曹世文

(遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114039)

遼西北沙漠化區(qū)是一個(gè)由農(nóng)業(yè)區(qū)向牧區(qū)過(guò)渡的特殊生態(tài)區(qū)，其顯著特點(diǎn)是人類(lèi)活動(dòng)的干擾使系統(tǒng)功能和生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)更加脆弱和極其不穩(wěn)定[1]，已經(jīng)處于惡性循環(huán)之中。

目前，土地沙漠化是我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶最嚴(yán)重的地區(qū)之一。它是制約遼西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要生態(tài)問(wèn)題，也是造成生態(tài)環(huán)境惡化和農(nóng)牧民貧困的根本原因。本研究通過(guò)地塊試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法，尋找一種更合理、更接近自然的沙地植被恢復(fù)技術(shù)和理論體系，不斷完善和發(fā)展沙漠沙地治理技術(shù)和理論，加快沙漠化進(jìn)程及沙化治理和荒漠化治理，恢復(fù)和建設(shè)大型自然植被、人工植被和沙漠，為研究沙漠地區(qū)提供強(qiáng)有力的保障和理論依據(jù)。

土地沙漠化是遼西北農(nóng)牧交錯(cuò)帶最嚴(yán)重的地區(qū)之一，同時(shí)也是制約遼西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要問(wèn)題，這也是導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化和造成農(nóng)牧民貧困的主要原因。通過(guò)研究地塊試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合，不斷完善和發(fā)展沙漠沙地治理技術(shù)和理論，加快沙漠化防治及沙漠化治理進(jìn)程，對(duì)沙漠進(jìn)行了大規(guī)模的天然植被、人工植被和沙漠化治理、恢復(fù)和建設(shè)，為研究沙漠地區(qū)治理提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 概述

彰武位于遼寧省西北部，其沙地主要由橢圓形沙丘組成，與沙丘帶與沙丘之間的風(fēng)蝕洼地或沙丘間低地交織在一起，根據(jù)地形特征及植被覆蓋率和土壤性質(zhì)，彰武沙地可分為4類(lèi)：流動(dòng)半流動(dòng)沙丘、固定沙丘、平緩沙地和風(fēng)蝕洼地平地[1]。流動(dòng)沙丘和半流動(dòng)沙丘面積占沙丘總量的18.9%，這些沙丘地形相對(duì)較高且起伏較大。沙丘呈新月形或相互連接成橢圓形的沙丘帶，上面生長(zhǎng)著一些沙生植物，覆蓋率相對(duì)較低[2]。固定沙丘和平緩沙地面積占沙丘總量的69.1%，這類(lèi)沙地地勢(shì)相對(duì)較低，其植被覆蓋面積較大，風(fēng)蝕洼平地面積占12.0%，地勢(shì)相對(duì)較低，植物覆蓋率較小，分布著草甸和草原植物。研究區(qū)沙地類(lèi)型劃分見(jiàn)表1。

2 圍封對(duì)沙丘穩(wěn)定性及植被恢復(fù)的影響

2.1 對(duì)沙丘穩(wěn)定性的影響

試驗(yàn)示范區(qū)在2017年11月，共計(jì)有比較大的流動(dòng)沙丘13個(gè)，流動(dòng)速度為3～15m/a。其中固沙植物人工栽培固定沙丘8個(gè)，自然恢復(fù)植物固定沙丘5個(gè)，經(jīng)過(guò)4～5a的圍封處理，每個(gè)沙丘70%～80%的面積從流動(dòng)到半流動(dòng)，流動(dòng)沙丘面積由44hm2減少到11hm2，由15%減少到3.75%。截至2018年，除未完全固定的大型流動(dòng)沙丘外，還有8個(gè)小型流動(dòng)沙丘，面積(30×50)m2，流動(dòng)沙丘不同治理方式治理前后的變化狀況見(jiàn)表2。

