兰州南部山区坡耕地与荒草坡地森林植被恢复技术及模式

苏永祥，魏 强，凌 雷，柴春山，张广忠，于洪波

(甘肃省林业科学研究院，甘肃兰州730020)

兰州市地处我国黄土高原、青藏高原和蒙新高原三大高原的接壤地带，属黄土高原的最西端，为甘肃黄土高原陇中北部黄土丘陵、河谷盆地类型区。本区深居内陆，远离海洋，且不少山脉走向与来自海洋的暖湿气流相垂直，致使暖湿气流不易到达，因此降水稀少，气候干旱，自然植被稀疏，生态环境脆弱。

特殊的地形与气候条件，致使兰州市大气污染十分严重，长期以来一直位于全国大气污染严重的城市之列［1－2］。近年来，虽然兰州市政府已采取有效措施进行了治理，但目前还难以得到缓解。

兰州市的大气污染，除因工厂排放污染物较多之外，兰州南北区域间存在着截然不同的植被类型也是导致大气污染严重的另一重要因素。南部地区拥有大面积天然森林，形成区域“冷湖效应”;北部为大面积荒漠化植被，形成区域“热岛效应”。由于这种温度效应差的存在，从而形成了兰州市区域间的风场。兰州南部山区林缘线在环城的南北两山绿化圈之间形成了一条5～15 km宽的森林断带，而这条断带却隔断了森林及森林环境向城市延伸的路径，如能扩大南部山区森林面积，将南部天然林区与市区森林绿地对接起来，加强区域“冷湖效应”，增大南北区域间温度场差，进而强化区域风场，加快城市污染物扩散速度，将从根本上减轻兰州市的大气污染［3］。

1 研究区域概况

兰州南部山区在地理位置上属于祁连山的余脉，主要包括兰州市榆中县、城关区、七里河区和西固区的30多个乡镇，南北宽5～15 km，东西长100 km左右，面积112295.75 hm2，总人口18.7万人。研究区域为中温带半湿润半干旱气候，受地形与海拔影响，气候差异较大，海拔＜1800 m区域年降水量为350 mm，海拔1800—2600 m 区域年降水量400～600 mm［4－6］。地带性植被为森林草原，主要由青杄(Picea wilsonii)、青海云杉(P.crassifolia)、山杨(Populus davidiana)、白桦(Betula platyphlla)、辽东栎(Quercus liaotungensis)、甘肃山楂(Crataegus kansuensis)、虎榛子(Ostryopsis davidiana)、黄刺玫(Rosa xanthina)、水栒子(Cotoneaster multiflorus)、中国沙棘(Hippophae rhamnoidesL.subsp.sinensisRousi)、甘肃小檗(Berberis kansuensis)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、长芒草(Stipa bungeana)、甘青针茅(S.przewalskyi)、细裂叶莲蒿(Artemisia gmelinii)、大针茅(S.grandis)、铁杆蒿(A.sacrorum)、赖草(Leymus secalinus)、阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)等组成［4－6］。地形地貌以石质山地和山间谷地为主要特征;土壤由亚高山草甸土、灰褐土、栗钙土、新积土、黄绵土组成［6］，其中黄绵土是坡耕地和荒草坡地最主要的土壤类型。

2 研究方法及内容

本文依据2009年环境减灾小卫星影像资料，结合兰州南部山区土地利用现状和植被状况，参照可以解译的详细程度，利用“3S”技术对兰州南部山区景观类型进行了划分。2009年8月对兰州南部山区天然林区与荒草坡地植被状况、农耕区社会经济情况进行了调查，调查因子为森林优势树种及建群种组成、林分结构、林木生长状况、林分生存环境、荒草坡地建群种及优势种组成、植被生长状况、植被生存环境、农耕区种植业结构、土地面积、≥25°耕地面积、农作物收入和经济来源等，调查样方为乔木20 m×20 m、灌木2 m×2 m、草本1 m×1 m。基于以上调查与查阅相关资料［6］，对本区域坡耕地和荒草坡地森林植被恢复与重建进行了深入研究与分析，并结合提高当地群众经济收入和脱贫致富的主要目标，集成提出了兰州南部山区陡坡耕地退耕还林技术及模式和荒草坡地森林植被恢复技术及模式，以期为扩大兰州南部山区森林面积提供技术支撑。

