展秀麗，嚴(yán) 平，楊典正，齊 彪

（1.北京師范大學(xué) 地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室，北京 100875；2.北京師范大學(xué)防沙治沙教育部工程研究中心，北京 100875）

在干旱地區(qū)，隨著水土資源的開發(fā)利用不斷擴大，引起了生態(tài)環(huán)境的變化，使土地沙漠化程度增長，長期以來，風(fēng)沙危害嚴(yán)重威脅著干旱地區(qū)水庫庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境及水資源利用［1－4］。國內(nèi)外在防沙治沙方面取得了較豐富的成果，但針對干旱地區(qū)水庫風(fēng)沙危害與防沙治沙綜合效益評價方面的研究工作，相對薄弱。目前，國內(nèi)對干旱地區(qū)一些水庫已經(jīng)實施了相應(yīng)的防沙治沙措施，如龍羊峽水庫、金塔水庫及巴圖灣水庫［1－3］，采用較多的依然是機械沙障＋植被措施，機械措施與生物措施相結(jié)合是流沙治理行之有效的重要途徑和方法［5，7］。當(dāng)前，流沙固定已不僅僅是沙害防治問題，而是作為生態(tài)環(huán)境治理、脆弱生態(tài)恢復(fù)的重要組成部分［6］，防沙治沙措施除了具有防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候的作用，還可以促進土壤肥力的恢復(fù)［7］，近年來，對防沙治沙實施地區(qū)生態(tài)恢復(fù)研究開展了許多，也取得了一定的成果［8－10］，但是對庫區(qū)防沙治沙過程中的植被與土壤恢復(fù)研究工作較少。

本研究選取巴圖灣水庫庫區(qū)，2006年開始在水庫西南部的北岸，采用防沙治沙新材料和新技術(shù)，開展庫區(qū)沙源固定試驗與示范研究，尼龍網(wǎng)作為一種新型的防沙材料，在風(fēng)沙危害比較嚴(yán)重的地區(qū)，防護效果明顯［11］，目前，庫區(qū)防沙治沙措施已實施3a，本文旨在對水庫庫區(qū)防沙治沙措施實施以來的土壤及植被特征進行調(diào)查研究，以期為干旱區(qū)水庫防沙治沙效益監(jiān)測及評價提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

巴圖灣水庫地處內(nèi)蒙古烏審旗河南鄉(xiāng)境內(nèi)無定河干流上，處于毛烏素沙地腹地，地理坐標(biāo)為108°38′38″－108°46′45″E，37°58′34″－37°53′46″N。該區(qū)屬于溫帶半干旱與干旱區(qū)過渡地帶，年均氣溫6～8℃，年均降雨量360mm，年蒸發(fā)量2100 ～2600 mm，干燥度1.6～2.0，年平均風(fēng)速3.3m／s，以西北風(fēng)與東南風(fēng)為主，年均大風(fēng)日數(shù)40～50d。巴圖灣水庫建成于1976年，控制流域面積3421 km2，由西南向東北方向延伸，水面面積8.67km2，長23km，平均水深8.7m，總庫容1億m3，為內(nèi)蒙古西部地區(qū)最大的一個蓄水庫。

水庫周圍沙漠化土地廣布，庫區(qū)西北部有流沙斷面總長8.4km，流動沙丘入侵水庫較為嚴(yán)重。據(jù)初步測定［3］，在風(fēng)速9.7m／s條件下，1m 斷面上每分鐘輸沙量達(dá)到274g，初步估算每年入庫風(fēng)沙量為54.13萬t，10a內(nèi)產(chǎn)生的泥沙淤積量達(dá)到總庫容的5%，對水庫的正常運行及庫區(qū)旅游業(yè)的發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

