成昌國，趙陟峰，劉 敏

（甘肅省水土保持科學研究所，甘肅 蘭州730020）

甘肅省半干旱區(qū)植被覆蓋率低，生態(tài)環(huán)境脆弱，植被修復(fù)技術(shù)含量較低，措施配置不科學，林種單一，樹種單調(diào)，適地適樹等問題還沒有從根本上得到解決。以治理水土流失為目的的植被修復(fù)方法研究，科學有序地修復(fù)治理，促進植物群落向多樣性發(fā)展，建立穩(wěn)定、高效的林分群落，不僅必要，而且緊迫。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為甘肅省中部的蘭州、定西等地區(qū)，地貌是以梁峁為主的丘陵溝壑，屬大陸性溫帶半干旱氣候區(qū)，總土地面積3 468km2。平均氣溫6～9℃，年均降水量為230～500mm，年蒸發(fā)量為988.8～4 610mm。人工喬木樹種主要有白榆（Ulmus pumila L.）、杏 樹 （Armeniaca vulgaris Lam.）、河 北 楊（Populus hopeiensis Hu et Chow）、旱柳（Salix matsudana Koidz.）、花 椒 （Zanthoxylum bungeanum Maxim.）等，灌木有甘蒙檉柳（Tamarix austromongolica Nakai）、檸條（Caragana korshinskii Kom.）、沙棘 （Hippophae rhamnoides Linn.）、杞 柳 （Salix integra Thunb.）等。常見的草本植物有長芒草（Stipa bungeana Trin.）、冷 蒿 （Artemisia frigida Willd.）、駱 駝 蓬 （Peganum harmala Linn.）、針 茅（Stipa capillata Linn.）等。

2 研究方法

樣地選在甘肅省蘭州市榆中縣孫家岔流域，其面積為42.08km2。黃河中游管理局于1983年將該流域列為試點小流域，1989年通過鑒定，并獲甘肅省省科技進步二等獎。調(diào)查樣地為生長勢較好的楊樹和油松林，28年生，植苗造林?；钠路饨麖?008年3月開始，調(diào)查時間為當年3月至2011年3月。通過采用現(xiàn)場調(diào)查與定位試驗，以及定量分析相結(jié)合的方法，研究甘肅省半干旱區(qū)各種植被修復(fù)途徑的效果。其中，土壤含水量采用烘干法測定。植被生長狀況采用樣方調(diào)查法，喬木樣方面積為20m×20m，對樣地內(nèi)喬木進行每木檢尺，測定樹高、胸徑、冠幅、株數(shù)等項目。灌木樣方面積為10m×10m，調(diào)查記錄樣地內(nèi)灌木的株高、地徑、冠幅等項目。草本樣方為1m×1m，調(diào)查記錄樣方內(nèi)草本的高度、蓋度等項目。封禁后的鮮草量采用全部收獲法（選擇典型草本樣方，將其內(nèi)草本的地上部分收獲稱鮮重）。

3 植被修復(fù)方法與實證分析

本研究根據(jù)對楊樹、油松和花椒等林地的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，3個樹種的高生長與胸徑（地徑）生長量均隨密度的加大而減小，反之，則生長量增加。封禁可提高土壤含水量，促進植物生長，提高植被覆蓋率。據(jù)此提出“以封禁優(yōu)先，先封后植；先疏后補；以灌木為主，喬灌草結(jié)合”的甘肅省半干旱區(qū)植被修復(fù)方法，并對其“修復(fù)方法”從水分平衡，抗旱保墑和林木生長等方面進行合理性認證論述。

3.1 封禁優(yōu)先，先封后植

封禁保護是利用植物的自我恢復(fù)能力，恢復(fù)被破壞了的植被，逐步復(fù)原或接近原有的生態(tài)系統(tǒng)。選擇距村莊較遠，人為干擾較少，有利封禁管理的“三荒地”進行封禁保護，使其自然演替與恢復(fù)，增加植物種類，提高生物產(chǎn)量和植被覆蓋率。通過封育保護，停止了外界因素的破壞，同時還能有效地保護新增造林成果，使植被覆蓋率穩(wěn)步提高，地表及土壤結(jié)構(gòu)得以改善，水土保持功能增強，從而促進生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定和加強。因此，封禁保護是改善生態(tài)系統(tǒng)功能的有效措施之一。