3 土地利用与植被类型分布状况

通过调查，可将兰州南部山区土地利用类型划分为6类，即林地、草地、农地、水域、荒地、居民用地。由表1、表2可以看出:①在研究区域内林地所占面积最大，为57075.03 hm2，占50.83%，主要由灌木林、寒温性针叶林、落叶阔叶林和针阔混交林组成;②旱地39433.08 hm2，占35.11%，其中坡耕地面积很大，≥25°的有 3643.69 hm2，15°—25°的有12345.74 hm2;③草地 7158.99 hm2，占 6.37%，其中约有 4553.57 hm2分布于≥15°区域;④荒地 1874.40 hm2，占 1.67%，各坡度均有分布。

表1 研究区各土地利用类型面积及百分比［3］

4 脱贫致富途经探讨

兰州南部山区大多位于兰州市的边远地区，文化落后，经济不发达，人民生活贫困。当地群众主要靠种地维持生计，但由于耕地坡度较大，加之降水较少，靠天吃饭，因此产出很低，仅靠广种薄收获得一些微薄收成，经济收入主要靠外出打工获得。针对这种现状，笔者认为调整产业结构是解决当地群众生活贫困问题的当务之急。通过对当地现状和自然条件深入分析，认为:高海拔地区年降水量较高(≥400 mm)，发展林草业可带来较多经济收入，因此对于坡度较大的耕地应退耕还林(草)，种速生用材树种和人工牧草，并大力发展家庭养殖业;低海拔地区温度较高，对于坡度较大的耕地应进行退耕还林(草)，种植经济林和人工牧草，并大力发展林果业和家庭养殖业;对低海拔坡度较小的耕地，可采用双垄沟播技术种植产量较高的农作物(如玉米、马铃薯等)，提高粮食单产，为当地群众提供口粮和为家庭养殖业提供大量牧草，从而增加群众经济收入;对低海拔温度较高的耕地，以雨水集流措施大力发展温室大棚，种植蔬菜，从而提高群众经济收入。

表2 按坡度划分的土地利用类型面积分布 hm2

5 陡坡地退耕还林技术及模式

5.1 乔木—人工牧草结合型植被建设模式

5.1.1 适用范围

该种模式主要适用于兰州南部山区阴坡及半阴坡坡度≥25°的坡耕地。

5.1.2 主要技术措施

(1)物种组成。该模式所选物种为青海云杉、华北落叶松、侧柏、紫花苜蓿、红豆草等。①青海云杉，为乡土树种。生长在阴坡及半阴坡，较耐寒、耐旱、耐瘠薄，浅根性树种，易风倒［7］。②华北落叶松(Larix principis－rupprechtii)，为外来树种。喜光性强，幼苗喜群生，不耐侧方庇荫，喜湿润凉爽气候［7］。③侧柏(Platycladus orientalis)，为乡土树种。能适应干冷及暖湿的气候，能耐－35℃的绝对低温，对土壤要求不严格，在低山干旱瘠薄的土壤条件下或石缝中均能正常生长［7］。④紫花苜蓿(Medicago sativa)，即紫苜蓿，为乡土草种。喜温暖和半干燥、半湿润的气候，适应性强，能耐－30℃低温;抗干旱，能吸收土壤深层水分［7］。⑤红豆草(Onobrychis viciaefolia)，为乡土草种。喜干燥，耐旱力超过紫花苜蓿，抗寒性不如紫花苜蓿;最喜在石灰性土壤、沙壤土和干旱贫瘠砂砾土上生长;强阳性，不耐阴［7］。