表1 沙地類(lèi)型劃分表 單位：%

表2 流動(dòng)沙丘不同治理方式治理前后的變化狀況

人工固定沙丘固定面積70%～85%，植物覆蓋率55%～70%，自然恢復(fù)沙丘固定面積60%～75%，植物覆蓋率45%～50%。無(wú)論是人工恢復(fù)還是自然恢復(fù)，流動(dòng)沙丘都不完全穩(wěn)定，大型流動(dòng)沙丘中仍然存在固定的部分[3]，示范區(qū)內(nèi)還有一些小風(fēng)蝕坑和小沙丘。完成固定需要3～5a。

在圍封治理區(qū)的北部，與控制區(qū)相鄰的沙質(zhì)土地，占地200hm2，沙丘由固定沙丘和半固定沙丘組成，面積約133.33hm2。其中固定沙丘86.67hm2，半固定沙丘46.67hm2，流動(dòng)沙丘46.67hm2，中部為丘間洼地，面積66.67hm2。截至2017年，流動(dòng)沙丘數(shù)量急劇增加到7個(gè)，向前延伸20～30m/a，流動(dòng)沙丘面積占沙地面積的1/3，為66.67hm2。在中部洼地，沙地被掩埋，出現(xiàn)荒漠化，其中20hm2覆該20～50cm砂層，46.67hm2覆該3～10cm砂層，周邊固定沙丘面積由86.67hm2減少到46.67hm2，半固定沙丘面積由46.67hm2增加到93.33hm2，可見(jiàn)過(guò)度放牧造成荒漠化的后果十分嚴(yán)重[3]。

2.2 對(duì)沙地植被恢復(fù)的影響

2015年秋至2017年秋，試驗(yàn)示范區(qū)沙地植被覆蓋率由68.7%提高到72.7%。流動(dòng)沙丘代表植物分布面積較小，生長(zhǎng)較弱，從半流動(dòng)沙丘到固定沙丘，胡枝子、山馬料、野麥子、拂子茅等植物顯著增加[4]。半流動(dòng)沙丘的主要植物差巴戈蒿沒(méi)有減少其分布面積，但其高度生長(zhǎng)從71.7cm顯著下降到56.7cm，死亡率增加了25%。從半流動(dòng)沙丘到固定沙丘，植物分布頻率由4.8%上升到28.6%，羊草由4.8%上升到9.6%，錦雞兒幼苗由0%上升到9.6%。在對(duì)2017年封閉區(qū)20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地塊的調(diào)查中，流動(dòng)沙丘代表植物的分布頻率和多度分別為20%和5.8株/m2。半流動(dòng)沙丘代表植物的頻率和多度仍較高，分別為45%和23.3株/m2。結(jié)果表明，原始流動(dòng)沙丘大部分轉(zhuǎn)化為半固定沙丘，植物由半固定沙丘向固定沙丘的分布頻率較高，其多度分別大于45%和13.3%，說(shuō)明流動(dòng)沙丘和半流動(dòng)沙丘已經(jīng)趨于穩(wěn)定。主要植物分布頻度與多度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

3 固沙植物防止土壤風(fēng)蝕的作用

3.1 防止風(fēng)沙侵蝕的作用

試驗(yàn)場(chǎng)中部防護(hù)林帶高度為5.5m，對(duì)林帶附近5～10倍高的農(nóng)田具有明顯的防護(hù)作用[6]。由于風(fēng)速的降低，土壤表面沒(méi)有風(fēng)蝕，然而，由于干旱和枯萎的植物在種子甘草和沙打旺地上部越冬的影響，沙粒積累發(fā)生，甘草行間積砂層厚度為1.3～1.6cm，沙打旺行間積砂層厚度為2.2～3.0cm[7]。由于土地面積大，單一的林帶不能保護(hù)所有的土地，在沒(méi)有防護(hù)林帶的地區(qū)，風(fēng)蝕面積為3%～10%，風(fēng)蝕深度為0.3～3.6cm，由于干旱和枯萎植物的作用，積沙面積和積沙強(qiáng)度也相對(duì)較大，見(jiàn)表4。

