半干旱区沙地矿区植被恢复技术研究

赵晓彬，朱建军，李军保，董 强，付广军，郜 超，曹双城，刘喜东

(陕西省治沙研究所，陕西 榆林 719000)

植被是陆地生态系统的重要组成部分，是生态系统中物质组成和能量流动的中枢[1]，植被不但是人类赖以生存的物质基础，而且在维护区域生态平衡、保持地表稳定性方面发挥着不可估量的重要作用[2]。榆林沙地矿区地处毛乌素沙地东南缘，沙地植被主要以北沙柳(Salixpsammophila)、沙蒿(Artemisiadesertorumspreng.)、塔落岩黄耆(Hedysarumfruticosumvar.laeve)、小叶锦鸡儿(Caraganamicrophylla)、紫穗槐(Amorphafruticosa)等植物种为主，对改变沙区自然景观，减轻风沙危害，改善农业生产条件起到了积极的作用，但是，随着煤炭、石油、天然气等矿产资源的大规模开发，植被遭到严重的破坏。同时，原有植被也存在一定的不足之处，首先，这些灌丛群落夏秋季节防护效益好，冬春季节防护效益差，四季防护效益不稳定，防护效益低；其次，沙地水分资源及降水稀缺，不同类型的植被消耗水分的情况也不同。榆林市植被退化的区域除了城区外，以北的沙漠区域植被退化的面积比较大，一方面是榆林能源化工基地建设对当地植被的破坏，另一方面是裸露的沙地在风蚀的作用下仍然在扩展[2]。

植被恢复是指运用生态学原理，保护现有植被，修复或重建已毁坏或破坏的森林和其他自然生态系统，恢复其生物多样性及其生态系统功能[3]，植被恢复是矿区复垦地恢复的主要环节之一，因为任何退化生态系统的恢复都是以植被恢复为前提的[4]。因此，本研究依植被恢复的理念，通过引种造林、沙柳平茬、不同林地沙层水分含量与植物类型关系等的研究，探讨沙地矿区植被恢复技术，以期为沙地矿区植被恢复提供参考依据。

1 研究区概况

研究区设在毛乌素沙地东南缘的榆林沙地小纪汗矿区，地表多为固定、半固定沙地，植被以灌木半灌木为主，地理坐标为N38°22.760，E109°34.980，海拔1 100～1 200 m，属温带大陆性半干旱气候，年降水量300～500 mm[5-6]，多集中在7，8，9三个月，年均蒸发量2 388 mm，年均气温7.9 ℃，绝对最高温38.9 ℃，绝对最低温-32.7 ℃，年均无霜期159 d，终年盛行西北风，东南风次多，年均风速3.6 m·s-1。

2 材料与方法

2.1 树种选择及沙地造林

选择樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、沙地柏(Sabinavulgaris)，于2009年春季进行沙地造林试验，增加防护植被类型。

樟子松采用3 a生营养袋苗和5 a生营养钵大苗，沙地柏采用3 a生营养袋苗，春季造林。樟子松造林密度为4 m×4 m，4 m×5 m，沙地柏为2 m×3 m。在造林随机布设6块样地，分别在第一年和第二年秋季每块样地随机抽取50株样株，调查造林苗木生长状况等，进行分析研究。

2.2 沙柳平茬

在原有的沙柳林地，选择设置6个标准地，布置试验样方6个及对照，各重复3次。平茬时留茬高度为5 cm左右。平茬时间为冬季树液停止流动以后和春季树液开始流动之前。

分别在2010年3月春季平茬和2011年1月冬季平茬前后，每个样地随机抽取50株样树，调查平茬以前林木的高度、冠幅、分枝条数，平茬以后第一年林木的生长高度、冠幅、分枝条数等，进行比较分析。

2.3 不同类型固沙林地沙层水分含量测定与植被类型选择

选择立地条件相近的樟子松、沙地柏、沙柳、沙蒿、塔落岩黄耆、小叶锦鸡儿、紫穗槐等7种不同类型林地，设置无植被裸沙地为对照，定期测定0～5、5～25、25～50、50～75、75～100 cm五个层次的土壤水分状况，每半个月左右测定一次，用土钻取土样，每个样方钻取3个样品(重复3次)，恒温箱烘干法测定土壤水分含量，分析比较水分含量变化情况，以分析结果选择耗水量合适的植被类型。

