若尔盖高寒流动沙地恢复治理试验初报

唐明坤，李 顺，孙治宇，赵 杰，咏 秀，索朗夺尔基，张 强，刘少英

(1.四川省林业科学研究院，成都 610066;2.四川省若尔盖湿地国家级自然保护区管理局，若尔盖 624500;3.四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室，成都 610064;4.广元市林业和园林管理局，广元 628000)

四川若尔盖高寒湿地位于黄河上游、青藏高原东北部，是世界上最大的高原泥炭沼泽湿地。若尔盖高寒湿地独特的地质、气候、水文自然地理条件为珍稀野生动植物的生存、繁殖创造了得天独厚的环境，对黄河上游的水源涵养与补给及生态平衡的维持起着极重要的作用(费世民等，2006)。川西北的沙化形势严峻，半个世纪以来高寒草地的沙化面积增加了5.3倍，年增长率为3.4%。特别是截止2004年的10 a间，流动沙地面积增加了34%，半固定沙地面积增加了46%，表明恶性沙化面积正在急剧扩张(四川省林业厅内部资料)。

目前针对高寒流动沙地这一特殊、重度沙化地类型的恢复治理研究尚处于起步阶段。一些文献对高寒沙化土地的现状、成因和变化趋势进行了分析(蔡凡隆，2007;雍国玮，2003;)，一些学者(赵建等，2004;肖冰雪，2008;李开章，2008;)对若尔盖地区的沙化草地提出治理措施。本文针对若尔盖重度沙化的流动沙地展开恢复治理配套试验，对高山柳条采取不同的处理方法和配套方式，以期找到高寒流动沙地恢复治理的最优配置，为这一区域的流动沙地治理提供参考。

1 研究区概况

试验地位于若尔盖湿地国家级自然保护区内的纳勒乔和黑河牧场。保护区地理位置介于东经102°29'～102°59'，北纬 33°25'～ 34°00'之间，总面积约1 600 km2。保护区最高海拔3 704 m，最低海拔3 422 m，土壤为沼泽土、草甸土壤、高原褐土及人工草地土壤。

保护区属高原寒温带湿润气候。11月至次年4月受西伯利亚和蒙古冷空气控制，5月至10月受西南季风控制，冬季寒冷干燥多大风、日照强，降雪少，昼夜温差大;春季气候回升缓慢，倒春寒频繁，解冻期长;秋季雨热同期，气温较高，降雨集中。据若尔盖县气象资料，区域年平均气温0.7℃，最热月(7月)平均气温 10.7℃，最冷月(1月)平均气温-10.7℃，气温年较差21.4℃，历年极端最高温24.6℃，极端最低温 -33.7℃，≥5℃ 的积温为1 014.6℃，≥10℃的积温为311.8℃;多年平均降水量为656.8 mm，相对湿度78%;灾害性天气主要有干旱，冰雹和大风。

2 研究方法

2009年4月底至5月中旬，在若尔盖县纳勒乔和黑河牧场两处针对流动沙地以不设沙障和设置沙障形成两组对照试验。处理插条的方式有生根水法、营养土法和蓄水法。在每一地点均扦插3种不同处理方式的插条，以直接插条进行对照试验。于2009年5月、8月、10月分3次记录成活率、插条直径、出露地表长度、最长萌生枝条长度、条播成形率等试验结果，通过统计分析提出高寒流动沙地恢复治理配套方案。

2.1 试验组合

试验样地内采取设置沙障、不设置沙障的对照处理，在纳勒乔设置沙障进行试验，在黑河牧场不设置沙障进行试验;纳勒乔的试验组合有:①沙障+生根水法+网格状播种披碱草(Elymus nutans)，②沙障+营养土法+网格状播种披碱草，③沙障+蓄水法+网格状播种披碱草，④沙障+直接扦插+网格状播种披碱草。在黑河牧场的试验组合有:①生根水法+网格状播种披碱草，②营养土法+网格状播种披碱草，③蓄水法+网格状播种披碱草，④直接扦插+网格状播种披碱草。黑河牧场、纳勒乔两地共设8种试验组合。试验模型如图1。

图1 流动沙地恢复治理试验模型Fig.1 The model of recovery and management experiment for alpine shifting sandy land

