雷春英,吳明,寧虎森,吳圣華,沈飛

(1.新疆林科院治沙造林研究所,新疆烏魯木齊830063;2.新疆治沙辦,新疆烏魯木齊830000)

甘家湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)防風(fēng)固沙功能初步評(píng)估

雷春英1,吳明2,寧虎森1,吳圣華2,沈飛2

(1.新疆林科院治沙造林研究所,新疆烏魯木齊830063;2.新疆治沙辦,新疆烏魯木齊830000)

根據(jù)甘家湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)林地資料,參照三北風(fēng)沙區(qū)土壤類型相同或土壤可蝕性接近區(qū)域的土壤侵蝕模數(shù),對(duì)該區(qū)域的防風(fēng)固沙功能進(jìn)行初步評(píng)估。結(jié)果表明:該區(qū)域年固沙量為1 939 609.52 t,各林地防風(fēng)固沙能力由大到小依次為灌木林地＞沙生灌叢＞有林地＞疏林地,灌木林地面積僅占55.26%,年固沙量卻占71.81%,單位面積年固沙量為4 610.74 t km-2a-1,是區(qū)域平均值的1.27倍,灌木林地防風(fēng)固沙功能較其他林地尤為突出。

甘家湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū);防風(fēng)固沙;侵蝕模數(shù);土壤可蝕性;林地

風(fēng)沙天氣的形成是風(fēng)力驅(qū)動(dòng)與豐富而干燥的沙源共同作用的結(jié)果。阿拉山口年平均大風(fēng)日數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于下風(fēng)向的烏蘇,而年平均沙塵暴天氣遠(yuǎn)低于烏蘇,充分說(shuō)明了艾比湖周邊地區(qū)過(guò)境來(lái)的沙塵暴很少[1,2]。處在阿拉山口大風(fēng)通道下的博爾塔拉河下游及精河、奎屯河、古爾圖河、四棵樹(shù)河中下游的沖洪積細(xì)土平原,植被覆蓋度低,裸露于地表干燥而疏松的土質(zhì),遇大風(fēng)天氣極易就地起沙,每年風(fēng)蝕耕地浮土1～2 cm,風(fēng)蝕表土90～195 m3hm-2[3]。處于阿拉山口下風(fēng)向,位于艾比湖西岸的甘家湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)不僅是我國(guó)研究荒漠生態(tài)系統(tǒng)的重要基地,也是防風(fēng)固沙抑制艾比湖流域風(fēng)沙天氣的前沿陣地。

1 研究區(qū)概況

甘家湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西部,地跨精河?xùn)|北、烏蘇西北交界地帶。地理坐標(biāo)44°50′57″—45°05′N,83°20′15″—84°07′E,總面積546.67 km2。年均風(fēng)速為2～3 m s-1,年風(fēng)日50～100 d,風(fēng)速可達(dá)4～5 m s-1。年均氣溫6.7℃,年降水量不足167 mm,年蒸發(fā)量1 500 mm以上[]。

2 研究材料與評(píng)估方法

2.1 研究區(qū)林地資料

根據(jù)精河縣與烏蘇市森林資源二類調(diào)查資料,從中獲取甘家湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)林地資料。保護(hù)區(qū)主要樹(shù)種為梭梭、胡楊和檉柳,土壤類型為風(fēng)沙土、灰漠土、鹽堿土和棕鈣土。林地面積534.371 2 km2,其中有林地39.730 7 km2、疏林地10.831 8 km2、灌木林地302.103 6 km2、苗圃地0.073 7 km2、宜林地96.659 9 km2、沙生灌叢84.971 5 km2。有林地最高郁閉度為0.5,灌木林地最高覆蓋度為65%。根據(jù)《森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查主要技術(shù)規(guī)定》判定,中郁閉度(0.40～0.69)的有林地面積為1.393 9 km2,僅占有林地面積的3.51%;疏覆蓋度(50%～69%)的灌木林地面積27.197 km2,僅占灌木林地面積的9.00%。

2.2 土壤侵蝕模數(shù)