2006年開始在水庫西南部的北岸選擇6.67hm2流動沙丘，采用防沙治沙新材料和新技術(shù)，開展庫區(qū)沙源固定試驗與示范研究，主要包括:新型HDPE尼龍網(wǎng)沙障2hm2、“正光”營養(yǎng)基植物沙障（草繩沙障）3.33 hm2和常規(guī)草方格沙障1.33hm2。并在沙障間播種沙蒿2hm2、沙打旺1.33hm2、花棒0.67hm2、草木樨0.66hm2、檸條0.33hm2，同時開展工程固沙效益觀測、植被恢復(fù)動態(tài)監(jiān)測和庫區(qū)風(fēng)沙災(zāi)害評價等工作。

2 調(diào)查研究內(nèi)容和方法

2009年8月，確定了巴圖灣水庫庫區(qū)觀測區(qū):2006年設(shè)置的防沙工程措施區(qū)，包括尼龍網(wǎng)沙障、草方格沙障及草繩沙障，區(qū)內(nèi)人工栽植的植被主要是沙蒿（Artemisia desterorumspreng）、花棒（Hedysarum scoparium）等沙地植物。根據(jù)三種不同沙障保存狀況選擇樣方，保存狀況分為優(yōu)、中、差三個級別，并進行植被調(diào)查及土壤采樣。

表1 樣方概況

植物調(diào)查選取不同沙障的方格100個，調(diào)查植物的成活率、高度、冠幅及地上生物量的測定。生物量測定用稱重法，其中生物量的測定選取每個樣方里長勢中等的植株，使用枝剪剪下，立即裝入塑封袋里，標(biāo)記并稱重。

在樣方中進行土壤樣品采集，采樣深度0－30 cm和30－50cm。所有樣品分別過1.00mm和0.25mm的篩分后，送至北京林業(yè)大學(xué)土壤實驗室進行分析測定。其中0－30cm樣品用來分析土壤養(yǎng)分、有機質(zhì)及鹽分和pH值。30－50cm樣品分析鹽分和pH值。土壤水分的測定采用鋁盒取樣，分層取樣:0－5cm、5－10cm、10－15cm、15－20cm、20－30cm、30－50cm，容重取樣深度分為兩層，表層和30cm深處。土壤水分和容重測定均采用烘干法測定，試驗設(shè)計中數(shù)據(jù)無重復(fù)。

土壤粒度分析使用馬爾文激光粒度儀進行測定，對樣品首先進行預(yù)處理，自然風(fēng)干土樣后加10%雙氧水（H2O2）去除有機質(zhì)，加入10%鹽酸去除碳酸鹽物質(zhì)，反應(yīng)完全后加過濾水，除去過量酸，反復(fù)數(shù)次至中性加入濃度為4% （NaPO3）6分散劑，開始測量樣品。通過Mastersizer2000激光粒度儀輸出所需的參數(shù)，根據(jù)?？撕臀挚斯剑嬎愕贸鲋兄盗?、平均粒徑及分選系數(shù)等。

3 結(jié)果分析

3.1 植被特征

從現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果看，尼龍網(wǎng)沙障一部分被人為破壞，同時也被沙埋，草方格沙障設(shè)置地帶，方格被沙積滿，已看不見麥草，沙障內(nèi)生長的植物主要是沙蒿，草繩區(qū)及低洼處生長有花棒等植物，長勢良好。由表2可以看出，不同程度的尼龍網(wǎng)沙障內(nèi)的植被長勢不同，沙障（BTW01）保存較好，植被高度平均為64cm，每株生物量達(dá)865.29g，沙障沙埋及人為破壞嚴(yán)重（BTW02），幾乎無植被，高度為40cm，每株生物量307.82g。草方格沙障（BTW04），植被平均高度為43.8cm。草繩沙障保存較好（BTW06），低洼處水分較好，植被長勢也較良好，其中，花棒高度有1m多，沙蒿平均高度為52cm，沙蒿生物量每株達(dá)586.27g，花棒每株245.07g。