2.2 试验处理及试验指标

沙障设置材料以川西北高寒地区广泛分布的高山柳树干、截取插条后的高山柳枝条为材料，沙障主桩长度80 cm，辅桩长度50 cm～60 cm，主桩、辅桩出露地面高度30 cm，沙障规格为2 m×2 m。在沙障交叉处、拐弯处使用主桩固定，用高山柳枝条缠绕于沙障桩之间，绑结、连接沙障桩以使沙障固定，起到挡风、固定沙地的作用。

沙障是针对治沙难度较大的流动沙地专门采取的处理方法，以提高插条的成活率和长势，提升治沙效果。针对流动沙地沙质贫瘠、地表水分缺乏，本次试验确定了生根水法、营养土法、蓄水法等3种方法对插条进行处理。

(1)生根水法。在蓄水瓶中盛装生根粉液，以起到促进插条生根、为插条提供水分的作用。蓄水瓶采用成本相对较低的矿泉水瓶(容积1 250 ml)在瓶内灌入生根粉液(10 ppt)，由于扦插枝条长时间处于生根粉液的浸泡中，所以本方法的生根水浓度较小，以免长时间浸泡对插条造成损伤。插条经生根粉液、Sap保水剂液浸泡等预处理后扦插。

(2)营养土法。以就近挖取的沼泽湿地泥炭土为材料，做成直径为20 cm的土球包裹于插条基部。泥炭是生长在沼泽中植物的枯枝败叶没入水中，隔绝空气，在还原条件下发生生化反应产生腐植酸等泥炭物质，若尔盖县泥炭有机质含量51.52% ～75.54%，灰分含量23.83% ～47.58%，胡敏酸含量20.71% ～26.93%，全氮含量1.61% ～1.95%，全鳞含量0.05% ～0.089%，全钾含量0.86%，营养物质极为丰富，可为插条生长提供营养物质，且能涵养一定水分。插条经生根粉液、Sap保水剂液浸泡等预处理后扦插。

(3)蓄水法。针对沙化地涵水能力差、插条不易成活设计的试验方案，蓄水瓶采用成本相对较低的矿泉水瓶(容积1 250 ml)，在瓶内灌入清水，为插条成活提供水分。插条经生根粉液浸泡处理后扦插。

(4)直接扦插:对照试验的柳条除了不使用上面3种处理方法外，其他处理步骤与上述3种试验相同。

本次试验在综合考虑成活、生长、沙地流动等各个因素的基础上，并参考沙化治理相关文献，提出了本次试验的指标体系，各指标的定义、计算公式及单位、意义等详见表1。

表1 高寒流动沙地恢复治理试验指标体系Table1 The index system of recovery and management experiment for alpine shifting sandy land

2.3 统计分析方法

试验共对上述5项指标进行了测量及对比分析，数据的换算、整理、图表制作直接使用Excel完成。统计分析采用SPSS 13.0软件英文版进行，本次试验用到t-检验、方差分析、非参数检验等多种统计分析方法。进行t-检验的样本要求其频次分布服从正态分布。进行方差分析的样本，除要求其频次分布具正态性外，还应具有方差齐性。

3 结果与分析

3.1 插条成活率

针对流动沙地，在样地设置完成后，我们分别在2009年5月、8月、10月份3次对样地试验数据进行收集，成活率数据整理如图2。

可见纳勒乔的成活率数据普遍高于黑河牧场的成活率，纳勒乔各试验组合8月份和10月份的成活率差异不大，且各月份之间的成活率波动范围与黑河牧场相比不大。

另外，生根水法和蓄水法都是用了蓄水瓶，蓄水瓶是采用不渗漏的塑料瓶，成活插条的大部分根都位于瓶中，蓄水瓶对插条根的限制不利于插条的成长。

图2 各监测时段插条成活率平均值比较图Fig.2 The mean survival rate of each monitor period

3.2 最长萌生枝条长度

2009年两处试验地3个月份8种不同处理的最长萌生枝条长度平均值统计如图3。

设置沙障的纳勒乔试验地和未设沙障的黑河牧场试验地的最长枝条长度除了在试验开始1个月时差别不大，在8月和10月时两地的数据差别极大，可见设置沙障沙地流动干扰降低，有利于为插条生长提供一个相对稳定的环境，所以插条生长良好。为了研究不同试验处理对插条生长的不同影响，以不同月份的不同试验处理为因素进行单因素方差分析和非参数检验，结果如表2。