所謂先封后植，是指先將宜林地封禁，防止外界干擾和破壞，依靠天然植物自身的演替恢復(fù)能力，使植被和環(huán)境條件逐步恢復(fù)到一定程度時再進行人工造林。其主要作用是：（1）封禁后，經(jīng)過自然演替，植物種類不斷增加，植被覆蓋率得到有效恢復(fù)，地表得到植被保護，從而減輕降雨對地面的直接打擊和沖刷，使水土流失得到有效控制。（2）在植被恢復(fù)過程中，土壤得到自然改良，生態(tài)環(huán)境得到改善，使土壤理化性質(zhì)及土壤微生物向有利于植物生長的方向轉(zhuǎn)化［1］。（3）由于植物種類的增加和植被的恢復(fù)，枯落物增多，形成地表保護層，增加土壤入滲，減少土壤水分蒸發(fā)，使植物生長所需水分的保證率增大。

3.1.1 封禁對土壤含水量的影響 封禁后，植被覆蓋率提高，腐殖質(zhì)層增厚，從而增加雨水入滲，減少土壤水分的蒸發(fā)，提高土壤含水量，使植物生長所需的水分保證率加大。封禁1a后最低土壤含水量提高2.9%。封禁與未封禁平均土壤含水量分別為8.40%和5.03%，提高3.4%。封禁對提高土壤水分含量，改善立地條件都有顯著的作用。

3.1.2 封禁對植被生長的影響 甘肅省半干旱區(qū)實施封禁措施后，土壤含水量、覆蓋度、產(chǎn)草量均有顯著增加，改良土壤和改善造林地的生態(tài)環(huán)境作用明顯，效果較好，是修復(fù)植被的重要途徑。在半干旱地區(qū)封禁3a后，天然草類植物種群有所增加，植被覆蓋度由封禁4個月的33.8%增加到封禁60個月的67.6%，草叢高度由7.2cm增加到30.3cm，鮮草產(chǎn)量由58.4kg／hm2提高到2 349kg／hm2。封禁10個月以內(nèi)，26～30個月，37個月以上為不同的3個生長階段，生長速度有明顯差異。第1階段的蓋度、鮮草量、叢高分別為29.5%，61.1kg，12cm；第2階段分別為57.8%，94.3kg，16.9cm；第3階段分別為65.9%，185.0kg，17.7cm。未封禁地蓋度在15%～30%，平均20.5%，與未封禁地比較，封禁第1階段提高9%，第2階段提高37.3%，第3階段提高45.4%。

封禁可增加植物種類，提高植被覆蓋率，提高生長量和生物產(chǎn)量，改良土壤，提高土壤肥力的作用顯著。封禁3a左右植被蓋度可達50%以上，宜林地的土壤、水分、植被等生態(tài)因子明顯得到改善后進行造林，將有助苗木成活，促進生長，提高植被建設(shè)的成功率。

3.2 先疏后補

先疏后補就是先營造疏林，而后分批次補植達到設(shè)計密度。先疏，是針對半干旱地區(qū)土壤水分匱乏，避免林木個體之間水分的不利競爭導(dǎo)致成活率下降，甚至死亡而采取的必要措施。所謂補，是待前一批栽植的苗木生長穩(wěn)定后，再通過補植完成設(shè)計密度，減輕因一次性完成設(shè)計密度而產(chǎn)生的樹木對土壤水分的競爭程度，達到提高成活率，促進生長的目的。

一般的造林方法是初植密度較大，而且立地條件越差，初植密度越大，然后根據(jù)苗木質(zhì)量進行合理間伐。但經(jīng)對散生木與不同密度的生長量比較研究發(fā)現(xiàn)，散生木的生長量遠高于所調(diào)查的不同密度地生長量。21～24a散生楊樹高度為15.2m，較28a生密度為1m×1.5m，1.5m×2m，1.5m×3m的高度分別高出11.3m，9.5m，8.5m。21～24a散生楊樹，胸徑為28.3cm，與28年生密度1.5m×2m的胸徑接近，比密度1.5m×3m，1m×1.5m的胸徑分別大3.5cm，11.7cm。楊樹密度為1.5m×3m的平均高生長（6.7m）較1m×1.5m（3.9m），1.5m×2m（5.7m）的分別高出2.8m，1.0m，提高71.8%，17.5%（圖1）。造林密度1m×1.5m，1.5m×2m，1.5m×3m的平均胸徑分別為16.6cm，28.4cm，31.8cm。密度為1.5m×3m的胸徑較密度為1.5m×2m，1m×1.5m分別提高12.0%，91.6%（圖2）。

圖1 楊樹樹高與密度的關(guān)系

圖2 楊樹胸徑與密度的關(guān)系

從圖3可以看出，油松密度為2m×4m的高生長量較密度為2m×2m，2m×3m的高生長分別提高49.1%和13.9%。密度為2m×2m，2m×3m時，其胸徑分別為35cm，45.2cm，而密度為2m×4m時，胸徑為55.8cm，分別比密度為2m×2m，2m×3m時提高59.4%，23.5%（如圖4）。此外，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，密度為3.5m×3.5m，2.5m×6m的花椒林平均地徑生長量分別為17.3cm，18.7cm，平均高生長分別為2.9m，3.2m，后者比前者地徑生長提高8.1%，高生長提高13.0%。

