干旱沙区盐碱退耕地生态恢复模式研究

柴成武，贺访印，魏林源，尉秋实，李昌龙，仲生年

（甘肃省荒漠化与风沙灾害防治重点实验室 省部共建国家重点实验室培育基地甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站，兰州 730070）

干旱沙区盐碱退耕地生态恢复模式研究

柴成武，贺访印，魏林源，尉秋实，李昌龙，仲生年

（甘肃省荒漠化与风沙灾害防治重点实验室 省部共建国家重点实验室培育基地甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站，兰州 730070）

以民勤湖区不同年代退耕地植被调查为依据，确定自然恢复目标，提出了10种盐碱退耕地植被恢复模式，并通过各种盐碱退耕地3a后植被恢复相关指标评价选出6种良好的生态恢复模式：黄毛头封育模式（SEFM）和黑果枸杞封育模式（LEFM）为接近自然植被的恢复模式，但该模式需在灌水抚育一定年限后才能去掉灌水措施进行自然封育；“柽柳＋乌拉尔甘草”（TGPM）和“柽柳＋苜蓿模式”（TMPM）属纯粹人工恢复模式，需造林初期加大造林密度，在后期抚育中通过间伐措施来降低生态压力而作为一种良好的生态恢复模式；“柽柳＋花花柴”（TKPM）和“柽柳＋黑果枸杞”模式（TLPM）以较低的生态成本达到了较高的生态效益，是生态恢复模式最佳选择。

干旱沙区；盐碱退耕地；生态恢复模式

目前对植被恢复方面的研究已经进行多年，也取得了相当成就，主要从植被自然演替规律、人工恢复的方法以及演替与生物多样性的关系等多个方面展开了研究［1－2］。如黄从德等研究了退耕还林地在植被恢复初期碳储量及分配格局［3］；李艳等阐明了植被重建的水土环境效应［4］；焦峰等研究了退耕地土壤养分变异［5－6］；胡建忠等研究了人工配置植物的生态位［7］。这些研究从地域上来说研究区多为黄土高原地区，降水量在200mm以上，从内容上来说研究内容多为人工植被恢复与重建理论及其模式［8－12］。对干旱沙区退耕还林，其研究依然基于非退耕地［13－15］、较高降水量地域上的盐碱地植被恢复重建［16－18］，鲜见有干旱沙区盐碱地退耕地植被重建模式的报道，而且没有得到足够重视，本文旨在从不同年代干旱沙区盐碱地退耕植被恢复方面提出干旱沙区盐碱地退耕还林模式，进一步推进干旱沙区盐碱地退耕还林模式的研究。

1 研究区概况

研究地石羊河尾闾民勤湖区位于甘肃民勤绿洲东北部，地理位置东经103°02′－104°02′，北纬38°05′－39°06′。气候属温带干旱荒漠气候，多年均温7.8℃，年日照时间长，昼夜温差大，平均年降水量在113.2mm，蒸发量2 644mm，降水主要集中在7－9月，干燥度大于5.5，年平均风速2.55m/s，平均年沙尘暴日数37d。土壤类型以风沙土、灰棕漠土、草甸土、草甸沼泽土为主，耕作土壤为灰棕漠土、草甸土等土类经过长期灌溉淋溶、耕作施肥等人为作用下形成的特殊土类——绿洲灌漠土。植被类型以蒺藜科、黎科、柽柳科、禾本科为主要科类。绿洲及其外围植被覆盖率为6.996%，乡土固沙造林树种主要为沙枣（Elaeagnus angustifolia），但因地下水位下降，近年来已基本干枯。目前，绿洲外天然植被主要为白刺（Nitraria tangutorum）灌丛、柽柳（Tamarix chinensis）灌丛、人工植被梭梭（Haloxylon ammodendron）等，是干旱沙区盐碱退耕地研究地的理想选择区域。

研究地石羊河尾闾民勤湖区土壤盐碱化直接原因为地下水位下降。20世纪50年代初，该区绿草如茵，湖泊遍布，但随气候变迁及修建水库等人为因素影响，致使石羊河断流，难以持续补给其尾闾民勤湖区湖泊，湖区沼泽逐渐消失，况且长期以来该区灌溉水源多为矿化度较高的地下水，从而形成了比较特殊的干旱区盐碱地。

2 研究方法

本项目采用空间尺度代替时间尺度的方法反演50a内盐碱化退耕地植被自然恢复历程，在环境相似区，分别选择20世纪50年代、60年代、70年代、80年代、1999年、2004年、2007年共7个不同年代盐碱化退耕地典型样地，采用5点10m×10m永久样方法调查不同年代及年内植被动态变化，了解自然恢复历程，以此为参考依据进行人工干预，加速植物群落演替进程，起到快速进行植被恢复，加强植被防风固沙、达到调节目前水资源压力的目的，通过不同恢复模式的评价确定当地最佳适宜植被恢复模式。