表2 主要植被特征

3.2 土壤特征

3.2.1 土壤粒度特征 尼龍網(wǎng)沙障內(nèi)沙土的粒度分析結(jié)果（表3）表明，三種不同現(xiàn)存程度的沙障內(nèi)均以中沙、細(xì)沙為主，細(xì)沙含量高于中沙。其中保存較好的尼龍網(wǎng)沙障（BTW01）內(nèi)，0－30cm和30－50cm層的中沙、細(xì)沙的比重占 31.75%、55.19% 和25.72%、64.35%?，F(xiàn)存較差的（BTW02）0－30cm和30－50cm 層的中沙、細(xì)沙的比重占36.03%、54.77%和 35.55%、56.20%?，F(xiàn)存中等的沙障（BTW03）0－30cm和30－50cm層的中沙、細(xì)沙的比重占28.24%、56.56%和34.16%、60.03%。各樣方內(nèi)的沙土粒度組成差異較小。從平均粒徑看出，BTW01上層較30－50cm層粗，BTW02內(nèi)兩層粗細(xì)程度相近，BTW03上層較30－50cm層細(xì)。由分選系數(shù)得出，各樣方沙土分選均較好。

草方格內(nèi)沙土的粒度分析結(jié)果（表3）表明，0－30cm中沙和細(xì)沙含量最高，30－50cm是細(xì)沙含量最高，中沙次之。0－30cm和30－50cm的中沙、細(xì)沙含量分別占44.66%、45.82% 和 32.69%、62.02%，平均粒徑為2.06（Φ）、2.3（Φ），分選系數(shù)1.21（Φ）、1.17（Φ），數(shù)據(jù)結(jié)果均顯示出上層較深層沙粒粗。

草繩沙障內(nèi)的沙土的粒度結(jié)果（表3）顯示，與尼龍網(wǎng)沙障結(jié)果相似，沙粒細(xì)沙含量最高，中沙次之?，F(xiàn)存較好的草繩區(qū)，0－30cm和30－50cm的細(xì)沙、中沙含量占62.83%、26.12%和61.77%、36.56%?，F(xiàn)狀較差的0－30cm和30－50cm的細(xì)沙、中沙含量占63.29%、23.13%和58.92%、36.74%。從平均粒徑看，上層較深層沙粒細(xì)，分選程度相似。

表3 土壤粒度特征

3.2.2 土壤含水率、容重 各樣方內(nèi)土壤含水率隨深度變化（圖1）顯示，尼龍網(wǎng)沙障:BTW01的表層水分含量較BTW02、BTW03高，往下逐漸降低，10cm以下低于BTW02、BTW03，而BTW02、BTW03的土壤含水率隨深度變化較平緩。草方格沙障區(qū)（BTW04）土壤含水率表層較低，隨著深度增加逐漸升高。保存較好的草繩沙障（BTW06）土壤含水率表層高于BTW04、BTW07，隨深度增加土壤含水率上升，在15cm處達(dá)到最高，之后開始下降，20－30cm處土壤含水率均高于其他。通過對三種沙障內(nèi)土壤容重的測定，如表4所示，各樣方均表現(xiàn)為表層的容重高于30cm深處的，其中表層的容重變化為1.589～1.752g／cm3，30cm 深的 容重變 化為 1.554～1.645g／cm3，不同沙障之間差異較小。

圖1 土壤含水率隨深度變化

表4 土壤容重 g／cm3

3.2.3 土壤養(yǎng)分、有機質(zhì)、鹽分和pH值 從測得的數(shù)據(jù)結(jié)果來看（表5），尼龍網(wǎng)沙障、草方格和草繩沙障內(nèi)的土壤全N、全P、全K的含量均較低，不同沙障之間無明顯區(qū)別。