土壤侵蝕模數(shù)參照三北風(fēng)沙區(qū)土壤類型相同或土壤可蝕性接近區(qū)域的土壤侵蝕模數(shù)。

表1 三北風(fēng)沙區(qū)幾種土壤侵蝕模數(shù)

表1中所涉及的幾種土壤可蝕性(K值)見(jiàn)表2。由表2可知棕鈣土、灰棕漠土、鹽堿土平均K值接近,棕鈣土、灰棕漠土K值變化范圍小于鹽土大于漠境鹽土。灰漠土與風(fēng)沙土K值范圍接近,平均K值接近,且大于棕鈣土、灰棕漠土、鹽堿土。

表2 幾種土壤的可蝕性

由表1、表2可見(jiàn),當(dāng)無(wú)植被覆蓋時(shí)土壤侵蝕模數(shù)與K值變化方向一致,而有植被覆蓋時(shí)變化方向不一致,郭雨華等人曾測(cè)定風(fēng)蝕率隨灌木林蓋度的增大呈指數(shù)減少[12],即隨著植被蓋度的增大,土壤侵蝕模數(shù)降低。因此,無(wú)植被覆蓋情況下以K值選取土壤侵蝕模數(shù),低覆蓋度情況下,綜合K值與覆蓋度選取土壤侵蝕模數(shù),中覆蓋度以植被覆蓋度選取土壤侵蝕模數(shù)。因棕鈣土、鹽堿土、灰棕漠土K值接近,土壤類型為棕鈣土或鹽堿土的宜林地土壤侵蝕模數(shù)參照內(nèi)蒙古四子王旗無(wú)植被覆蓋的棕鈣土、栗鈣土區(qū)域,即6 214.7 t km-2a-1;土壤類型為棕鈣土或鹽堿土的疏林地土壤侵蝕模數(shù)參照甘肅玉門(mén)植被稀疏的灰棕漠土、風(fēng)沙土區(qū)域,即3 030 t km-2a-1;土壤類型為棕鈣土低郁閉度的有林地與土壤類型為鹽堿土的沙生灌叢土壤侵蝕模數(shù)參照新疆哈密喬灌草覆蓋度25%～30%的鹽堿土區(qū)域,即2 540 t km-2a-1。因灰漠土與風(fēng)沙土K值接近,土壤類型為風(fēng)沙土的宜林地土壤侵蝕模數(shù)參照新疆達(dá)坂城無(wú)植被的礫石沙土、風(fēng)沙土區(qū)域,即6 700 t km-2a-1;土壤類型為灰漠土或風(fēng)沙土的覆蓋度20%～30%的沙生灌叢與灌木林地,土壤侵蝕模數(shù)參照新疆獨(dú)山子灌草覆蓋度約為25%的灰漠土區(qū)域,即2 009 t km-2a-1。中郁閉度的有林地土壤侵蝕模數(shù)參照河北黃羊?yàn)└采w度50%的新疆楊林地,即360.8 t km-2a-1。疏覆蓋度的灌木林地土壤侵蝕模數(shù)參照覆蓋度40%的側(cè)柏林地,即992.7 t km-2a-1。中覆蓋度的灌木林地參照中覆蓋度的沙棗與刺槐林地的均值,即760 t km-2a-1與440 t km-2a-1的均值600 t km-2a-1。

2.3 固沙量估算

參照《荒漠生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估規(guī)范》(LY/ T2006-2012)中的公式來(lái)計(jì)算固沙物質(zhì)量。

式中:G固沙為荒漠生態(tài)系統(tǒng)總固沙量,單位為t a-1;A有植被為有植被覆蓋或結(jié)皮的荒漠生態(tài)系統(tǒng)面積,單位為km2;Q有植被為有植被覆蓋或結(jié)皮的荒漠生態(tài)系統(tǒng)單位面積輸沙量,單位為t km-2a-1;Q無(wú)植被為無(wú)植被覆蓋或結(jié)皮的荒漠生態(tài)系統(tǒng)單位面積輸沙量,單位為t km-2a-1。

