沙棘种子的生态解码：在华北湿地与山地中防止水土流失的机理探索

白春旭

（北京市密云水库管理处，北京 101500）

在华北地区，水土流失成为了一项严峻的生态挑战，影响着区域的可持续发展与生态平衡。面对这一问题，沙棘因其独特的生态功能而被科学界关注。沙棘作为一种耐寒耐旱植物，具有显著的环境适应性和优良的土壤固持能力。本研究旨在解读沙棘如何在华北多样生态环境中，通过其种子的特性及植株的生长行为，为抵御水土流失提供天然屏障，促进生态恢复，为区域的生态修复提供科学依据和实践指导。

1 沙棘种子特性

1.1 沙棘种子形态与生理特性概述

沙棘种子外形通常为扁椭圆形，大小为3～4 mm，其颜色随成熟度的不同，从浅黄色渐变至深褐色，表面粗糙且呈现出特定的纹理。种子外壳坚硬、质地紧密，旨在保护内部脆弱的胚胎不受外界物理、生物因素的侵扰，如微生物侵蚀、昆虫啃食以及哺乳动物咀嚼等。种壳的坚韧有助于种子在恶劣的环境条件下保持休眠，等待适宜的生长条件出现。

在生理特性方面，沙棘种子属于高油料种子，其含油量可达12%～20%，且这些油脂主要分布在种子的胚乳和胚芽部分。沙棘油特别富含多种不饱和脂肪酸，如亚油酸和亚麻酸，这些脂肪酸对人体健康至关重要，且人体无法自行合成，需通过摄取来获得。沙棘油中的维生素E、胡萝卜素以及类黄酮等抗氧化成分不仅为种子自身提供了保护，避免了种子因长期暴露在自然环境中而氧化损伤，同时为种子萌发和幼苗的生长发育提供了重要的营养支持[1]。

沙棘种子中至少含有18 种氨基酸，包括多种人体必需的氨基酸，如赖氨酸、色氨酸等，对种子的蛋白质合成和新陈代谢至关重要。微量元素如Fe、Zn、Se 等含量也比较高，这些元素对于酶系统的活性和幼苗的抗病性均有显著影响。沙棘种子中还含有多种生物活性物质，如酚酸、类黄酮等，这些物质在植物抵御病原体侵袭、适应环境压力中发挥着重要作用。

沙棘种子的这些形态与生理特性共同构成了其在自然环境中成功生存与繁衍的基础，也是其作为植物资源被广泛开发利用的重要原因之一。

1.2 发芽与生长环境适应性

沙棘种子的发芽过程受多种环境因素影响，其中，温度和湿度是其发芽成功的关键。适宜的温度对沙棘种子萌发至关重要，研究表明，在20～30 ℃温度范围内，沙棘种子的发芽率最高。这一特性决定了沙棘种子主要在春末至早夏间萌发，此时不仅温度适宜，而且通常湿度也较高，有利于种子吸水和胚胎生长。

沙棘种子对土壤类型的适应性较强。沙棘植物能够在沙质、壤土和黏土等不同土壤质地中顺利生长。其根系既强又深，不仅能够在疏松的沙质土壤中扎根以增强土壤稳定性，还能在密实的黏土质土壤中深入，通过其根系的物理作用提高土壤通气性，并通过根系分泌物增加土壤的有机质。

沙棘根系与土壤微生物的共生固氮作用也是沙棘生态价值的一个重要体现。这种共生关系能够显著提升土壤中的氮素含量，从而促进植物生长，并有助于提高土壤肥力。沙棘的这种生态功能在华北地区湿地和山地的水土保持工作中发挥着重要作用，不仅能够通过调节水分平衡来适应不同的湿度条件，还可以通过根系的固土作用防止水土流失，进而提升土壤的肥力和生产力[2]。

在华北多变的湿地和山地环境中，沙棘凭借其独特的生长模式和生态适应性，在改良土壤质地、防止水土流失、提升土壤肥力以及维持区域生态平衡方面发挥着至关重要的作用。沙棘的这些特性不仅说明了其在自然界中的生存能力较强，也体现了其在生态保护和土地修复工作中的巨大潜力。