表5 土壤養(yǎng)分含量平均值（0－30cm）

目前，巴圖灣水庫沙區(qū)的土壤有機質(zhì)變化為0.10～0.45%之間，含量較低，各樣方結(jié)果（圖2）對比得出:BTW01＞BTW06＞BTW02＞BTW03＞BTW04＞BTW07。鹽堿度狀況（圖2），土壤pH值0－30cm層表現(xiàn)為7.50＜pH＜8.00，呈弱堿性，各區(qū)差異較小，30－50cm 層為7.45＜pH＜8.74，BTW01和BTW06的pH值較其他樣方小，而這兩樣方植被長勢較好，也說明了植被恢復(fù)有利于土壤的pH值減?。?2］，本研究中的BTW03和BTW04的pH值0－30cm的明顯低于30－50cm的，其他點兩層pH值差異不大。從土壤飽和浸出液的電導(dǎo)率（圖2）來看，兩層土壤電導(dǎo)率均在0～2mS／cm之間，土壤屬于非鹽化狀態(tài)，另外可看出，0－30cm層的值略高于30－50cm層。

3.3 植物與土壤有機質(zhì)之間的關(guān)系

從圖3中可以看出，各樣方的沙蒿生物量BTW01＞BTW06＞BTW04＞BTW02＞BTW03，有機質(zhì)的變化BTW01＞BTW06＞BTW02＞BTW03＞BTW04，二者趨勢變化基本一致，說明沙蒿生長與土壤有機質(zhì)含量有關(guān)，有機質(zhì)越高，生物量越高，因為有機質(zhì)含量的多少，反映土壤肥力的高低，進而直接影響生物量［13］。

圖2 各沙障內(nèi)土壤有機質(zhì)、鹽分和pH值

圖3 沙蒿生物量與有機質(zhì)的關(guān)系

3.4 不同沙障植物生長和土壤水分、養(yǎng)分之間的關(guān)系

從前面的分析看出，本研究中的尼龍網(wǎng)沙障（BTW01）的表層水分含量較BTW02、BTW03高，植被高度平均為64cm，每株生物量達(dá)865.29g。草方格沙障區(qū)（BTW04）土壤含水率表層較低，隨著深度的增加逐漸升高，植被平均高度為43.8cm。草繩沙障（BTW06）于低洼處，土壤含水率表層較高，植被長勢也較良好。尼龍網(wǎng)沙障、草方格和草繩沙障內(nèi)的土壤全N、全P、全K的含量均較低，各沙障之間無明顯區(qū)別。

植物的生長不僅僅與土壤水分有關(guān)，土壤養(yǎng)分對植物生長也有很大的影響，而且植物、土壤水分與養(yǎng)分三者之間也是相互影響的。研究表明，固沙植被對沙地土壤水分狀況影響較明顯［14－15］，人工植被的恢復(fù)對土壤養(yǎng)分具有明顯的表聚作用，而且對土壤養(yǎng)分的空間變化特征具有一定的影響［16］。本研究數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，植被、土壤水分與土壤養(yǎng)分三者之間關(guān)系不明顯，主要是因為沙障設(shè)置年限較短，植被栽植期也較短，還沒有完全形成植被－土壤－水分相互作用的系統(tǒng)，三者之間的關(guān)系還不明顯，還需要進行較長年限的監(jiān)測。另外，本研究采樣為雨季，采樣前期有過降雨，對沙地土壤水分也產(chǎn)生了影響。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié) 論

（1）尼龍網(wǎng)沙障內(nèi)，不同保存程度沙障的植被長勢存在差異，保存較好的沙障植被高度平均為64 cm，被沙埋及人為破壞嚴(yán)重的沙障內(nèi)植被平均高度為40cm。草方格沙障植被平均高度為43.8cm，草繩沙障保存較好，植被長勢也較好。可見，防沙治沙措施設(shè)置初期，沙障保護好壞與植物的生長有著重要作用。

（2）尼龍網(wǎng)沙障區(qū)內(nèi)均以中沙、細(xì)沙為主，細(xì)沙含量高于中沙。草方格區(qū)上層中沙和細(xì)沙含量最高，下層細(xì)沙含量最高，中沙次之，上層較深層沙粒粗。草繩沙障與尼龍網(wǎng)相似，沙粒細(xì)沙含量最高，中沙次之，上層較深層沙粒細(xì)。土壤容重表層均高于30cm。沙障設(shè)置初期，各沙障內(nèi)風(fēng)沙土的機械組成差異較小，相對穩(wěn)定。