图3 各监测时段插条最长萌生枝条长度平均值比较图Fig.3 The mean length of the longest branch of each monitor period

纳勒乔、黑河牧场每个月份的监测数据中，4种不同处理下测得的插条最长萌生枝条长度的数据样本之间大多数都存在显著性差异。纳勒乔5月蓄水法处理的插条最长萌生枝长度显著长于生根水法、营养土法和对照处理，后3者之间差异无显著性，被划入同一组中。8月时，各试验处理的长势良好，各试验处理的样本无显著差异，但营养土法试验的最长插条长度平均值最大;到10月的统计结果显示，营养土法试验的最长萌生枝长度样本与其他3组处理的样本差异显著，说明营养土法处理的插条长势从8月开始逐渐好于其他试验处理。

黑河牧场各月份的监测样本数据方差不具齐性，采用非参数检验中多个独立样本的Kruskal-Wallis H检验的分析结果表明，各个月份间的数据样本差异具有显著性。5月对照试验的样本平均值明显小于生根水法、营养土法和蓄水法的试验平均值，对后3种处理的样本进行方差分析，方差具有齐性，F=0.009，P=0.991 ＞0.05，说明生根水法、营养土法和蓄水法处理的试验结果无差异，但显著长于对照试验。8月和10月的测量结果均是营养土法处理的插条平均值大于其他3种试验处理，同样说明营养土法处理的插条长势优于其他试验处理。

综合而言，蓄水法和生根水法使用蓄水瓶，插条的根大部分位于瓶内，而瓶内的营养物质有限，这就不利于插条从环境中获取营养，在黑河牧场8月的对照试验枝条长度就超过了蓄水法，且与生根水法试验结果十分接近，所以生根水法和蓄水法对成活插条的生长会产生限制作用。而营养土法能够为插条提供水分和营养物质，成活插条经过一段时间(约4个月)的生长后，最长插条长度超过其他试验处理。因此比较而言营养土法试验处理对成活插条生长有明显的促进作用。

3.3 条播成形率及草本层高度

本次试验用条播成形率和草本层高度两项指标来衡量草本层的生长情况，对草本层的调查数据见表3。

表3 各试验地不同监测时段披碱草平均生长高度比较表Table 3 The mean height of Elymus nutans of each monitor period at different sites

纳勒乔试验地各月份的监测数据都高于黑河牧场，但两组数据的差异不大，说明设置沙障的情况下，沙障降低试验地的风速和沙质流动性后对草本层的生长促进作用并不明显。草本层平均最大高度出现在8月，此时气温较高而降水丰富，是高原地区气候条件最好的季节，有利于条播草本的生长。

两处试验地条播成形率随着时间的推移不断下降，这与流动沙质随着时间的推移对条播草本的影响不断增强有关。5月底(试验开始1个月时)条播的草本种子基本开始萌发，由于试验时间较短，沙地的移动对条播草本的影响尚不强烈，所以黑河牧场和纳勒乔的条播成形率分别达到60.63%和71.25%，在设置沙障的条件下，纳勒乔的草本成形率高于黑河牧场的条播成形率。8月沙质的流动对条播草本的影响加剧，已经萌发的种子根系尚不发达，沙丘移动使已萌发的种子无法固定而死亡，因此8月的条播成形率下降较快。10月时，成活的草本根系进一步延伸，附着、固定能力增强，相比8月的成形率数据，下降速度放缓(参见图4)。

图4 试验地不同监测时段条播成形率对比图Fig.4 The mean length rate of Elymus nutans of each monitor period at different sites

不同试验地条播成形率均在5月～8月之间下降较快，而在8月～10月的下降速率有所缓和，但总体而言未设沙障的黑河牧场试验地条播成形率下降速度快于纳勒乔试验地。

从条播草本的成形率和草本层平均高度两项指标综合来看，沙障降低沙地流动性后，能够显著提高条播草本的成形率，但设置沙障与否对草本层的生长影响不大，两试验地的草本生长速度基本一致，这是由于草本种子一旦成活，决定其生长状况的影响因子来自沙地中的营养物质和气候条件。

