來錫福，焦旭東，趙 明，尉秋實(shí)

（1.武威市林業(yè)綜合服務(wù)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(cè)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(qū)粗放經(jīng)營種植的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，進(jìn)而逐漸產(chǎn)生了沙荒地開墾→撂荒恢復(fù)→退耕地沙化→沙漠化現(xiàn)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(xiàng)目實(shí)施過程中“關(guān)井壓田”政策的推進(jìn)，出現(xiàn)了更多的退耕地，因此退耕地的沙化整治成為當(dāng)前迫在眉睫的問題。在國外，從20世紀(jì)初開始，隨著社會發(fā)展和勞動生產(chǎn)率的大幅度提高，農(nóng)耕地開始棄耕，同時開始了對退耕地植被恢復(fù)的研究［4］。而我國相對較晚，直到20世紀(jì)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(xiàn)象的逐漸增多，退耕地退耕后植被恢復(fù)的理論和技術(shù)的研究［4－5］逐漸被重視。因此，研究退耕地生態(tài)恢復(fù)中整治技術(shù)模式，防治沙化，加速推進(jìn)恢復(fù)進(jìn)程，優(yōu)化調(diào)控技術(shù)，對民勤沙化土地治理和石羊河流域綜合治理項(xiàng)目具有積極的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

在沙化退耕地建立人工植被體系的關(guān)鍵是要選擇適宜于該地區(qū)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(nóng)業(yè)灌溉的開采而嚴(yán)重下降，已遠(yuǎn)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(yàn)、示范、推廣以及樹種水分生理研究結(jié)果表明，梭梭和檸條是最適宜民勤地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的兩種優(yōu)良樹種，不但擁有成熟的育苗造林技術(shù)，顯著的生態(tài)防護(hù)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(xiāng)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(qū)的生態(tài)防護(hù)植被體系建設(shè)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(qū)常見的沙區(qū)旱生鄉(xiāng)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(shè)置不同造林模式試驗(yàn)具有可靠地理論依據(jù)及現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

民勤縣位于河西走廊北側(cè)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(fā)量2 643.9mm；光照資源豐富，日照時數(shù)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(fēng)，年均風(fēng)速2.8m／s，年風(fēng)沙日達(dá)130d。民勤屬典型大陸性干旱氣候，降雨稀少，蒸發(fā)十分強(qiáng)烈，蒸發(fā)量是降水量的23倍。氣溫日較差大，沙塵暴、大風(fēng)、干熱風(fēng)等災(zāi)害性天氣較多。

民勤縣總土地面積1.614×104km2。縣境內(nèi)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(diǎn)總面積的83.68%，達(dá)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(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計

根據(jù)民勤沙化退耕地的分布現(xiàn)狀，采用典型抽樣法和樣線法［8－9］進(jìn)行了調(diào)查研究。分別選擇20世紀(jì)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(diǎn)樣方調(diào)查法設(shè)置永久性樣方進(jìn)行植被調(diào)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(diào)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(diào)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(shù)據(jù)統(tǒng)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(shù)（Simpson）、優(yōu)勢度等參數(shù)［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(yōu)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(diào)查數(shù)據(jù)均在Excel軟件上進(jìn)行統(tǒng)計分析。其中：

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

3 結(jié)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(shù) 不同沙化退耕地植物群落多樣性指數(shù)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(shù)均下降，而優(yōu)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(shù)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(shù)分別為0.709和0.632，均明顯低于2000年以后的退耕地；而優(yōu)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(shù)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(fā)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(shù)均下降，而優(yōu)勢度升高，沙化退耕地植物群落逐漸向單一化方向發(fā)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(shù)

3.1.3 植物群落優(yōu)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(yōu)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(jié)性的一年生雜草占優(yōu)勢，如畫眉草、白莖鹽生草等，細(xì)葉駱駝蓬等多年生草本次之，而灌木優(yōu)勢所占優(yōu)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(yōu)勢，如2007年的退耕地主要以灰綠藜占優(yōu)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(xì)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(yōu)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(shí)等所替代，如在近40a的沙化退耕地上（70年代退耕地），優(yōu)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(xì)葉駱駝蓬、五星蒿等常常為亞優(yōu)勢種，在維持退耕地生態(tài)系統(tǒng)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(shù)量也十分有限，而且長勢較弱。

3.2 沙化退耕地生物防風(fēng)固沙技術(shù)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(jìn)行調(diào)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(fā)現(xiàn)：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(diào)查發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，干梢、死株現(xiàn)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(yōu)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(yōu)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(jìn)行調(diào)查試驗(yàn)），試驗(yàn)結(jié)果見表5。在水分條件充足的農(nóng)田邊，2m×20m（QFMT－1，林帶間種植玉米等農(nóng)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(xiàn)良好，但是以密度?。?m×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(zhì)有較大關(guān)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(zhì)退耕地上（QFMT－4）的次之，而礫質(zhì)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?duì)I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(shù)（5.0）均明顯大于沙質(zhì)退耕地的生長量（平均高度、平均幅度和平均分枝數(shù)分別為89.7cm，94.3cm和3.0）。另外，無論是沙質(zhì)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(xiàn)為干梢干枝多、葉片稀疏、基部分枝少等特征，尤其在沙質(zhì)或礫質(zhì)退耕地上這些現(xiàn)象更為明顯，種群衰退嚴(yán)重。

表5 不同密度人工檸條林的生長狀況

4 結(jié)論與討論

耕地撂荒后在不采取人工措施修復(fù)植被的情況下將進(jìn)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(shù)逐漸上升，在演替的中后期最大。本文研究結(jié)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(shù)均下降，而優(yōu)勢度升高，沙化退耕地植物群落逐漸向單一化方向發(fā)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(jìn)行。由此可見，在自然狀態(tài)下，沙化退耕地植物群落的演替十分緩慢，而且結(jié)構(gòu)組成上有向單一化方向演替的趨勢，很難形成多樣性和穩(wěn)定性較高的植被體系。退耕數(shù)十年的撂荒地其自然群落仍以季節(jié)性一年生草本植物為主，缺乏構(gòu)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(shù)途徑，以縮短自然植被演替的漫長過程，促進(jìn)沙漠化退耕地植被防護(hù)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(jié)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(yōu)勢度最高，種群比較穩(wěn)定。李愛德等［11］對梭梭等沙旱生植物的蒸騰耗水特性進(jìn)行了多年的觀測研究，并結(jié)合民勤地區(qū)沙地土壤水分蒸發(fā)規(guī)律的研究結(jié)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(dá)到一個較平衡的狀態(tài)，也可保持梭梭的正常存活。這一結(jié)論與本項(xiàng)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(shè)模式。與梭梭相比，檸條的蒸騰耗水量較大，在造林實(shí)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(zhì)地的限制，黏性退耕地上的生長狀況要比沙質(zhì)退耕地上的好。從研究結(jié)果看，2m×20m的檸條林帶和灌溉農(nóng)田組成的模式，是民勤綠洲建立農(nóng)田防護(hù)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(hù)林體系以及造林的密度如何，仍有待做進(jìn)一步地試驗(yàn)研究和論證。

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