3 干旱区盐碱退耕地生态恢复目标

物种多度一般指物体的个体数目或种群密度，是物种普遍度的度量指标。如表1所示，1999年以后退耕10a内物种主体表现为一年生草本和多年生草本，且多度较低，皆不大于10；20世纪80年代样地始出现小灌木黑果枸杞（Lycium ruthenicumMurr.），多度高达231.8，仅次于独行菜（Lepidium apetalum），多年生草本细叶骆驼蓬（Peganum nigellastrum）多度值也高达158；60年代、70年代表现出了同样的变化规律，50年代已经与非退耕地的自然植被一致表现为黄毛头（Slenderbranch kalidium）或黑果枸杞的小灌木群落。物种重要值80年代以后样地表现为一年生草本、多年生草本与小灌木的竞争阶段，且多年生草本重要值之和大于小灌木，但是在80年代以前则小灌木重要性大于多年生草本，表现为小灌木黑果枸杞和黄毛头为群落优势种。因此，民勤湖区盐碱化退耕地的自然演替规律为：一年生草本植物群落→多年生草本植物群落→灌木或半灌木群落。这种演替过程大概需要20多年，通过50a前退耕地植被和原始植被的对比研究，黑果枸杞（灌木）或黄毛头（半灌木）群落为盐碱化退耕地自然演替的顶极群落，它们往往形成单优群落，在部分区段形成共优种群落。群落多样性随演替时间的延长反而降低，群落向单一化类型演替。

4 干旱区盐碱退耕地生态恢复模式

4.1 模式内容

（1）黑果枸杞封育模式。退耕后以黑果枸杞23 100株/hm2栽植密度栽植苗子或10cm×30cm的密度点播种子，灌水采用漫灌方式。优点是黑果枸杞在干旱盐碱地有良好的适应性，易成活，年生长量可达8cm，更新良好；缺点是黑果枸杞冬季干、脆，易折。因此为更好发挥生态效益，造林初期在冬季要加强防护。

（2）黄毛头封育模式。退耕后以黄毛头31 500株/hm2的栽植密度栽植苗子或10cm×30cm的密度点播种子，灌水采用漫灌方式。优点是造林成功后适应性较强，植被盖度可达50%以上；缺点是造林初期成活率不高，人工栽植难。适用于盐碱化极严重的干旱盐碱地。

（3）柽柳造林模式。采用开沟造林方式，开沟宽度2m或4m，造林密度2m×2m或1m×4m，林木成活成林后采用间伐方式保存2 100株/hm2。分为纯柽柳造林、林带内播种多年生草本植物种子和柽柳与小灌木混交林3种，草本植物点播密度10cm×30cm。具体为如下5种模式：纯柽柳林、柽柳＋乌拉尔甘草、柽柳＋苜蓿（Medicago sativaLinn）、柽柳＋花花柴（KareliniacaspiaPall.Less.）、柽柳＋黑果枸杞。灌水采用沟灌方式。优点是柽柳作为盐碱化退耕地造林的先锋树种，造林成活率在85%～90%以上，按上述密度造林后3a其林分总盖度可达到35%以上。如果要想实现快速生态恢复，可采取柽柳＋甘草、柽柳＋苜蓿为主的灌药、灌草组合生态恢复技术，不仅可以实现退耕盐碱地治理，使土壤盐碱含量下降21.4%～25.1%，而且植被盖度可提高到35%以上；缺点是在灌水方面要求较高。

（4）沙蒿恢复模式。采用开沟苗木造林方式或散播种子。开沟苗木造林方式开沟宽度2m或4m，造林密度2m×2m或1m×4m，灌水方式为沟灌；散播种子方式不需要开沟，散播密度10cm×30cm，灌水方式为漫灌。优点是在盐碱度较低的干旱区成活率高，覆盖度大；缺点是受盐碱胁迫较大。以散播种子恢复效果较好。

（5）四翅滨藜（Atriplex Canescens）恢复模式。采用开沟苗木造林方式。开沟苗木造林方式开沟宽度2m或4m，造林密度2m×2m或2m×4m，灌水方式为沟灌。优点是在盐碱度较低的干旱区成活率高，覆盖度大；缺点是受盐碱胁迫较大。以栽植苗木效果较好。

（6）乌拉尔甘草（Glyrrhiza uralensis）恢复模式。采用点播种子方式营造多年生草本，点播密度10cm×30cm，灌水方式为漫灌。优点是在造林初期灌水的情况下生态恢复效果较好；缺点是在缺水状况下覆盖度迅速下降。这种模式主要适宜于灌木造林初期进行生态防护。