在海拔≥2600 m的阴坡及半阴坡，乔木为青海云杉和华北落叶松，牧草为紫花苜蓿;在海拔2000—2600 m的阴坡及半阴坡，乔木为侧柏，牧草为红豆草。

(2)植被建植方式。①青海云杉选用3～5年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，秋季造林;株距3 m，行距8～10 m。②华北落叶松选用2～3年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，秋季造林;株距3 m，行距8～10 m。③侧柏选用3～5年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，秋季造林;株距2 m，行距6～8 m。④紫花苜蓿和红豆草采用撒播方式春季播种。

(3)整地方式。①对造林地，在造林前一季节采用穴状方式整地，长、宽、深分别为 2.0、1.0、0.8 m，树穴面低于地平面0.2 m，使其形成长、宽、高分别为 2.0、1.0、0.2 m 的集水坑。②对牧草播种地，在播种前用犁深翻一遍，深度为20 cm，打碎土块，用耙子拉平地面，然后撒播种子，最后用耙子再拉一次。

(4)抚育管理。对所造乔木林带，从造林第2年起对未成活树穴进行补植，直到每穴成活为止。对牧草，播种第2年在密度较小区域进行补播;牧草一年刈割2次，第一次应早刈割，每次刈割留茬5 cm左右，刈割后及时施有机肥。

5.1.3 模式特点

云杉、华北落叶松和侧柏可形成防护林带，具有降低风速、阻止地表径流产生的作用;在林带间播种人工牧草，既有减少地表径流的作用，又可为家庭养殖业提供大量牧草。因此，该种模式既能防治水土流失，又能带动地方经济发展。

5.2 灌木—人工牧草结合型植被建设模式

5.2.1 适用范围

该种模式主要适用于兰州南部山区阳坡及半阳坡坡度≥25°的坡耕地。

5.2.2 主要技术措施

(1)物种组成。该模式所选物种为柠条、中国沙棘、山杏、紫穗槐、紫花苜蓿、红豆草等。①柠条，即柠条锦鸡儿，为乡土树种。喜光，荫蔽处生长不良并影响结实;抗高温，地面温度达55℃时不见伤害;耐寒，能适应－32.7℃低温;耐干旱，在年降水量350 mm以下的黄土丘陵山地、土壤含水量6%的荒坡上均能正常生长［7］。②中国沙棘，为乡土树种。喜光，不耐遮阴;耐大气干旱，但要求土壤有一定湿度;根系有根瘤，对土壤质地适应性较强;耐寒，能抵抗－50℃的极端低温［7］。③山杏(Armeniaca sibirica)，为乡土树种。喜光、耐寒、耐旱、耐瘠薄，适应性强;喜在中性或石灰性、排水良好的轻沙壤和壤质土上生长［7－8］。④紫穗槐(Amorpha fruticosa)，为引进树种。阳性树种，喜光，极不耐荫;适应性强，生长幅度宽，具有耐干旱、耐水淹、耐寒、耐高温、耐瘠薄、耐盐碱等特性［7］。

在海拔≥2600 m的阳坡及半阳坡，灌木为中国沙棘和山杏，牧草为紫花苜蓿;在海拔2000—2600 m的阳坡及半阳坡，灌木为柠条和紫穗槐，牧草为红豆草。

(2)植被建植方式。①中国沙棘、紫穗槐选用2年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，春季造林;株距2 m，行距6～8 m。②山杏选用1～2年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，春季造林;株距3 m，行距6～8 m。③柠条采用春秋季直播造林，每穴种子10～15粒，覆土3～4 cm;株距2 m，行距6～8 m。④紫花苜蓿和红豆草采用撒播方式春季播种。

