毛乌素沙地不同植被条件下的土壤风蚀效果

赵晨光，李青丰

(内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特市 010019)

毛乌素沙地不同植被条件下的土壤风蚀效果

赵晨光，李青丰

(内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特市 010019)

在对毛乌素沙地植被类型和状况调查的基础上，选择沙柳、小叶锦鸡儿+杂类草、沙蒿+杂类草、芨芨草等四种主要类型的植被为研究对象，通过标杆法测定不同植被下地表的土壤侵蚀或堆积状况，从而探讨不同类型植被的防风固沙效果，为毛乌素沙地利用植被防风固沙提供依据。结果显示，在30%盖度以下时，各种类型植被下均有比较严重的水土流失现象。在植被盖度达到45%以上后，水土流失现象基本消失。各类植被的水土流失盖度临界值分别为：沙柳38%、小叶锦鸡儿+杂类草37%、沙蒿+杂类草34%、芨芨草32%。在相同的植被盖度下，不同类型的植被显示了不同的滞留土壤能力。综合地理条件和水分情况考虑，沙蒿+杂类草植被和小叶锦鸡儿+杂类草植被更适合于在毛乌素沙地作为防风固沙植被推广。利用植被防风固沙，不仅要达到临界盖度，而且要灌草结合才能达到更好的效果。

毛乌素沙地；植被类型；植被盖度；土壤侵蚀

毛乌素沙地位于鄂尔多斯高原的南部和黄土高原的北部区域,自然区划属于温带干旱和半干旱区，面积大约4×104km2,整个沙地包括内蒙古自治区的鄂尔多斯市的南部、陕西榆林地区北部和宁夏回族自治区的东北部〔1〕。毛乌素沙地是一个脆弱的复合生态系统〔2〕。本区的三大植被类群分别是梁地上的灌-草典型草原植被，半固定、固定沙丘上的灌丛植被，滩地上的草甸植被〔3〕。近年来，毛乌素沙地沙漠化导致耕地和可利用草场被风蚀沙化，或被流沙所侵占以致不能利用，而且沙漠化对物种多样性造成严重影响〔4〕。众多学者对毛乌素沙地的概况〔5〕、沙化速度〔6〕、植被防风固沙的效果〔7〕等方面进行了很多调查研究,但对毛乌素沙地不同植被下的水土流失特征研究较少。本研究选择毛乌素沙地几种典型的植被作为研究对象，对不同植被条件下的风蚀特征进行观测研究。

1 研究方法

1.1植被调查

本研究首先对毛乌素沙地不同植被类型区进行植被调查。以便为下一步的土地风蚀特征测定确定样地类型。调查时间分别为2011年5月，8月，10月。所调查土地类型包括流动沙丘、半固定沙地、典型草地和低湿滩地共4大类型样地，37个样点。涵盖了毛乌素沙地的主要自然土地类型。测定了物种构成、植被盖度、生物量等指标。调查样方大小为：草本植物样方1m×1m，灌木植被为5m×5m。每个样点设5-8个重复。植被调查时，记录每个样方的植物组成以及株高。地上生物量用称重法测定鲜重与干重。植被盖度用专家打分法(5人对现场样方或者样方对比照片进行判读，取判读平均值)测定。

1.2标杆观测

根据不同的植被组成、地形特点以及植被盖度共选择4大类型样地，37个样点用于土壤侵蚀测定。在每一样点设立标杆进行地表风(水)蚀观测。如图1所示，每个观测样点上布设纵横交错的6条标杆路线。每条路线上设6至10根标杆，每两个标杆间距5m。标杆长度为50cm，插入土中20cm，在入土处标出基准刻度。观测时间为两个年度(2011年6月至2013年10月)，按月观测地表与标杆基准刻度之间的相对位移。根据地表与标杆基准刻度之间相对位移在1cm范围内反演推算临界盖度。