圖3 油松樹高與密度的關(guān)系

圖4 油松胸徑與密度的關(guān)系

在相同條件下，散生木的生長優(yōu)勢突出。林地的密度越大，生長量越小，成活率越低。其主要原因是土壤水分供給不足，無法滿足植物生長所需的土壤水分，導(dǎo)致因水分嚴重匱缺使樹木枯死或生長不良，而水分不足與造林密度密切相關(guān)［2－6］。

3.3 以灌木為主，喬灌草結(jié)合

為建立與當前技術(shù)經(jīng)濟相適應(yīng)的生態(tài)建設(shè)模式，必須放棄以營造用材林為主的做法，營建水土保持生態(tài)林，建立以灌木為主，喬灌草相結(jié)合的新模式，加快植被恢復(fù)速度，建立安全可靠的生態(tài)系統(tǒng)。

半干旱地區(qū)的生態(tài)建設(shè)遠沒有跳出傳統(tǒng)的以用材為目的造林模式，在生態(tài)環(huán)境治理中不管其“樹”，也不論其“地”，不遵循自然規(guī)律，未按適地適樹原則進行規(guī)劃與修復(fù)［1］。其因有二：（1）經(jīng)濟欠發(fā)達被迫形成喬木的主導(dǎo)地位，一是為解決木材問題，二是為解決經(jīng)濟來源問題。（2）灌木的優(yōu)勢作用被忽略。灌木具有耐旱，耐瘠薄，適應(yīng)性強，見效快的優(yōu)勢，而目前植被建設(shè)忽略了灌木的優(yōu)勢作用，種植比例明顯偏少。

據(jù)定西水土保持研究所朱正軍等［5］研究，喬木密度在1 600株以內(nèi)，灌木在1 900株以內(nèi)，它們要求水分營養(yǎng)面積分別為25m2／株，14m2／株，喬木要求水分營養(yǎng)面積較灌木大78.6%；喬木和灌木單株要求水分量分別為26m3／株，14m3／株，喬木保證單株水分量較灌木高85.7%。喬木要求水分保證面積和單株需水量均大于灌木，在干旱缺水的甘肅省中部地區(qū)，灌木在植被修復(fù)中優(yōu)勢突出。

4 結(jié)論

（1）楊樹密度為1.5m×3m時，平均高生長和胸徑均較密度為1.5m×2m和1.5m×1m時有所提高；油松和花椒有類似的現(xiàn)象。合理的植物群落結(jié)構(gòu)使植物個體有充分的發(fā)育空間，最大限度地利用土壤水分，避免對營養(yǎng)和水分的競爭，各生態(tài)因子相互作用的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，使群落影響環(huán)境，達到林分穩(wěn)定、高效的目的。先疏后補的修復(fù)方法是水分平衡，抗旱保墑，水分可持續(xù)利用的行之有效的途徑，符合當?shù)赝寥栏珊?，水分匱乏的自然環(huán)境，是緩解植物生長發(fā)育水分不足的重要舉措，是半干旱地區(qū)植被建設(shè)的重要保證。

（2）喬木要求水分營養(yǎng)面積大于灌木78.6%，單株要求水分量分別為26m3／株，14m3／株，喬木保證單株水分量高出灌木85.7%。灌木較之喬木，耐旱，耐瘠薄，適應(yīng)性強，見效快，投資風險小，是植被修復(fù)的優(yōu)勢植物，是半干旱區(qū)植被修復(fù)成功的重要保障措施。

（3）植物群落被封禁后，恢復(fù)的能力來源于植物生態(tài)系統(tǒng)自然演替［1］。植物種群和生物產(chǎn)量增加，植被覆蓋率得到有效恢復(fù)，增加腐殖層，保護地表減少蒸發(fā)。封禁措施以投資少，見效快，潛力大等優(yōu)勢，展現(xiàn)出強大的生命力［1］。只要停止人為干擾，封禁3a左右，覆蓋度可達約50%，植物生態(tài)系統(tǒng)就會朝多樣、穩(wěn)定、復(fù)雜、高效的方向發(fā)展［1］。

（4）在立地環(huán)境條件得到全面改善后造林，既能提高造林成活率，促進植物生長，更重要的是提高保存率。但是，造林需分期分批進行，這樣才不會因植物的生長，需水量的不斷增加造成土壤干旱缺水，導(dǎo)致植物生長不良，形成 “小老樹”?；蛞蛲寥浪掷^續(xù)虧缺到生長所需水量極限值以下時，造成植物死亡。

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