張 利李楊紅范 宇徐 舟康 英任君芳何建社

（1. 阿壩州林業(yè)科學技術(shù)研究所，四川 汶川 623000; 2. 阿壩州工業(yè)經(jīng)濟研究所，四川 汶川 623000）

生態(tài)毯覆蓋對若爾蓋沙化草地土壤環(huán)境及植被恢復(fù)的影響*

張 利1李楊紅1范 宇2徐 舟1康 英1任君芳1何建社1

（1. 阿壩州林業(yè)科學技術(shù)研究所，四川 汶川 623000; 2. 阿壩州工業(yè)經(jīng)濟研究所，四川 汶川 623000）

為遏制若爾蓋草原沙化進一步蔓延，急需開展草地沙化治理模式研究。試驗選取若爾蓋草原半固定沙地和流動沙地為研究對象，分析了生態(tài)毯覆蓋對兩種沙地類型土壤環(huán)境、植物群落蓋度和生物量的影響。結(jié)果表明：生態(tài)毯覆蓋1 a后，有效提高了沙地植物群落蓋度和生物量，流動沙地中生態(tài)毯覆蓋的群落蓋度和生物量較對照處理的增量高于半固定沙地，半固定沙地生態(tài)毯覆蓋的群落蓋度和生物量分別是對照處理的1.20倍和1.19倍，而流動沙地則分別為對照的4.74倍和2.83倍；生態(tài)毯覆蓋均降低了兩種類型沙地的土壤溫度，增加了土壤水分，提高了土壤最大持水量；生態(tài)毯覆蓋對兩種類型沙地土壤電導(dǎo)率的改善效果一致，均比對照高0.01 ms·cm-1；半固定沙地中生態(tài)毯覆蓋和對照處理的土壤容重相同，流動沙地中生態(tài)毯覆蓋的土壤容重較對照處理低0.02 g·cm-3；生態(tài)毯覆蓋初期對流動沙地的恢復(fù)效果優(yōu)于半固定沙地。生態(tài)毯覆蓋對土壤環(huán)境指標的影響均未達到顯著水平，可能是由于試驗?zāi)晗掭^短所致。

生態(tài)毯；沙化草地；土壤環(huán)境；生物量；若爾蓋草原

草地是地球上最重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)之一，約占陸地面積的26.91%[1]，對牧區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、生物多樣性保護、水土保持、CO2固定[2]和生態(tài)平衡維護具有重大的作用和價值[3]。然而由于過度放牧、開墾等人為活動和不利的自然條件等因素導(dǎo)致草地生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)退化，主要表現(xiàn)為土地沙化[4]。草地退化表現(xiàn)在草地質(zhì)量、生產(chǎn)力、經(jīng)濟潛力、服務(wù)功能和生物多樣性等指標下降，草地環(huán)境惡化及草地恢復(fù)能力減弱或喪失[5]。草地退化嚴重影響草地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能，已經(jīng)成為世界許多地區(qū)主要的環(huán)境和經(jīng)濟問題[6]。

若爾蓋高原位于青藏高原東側(cè)，長江和黃河的源頭地區(qū)，是全球生物多樣性保護的關(guān)鍵地區(qū)、全球氣候變化響應(yīng)的敏感區(qū)[7]和典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)[8]。區(qū)域內(nèi)地質(zhì)基層主要為砂板巖、頁巖和第四紀松散堆積沉積物，含沙量高；由于河流流速慢，大量泥沙不斷沉積于河床曲折處，受第四紀末期冰川劇烈影響，河流不斷改道，使得該區(qū)地表下沙源十分充足，為土地沙化創(chuàng)造了必要的物質(zhì)條件[9]。由不合理的人類活動作主導(dǎo)驅(qū)動，鼠類活動、熱融沉陷、滑塌及氣候變化等因素的誘發(fā)致使若爾蓋地區(qū)草地退化嚴重，沙地面積不斷擴大[10]，成為黃河上游嚴重的生態(tài)問題，危及人類生存環(huán)境，急需治理。

目前，關(guān)于若爾蓋草地沙化的研究多集中于退化規(guī)律和成因，關(guān)于其治理措施的研究報道較少。圍欄封育加快了植被恢復(fù)速度，但恢復(fù)演替需要較長的時間[11]；灌草間作及灌草間作+沙障模式提高了土壤有機碳及其活性組分[12]；圍欄種植紅柳(Tamarix ramossima)隨著年限增加植被高度和蓋度顯著增加，并改變了土壤顆粒組成特性及土壤有機質(zhì)和礦質(zhì)養(yǎng)分含量[13-14]，這些成果為草地沙化治理提供了科學的理論依據(jù)。但若爾蓋草地沙化形勢依然嚴峻，目前正是開展治理的有利時期[15]。