2 沙棘种植在华北湿地中的水源涵养研究

2.1 华北湿地的环境挑战概述

华北地区以其独特的地理特征和复杂的气候条件形成了丰富多样的湿地生态系统。该区域的湿地正面临前所未有的环境挑战，其根源有多方面，包括自然因素和人为活动的双重影响。

1)水资源短缺。华北地区属于我国半干旱和干旱气候区，降水量季节分配不均，加之近年来气候变化影响，极端气候事件的频率和强度均有所上升。尤其是降水量减少和蒸发量增加，导致湿地水体补给不足，水位下降，湿地面积逐渐缩小[3]。2)人类活动增加。农业灌溉、工业用水以及城市化进程中的水资源需求不断增加，导致地下水位不断下降。地下水位的下降不仅影响到湿地生态系统的水分平衡，还会引发土地沉降和盐碱化等一系列环境问题。3)生物多样性丧失。湿地是许多水生和陆生物种的栖息地，其生态价值不可估量。但湿地面积减少和生态环境恶化导致生物多样性急剧下降，许多依赖湿地生存的物种数量大幅减少，甚至面临灭绝。4)污染问题。随着工业化和城市化的推进，湿地受到了严重的污染压力。工业废水、农业面源污染和生活污水的排放增加了湿地生态系统的负荷，影响了水体的自净能力，对湿地生态系统的健康造成了严重的负面影响[4]。

2.2 沙棘种植策略及其适应湿地环境的机制

1)沙棘的生态适应机制。沙棘之所以在湿地环境中具有优越的适应性，源于其独特的生理和生态特性。其根系深厚，能够在水分较少的环境中深入土层，有效利用地下水源。沙棘的根部与固氮细菌共生，能够提高土壤的氮含量，进而促进周围植被生长，提高土壤质量。

2)沙棘的水源涵养功能。沙棘对于水源涵养的贡献在于其独特的水分调节机制，其叶片的蒸腾作用能够调节周边环境的湿度，而根系则能在湿润季节储存水分，在干旱季节释放，这种“储水—释水”的能力对于维护湿地生态平衡至关重要。

3)种植策略。在沙棘种植策略方面，要考虑到湿地的具体条件，例如土壤质量、水分状况及其他植物的生长状况等。一般建议采用与湿地生态系统相协调的混合种植方式，既能保持生物多样性，又能提高生态系统的稳定性和抗逆性。在沙棘种植早期阶段，需要合理安排灌溉，以促进其根系发展和适应新环境。

4)监测与评估。为确保种植策略的有效性，需要对沙棘在湿地中的生长状况、环境适应性以及水源涵养能力进行持续监测与评估。通过收集和分析相关数据，可以适时调整种植策略，以优化其在湿地水源涵养中的作用[5]。

2.3 沙棘在助力湿地水源涵养中的作用

1)土壤改良和水土保持。沙棘根系的改良作用主要表现在其强大的固土能力，其根部能渗透土层，形成一张复杂的根网，有效防止土壤侵蚀，湿地地区由于水流的冲刷力较大，因此沙棘根系的这种特性尤为重要。此外，沙棘根部还能促进土壤通气性和渗水性提升，改善土壤结构，有利于其他植物的根系生长。这种土壤改良作用在降水期间尤为明显，沙棘能有效减缓雨水冲刷的速度，降低表层土壤被冲走的风险。

2)丰富生态多样性。沙棘果实的营养价值高，丰富的维生素和矿物质吸引了大量的野生动物。在食物链中，沙棘提供的食物资源是连接植物与高等动物的重要纽带。这不仅使湿地的食物链更加完整，也增加了生物种群的数量和多样性。例如，沙棘果实丰富，会引来鸟类，不仅直接食用果实，还可能携带其他植物种子到达沙棘林，进一步丰富了湿地的植被。

3)微气候的调节。沙棘对湿地微气候的影响可通过其蒸腾作用体现。沙棘叶片的蒸腾作用可以释放大量水蒸气到周围空气中，增加了空气湿度，降低了地表温度，不仅有利于沙棘自身生长，也为其他植物提供了良好的生长环境。沙棘林作为风的屏障，减缓了风速，降低了风蚀的风险，对于保持湿地微气候稳定具有重要作用。

4)生态平衡的维护。沙棘对湿地生态平衡的维护不仅体现在其“储水—释水”的功能方面，沙棘的引入还可能改变土壤的化学性质，影响湿地中的微生物群落结构，这种改变有助于抑制某些有害微生物生长，同时促进有益微生物繁衍，对湿地生态系统的健康运转至关重要。沙棘通过提供生态位，增加了生物多样性，从而提升了湿地生态系统的抵抗力和恢复力，这在面对自然灾害和人为干扰时尤为重要。