图1 标杆布设示意图

2 结果与分析

2.1样地地形及植被特征

四种类型样地包括不同的土地类型，地形条件，植被构成及植被盖度。各地地形及植被特征总结如表1。

样地类型1是以沙柳为建群种的流动、半固定沙地。地形条件为起伏沙丘，多见柳林沟。植物以沙柳灌丛为主，偶见羊柴、沙鞭、列当等植物。植被盖度小，多样性单一。由于沙地流动性很大，稳定性低，是土壤侵蚀的严重地区。

样地类型2为小叶锦鸡儿+杂类草覆盖的典型草地。地形较平坦。植被组成为灌草共生，形成从上到下层次分明的垂直植被分布。多见苦马豆等豆科以及狗尾草等禾本科植物。植物多样性丰富。

样地类型3为沙蒿+杂类草半固定、固定沙地。地形比较复杂，既有起伏沙丘，同时也有一部分为平坦草地。植被组成除沙蒿外，多见尖头叶藜、猪毛菜等杂类草一年生植物。植物多样性较丰富，同样也有层次分明的垂直型植被分布。

样地类型4是以芨芨草为建群种的低湿地。地形条件为滩地。植被组成除建群种芨芨草外，多见棘豆、苦马豆等豆科以及芦苇、赖草等禾草类植物。植物多样性丰富，植被层次分明。由于水分条件较好，植被的长势最好。

表1 样地地形及植被特征

3 不同地形及植被条件下的土壤侵蚀

3.1沙柳覆盖下的流动沙地，半固定沙地的土壤侵蚀

表2示出了以沙柳为建群种的流动沙地上的土壤侵蚀情况。该类草地植被盖度变化较大，平均盖度只有23.65%。在盖度0-30%时，土壤侵蚀严重，平均侵蚀厚度为7.85cm/月，最大可达到30cm/月，最低为3.88cm/月。盖度30-45%时，土壤侵蚀较轻微，平均侵蚀厚度1.98cm/月，最大可达3.49cm/月，最低0.7cm/月。盖度45-60%时，土壤侵蚀现象几乎不发生。相反，此盖度下有明显的土壤堆积现象。平均堆积厚度度5.52cm/月，最大可达30cm/月，最低0cm/月。最大盖度出现在柳林沟处(沙丘之间比较低洼处，地势较低，水分比较好，植被长势好，且植被多样性比较丰富)。根据不同盖度下的地表侵蚀量反演推算，反演推算以沙柳为建群种的样地在盖度为38%时，地表与标杆基准线的相对位移在1cm以内。故将此盖度确定为沙柳型流动沙地不发生土壤侵蚀的临界盖度。

表2 沙柳覆盖下流动、半固定沙地不同盖度下的土壤侵蚀与堆积

注：+表示土壤堆积，-表示土壤侵蚀，单位：cm。下同。

3.2小叶锦鸡儿灌草草地土壤侵蚀

表3示出了小叶锦鸡儿+禾草类杂草覆盖下的草地土壤侵蚀情况。该类草地平均盖度40.58%。在盖度0-30%时，土壤侵蚀比较严重，平均侵蚀厚度为6.85cm/月，最大可达30cm/月，最低3.19cm/月。盖度30-45%时，土壤侵蚀程度较轻微，平均侵蚀厚度为1.48cm/月，最大可达4.2cm/月，最低位0cm/月。盖度为45-60%时，土壤侵蚀现象不发生，土壤平均堆积量为1.51cm/月。灌草草地土壤条件较好，水分涵养能力较高，草地最大盖度可达70%。灌草草地上发生土壤侵蚀的临界盖度为37%。

表3 小叶锦鸡儿+杂类草草地不同盖度下的土壤侵蚀与堆积

3.3沙蒿+禾草类杂草半固定沙地土壤侵蚀

表4为沙蒿+禾草类杂草覆盖下的半固定，固定沙地土壤侵蚀情况。该类沙地地形条件比较复杂，既包括平坦的草地，同时还有起伏较大的沙丘。平均盖度为46.35%。由于地形条件差异较大，其最小盖度11%和最大盖度70%的差距最大，达到59个百分点。在盖度0-30%时，土壤侵蚀严重，平均侵蚀为6.38cm/月，最大可达18cm/月，最低为4.25cm/月。盖度30-45%时，土壤侵蚀程度较轻，平均侵蚀为1.65cm/月，最大可达2.35cm/月，最低为0cm/月。盖度45-60%时，土壤侵蚀不发生。该类沙地的临界盖度为34%。