3 结果与分析

3.1 不同树种沙地造林效果分析

3.1.1 樟子松造林效果分析 分别采用3年生樟子松营养袋苗造林和5 a生樟子松营养钵大苗造林试验，调查樟子松沙地造林生长发育情况如表1：结果表明：

(1)不同苗龄苗木造林效果，造林第一年树木平均高生长量和冠面积均表现为差异显著(p<0.05)，5 a生樟子松营养钵大苗造林显著优于3 a生樟子松营养袋苗造林；但是不同苗龄苗木造林的第二年树木高生长量之间差异不显著，而冠面积差异显著。

(2)同龄苗造林不同年份造林效果，3 a生樟子松营养袋苗造林第二年树木平均高生长量显著的大于第一年的平均高生长量(p<0.05)，平均冠面积差异不显著；5 a生樟子松营养钵大苗造林效果与3年生樟子松相同，第二年高生长量显著的大于第一年，冠面积差异不显著。

从以上比较分析可看出，樟子松生长良好，造林第一年、第二年5 a生樟子松营养钵大苗造林平均树木高生长量都显著高于3 a生樟子松营养袋苗造林；不管是3 a生苗木还是5 a生苗木造林，第二年的平均高生长量显著的大于第一年，平均冠面积差异不显著。

3.1.2 沙地柏造林效果分析 沙地柏造林采用3 a生营养袋苗，春季造林，第一年秋季和第二年秋季分别调查枝长，获得枝长生长量数据(表2)，做统计分析。

根据表2，对沙地柏枝条不同年份平均生长量进行大样本u-检验，结果表明：沙地柏不同年份高生长量差异极显著(p<0.01)，沙地柏生长状况良好，造林第二年平均枝条长生长量极显著大于第一年。

表1 3～5 a生樟子松苗沙地造林树木生长情况

标准地号5年生第一年10月27日平均高度/cm平均高生长量/cm平均冠面积/cm25年生第二年10月20日平均高度/cm平均高生长量/cm平均冠面积/cm21107.27.74 390.499.88.54 319.1292.47.44 017.6103.212.23 930.93103.67.02 882.0107.512.03 206.34120.46.34 114.998.010.63 225.4592.65.14 066.6106.010.44 721.9688.26.22 614.9112.211.64 502.4平均100.76.63 681.06104.410.93 984.3

表2 沙地柏沙地造林生长发育情况

3.2 沙柳生长发育情况及其平茬分析

表3、4、5表明：春季平茬沙柳平均新生高度显著高于对照(p<0.05)，平均冠面积差异不显著(第二年10月20日)；冬季平茬沙柳平均新生高度也显著高于对照，平均冠面积差异也不显著(第一年10月29日)。虽然平均冠面积差异不显著，但是平茬后冠面积生长量大于对照。说明平茬后沙柳长势较好，平茬可以更新加快沙柳生长，改变其衰老长势。

表3 沙柳生长发育情况

表4 春季平茬的沙柳植株生产情况

表5 秋冬季平茬后沙柳植株生长情况

沙柳春季平茬在新生高度、冠面积生长和萌发枝条数三个指标上，均显著的高于冬季平茬的效果(p<0.05)。

3.3 不同类型固沙林地沙层水分含量测定与植被类型选择

土壤水分是陆地水循环过程的关键环节，是联系陆地水文过程与生态过程的纽带。特别是在干旱人工植被区，土壤水分含量的变化直接关系到植被的生长与存活[7]。土壤水分条件是沙漠植物生长、繁衍的主要限制因素。了解不同植被土壤水分基本特征、变化动态，能够为沙漠区植物种的配置、密度调控、造林时机等提供重要依据[8]。不同类型植被消耗沙地土壤水分的情况不相同，因此，研究沙地土壤水分，能够为沙地造林植物种选择提供依据。

