干旱沙區(qū)鹽堿退耕地生態(tài)恢復模式研究

柴成武，賀訪印，魏林源，尉秋實，李昌龍，仲生年

（甘肅省荒漠化與風沙災害防治重點實驗室 省部共建國家重點實驗室培育基地甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，蘭州 730070）

干旱沙區(qū)鹽堿退耕地生態(tài)恢復模式研究

柴成武，賀訪印，魏林源，尉秋實，李昌龍，仲生年

（甘肅省荒漠化與風沙災害防治重點實驗室 省部共建國家重點實驗室培育基地甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，蘭州 730070）

以民勤湖區(qū)不同年代退耕地植被調查為依據(jù)，確定自然恢復目標，提出了10種鹽堿退耕地植被恢復模式，并通過各種鹽堿退耕地3a后植被恢復相關指標評價選出6種良好的生態(tài)恢復模式：黃毛頭封育模式（SEFM）和黑果枸杞封育模式（LEFM）為接近自然植被的恢復模式，但該模式需在灌水撫育一定年限后才能去掉灌水措施進行自然封育；“檉柳＋烏拉爾甘草”（TGPM）和“檉柳＋苜蓿模式”（TMPM）屬純粹人工恢復模式，需造林初期加大造林密度，在后期撫育中通過間伐措施來降低生態(tài)壓力而作為一種良好的生態(tài)恢復模式；“檉柳＋花花柴”（TKPM）和“檉柳＋黑果枸杞”模式（TLPM）以較低的生態(tài)成本達到了較高的生態(tài)效益，是生態(tài)恢復模式最佳選擇。

干旱沙區(qū)；鹽堿退耕地；生態(tài)恢復模式

目前對植被恢復方面的研究已經進行多年，也取得了相當成就，主要從植被自然演替規(guī)律、人工恢復的方法以及演替與生物多樣性的關系等多個方面展開了研究［1－2］。如黃從德等研究了退耕還林地在植被恢復初期碳儲量及分配格局［3］；李艷等闡明了植被重建的水土環(huán)境效應［4］；焦峰等研究了退耕地土壤養(yǎng)分變異［5－6］；胡建忠等研究了人工配置植物的生態(tài)位［7］。這些研究從地域上來說研究區(qū)多為黃土高原地區(qū)，降水量在200mm以上，從內容上來說研究內容多為人工植被恢復與重建理論及其模式［8－12］。對干旱沙區(qū)退耕還林，其研究依然基于非退耕地［13－15］、較高降水量地域上的鹽堿地植被恢復重建［16－18］，鮮見有干旱沙區(qū)鹽堿地退耕地植被重建模式的報道，而且沒有得到足夠重視，本文旨在從不同年代干旱沙區(qū)鹽堿地退耕植被恢復方面提出干旱沙區(qū)鹽堿地退耕還林模式，進一步推進干旱沙區(qū)鹽堿地退耕還林模式的研究。

1 研究區(qū)概況

研究地石羊河尾閭民勤湖區(qū)位于甘肅民勤綠洲東北部，地理位置東經103°02′－104°02′，北緯38°05′－39°06′。氣候屬溫帶干旱荒漠氣候，多年均溫7.8℃，年日照時間長，晝夜溫差大，平均年降水量在113.2mm，蒸發(fā)量2 644mm，降水主要集中在7－9月，干燥度大于5.5，年平均風速2.55m/s，平均年沙塵暴日數(shù)37d。土壤類型以風沙土、灰棕漠土、草甸土、草甸沼澤土為主，耕作土壤為灰棕漠土、草甸土等土類經過長期灌溉淋溶、耕作施肥等人為作用下形成的特殊土類——綠洲灌漠土。植被類型以蒺藜科、黎科、檉柳科、禾本科為主要科類。綠洲及其外圍植被覆蓋率為6.996%，鄉(xiāng)土固沙造林樹種主要為沙棗（Elaeagnus angustifolia），但因地下水位下降，近年來已基本干枯。目前，綠洲外天然植被主要為白刺（Nitraria tangutorum）灌叢、檉柳（Tamarix chinensis）灌叢、人工植被梭梭（Haloxylon ammodendron）等，是干旱沙區(qū)鹽堿退耕地研究地的理想選擇區(qū)域。

研究地石羊河尾閭民勤湖區(qū)土壤鹽堿化直接原因為地下水位下降。20世紀50年代初，該區(qū)綠草如茵，湖泊遍布，但隨氣候變遷及修建水庫等人為因素影響，致使石羊河斷流，難以持續(xù)補給其尾閭民勤湖區(qū)湖泊，湖區(qū)沼澤逐漸消失，況且長期以來該區(qū)灌溉水源多為礦化度較高的地下水，從而形成了比較特殊的干旱區(qū)鹽堿地。

2 研究方法

本項目采用空間尺度代替時間尺度的方法反演50a內鹽堿化退耕地植被自然恢復歷程，在環(huán)境相似區(qū)，分別選擇20世紀50年代、60年代、70年代、80年代、1999年、2004年、2007年共7個不同年代鹽堿化退耕地典型樣地，采用5點10m×10m永久樣方法調查不同年代及年內植被動態(tài)變化，了解自然恢復歷程，以此為參考依據(jù)進行人工干預，加速植物群落演替進程，起到快速進行植被恢復，加強植被防風固沙、達到調節(jié)目前水資源壓力的目的，通過不同恢復模式的評價確定當?shù)刈罴堰m宜植被恢復模式。