生態(tài)毯是通過特殊工藝形成的三維復(fù)合草毯結(jié)構(gòu)，能提供土壤防侵蝕控制保護層和植物生長基質(zhì)、養(yǎng)料和水分，目前已在地震滑坡區(qū)的植被恢復(fù)[16]、退化沙地治理[17]等方面進行了初步應(yīng)用研究，并證明其具有良好的治理效果。本文在對若爾蓋沙化草地特征調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取流動沙地和半固定沙地為研究對象，采用生態(tài)毯覆蓋的恢復(fù)措施，探討其對不同類型沙地土壤環(huán)境及植被的恢復(fù)效果，以期為若爾蓋沙化草地恢復(fù)模式選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

若爾蓋高原（102°00′～103°30′ E ，32°20′～34°05′ N）位于青藏高原東北緣，研究區(qū)位于阿西鄉(xiāng)阿西村（102°55'45.90"～102°55'51.31" E，33°41'33.66"～33°41'36.81"N），距離縣城約14 km。地形為高原丘狀區(qū)，屬高原寒冷地區(qū)，長冬無夏，春秋短，寒冷干燥，日照強烈，晝夜溫差大，無絕對無霜期，年平均氣溫0.7 ℃，最高氣溫24.6℃，最低氣溫-33.7 ℃，年平均風速2.5 m·s-1，最大風速35 m·s-1，年平均降水量657 mm，蒸發(fā)量1 212.7 mm。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置 在研究區(qū)選擇典型流動沙地和半固定沙地作為研究對象，流動沙地和半固定沙地土壤均為沙質(zhì)。設(shè)生態(tài)毯覆蓋和不做覆蓋對照處理，每個處理面積約為50 m×50 m。進行治理前，流動沙地和半固定沙地植物蓋度分別為5.5%和28.0%，植物組成有青藏薹草(Carex moorcroftii)、賴草(Leymus secalinus)、二裂委陵菜(Potentilla bifurca)、細葉西伯利亞蓼(Polygonum sibiricum var. thomsonii)。

1.2.2 生態(tài)毯覆蓋 生態(tài)毯主要采用無病蟲害、色澤正常、無腐爛、晾曬風干的稻草為原材料，編織成條形毯狀，規(guī)格為：寬度1.2～1.5 m，長度8～10 m，厚度0.8 cm，空隙度10%～15%[18]。2015年4—5月施撒牛羊糞（15 t·hm-2）和混合草種（0.12 t·hm-2），進行生態(tài)毯覆蓋?；旌喜莘N為2014年在試驗地周圍未退化草地收集所得。

1.2.3 樣品采集 2016年9月中旬在各處理分別隨機設(shè)置3塊樣方進行調(diào)查，樣方大小均為4 m×4 m。記錄樣方內(nèi)的物種和群落蓋度。在樣方沿對角線方向選3個點分別進行土壤溫度、水分和電導(dǎo)率的測定；并采用環(huán)刀在對角線上3個點進行0～20 cm土層采樣，每個點取2個環(huán)刀，分別用于測定土壤容重和土壤最大持水量。在每個樣方中間設(shè)置一個1 m×1 m的小樣方，采用收割法對小樣方內(nèi)植物進行收集，帶回實驗室烘干，測定植物生物量。

1.2.4 測定方法 選擇晴朗的天氣，采用TZSECW土壤水分、溫度、鹽分三參數(shù)儀（浙江托普儀器有限公司）對土壤溫度、水分和電導(dǎo)率進行測定，測定土層為0～20 cm；土壤容重和最大持水量測定參考文獻[19]。每個指標重復(fù)測定次數(shù)：2個沙地類型×2種處理×3個樣方×3個樣點=36次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft excel 2003和SPSS11.0進行數(shù)據(jù)制圖與統(tǒng)計分析。治理措施和對照采用獨立樣本t檢驗進行各指標的差異顯著性分析（n=3，α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤環(huán)境