無(wú)植被覆蓋區(qū),棕鈣土、鹽堿土Q無(wú)植被為6 214.7 t km-2a-1,風(fēng)沙土、灰漠土Q無(wú)植被為6 700 t km-2a-1。

3 結(jié)果與分析

表3 甘家湖梭梭林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)不同林地固沙量

甘家湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)年固沙量1 939 609.52 t,單位面積年平均固沙量3 629.7 t km-2a-1。不同林地單位面積年固沙量(見(jiàn)表3)由大到小依次為灌木林地＞沙生灌叢＞有林地＞疏林地,說(shuō)明灌木林地防風(fēng)固沙能力大于有林地,與黑河下游重要生態(tài)功能區(qū)防風(fēng)固沙能力(有林地＞灌木林地＞中覆蓋度草地＞低覆蓋度草地[13])不同。這是由于該區(qū)域有林地整體郁閉度不高,最高郁閉度為0.5,且中郁閉度的有林地面積僅占有林地面積的3.51%。而灌木林地最高覆蓋度為65%,中覆蓋度灌木林地占灌木林地面積的9%,即灌木林地平均蓋度高于有林地,從而使灌木林地固沙能力大于有林地。植被覆蓋度僅為20%的沙生灌叢防風(fēng)固沙能力卻大于有林地,這是因?yàn)?9.79%有林地分布于棕鈣土或鹽堿土區(qū)域,55.85%的沙生灌叢分布于風(fēng)沙土或灰漠土區(qū)域,而無(wú)植被風(fēng)沙土、灰漠土區(qū)域土壤侵蝕強(qiáng)度大于無(wú)植被棕鈣土、鹽堿土區(qū)域,即同等蓋度下風(fēng)沙土、灰漠土區(qū)域的(Q無(wú)植被-Q有植被)值大于棕鈣土、鹽堿土區(qū)域的,且有林地郁閉度偏低,致使有林地防風(fēng)固沙功能偏弱。

4 結(jié)論與討論

幾乎無(wú)植被生長(zhǎng)的哈密沙山擾動(dòng)區(qū)雖然有草方格沙障的保護(hù),在大風(fēng)季節(jié)相對(duì)于未經(jīng)擾動(dòng)的沙壟,土壤侵蝕量仍然有所增大,擾動(dòng)區(qū)土壤侵蝕模數(shù)209 845.08 t km-2a-1,是對(duì)照區(qū)127 154.6 t km-2a-1的1.65倍[14],充分說(shuō)明人為擾動(dòng)增大了自然狀態(tài)下裸地的土壤侵蝕強(qiáng)度。因此,本文土壤潛在侵蝕模數(shù)即Q無(wú)植被參照內(nèi)蒙古四子王旗與新疆達(dá)坂城原始狀態(tài)下的土壤侵蝕模數(shù),而未采用同屬?zèng)_洪積細(xì)土平原的風(fēng)蝕耕地浮土1～2 cm。本文所參照的土壤侵蝕強(qiáng)度或許與該區(qū)域存在真實(shí)的差異,但初步評(píng)估結(jié)果仍能反映出甘家湖梭梭林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)防風(fēng)固沙功能,以及不同林地防風(fēng)固沙功能間的差異。

由于中蓋度灌木林地占比(9.00%)大于中郁閉度有林地占比(3.51%),致使該區(qū)域灌木林地防風(fēng)固沙功能大于有林地,說(shuō)明提高中高蓋度林地占比有利于促進(jìn)林地防風(fēng)固沙功能的提升。灌木林地面積僅占55.26%,年固沙量卻占71.81%,單位面積年固沙量(4 610.74 t km-2a-1)是區(qū)域平均值(3 629.7 t km-2a-1)的1.27倍,灌木林地防風(fēng)固沙功能較其他林地尤為突出。因此,宜采取更加有效的生態(tài)恢復(fù)措施,促進(jìn)宜林地向灌木林地演替,擴(kuò)大灌木林地面積,以提高保護(hù)區(qū)整體的防風(fēng)固沙功能。

[1]錢(qián)亦兵,吳兆寧,蔣進(jìn),等.近50年來(lái)艾比湖流域生態(tài)環(huán)境及其影響因素分析[J].冰川凍土,2004(4):17-26