(3)整地方式。①在造林前一季节，采用穴状方式整地，长、宽、深分别为 2.0、1.0、0.8 m，树穴面低于地平面 0.2 m，使其形成长、宽、高分别为 2.0、1.0、0.2 m 的集水坑。②对直播造林地，可在播种时先整地，后播种，整地深度在20 cm以上。③对牧草播种地，在播种前用犁深翻一遍，深度为20 cm，打碎土块，用耙子拉平地面，然后在其上撒播种子，最后用耙子再拉一次。

(4)抚育管理。对所造灌木林带，从第2年起对未成活树穴进行补植，直到每穴成活为止;每隔5～10年平茬一次。对牧草，播种第2年在密度较小区域进行补播;牧草一年刈割2次，第一次应早刈割，每次刈割留茬5 cm左右，刈割后及时施有机肥。

5.2.3 模式特点

柠条、中国沙棘、山杏、紫穗槐可形成一条灌木林带，具有降低风速、阻止地表径流产生的作用;在林带间播种人工牧草，既有减少地表径流的作用，又可为家庭养殖业提供大量牧草。因此，该种模式既能减少水土流失，又能带动地方经济发展。

5.3 经济林—人工牧草结合型植被建设模式

5.3.1 适用范围

该种模式主要适用于兰州南部山区海拔≤2600 m、土壤厚度≥50 cm、15°≤坡度 ＜25°的区域。

5.3.2 主要技术措施

(1)物种组成。该模式所选物种为毛榛、文冠果、仁用杏、花椒、核桃、苹果、紫花苜蓿、红豆草等。①毛榛子(Corylus mandshurica)，即毛榛，为乡土树种。喜光，光照不足对其生长和结果不利，一般要求年均日照时数为2100 h以上;抗寒性强，有雪覆盖下可耐－48.2℃低温;喜肥沃、腐殖质丰富、湿润的微酸性土壤(pH 值 5.5～6.8)［7－8］。②文冠果(Xanthoceras sorbifolia)，为乡土树种。喜光，适应性强，耐寒、耐热、耐瘠薄，不耐水湿;适生于降水适中、土壤湿润肥沃、通气良好、地下水位低于2 m的地方;在年均气温3～18℃，极端温度－33.9℃和38.9℃，中性、碱性或微酸性土壤上均能正常生长［7－8］。③仁用杏，指以利用杏仁为主的甜仁杏，品种主要有龙王帽、小龙王帽、丰仁等。适应性强，耐瘠薄，抗旱耐寒，能适应－36℃低温，在干旱地区生长良好［7］。④花椒(Zanthoxylum bungenum)，为乡土树种。喜光，适宜在温暖湿润及土层深厚肥沃的壤土、沙壤土上生长;耐寒、耐干旱、耐瘠薄，适应性强;不耐涝，短期积水可致死亡［8］。⑤核桃(Juglans regia)，为外来树种。深根性，根系强大，分布广，喜水、喜光、喜肥，不耐涝，不耐瘠薄;对土壤适应性较强，不论丘陵、山地还是平原都能生长。核桃属喜钙植物，在石灰性土壤上生长结果良好［8］。⑥苹果(Malus pumila)，为乡土树种。喜光，最适于土层深厚、富含有机质、通气排水良好的沙质土壤;在年均温度7.4～14℃地区均可栽培;较抗旱，年降水量达540 mm即可满足其生长与结果需要［8］。

在海拔2200—2600 m，阴坡及半阴坡经济林为毛榛子，牧草为紫花苜蓿;阳坡及半阳坡经济林为文冠果，牧草为红豆草。在海拔2000—2200 m，阴坡及半阴坡经济林为核桃，牧草为紫花苜蓿和红豆草;阳坡及半阳坡经济林为仁用杏，牧草为红豆草。在海拔1800—2000 m，阴坡及半阴坡经济林为苹果，牧草为紫花苜蓿;阳坡及半阳坡经济林为花椒，牧草为红豆草。