土壤是植物生長的基質(zhì)，土壤環(huán)境狀況直接影響了植物的生長和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性，土壤環(huán)境的改善對退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)具有重要的意義。生態(tài)毯覆蓋對若爾蓋半固定沙地和流動沙地土壤環(huán)境具有一致的影響，影響未達到顯著水平（表1）。生態(tài)毯覆蓋均降低了半固定沙地和流動沙地的土壤溫度，半固定沙地中生態(tài)毯覆蓋較對照土壤溫度降低了0.95 ℃，而流動沙地則降低了0.77℃；同時，增加了土壤水分，半固定沙地中生態(tài)毯覆蓋較對照土壤水分增加了1.10 個百分點，而流動沙地則增加了2.72 個百分點。生態(tài)毯覆蓋對兩種類型沙地土壤電導(dǎo)率的改善效果一致，較對照均高0.01 ms·cm-1。而半固定沙地中生態(tài)毯覆蓋和對照處理土壤容重均為1.32 g·cm-3，流動沙地中生態(tài)毯覆蓋土壤容重為1.32 g·cm-3，較對照處理1.34 g·cm-3低1.49%。生態(tài)毯覆蓋增加了兩種類型沙地土壤最大持水量，且半固定沙地的增加比重（11.92%）高于流動沙地（9.18%）。

2.2 植被特征

植被的恢復(fù)是退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的重要部分和評價指標。生態(tài)毯覆蓋對若爾蓋沙化草地植被具有較好的恢復(fù)效果，在半固定沙地和流動沙地中，生態(tài)毯和對照處理間的群落蓋度和生物量均無顯著性差異（圖1）。半固定沙地生態(tài)毯覆蓋和對照處理的群落蓋度分別為55.00%和45.67%，生態(tài)毯覆蓋的群落蓋度是對照的1.2倍；流動沙地生態(tài)毯覆蓋和對照處理的群落蓋度分別為30.00% 和6.33%，生態(tài)毯覆蓋的群落蓋度是對照的4.74倍。半固定沙地生態(tài)毯覆蓋和對照處理的生物量分別為82.93、69.72 g·m-2，生態(tài)毯覆蓋的生物量是對照的1.19倍；流動沙地生態(tài)毯覆蓋和對照處理的生物量分別為34.50、12.20 g·m-2，生態(tài)毯覆蓋的生物量是對照的2.83倍。

2.3 植被特征與土壤環(huán)境的關(guān)系

對植被蓋度和土壤環(huán)境因子進行相關(guān)性分析（表2）可知，植被生物量和蓋度存在顯著的正相關(guān)。生物量和蓋度分別與土壤水分、電導(dǎo)率和最大持水量呈正相關(guān)，而與土壤溫度和容重呈負相關(guān)性。植被生物量和蓋度均未與土壤環(huán)境因子間達到顯著相關(guān)。

表1 生態(tài)毯覆蓋對若爾蓋沙化草地土壤環(huán)境的影響

圖1 生態(tài)毯覆蓋對若爾蓋沙化草地植被群落蓋度和生物量的影響

表2 若爾蓋沙化草地植被特征與土壤環(huán)境的Pearson相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

土壤恢復(fù)始于植被恢復(fù)，但是土壤恢復(fù)是維持植被穩(wěn)定的重要保證[20]。生態(tài)毯覆蓋對兩種類型沙化草地土壤環(huán)境具有一定的改善作用。表現(xiàn)為：降低了土壤溫度，增加了土壤水分含量，主要是由于生態(tài)毯覆蓋減少了地表的直接太陽輻射能量，并對土壤起到保溫的作用，減少了土壤和大氣間的熱量交換，有效的降低了土壤表層的蒸散[21]。較對照處理，半固定沙地生態(tài)毯覆蓋對土壤溫度的降低幅度大于流動沙地，但對土壤水分的提高流動沙地要高于半固定沙地，可能是由于沙地類型不同，其對太陽輻射的升溫效果不同，表現(xiàn)為半固定沙地土壤溫度小于流動沙地，蒸散作用導(dǎo)致了土壤水分變化的差異。盡管土壤電導(dǎo)率并不直接影響植物的生長發(fā)育，但與影響植物生長的其他土壤性質(zhì)密切相關(guān)，如無機氮和鹽離子等[22]。生態(tài)毯覆蓋對兩種類型沙地土壤電導(dǎo)率的提高幅度相同，均為0.01 ms·cm-1，但半固定沙地土壤電導(dǎo)率較高，反映了其土壤中可溶性養(yǎng)分離子的水平[23]。土壤容重是反映土壤空隙狀況和松緊程度的指標，生態(tài)毯覆蓋對土壤容重的改善作用較小，半固定沙地中生態(tài)毯覆蓋和對照處理土壤容重相同，而流動沙地生態(tài)毯覆蓋較對照低0.02 g·cm-3，主要是由于容重是土壤具有較長時間變異性的屬性[24]。生態(tài)毯覆蓋增加了兩種類型沙地土壤最大持水量，與對照相比，半固定沙地的增加量為31.45 g·kg-1，流動沙地為24.28 g·kg-1，由于土壤容重變化較小，土壤最大持水量可能是由土壤空隙狀況的改變導(dǎo)致[25]。盡管生態(tài)毯覆蓋在一定程度上改變了土壤環(huán)境性質(zhì)，但這種改變均未達到統(tǒng)計意義上的顯著水平，可能是因為試驗時間較短（1 a），具體原因還有待開展進一步的長期研究。