由图1可看出，各类型林地沙土层水分含量随时间变化的趋势基本相同，降水量较多的秋季沙土水分含量高；夏季降雨少、蒸发强，沙土层水分含量低；冬春季气温低、蒸发弱、水分下渗少，沙层水分含量趋于稳定。

图1 不同林地沙层水分含量随时间变化

表6说明，无论是林地类型还是时间变化对沙土层水分含量均有极显著的影响。

表6 不同林地沙层水分含量随时间变化方差分析

由图2可看出，各类型林地沙层水分含量随深度变化的趋势基本相同，表层水分含量最低，5～25 cm、25～50 cm沙土层水分含量较高且变化幅度较大，50 cm以下水分含量低于以上两个层次且变化较稳定。表7显示，不管是什么林地，不同深度沙土层水分含量差异极显著。

图2 不同林地沙层水分含量随深度变化

差异源SSdfMSFp-valueFα(f1,f2)行7.244 43871.034 921.666 7220.158 1652.359 26列28.174 3747.043 59111.343 591.34E-052.714 076误差17.386 08280.620 931总计52.804 8839

经计算，不同植被类型林地0～100 cm沙土层平均含水量不同，从高到低依次是沙地柏林>紫穗槐林>沙柳林>樟子松林>踏郎林>柠条林>沙蒿林>裸沙地。究其原因，塔落岩黄耆、小叶锦鸡儿、沙蒿等植物蒸腾强度大、根系吸收水分强度大，裸沙地没有植被覆盖蒸发量大，因此，耗水量就大，使得林地水分含量低。

4 讨论与结论

4.1 讨论

(1)榆林沙区引种栽培樟子松治沙造林50多年，造林技术成熟，樟子松苗木生长表现良好，防风固沙效果好，现已大面积推广应用，造林时一般采用3 a生营养袋苗和5 a生带土球营养钵苗，两种苗木造林后第一年的高生长量和冠面积差异较大，5 a生苗表现较好。

(2)榆林沙区是沙地柏的原生分布区之一，但分布范围小，面积少。沙地柏造林一般采用3 a生苗，容易成活，造林后第一年和第二年枝长生长量差异显著，第二年的明显大于第一年的。

(3)沙柳是干旱、半干旱地区重要的防风固沙树种和工业用材林树种。研究沙柳复壮更新技术措施对于维护区域生态环境，促进沙柳相关产业的快速、可持续发展具有重要的现实意义[9]。在榆林沙区，沙柳分布广、面积大，防风固沙效益好，有一定的经济效益。沙柳具有很强的萌蘖能力，造林后若不适时抚育 更新，会枝条老化、枯死，从而影响萌蘖生长[10]。每隔一定的年限要进行平茬更新，促进其生长。平茬后沙柳的生长状况明显比不平茬的好，一般在秋冬季节和春季进行平茬，两个季节平茬后的生长状况差异显著，春季平茬的平均生长高度和平均分支条数明显高于秋冬季的平茬。

(4)在干旱半干旱地区，土壤水分对植物的生长起着至关重要的作用，也是表征土壤退化程度的重要因子，在大气界面与地表的能量与水分的交换中扮演了重要的角色[11]，同时，水分是影响固沙植被生长发育的最重要的限制因素，也是沙漠生态环境中最容易受到影响的生态因子，多数生态环境问题都是由于水分问题而导致[12]，而且，土壤水分是干旱半干旱地区影响植被恢复与重建的首要因素，直接影响到沙区退化生态系统的恢复和重建[13]。由于不同类型的植被，利用和消耗水分的情况不同，因此，有必要选择消耗利用水分相对平衡的植物作为主要的防风固沙植被。

4.2 结论

(1) 榆林沙地矿区可引进樟子松、沙地柏对原有植被进行更新改造，增加防风固沙林树种，改变防风固沙林结构，提高防护效益。

(2)对于沙柳等灌木来说，平茬可以更新加快其生长，改变衰老长势，春季平茬好于秋冬季。

(3) 沙地柏、紫穗槐、沙柳、樟子松等防风固沙林类型消耗利用水分较为平衡，可作为较好的防风固沙林类型，而塔落岩黄耆、小叶锦鸡儿、沙蒿耗水量较大，不适宜大面积营造。