榆林沙区不同灌木林地生态效益比较

郜 超，赵晓彬，张继平，曹双成，李军保，王建梅

(陕西省治沙研究所，陕西 榆林 719000)

1 试验区自然概况

榆林沙区地处毛乌素沙地东南缘，该试验区位于榆林城北约7 km处陕西省治沙研究所红石峡实验林场王则湾工区与谷地峁工区，即北纬38°20′，东经109°12′，海拔1 100 m，属半干旱草原过渡地带，试验区总面积500 hm2。

试验区年平均气温7.9 ℃，绝对最低温度-32.7 ℃，全年日照时数2 700 h以上，无霜期150 d，试验期间年平均降雨450 mm左右，降雨量分配不均，降水主要集中在7-9月，年蒸发量为降水量的4倍以上[1]。年平均风速2.2～2.7 m·s-1，大风多集中在冬春季节，以西北风为主。

试验区地貌以新月型沙丘链为主，沙丘密集，密度0.8以上，系毛乌素沙地，沙丘移动最活跃的地段。沙丘平均高度7～9 m，最高可达15 m。沙丘内自然植被以羊柴、花棒、柠条、沙柳、沙蒿为主，亦有沙竹、沙米等，植被覆盖度为46%。

2 试验研究内容与方法

在不同沙地不同灌木植物种的固沙林内选择标准地以流沙地为对照进行定时或定位观测。观测项目有风速、输沙量、气温、地温、蒸发量、湿度以及固沙林对沙地理化性质的影响。风速用手持风速仪测定；输沙量用积沙仪测定；空气温湿度用设在百叶箱内的普通温、湿度计测定；地温用普通地测计测定；沙层理化性质用常规分析方法测定。

3 结果与分析

3.1 固沙林对风速的影响

风是沙丘移动的根本动力，植物控制流沙的主要作用，就是降低近地面的风速[2]。流动沙地造林后，下垫面性质改变，地表粗糙度增加，气流遇到了植被的阻挡和摩擦降低了速度。对于不同植物种固沙林，由于植物自身形态结构和生长表现的不同，其降低风速的效果也不同(表1)。

表1 不同植物种固沙林的防风效果(无叶期)

注：风速为5次测定的平均值，A、B分别为地表上50、200 cm处的风速，对照区的粗糙度0.031 9为不起沙时的测定值。

由表1得出花棒林、踏郎林降低风速的作用最为明显，其粗糙度分别比流沙地提高了481倍和501倍。与同龄的其它林种比较，花棒林地的粗糙度分别比紫穗槐林和沙柳林提高了10倍和11.4倍，踏郎林地的粗糙度比紫穗槐林和沙柳林地提高了10.4倍和12.1倍，花棒林、踏郎林二者的防风作用基本相近。这说明花棒林、踏郎林的防风效果好，与其它林种比较，造林后短期内即可发挥防护效益。紫穗槐林、沙柳林虽然林龄和密度与花棒林、踏郎林一样，但枝条稀疏，所形成的植被盖度低，防风效果不及花棒林、踏郎林，沙蒿林的防风效果间于花棒林、踏郎林和紫穗槐林、沙柳林之间。

3.2 固沙林对输沙量的影响

输沙量大小与风力强度和下垫面性质有关，造林后下垫面性质改变，近地面风速降低，地表粗糙度提高，限制了沙粒的移动[3]。据对5年生踏郎林、花棒林地输沙量的测定，2 m高处平均风速为4.6 m·s-1时林地内基本无流沙活动，流沙地平均风速为7.4 m·s-1时流沙数量极少，踏郎林、花棒林输沙量分别为0.005、0.021 g·cm-1·h-1,两林地风速分别为5.36、6.18 m·s-1(表2)。

表2 固沙林地和流沙地输沙量的比较

注：固沙林地盖度为踏郎林36.4%，花棒林30.0%。

表2看出踏郎林、花棒林地的输沙量分别比流沙地减少了1 031倍和244.7倍，随着林龄的增长，枯枝落叶不断覆盖沙地表面，形成结皮层，流沙将完全固定。

3.3 固沙林对温湿度及蒸发的影响

空气温湿度是影响植物生长发育的主要环境因子，在固沙林内，由于受冠丛影响，其小气候特征与流沙地明显不同(表3)

表3得出林地月平均气温一般要比林外对照区高0.1～0.3 ℃，这主要是由于固沙林的冠丛较低，观测点的高度(1.5 m)与冠丛高度相近，太阳的辐射量在此高度没有减弱。相反，当林地下部热量向上转移时，由于受冠丛阻滞，空气流动小，热量散失慢，引起相对增温。而流沙地，空气流动性大，下部热量传递到上部时很快散失，下部温度对上部影响不大，因此相对林地气温要低。林地的地表温度在高温季节比流沙地降低0.5～3.0 ℃，在寒冷季节提高了0.2～1.1 ℃，起到调节地温的作用，同时，蒸发减少了63～148 mm，而相对湿度提高了2%～4%。

表3 固沙林地和流沙地小气候状况的比较

3.4 固沙林对沙层理化性质的影响

流动沙地造林后，由于林冠的阻挡，气流通过林地时所携带的细微粒物质，逐渐沉降在林内，使林地沙层的细微物质增加[4]，同时，林内每年凋落的大量枯枝落叶在微生物的作用下逐步分解，使林内沙层的理化性质发生了变化，并且不同的林种改良土壤的作用也不相同(表4)。

表4 固沙林地的土壤理化性质

表4得出不同的植物种都有明显的改土作用，在0～10 cm的沙层内，林地的细沙成分明显增加，林地内小于0.1 mm的细沙含量是流动沙地的1.2～4.7倍；有机质含量是流沙地的1.3～2.5倍，且花棒林地>踏郎林地>紫穗槐林地>沙蒿林地>沙柳林地；沙层速效氮的含量是流动沙地的1.6～2.4倍，且花棒林地>踏郎林地>沙蒿林地>紫穗槐林地>沙柳林地。随着林龄的增加，地面枯落物的积累就越多，灌木固沙林的改土作用将愈加显著。

3.5 固沙林对植被恢复的影响

造林后由于沙丘形态的改变，沙地流动性减小，小气候和沙层养分状况得到改善，给天然植物种的侵入创造了良好的条件[5]，造林当年即有部分天然草种在障蔽带和固沙林附近生长，随着固沙林的生长，沙地条件的不断改善，天然植物种大量侵入，并由零星分布，发展为相应的植物群丛，沙米群丛、沙竹群丛、沙蒿群丛、沙地旋复花群丛以及绵蓬群丛等在林间空地广泛分布。沙竹一年内地下茎由93 cm延伸到282 cm，增加1.9倍，沙蒿冠丛的扩大和落种自繁增加12.7%，沙米、绵蓬扩大和落种自繁增加63%，此外，碱草、旋复花扩大和落种自繁等增加了17.2%。自然植被恢复加快，植被盖度增加将有利于流动沙地向半固定和固定沙地转化。

4 结论与建议

(1)花棒、踏郎、紫穗槐、沙柳等灌木植物种适宜在半干旱沙地生长，且防沙固沙效果好，是榆林沙区优良的固沙植物种。

(2)榆林沙区营造花棒、踏郎、紫穗槐、沙柳等灌木防风固沙林，能有效地降低风速，减少输沙量，改善沙地小气候和沙层理化性质。

(3)固沙灌木林的营造，有利于促进榆林沙区沙地自然植被的恢复、演替和生态环境的逆转，具有良好的生态效益。