生態(tài)毯覆蓋提高了植被群落的蓋度和生物量，對流動沙地的恢復(fù)效果要優(yōu)于半固定沙地，表現(xiàn)為流動沙地中生態(tài)毯覆蓋較對照處理的群落蓋度和生物量增量高于半固定沙地，半固定沙地中生態(tài)毯覆蓋的植物群落蓋度和生物量分別是對照處理的1.20倍和1.19倍，而流動沙地則分別為4.74倍和2.83倍。主要是由于半固定沙地沙面穩(wěn)定性高于流動沙地，當生態(tài)毯覆蓋后，大大穩(wěn)定了流動沙地的沙面穩(wěn)定性，為植物的增殖、人工植被建立和流沙成土提供了適宜的環(huán)境條件[26]，從而使流動沙地植被有更好地恢復(fù)效果。但唐進年等[26]研究表明這種穩(wěn)定流動沙面的治理措施在第二年會出現(xiàn)衰退，主要是由于適宜流動沙地生長的植物退化所致。而生態(tài)毯覆蓋對若爾蓋沙地植被恢復(fù)是否具有類似動態(tài)變化特征及其原因還需要持續(xù)的監(jiān)測、調(diào)查。生態(tài)毯覆蓋治理沙化草地中植物生物量與土壤電導(dǎo)率的相關(guān)性最高，可能是土壤養(yǎng)分狀況的變化對植物生物量的影響較大。下一步工作將開展土壤速效、全量及微量養(yǎng)分的測定，揭示生態(tài)毯覆蓋對土壤養(yǎng)分的改變及其對植物群落生物量的影響。

[1] Fao. The state of food and agriculture-2009[R]. Room, 2009.

[2] CONANT R T, PAUSTIAN K, ELLIOTT E T. Grassland management and conversion into grassland: Effects on soil carbon[J]. Ecological Applications, 2001, 11(2): 343-355.

[3] 謝高地,張釔鋰,魯春霞，等.中國自然草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[J]. 自然資源學報, 2001,16(1):47-53.

[4] 李博.中國北方草地退化及其防治對策[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 1997,30(6):1-9.

[5] LIU J, XU X, SHAO Q. Grassland degradation in the “Three-River Headwaters” region, Qinghai Province[J]. Journal of Geographical Sciences, 2008, 18(3): 259-273.

[6] LI S, VERBURG P H, LV S, et al. Spatial analysis of the driving factors of grassland degradation under conditions of climate change and intensive use in Inner Mongolia, China[J]. Regional Environmental Change, 2012, 12(3): 461-474.

[7] 李慶,王洪濤,劉文，等.以HJ-1衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)估算高寒草地植被凈第一性生產(chǎn)力的潛力評估——以若爾蓋草地為例[J]. 中國沙漠, 2013,33(4):1250-1255.

[8] 李晉昌,王文麗,胡光印，等.若爾蓋高原土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響[J]. 生態(tài)學報, 2011,31(12):3451-3459.

[9] 鄧東周,楊執(zhí)衡,陳洪，等.青藏高原東南緣高寒區(qū)土地沙化現(xiàn)狀及驅(qū)動因子分析[J]. 西南林業(yè)大學學報, 2011,31(5):27-32.

[10] 李曉英,姚正毅,王宏偉，等.若爾蓋盆地沙漠化驅(qū)動機制[J]. 中國沙漠, 2015,35(1):51-59.

[11] 干友民,羅元佳,周家福，等.川西北沙化草地生態(tài)恢復(fù)工程對沙地植被群落的影響[J]. 草業(yè)科學, 2009,26(6):51-56.

[12] 蒲玉琳,葉春,張世熔，等.若爾蓋沙化草地不同生態(tài)恢復(fù)模式土壤活性有機碳及碳庫管理指數(shù)變化[J]. 生態(tài)學報, 2017,37(2):DOI: 10.5846/stxb201508031635.

[13] 彭佳佳,胡玉福,肖海華，等.生態(tài)修復(fù)對川西北沙化草地土壤有機質(zhì)和氮素的影響[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2015,29(5):149-153.

[14] 胡玉福,彭佳佳,鄧良基，等.圍欄種植紅柳對川西北高寒沙地土壤顆粒組成和礦質(zhì)養(yǎng)分的影響[J]. 土壤通報, 2015,46(1):54-61.