(2)植被建植方式。①毛榛子、文冠果、仁用杏、花椒选用2年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，春季造林;株距为3 m，行距为6～8 m。②核桃选用2年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，春季造林;株距4 m，行距8～10 m。③苹果选用2年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，春季造林;株距3 m，行距6～8 m。④紫花苜蓿和红豆草采用撒播方式春季播种。

(3)整地方式。①在造林前一季节，采用穴状方式整地，宽、长、深分别为 1.5、3.0、0.8 m，树穴面低于地平面 0.2 m，使其形成宽、长、高分别为 1.5、3.0、0.2 m 的集水坑。②对于牧草播种地，在播种前用犁深翻一遍，深度为20 cm，打碎土块，用耙子拉平地面，后在其上撒播种子，最后用耙子再拉一次。

(4)抚育管理。对于所造经济林，从第2年起对未成活树穴进行补植，直到每穴成活为止;每年进行施肥、修剪、病虫害防治等。对于牧草，播种第2年在密度较小区域进行补播;牧草一年刈割2次，第一次应早刈割，每次刈割留茬5 cm左右，刈割后及时施有机肥。

5.3.3 模式特点

毛榛子、文冠果、仁用杏、花椒、核桃、苹果形成一条经济林带，具有降低风速、阻止地表径流产生的作用，同时还可获得较好的经济收入;林带间播种人工牧草，既可起到减少地表径流的作用，又可为家庭养殖业提供大量牧草。因此，该种模式既能减少水土流失，也能带动地方经济发展。

6 荒草坡地森林植被恢复技术及模式

6.1 灌木—天然草地植被建设模式

6.1.1 适用范围

该种模式主要适用于兰州南部山区阳坡及半阳坡的荒草坡地。

6.1.2 主要技术措施

(1)物种组成。该模式所选物种为柠条、山杏、花棒、白刺、梭梭等。①花棒(Hedysarum scoparium)，即细枝岩黄芪，乡土树种。喜光，耐旱，根系发达;生于荒漠、半荒漠和干旱草原地带的沙地、戈壁和残丘坡地［7］。②白刺(Nitraria tangutorum)，为乡土树种。天然分布于干旱缺水、风大沙多、土壤瘠薄和盐碱较重的严酷环境，为旱生耐盐的荒漠带常见树种［7］。③梭梭(Haloxylon ammodendron)，为乡土树种。根系庞大，垂直根系深达5 m以上，水平根系也极为发达，长达10 m以上，是我国西北干旱荒漠地区固沙先锋树种［7］。

在海拔 2200—2600 m，灌木为柠条和山杏;在海拔1800—2000 m，灌木为花棒、白刺和梭梭。

(2)造林技术。①不同树种以带状方式进行混交，每带2～5行。②山杏选用1～2年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，春季造林;株行距3 m×3 m，品字形配置。③花棒、白刺、梭梭选用1～2年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，秋季造林;株行距2 m×3 m，品字形配置。④柠条采用春秋直播造林，每穴种子10～15粒，覆土3～4 cm;株行距2 m×3 m，品字形配置。

(3)整地方式。①在造林前一季节，采用鱼鳞坑方式、穴状方式整地，坡度≥25°时采用鱼鳞坑方式，坡度＜25°时采用穴状方式，深度在40 cm以上。②对于直播造林地，可在播种时先整地，后播种，整地深度在20 cm以上。

(4)抚育管理。对于所造林分，进行完全封育，严禁人为破坏;从造林第2年起，对保存率未达到85%的造林地进行补植;对于柠条，5～10年平茬一次。

6.1.3 模式特点

柠条与山杏以带状方式混交，可充分利用不同土壤层次的水分，并可加强根系对地表土壤的固持和改良作用;花棒、白刺、梭梭耐旱性极强，通过与当地天然草本植物结合，可形成较稳定的植物群落结构，不断增强植被的水土保持功能。