表3 2017年 20塊標(biāo)準(zhǔn)地17種主要植物分布頻度與多度統(tǒng)計(jì) 單位：%

西北部地形起伏，階地高度0.8～1.0m，風(fēng)蝕面積較大，侵蝕深度3.7cm，局部25cm，開(kāi)發(fā)區(qū)土地南端15～20m區(qū)域發(fā)生強(qiáng)烈風(fēng)蝕，風(fēng)蝕深度達(dá)7cm，局部達(dá)30cm。

表4 平緩固定沙地農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)土地的風(fēng)蝕與沙化狀況

3.2 防止土地風(fēng)蝕的作用

流動(dòng)沙丘固沙區(qū)仍分為流動(dòng)沙丘對(duì)照點(diǎn)、植被覆蓋率為45%的固沙區(qū)和植被覆蓋率為85%的固沙區(qū)，85%覆蓋面積的沙面沒(méi)有移動(dòng)[7]，由于沙丘附近的沙塵侵入，堆積砂層厚度為7～15cm。在植被覆蓋率為45%的地塊中，人工固沙仍然發(fā)揮著一定的作用，侵蝕面積僅為5%，侵蝕深度為12cm，在其余地塊中，出現(xiàn)沉積物，沉積物厚度為4～7cm，經(jīng)過(guò)多年的圍封處理，流動(dòng)沙丘已轉(zhuǎn)化為半固定沙丘，并開(kāi)始向固定沙丘發(fā)展[7]。

4 固沙植物對(duì)風(fēng)沙土養(yǎng)分含量的影響

4.1 對(duì)風(fēng)沙土剖面組成的影響

沙地土壤剖面的發(fā)育始于流動(dòng)沙地，流動(dòng)沙地土壤無(wú)分層，有機(jī)質(zhì)含量極低。固沙植物栽培和促進(jìn)天然植物入侵后，隨著植物覆蓋率的增加，沙面逐漸穩(wěn)定[8]。在凋落物層和植物死根系統(tǒng)的作用下，腐殖質(zhì)層出現(xiàn)，腐殖質(zhì)層厚度為0.3～4.5cm，見(jiàn)表5。

表5 固沙植物對(duì)風(fēng)沙土剖面組成的影響

表6 固沙植物對(duì)風(fēng)沙土養(yǎng)分含量的影響

表7 人工固定沙丘、固定沙丘與流動(dòng)沙丘土壤養(yǎng)分含量的比較

4.2 對(duì)風(fēng)沙土養(yǎng)分含量的影響

由于固沙植物的交替過(guò)程，流動(dòng)沙地逐漸發(fā)育為固定沙地，土壤腐殖質(zhì)層加深，有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量顯著增加[9]，固定沙丘57a，有機(jī)質(zhì)增加0.051%～0.136%，總氮增加0.062%～0.239%，總鉀增加0.308%～0.320%，但總磷沒(méi)有顯著增加，詳見(jiàn)表6—7。

5 結(jié)語(yǔ)

本文在研究遼西北實(shí)驗(yàn)區(qū)的沙漠化成因進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)防護(hù)林帶和固沙植物對(duì)小氣候條件及固沙植物防止土壤風(fēng)蝕變化規(guī)律進(jìn)行研究[9]，在此基礎(chǔ)上研究實(shí)驗(yàn)區(qū)域的治理與開(kāi)發(fā)利用技術(shù)，提出了沙地治理和開(kāi)發(fā)技術(shù)[10]，與過(guò)去的治沙技術(shù)比較有許多創(chuàng)新之處，樹(shù)立了沙地多種開(kāi)發(fā)治理技術(shù)，由于這些模式具有創(chuàng)新性和實(shí)用性，因而也就具有廣泛的應(yīng)用情景。