長期防治的目的。

3.2.3河西地區沿沙綠洲，初建防護林設計功能平均維持時間僅20～30年，多因使用楊樹、沙棗等喬木樹種，初植密度較大，沙埋供水渠道、農田棄耕、管理不善等造成水分供應的缺失，林帶迅速衰敗，繼而被間斷的積沙帶所取代；積沙帶的堆積發育過程，也是當地耐旱抗逆性較強的灌木梭梭、檸條、沙拐棗及林下多年生草本定居繁殖的過程，水分補充能力強，灌叢蓋度大，積沙帶越寬大；積沙帶的形成與農用水補滲有直接關系，因此選擇耐旱耐沙埋的灌木如梭梭、沙拐棗等，減小初植密度，促成積沙帶整體加寬增高，形成具有阻沙積沙能力的高大屏障，將是一個很好的選擇。

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Evolution Form of Protection Forest at Oasis Fringe in Hexi Corridor and

Stability of Accumulated Sand-belts

Zhang Dabiao1,2, Zhang Yuankai1，Tang Jinnian1

(1.Gansu Desert Control Research Institute, Lanzhou 730070,China;2. Gansu Minqin National Field

Observation & Research Station on Ecosystem of Desertified Rangeland,Wuwei 733300,China)

AbstractEvolution modes of windbreak and sandbreak forests at oasis fringe in Hexi Corridor in Gansu Province, plant structure of accumulated sandy-belt and its stability were investigated.Result shows that with reduction of runoff of upper reach in endorheic river and weaken of water supply capacity, plant species changed originally from drought-resistant shrubs to low and seasonal grasses gradually, and formed some accumulated sandy-belts which can stop transboundary of shifting;the forms and scales of the sandy-belts were controlled by maintenance extent taken by sand erosion,planting position of protection forest, time, economic use of farmland;plant was supplied by water seepage in farmland ,being in a relatively stable state;accumulated sandy-belts prevent most wind sand and play the role of oasis fringe windbreak forests are still protected oasis long-run safety, some maintenance steps should be supported to the windbreak forests.

Key wordsHexi Corridor;at oasis fringe;accumulated sandy-belt;plant structure

作者簡介：張大彪(1962-)，男，碩士，高級工程師，現從事水土保持與荒漠化治理研究.

收稿日期：2015-10-19

中圖分類號：S727.2

文獻標識碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.01.001

文章編號：1005-5215(2016)01-0001-04