[15] 何介南,徐杰,康文星，等.若爾蓋縣土地沙化程度演變動態(tài)特征[J]. 林業(yè)科學, 2016,52(1):159-165.

[16] 姬慧娟,扶志宏,張利，等.生態(tài)毯在地震滑坡區(qū)植被恢復(fù)中應(yīng)用效果研究[J]. 四川林業(yè)科技, 2014,35(2):4-8.

[17] 張利,周慶,朱欣偉，等.生態(tài)毯在沙化區(qū)植被恢復(fù)中的應(yīng)用效果研究[J]. 現(xiàn)代園藝, 2014(22):10-12.

[18] 陳德朝, 鄢武先, 鄧東周，等. 一種高寒地區(qū)防沙治沙秸稈生態(tài)毯: CN201420676915. X [P].2015-03-18。

[19] 中國科學院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海:上?？茖W技術(shù)出版社, 1978.

[20] 烏云娜,裴浩,冉春秋，等.科爾沁沙地植被恢復(fù)演替過程中群落結(jié)構(gòu)及土壤理化性狀的變化[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學, 2008,36(15):6471-6475.

[21] 何峰,王堃,萬里強，等.立枯物和凋落物對土壤微環(huán)境及植物生長的影響[J]. 中國草地學報, 2012,34(5):19-23.

[22] 袁巧霞,朱端衛(wèi),武雅娟.溫度、水分和施氮量對溫室土壤pH及電導(dǎo)率的耦合作用[J]. 應(yīng)用生態(tài)學報, 2009,20(5):1112-1117.

[23] 郭軼瑞,趙哈林,左小安，等.科爾沁沙地沙丘恢復(fù)過程中典型灌叢下結(jié)皮發(fā)育特征及表層土壤特性[J]. 環(huán)境科學, 2008,29(4):1027-1034.

[24] 周欣,左小安,趙學勇，等.科爾沁沙地沙丘固定過程中植物生物量及土壤特性[J]. 中國沙漠, 2015,35(1):81-89.

[25] 趙錦梅,張德罡,劉長仲.東祁連山土地利用方式對土壤持水能力和滲透性的影響[J]. 自然資源學報, 2012,27(3):422-429.

[26] 唐進年,張盹明,徐先英，等.不同人工措施對沙質(zhì)荒漠生態(tài)恢復(fù)與重建初期效應(yīng)的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 2007,16(6):1748-1753.

Effects of Eco-blanket Covering on Soil Environment and Vegetation Restoration of the Desertification Grassland in Zoigê

ZHANG Li1LI Yanghong1FAN Yu2XU Zhou1KANG Ying1REN Junfang1HE Jianshe1
(1. Aba Prefecture Institute of Forestry Science and Technology, Wenchuan,Sichuan 623000, China; 2. Aba Prefecture Institute of Industrial Economics, Wenchuan, Sichuan 623000 , China)

In order to cut off the extension of the desertification in Zoigê grasslands, it is urgent to carry out the study of grassland desertification control model. The effects of eco-blanket cover on soil environmental , plant community coverage and biomass were studied in the semi - fixed sandy land and the mobile sandy land of Zoigê grassland. The results showed that, one year later, the eco-blanket covering effectively improved plant community coverage and biomass. Compared to the treatment data, the increment in the mobile sandy land was higher than that in the semi-fixed sandy land，the plant community coverage and biomass treated with eco-blanket covering were 1.20 and 1.19 times respectively, while mobile sandy land was 4.74 and 2.83 times, respectively. The ecoblanket covering also decreased soil temperature, increased soil water content and the maximum water holding capacity in both sandy lands, and the soil electric conductivity was increased by 0.01 ms·cm-1in both sandy lands. The soil bulk density of the cover and control in the semi-fixed sandy land was equal, while that of thecover was 0.02 g·cm-3lower than control in the mobile sandy land. The effect of the eco-blanket covering in the recovery of mobile sandy land was better than that of semi-fixed sandy land in the early stage of covering. The influence of the eco-blanket covering in soil environment indicators was not significant, which may be due to the shorter test cycle.

eco-blanket; desertification grassland; soil environment; biomass; Zoigê grassland

S718.5

A

2096-2053（2017）01-0024-05

四川省科技計劃項目“生態(tài)毯技術(shù)在若爾蓋沙化治理中的運用與推廣”(2016FZ0042)。

張利（1983— ）, 男, 高級工程師, 主要從事川西北沙化治理及林下種植研究，E-mail: 823764732@qq.com。