（3）尼龍網(wǎng)沙障、草方格和草繩沙障內(nèi)的土壤全N、全P、全K的含量均較低，不同沙障之間無明顯區(qū)別，養(yǎng)分元素相對穩(wěn)定。沙蒿地上生物量與有機質(zhì)的變化趨勢基本一致。土壤pH值顯示，土壤均為弱堿性。沙障設(shè)置初期，巴圖灣水庫庫區(qū)沙地的土壤改良一般，隨著植物的增長，將會逐漸提高。

4.2 討 論

本文從土壤與植被恢復(fù)的角度，來探討干旱地區(qū)水庫防沙治沙工程措施實施初期的生態(tài)效應(yīng)，通過野外調(diào)查與室內(nèi)分析，對巴圖灣水庫防沙工程措施區(qū)目前土壤與植被的基本特征有了初步的了解，總體看來，尼龍網(wǎng)沙障＋植物措施的土壤與植被恢復(fù)效果稍優(yōu)于其它兩種沙障。植物沙障和尼龍網(wǎng)沙障相結(jié)合可將尼龍網(wǎng)沙障的功效發(fā)揮到最大，沙障布設(shè)后，可以防止沙障間種子播種后遭受風(fēng)力侵蝕裸露而降低成活率，經(jīng)過一定的年限后，尼龍網(wǎng)沙障將不能發(fā)揮防風(fēng)固沙效益，植物沙障此時代替尼龍網(wǎng)沙障，使其達(dá)到持久性固沙。在野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，尼龍網(wǎng)沙障除了被沙埋，較大一部分被人為抽掉，損壞較嚴(yán)重。

草繩沙障區(qū)的草繩，大部分被吹蝕裸露沙面，已中斷成一段一段地，人工種植的植物生長較少，保存效果較差。草繩較尼龍網(wǎng)和麥草壽命短，容易腐爛，某一部位草繩被風(fēng)蝕裸露后可能會加速相鄰區(qū)域草繩的裸露，因此草繩所起的保持水分和增加營養(yǎng)的作用隨之減弱，植物種子在很短時間內(nèi)難以生長，草繩沙障無法起到預(yù)期的效果，這些均可能是導(dǎo)致草繩沙障植被恢復(fù)能力較差的原因，因此對于草繩沙障的布設(shè)適于選擇風(fēng)蝕速率較小的沙地，或者表面已有一定植被覆蓋的半流動沙地，布設(shè)時應(yīng)該對草繩間隔一定距離進行固定，布設(shè)后采取一定的滴灌措施，使植被能夠快速生長，防止風(fēng)蝕裸露。

從以上分析看來，巴圖灣水庫庫區(qū)的防沙體系還需要進一步健全，需要及時更新，首先應(yīng)對積沙較滿的沙障進行維修及更新，人為破壞的沙障應(yīng)及時補充。機械措施與生物措施相結(jié)合是目前公認(rèn)的流動沙丘有效固定的方法，機械措施是生物措施得以有效治理沙地的必要輔助，最終依然是植物固定沙丘。因此，在沙障實施后需要加強對沙障的修復(fù)與保護，禁止人畜進入治理區(qū)。另外，在調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，自然植被長勢較好，但是多度較低，沙障在被人為破壞后，人工栽植植物生長較一般，建議定期補栽鄉(xiāng)土物種。一般地，生態(tài)恢復(fù)的時間越久，效益也越顯著，因此，巴圖灣水庫沙區(qū)植被的恢復(fù)與重建還需進一步實施，防沙治沙采取措施的年限較短，亟需進一步治理與監(jiān)測。

致謝:本研究野外工作得到了內(nèi)蒙古薩拉烏蘇旅游文化發(fā)展有限公司的大力支持，特此表示感謝！

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