表4 沙蒿+杂类草半固定沙丘土壤侵蚀

3.4芨芨草+禾草类杂草低湿地土壤侵蚀

表5为芨芨草+禾草类低湿地的土壤侵蚀情况。该类草地植被相对长势最好，可形成高大草本植被+低矮禾草的立体防风固沙体系，盖度也相对比较高。盖度0-30%时，土壤侵蚀依旧存在，平均侵蚀为2.75cm/月，最大可达4.46cm/月，最低为1.5cm/月。盖度30-45%时，土壤侵蚀现象几乎不发生。盖度45%以上时有较明显的土壤堆积现象。该类草地的临界盖度为40%。

表5 芨芨草覆盖下的低湿地土壤侵蚀

3.5相同盖度下，不同植被的土壤侵蚀

本研究选用三种盖度水平，对4种不同类型植被的防风固沙效果进行了比较(表6，图2-图4)。在盖度为30%时，4种植被的防风固沙效果有较明显的差异。沙柳+禾草类的防风固沙效果最差，土壤侵蚀厚度约为-3.5cm/月。其他三种植被类型的防风固沙效果处于同一水平，为-1cm/月左右。在盖度为45%时，沙柳+禾草类杂草的样地依然存在轻微的土壤侵蚀，月平均侵蚀厚度约为-0.5cm。其他三种植被类型有轻微的土壤堆积效果，土壤堆积厚度约为0.5cm/月。在盖度达到60%时，四种植被类型的防风固沙效果都很明显，有土壤堆积现象，不存在土壤侵蚀问题。毛乌素沙地中，只有极少数地区能达到这种盖度。

表6 相同盖度下，不同植被土壤侵蚀与堆积

图2 盖度为30%时四种植被类型的土壤侵蚀与堆积(单位cm)

图3 盖度为45%时四种建群种植被土壤侵蚀与堆积(单位cm)

盖度60%

4 讨论与结论

4.1讨论

有研究表明，在一般情况下，乔木、灌木以及草本植被的防风固沙效果大小为灌木>草本>乔木〔8〕。灌木和多年生草本植物枝叶较多而且比较密集，更重要的是紧贴地表。而乔木一般较高大，不能给予地表有效的保护。所以就其防风固沙效果来说灌木和草本植物要优于乔木〔9〕。本研究的观测结果基本上符合这一规律。

以沙柳为主要植被的流动、半固定沙丘防风固沙效果最差。这是几种因素共同作用的结果。首先沙柳植被的土地类型为流动、半固定沙丘，本身就存在很大的不稳定性。即便在最大盖度70%时(柳林沟)，由于周边有较大的流动沙丘，也会出现植物被整株埋伏现象。其次，植被平均盖度最低，只有23.65%，植被能够提供的防风固沙能力比较有限。植被形态多样性比较单一，不能形成立体的防风固沙结构体系。用沙柳等作为主要防风固沙植被，其临界盖度应该达到38%，并且要结合其他草本植物共同形成防风固沙体系。但是由于土地类型和地形条件的限制，在起伏较大的流动沙丘很难达到此临界盖度，单一的依靠植被来防风固沙效果不会很明显。在此类地区，用沙障等人工固沙措施是必要的。

小叶锦鸡儿+杂类草灌草草地防风固沙效果较为明显。其平均盖度40.58%。植被的多样性也比较丰富，可以形成以小叶锦鸡儿为主的挡风结构，低矮禾草为土表保护层的立体防风固沙结构体系。在此类灌草结合的土地上，盖度要达到37%及其以上，才能有效地发挥防风固沙效果。