3 沙棘种植在华北山地中防治水土流失的机理

3.1 华北山地的特点及面临的水土流失问题

华北山地地势复杂多变，典型的地形以低山丘陵为主，地貌以山地和高原为主。这些地区通常由沙质土壤、石质土壤和黏土等不同类型的土壤组成，土层相对较薄，抗侵蚀能力较弱。由于地形的多样性，华北山地气候呈现出显著的垂直分布特征，降水量随着海拔的升高而增加，但总体而言，该区域降水稀少，蒸发量大，水资源短缺，植被覆盖率不高，自然植物以耐旱灌木和草本植物为主。在这样的地理和气候条件下，华北山地面临严重的水土流失问题。雨季来临时，由于地表植被覆盖不足，雨水难以有效渗透，地表径流对土壤造成了直接冲刷，导致大量肥沃土壤被带走，形成水土流失。由于人们过度放牧、砍伐森林和耕作方式不合理等，加剧了水土流失。特别是在坡度较大的地区，水土流失更加严重，使得原本贫瘠的土地更加难以恢复[6]。

水土流失不仅导致土地沙化、土地质量下降，还引发了一系列环境问题，如洪水、泥石流等自然灾害频发，生态环境恶化。如何有效地控制和治理华北山地的水土流失，已成为一个亟待解决的环境问题。

3.2 沙棘在山地的生态策略及生长适应性

沙棘植株能够在贫瘠、干旱、低温的条件下生存和繁衍，这得益于其强大的生存适应性。沙棘根系发达，既能深入土层吸取水分和养分，也能起到固土作用，减少水土流失。

在华北山地的生态环境中，沙棘适应了多样化的生长条件，例如，在阳光充足的地方，沙棘能通过其光合作用高效地转化太阳能；在阴翳地，沙棘能通过其叶绿体的结构适应弱光环境。沙棘的叶片和果实富含多种有机酸和维生素，不仅有助于其自身生长，也为野生动物提供了丰富的食物来源，进而增强了生态系统的稳定性和生物多样性。

沙棘能在瘠薄的土壤中生长，与其浅根和深根相结合的根系结构不无关系。浅根固土抗侵蚀的能力强；深根则能到达较深的土层吸取水分，减少地表水的流失。同时，沙棘的叶片结构独特，叶片表面的微毛能有效减少水分蒸发，提升雨水的截留和土壤的水分保持能力[7]。

3.3 沙棘种植对增强山地土壤的稳定性和抗侵蚀方面的作用

1)根系结构对土壤固持的作用。沙棘的根系结构对防止水土流失具有至关重要的作用，其根系不仅水平分布广泛，而且能够深入土壤，形成稳固的地下网络，地下网络在土壤中能够形成一个坚固的框架，类似于一个地下的“安全网”，在水流冲刷时能够有效锁住土壤颗粒。沙棘根系能够与土壤中的细小颗粒紧密结合，提高土壤的抗剪强度，即土壤颗粒之间抵抗外力而不被剪切开的能力，这一特性在防止坡面土壤流失中尤为重要。

2)改善土壤物理性质。沙棘通过其根系生长能显著改善土壤的物理性质。例如，沙棘根系的穿透作用可以打破土壤的板结层，提高土壤层间的连通性，从而提高土壤的孔隙度和渗透性，有助于雨水的吸收和水分的垂直运动。增加土壤孔隙度还可以提高土壤的通气性，为土壤中的微生物活动提供良好的环境。这些物理性质的改变能够降低水蚀的可能性。

3)改善土壤化学性质。沙棘的根瘤菌可以将大气中的N2转化为植物可吸收的N 元素，这一过程称为生物固氮。这种固氮能力能够显著提高土壤的N 元素含量，从而促进植物生长，尤其能促进沙棘周围其他植物生长。植被的增加可加强对土壤的保护作用，减少水蚀和风蚀的发生。沙棘的落叶分解能够增加土壤的有机质含量，提高土壤的保水能力和结构稳定性，从而增强土壤抵抗力，降低土壤被侵蚀的可能性[8]。

4)提升生态系统服务功能。沙棘种植的生态系统服务功能是多方面的。例如，沙棘的枝叶能够为土壤提供遮阳环境，减少阳光直射，从而降低土壤温度，减少水分蒸发，有助于保持土壤湿润。沙棘作为一种快速生长的植物，其在生长过程中能够吸收大量CO2并通过光合作用转化为有机物，这一碳固定作用对于减轻温室气体效应具有重要意义。沙棘还能为野生动物提供食物和栖息地，有助于维持和提升生物多样性。这些生态系统服务功能的提升不仅有助于防止水土流失，还能促进生态系统健康、可持续发展[9]。

4 结束语

沙棘以其独特的种子特性和强大的生态适应性，在华北地区湿地与山地生态系统中扮演了重要角色。沙棘不仅在防止水土流失、水源涵养方面显示出巨大潜力，更对生态恢复和提升生态系统服务功能具有显著贡献。未来的研究和实践应继续深化对沙棘生态作用的理解，探索其在全球变化背景下更广泛的应用，为生态文明建设和可持续发展提供科学支撑。