6.2 乔—灌—天然草地植被建设模式

6.2.1 适用范围

该种模式主要适用于兰州南部山区阴坡及半阴坡的荒草坡地。

6.2.2 主要技术措施

(1)物种组成。该模式所选物种为青海云杉、油松、刺槐、侧柏、柠条、紫穗槐、中国沙棘、文冠果等。①油松(Pinus tabulaeformis)，为外来树种。抗寒性强，能耐－25℃低温;在年降水量300 mm以下地区均能正常生长;喜光，在全光条件下能天然更新［7－8］。②刺槐(Robinia pseudoacacia)，为引进树种。在年均气温8～14℃、年降水量500～900 mm的地方生长最好;生长迅速，根系发达，适应性强;在沙土、壤土、黏土和石砾沙壤土上均能生长［7－8］。

在海拔2200—2600 m的阴坡及半阴坡，青海云杉与中国沙棘、紫穗槐混交，油松与中国沙棘混交;在海拔1800—2000 m的阴坡及半阴坡，刺槐与文冠果混交，侧柏与柠条混交。

(2)造林技术。①不同树种以带状方式进行混交，每带2～5行。②云杉、油松选用3～5生的Ⅰ、Ⅱ级苗，秋季造林;株行距3 m×4 m，品字形配置。③侧柏选用3～5生的Ⅰ、Ⅱ级苗，秋季造林;株行距3 m×3 m，品字形配置。④刺槐选用1～2年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，春季造林;株行距3 m×4 m，品字形配置。⑤中国沙棘、紫穗槐选用2年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，春季造林;株行距3 m×3 m，品字形配置。⑥文冠果选用2年生的Ⅰ、Ⅱ级苗，春季造林;株行距3 m×3 m，品字形配置。⑦柠条采用春秋直播造林，每穴种子10～15粒，覆土3～4 cm;株行距2 m×3 m，品字形配置。

(3)整地方式。①在造林前一季节，采用鱼鳞坑方式、穴状方式整地，坡度≥25°时采用鱼鳞坑方式，坡度＜25°时采用穴状方式，整地深度在40 cm以上。②对于直播造林地，可先整地，后播种，整地深度在20 cm以上。

(4)抚育管理。对于所造林分，进行完全封育，严禁人为破坏;造林第2年，对保存率未达到85%的造林地进行补植;对于柠条和紫穗槐林，5～10年平茬一次。

6.2.3 模式特点

采用豆科与非豆科植物、常绿与落叶树种、针叶与阔叶树种、深根性与浅根性树种相结合进行带状混交，在培肥土壤、水分利用、凋落物分解、水土保持、群落稳定性等方面明显要好于原有天然草地和单一乔木或灌木所组成的植被类型。

［1］马占元.兰州市生态环境及其调控研究［J］.陕西师范大学学报:自然科学版，1998，26(3):103 －107.

［2］李利平，周围，李雪梅，等.兰州市空气质量变化趋势及改善途径分析［J］.安徽农业科学，2006，34(13):3158－3159.

［3］魏强，凌雷，柴春山，等.兰州南部山区森林生态功能恢复技术及模式［J］.林业资源管理，2010，32(5):97 －104.

［4］王万鹏，李正平，钟芳.兰州市郊人工林群落结构及稳定性初探［J］.中国沙漠，2006，26(4):569 －573.

［5］肖洪浪，段争虎，宋耀选，等.黄土高原西部兰州市郊植被的水环境响应［J］.中国沙漠，2006，26(4):517 －521.

［6］王香亭.甘肃兴隆山国家级自然保护区资源本底调查研究［M］.兰州:甘肃民族出版社，1996.

［7］国家林业局科学技术司.黄河上中游主要树种造林技术［M］.北京:中国农业出版社，2005:1－5.

［8］任宪威.树木学(北方本)［M］.北京:中国林业出版社，1997.?