[2]楊青,何清,李紅軍,等.艾比湖流域沙塵氣候變化趨勢(shì)及其突變研究[J].中國(guó)沙漠,2003(9):503-508

[3]吉力力阿不都萬(wàn)里,穆桂金.艾比湖干涸湖底塵暴及其災(zāi)害分析[J].干旱區(qū)地理,2002(6):149-154

[4]周剛.甘家湖荒漠林區(qū)生態(tài)恢復(fù)工程的影響因素及其環(huán)境效益評(píng)價(jià)[J].干旱環(huán)境監(jiān)測(cè),2003(2):93-95,116

[5]王文濤.對(duì)甘肅河西風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目土壤流失量監(jiān)測(cè)的探討[J].農(nóng)業(yè)科技與信息,2014(13):46-48

[6]馬英武.獨(dú)山子原油儲(chǔ)備庫(kù)工程土壤侵蝕量監(jiān)測(cè)及建議[J].陜西水利,2013(3):133-134

[7]盧剛.新疆輸油管道工程風(fēng)蝕監(jiān)測(cè)及其規(guī)律分析[J].水土保持應(yīng)用技術(shù),2011(1):1-3

[8]李曉麗,申向東,張雅靜.內(nèi)蒙古陰山北部四子王旗土壤風(fēng)蝕量的測(cè)試分析[J].干旱區(qū)地理,2006(4):292-296

[9]付曉燕,邢存旺,江大勇,等.不同類型人工植被防風(fēng)固沙效益的研究[J].河北林業(yè)科技,2008(6):1-3

[10]師長(zhǎng)興.礫石對(duì)土壤可蝕性的影響及土壤可蝕性值估算方法[J].土壤通報(bào),2009(12):1398-1401

[11]仲嘉亮,郭朝霞.新疆土壤可蝕性K值空間插值及其分布特征研究[J].新疆環(huán)境保護(hù),2014(3):1-4

[12]郭雨華,趙廷寧,丁國(guó)棟,等.灌木林蓋度對(duì)風(fēng)沙土風(fēng)蝕作用的影響[J].水土保持研究,2006(10):245-247,251

[13]韓永偉,拓學(xué)森,高吉喜,等.黑河下游重要生態(tài)動(dòng)能區(qū)植被防風(fēng)固沙功能及其價(jià)值初步評(píng)估[J].自然資源學(xué)報(bào),2011(11): 58-65

[14]劉晉.西氣東輸管道工程建設(shè)新疆段水土流失監(jiān)測(cè)效果分析[J].新疆水利,2005(4):43-46

Function of Sand Fixation and Wind Break in Ganjiahu National Nature Reserve

Lei Chunying1,Wu Ming2,Ning Husen1,Wu Shenghua2,Shen Fei2
(1.Institute of Afforestation and Sand Control,Xinjiang Academy of Forestry Sciences,Urumqi 830063,China; 2.Xinjiang Desertification Control Office,Urumqi 830000,China)

Based on forestland data of Ganjiahu National Nature Reserve,soil erosion modulus of the region with same soil types and soil erodibility in the sand-fixing function of forestland in northwest,north China and northeast China were evaluated preliminarily.Result shows that the annual sand fixation amount of forestland is 1 939 609.52 t,the descending order of the sand fixation ability is that shrub forestland＞sandy shrub＞forest land＞open forest land.The area of shrub forestland only occupied 55.26%,the annual occupied 71.81%.The annual sand-fixing amount in the unit area is 4 610.74 t km-2a-1,which is 12.7 times than the regional annual value.The function of sand fixation and wind break in shrubs is particularly prominent than that of others.

Ganjiahu National Nature Reserve;sand fixation and wind break;soil erosion modulus;soil erodibility; forest land

S759.9

:A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.11.001

1005-5215(2015)11-0001-03

2015-09-18

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD16B0305)

雷春英(1979-),女,新疆鞏留人,碩士,工程師,現(xiàn)從事荒漠化防治研究.

寧虎森(1966-),男,新疆焉耆人,教授級(jí)高級(jí)工程師.