3.4 沙障在治沙中的作用

黑河牧场试验地各月份插条出露地表高度数据均明显高于黑河牧场，其中8月和10月的测定结果是纳勒乔的两倍以上。纳勒乔插条出露地面高度平均值波动不大，最大值和最小值之差为0.86 cm，不同月份的3组样本(每组样本含量N=120)通过非参数检验中多个独立样本的Kruskal-Wallis H检验结果如下:H=5.534，P=0.063＞0.05，说明纳勒乔不同月份的插条出露地面长度值没有差异，即设置沙障后地表沙质流动性减弱，使试验地内插条出露地面长度明显减小，且各月份出露值监测数据之间没有明显波动。

黑河牧场各月份出露地面高度值之间有较大波动，最大值和最小值之差为3.91 cm，不同月份的3组样本(每组样本含量N=120)通过非参数检验中多个独立样本的Kruskal-Wallis H检验结果为:H=10.644，P=0.005＜0.05，说明不同月份的插条出露地面长度值差异显著，即流动沙地的沙质流动使不同月份出露地面长度数据出现明显变化(参见图5)。

图5 不同试验地各监测时段插条出露地面高度均值比较Fig.5 The mean above-ground height of each monitor period at different sites

设置沙障的纳勒乔试验地地表沙层稳定，在设置沙障后沙质流动性得到控制，3次测量的插条出露地面高度的平均值都在10 cm以内，而黑河牧场没有设置沙障，地表沙质流动性仍然很强，沙层表面高度处于变化、波动状态，插条出露地面的高度在15 cm以上，可见沙障固定流动沙地的作用是极为明显的。

4 讨论与小结

设置沙障的纳勒乔试验样地插条出露地面平均高度显著低于未设沙障的黑河牧场试验地，同时在插条成活率、最长萌生枝长度、条播成形率3项指标的试验结果均优于黑河牧场试验地，说明设置沙障能够有效减缓流动沙地的沙质流动性，从而减弱了对插条和条播草本的干扰，提高了插条的成活率和条播草本的成形率，也有利于插条萌生枝条的生长。试验结果表明，在川西北高寒沙化地流动沙地类型的恢复治理中，设置沙障是一项十分重要的措施。

设置沙障的纳勒乔试验地内，生根水法、营养土法、蓄水法处理的插条在各个不同时期的成活率都高于对照试验的成活率，说明3种试验处理均能有效提高插条的成活率。3种试验处理之间的比较结果显示，生根水法、蓄水法在3个监测时期的成活率都大于营养土法，在10月时，营养土法与生根水法、蓄水法成活率差距最小。从插条的长势来看，5月份蓄水法的长势最好，8月、10月监测结果显示营养土法处理的插条长势最好，营养土法能够为插条提供丰富的营养，而生根水法和蓄水法使用的蓄水瓶对插条生长有限制作用。综合成活率和插条长势试验结果，生根水法和蓄水法有利于在短期内提高扦插柳条的成活率，但随着时间推移蓄水瓶对成活插条从环境吸取营养物质的限制作用逐渐显现，不利于插条的生长，且生根水法和蓄水瓶法成活率在10月时有小幅回落，说明蓄水瓶反而导致部分已成活插条死亡。营养土法处理的插条成活缓慢，到10月时接近生根水法和蓄水法的成活率，但营养土法的插条长势良好，对插条的生长无限制作用。

通过试验发现沙障减弱沙地流动性的作用有限，沙地流动性对沙障、试验插条、条播草本等的影响仍然存在。随着时间的推移，迎风面的沙障将被破坏，设置沙障的试验地仍然会出现蓄水瓶露出地面的现象，生根水法和蓄水法的成活率将受到直接影响，而营养土法插条根系发达而展布，受到的影响较小。所以针对流动沙地宜采用循序渐进的治理方式，即先从流动沙地外围的露沙地、固定及半固定沙地治理开始，最后治理流动沙地。另外，由于蓄水瓶采用难以短期自然降解的塑料瓶，在试验后期露出地面会给流动沙地带来长期污染，环境友好性降低。

通过本次试验，针对高寒流动沙地提出沙障+营养土法+网格状播种披碱草的恢复治理方案，这一方案在川西北地区均可推广应用。同时国家应建立高寒沙化草地生态补偿机制，加强高寒沙化草地恢复治理科研及技术推广领域的资金投入，这对确保长江、黄河流域水源区生态安全具有战略意义。

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