4.2 恢复模式分析

从维持苗木灌水量、恢复3a内相对盖度、灌木冠幅、灌木高度、受人畜破坏及自然原因的苗木保存率、表达防风阻沙效果的疏透度共6个指标评价各种模式。

应用SPSS进行主成分分析，在表2中，第一、二主分量的旋转特征根分别是3.168和1.983，其涵盖整个变量的信息分别是52.799%和33.049%。由于前两个主分量综合了整个信息量的85.848%，根据数学理论，可以只取前两个主分量，实现减少维数的目的。为了将主分量放在最有利于分析的空间来展开，使得对公因子的命名和解释更容易，需要对因子模型实行旋转变换，本文采用方差正交旋转，实现对因子的解释，将6个指标进行压缩得到主成分因子（表3）。通过旋转和计算，得到新的较为理想的因子载荷阵和因子得分系数矩阵，每一个单位得分总值由式（1）计算。

式中：Fi——第i个单位得分总值；di——第j个因子贡献率，作为权重；fij——第i个单位第j个因子得分。

由表3的主成分因子值可以看出，与第一主分量（因子）相关性大的几个指标分别是相对盖度、灌水量、疏透度、保存率。因此，将第一主分量理解为生态成本指标，即第一主分量的因子值从大变小表明生态成本变小，特征为灌水量小、盖度小、疏透度大，保存率低；同样，与第二主分量相关性好的是植被生长指标，因此将第二主分量定义为生态效益，表现植被的高生长及大冠幅。即当它的因子值由小到大时，表明植被生长良好。

表2 总方差解释

表3 旋转主成分矩阵

由表4可以看出，黄毛头封育模式和黑果枸杞封育模式生态成本不高，生态效益接近于自然荒漠植被；“柽柳＋乌拉尔甘草”和“柽柳＋苜蓿模式”生态成本较高，生态效益也较好；纯柽柳林生态成本较低，但生态效益较好，是良好的生态模式；“柽柳＋花花柴”和“柽柳＋黑果枸杞”模式以较低的生态成本达到了较高的生态效益，也是一种良好的生态恢复模式；沙蒿恢复模式和四翅滨藜恢复模式生态成本较低，但生态效益一般；乌拉尔甘草恢复模式生态成本较高，但生态效益反而不好，是不可取的生态恢复模式。

表4 各种恢复模式的因子得分值

5 结论

由于项目实施期短，监测时间较短，以短期各生态恢复模式相关指标为依据产生的评价存在一定弊端，难以反应其长期效应。黄毛头封育模式和黑果枸杞封育模式在短期内虽然不是理想的选择，但是该模式为接近自然植被的恢复模式，因此可考虑在灌水抚育一定年限后去掉灌水措施进行自然封育，因此也可以选择该种模式；“柽柳＋乌拉尔甘草”和“柽柳＋苜蓿模式”属纯粹人工恢复模式，在加大生态成本的同时，获得了良好的生态效益，但具有加大生态压力的缺陷，因此在后期抚育中可考虑间伐措施来降低生态压力而作为一种良好的生态恢复模式；当然“柽柳＋花花柴”和“柽柳＋黑果枸杞”模式以较低的生态成本达到了较高的生态效益，是生态恢复模式最佳选择。

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The Study on Vegetation Restoration Model of Saline Abandoned Farmland in Arid Sandy Regions

CHAI Cheng－wu，HE Fang－yin，WEI Lin－yuan，YU Qiu－shi，LI Chang－long，ZHONG Sheng－nian
（State Key Laboratory of Desertification and Aeolian Sand Disaster Combating，Gansu Desert Control Research Institute，Country Field Science Observation and Study Station of Gansu－Minqin Desert Meadow Ecosystem，Lanzhou730070，China）

Some natural recovery objectives were set up and 10modes of saline vegetation restoration were put forward based on vegetation survey in different years on abandoned farmland in Minqin lake regions.Six better ecological restoration models were selected by the evaluation of the relevant indicators of the model vegetation which performed in three years.SEFM and LEFM are near－natural vegetation recovery mode，but this model based on some irrigation measures in the initial three years will be near－natural recovery at the later stage.TGPM and TMPM are the purely artificial recovery models which are good for increasing the plant density in the initial planting，thinning plants at the later stage to reduce the ecological pressure.TLPM and TLPM are the best models in terms of low cost and high eco－efficiency.

arid sandy region；saline returned farmland；vegetation restoration model

X171.1

A

1005－3409（2011）06－0208－04

2011－04－11

2011－05－24

国家科技支撑项目“民勤绿洲退耕地沙漠化、盐碱化防治与生态建设试验示范”（2007BAD46B04）

柴成武（1980－），男，甘肃会宁人，硕士，助理研究员，主要从事荒漠化防治与荒漠生态水文研究。E－mail：chaichengwu＠sina.com