沙蒿+杂类草植被有良好的防风固沙效果。沙蒿株丛紧实度高，单株覆盖面积也相对较大，可有效减弱风势。地表辅以禾草保护土壤，可有效减轻土壤流失。在此类植被结构下，植被临界盖度达到34%时，土壤侵蚀现象比较轻微。

芨芨草低湿地在植被茂盛时几乎不发生土壤侵蚀。芨芨草虽为草本，但其高大的株型起到了与灌木相同的作用。当植被达到一定盖度，干枯的芨芨草和其他杂类草依然有防风固沙作用。芨芨草类植被的防风固沙临界盖度为32%，是本研究所测定的几种植被类型中最低的。但是形成芨芨草滩，对地形条件和水分条件要求相对较高。因此，此类植被并不能成为毛乌素沙地中的主导性防风固沙植被。

在相同盖度下，本研究中四种主要建群植被的防风固沙效果大小为沙蒿>芨芨草>小叶锦鸡儿>沙柳。沙蒿单株覆盖面积大，透风系数相比较低。小叶锦鸡儿通风系数较高。沙柳相比沙蒿而言，其单株防护力欠缺〔10、11〕。本研究结果也说明，灌草结合达到一定的配置结构后才能起到最好的防风固沙效果。在防治土壤风蚀中，要注重植被的合理配置，才能更好的发挥植被防风固沙效果。

4.2结论

(1)沙蒿、沙柳以及小叶锦鸡儿等灌木植物更适合在整个毛乌素沙地作为防风固沙植物。在具体的防治土壤侵蚀过程中要注重灌草合理配置。在半固定、固定沙地上，沙蒿、沙柳以及小叶锦鸡儿等灌木植物结合多年生草本植物更能发挥防风固沙效果。平坦草地、滩地上，多年生草本植物的防风固沙效果更明显。条件允许地区，要灌草结合，以发挥更好的防风固沙效果。

(2)防止土壤侵蚀时，植被盖度达到相应的临界盖度，才能使土壤侵蚀量降到理想效果。本研究中的几种主要植被的临界盖度为：沙柳植被的临界盖度为38%，小叶锦鸡儿+杂类草植被的临界盖度为37%，沙蒿+杂类草植被的临界盖度为34%，芨芨草植被的临界盖度为32%。

〔1〕马蔼乃.遥感信息模型〔M〕.北京:北京大学出版社,1997.15-21.

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SoilerosionfeatureunderdifferentvegetationinMuUsSandlandwith

ZhaoChen-guang，LIQing-feng
(CollegeofEcologyandEnvironmentalScience,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010019,China)

Based on the vegetation types and status, efforts were made to investigate the soil erosion features under different vegetation in Mu Us Sandland. Four different vegetation forms of Salix cheilophila, Caragana microphlla + herbosa. Artemisia sphaerocephala +herbosa, Achnatherum splendens were selected as testing transects for soil erosion measurement. Soil loss or accumulation under the measureing pole was used as a judgment for soil erosion degree. The results showed that severe soil erosion occurred under a vegetation coverage below 30%, while no obvious soil erosion occurred under a vegetation coverage above 45%. Threshold coverages for the four forms were 47% for Form Salix cheilophila, 44% for Form Caragana microphlla + herbosa. 42% for Form Artemisia sphaerocephala +herbosa,and 40% for Form Achnatherum splendens. Under the same coverage, different vegetation showed varied soil sustaining capacity. Form Caragana microphlla + herbosa and Form Artemisia sphaerocephala +herbosa were considered suitable vegetation for soil erosion control in the Mu Us sandland region.

Mu Us Sandland； vagetation type； vegetation coverage；soil erosion

S812.2

A

2095—5952(2014)02—0038—06

2014-03-18

北方防风固沙重要区经济利用限值研究 201109025-01

赵晨光(1986-)，男，内蒙古呼和浩特人，在读硕士研究生，主要研究方向为草地生态学。

李青丰(1959-)，男，河北元氏人，教授，从事草地及牧草学教学和研究。