3 干旱區(qū)鹽堿退耕地生態(tài)恢復目標

物種多度一般指物體的個體數(shù)目或種群密度，是物種普遍度的度量指標。如表1所示，1999年以后退耕10a內物種主體表現(xiàn)為一年生草本和多年生草本，且多度較低，皆不大于10；20世紀80年代樣地始出現(xiàn)小灌木黑果枸杞（Lycium ruthenicumMurr.），多度高達231.8，僅次于獨行菜（Lepidium apetalum），多年生草本細葉駱駝蓬（Peganum nigellastrum）多度值也高達158；60年代、70年代表現(xiàn)出了同樣的變化規(guī)律，50年代已經與非退耕地的自然植被一致表現(xiàn)為黃毛頭（Slenderbranch kalidium）或黑果枸杞的小灌木群落。物種重要值80年代以后樣地表現(xiàn)為一年生草本、多年生草本與小灌木的競爭階段，且多年生草本重要值之和大于小灌木，但是在80年代以前則小灌木重要性大于多年生草本，表現(xiàn)為小灌木黑果枸杞和黃毛頭為群落優(yōu)勢種。因此，民勤湖區(qū)鹽堿化退耕地的自然演替規(guī)律為：一年生草本植物群落→多年生草本植物群落→灌木或半灌木群落。這種演替過程大概需要20多年，通過50a前退耕地植被和原始植被的對比研究，黑果枸杞（灌木）或黃毛頭（半灌木）群落為鹽堿化退耕地自然演替的頂極群落，它們往往形成單優(yōu)群落，在部分區(qū)段形成共優(yōu)種群落。群落多樣性隨演替時間的延長反而降低，群落向單一化類型演替。

4 干旱區(qū)鹽堿退耕地生態(tài)恢復模式

4.1 模式內容

（1）黑果枸杞封育模式。退耕后以黑果枸杞23 100株/hm2栽植密度栽植苗子或10cm×30cm的密度點播種子，灌水采用漫灌方式。優(yōu)點是黑果枸杞在干旱鹽堿地有良好的適應性，易成活，年生長量可達8cm，更新良好；缺點是黑果枸杞冬季干、脆，易折。因此為更好發(fā)揮生態(tài)效益，造林初期在冬季要加強防護。

（2）黃毛頭封育模式。退耕后以黃毛頭31 500株/hm2的栽植密度栽植苗子或10cm×30cm的密度點播種子，灌水采用漫灌方式。優(yōu)點是造林成功后適應性較強，植被蓋度可達50%以上；缺點是造林初期成活率不高，人工栽植難。適用于鹽堿化極嚴重的干旱鹽堿地。

（3）檉柳造林模式。采用開溝造林方式，開溝寬度2m或4m，造林密度2m×2m或1m×4m，林木成活成林后采用間伐方式保存2 100株/hm2。分為純檉柳造林、林帶內播種多年生草本植物種子和檉柳與小灌木混交林3種，草本植物點播密度10cm×30cm。具體為如下5種模式：純檉柳林、檉柳＋烏拉爾甘草、檉柳＋苜蓿（Medicago sativaLinn）、檉柳＋花花柴（KareliniacaspiaPall.Less.）、檉柳＋黑果枸杞。灌水采用溝灌方式。優(yōu)點是檉柳作為鹽堿化退耕地造林的先鋒樹種，造林成活率在85%～90%以上，按上述密度造林后3a其林分總蓋度可達到35%以上。如果要想實現(xiàn)快速生態(tài)恢復，可采取檉柳＋甘草、檉柳＋苜蓿為主的灌藥、灌草組合生態(tài)恢復技術，不僅可以實現(xiàn)退耕鹽堿地治理，使土壤鹽堿含量下降21.4%～25.1%，而且植被蓋度可提高到35%以上；缺點是在灌水方面要求較高。

（4）沙蒿恢復模式。采用開溝苗木造林方式或散播種子。開溝苗木造林方式開溝寬度2m或4m，造林密度2m×2m或1m×4m，灌水方式為溝灌；散播種子方式不需要開溝，散播密度10cm×30cm，灌水方式為漫灌。優(yōu)點是在鹽堿度較低的干旱區(qū)成活率高，覆蓋度大；缺點是受鹽堿脅迫較大。以散播種子恢復效果較好。

（5）四翅濱藜（Atriplex Canescens）恢復模式。采用開溝苗木造林方式。開溝苗木造林方式開溝寬度2m或4m，造林密度2m×2m或2m×4m，灌水方式為溝灌。優(yōu)點是在鹽堿度較低的干旱區(qū)成活率高，覆蓋度大；缺點是受鹽堿脅迫較大。以栽植苗木效果較好。

（6）烏拉爾甘草（Glyrrhiza uralensis）恢復模式。采用點播種子方式營造多年生草本，點播密度10cm×30cm，灌水方式為漫灌。優(yōu)點是在造林初期灌水的情況下生態(tài)恢復效果較好；缺點是在缺水狀況下覆蓋度迅速下降。這種模式主要適宜于灌木造林初期進行生態(tài)防護。

4.2 恢復模式分析

從維持苗木灌水量、恢復3a內相對蓋度、灌木冠幅、灌木高度、受人畜破壞及自然原因的苗木保存率、表達防風阻沙效果的疏透度共6個指標評價各種模式。

應用SPSS進行主成分分析，在表2中，第一、二主分量的旋轉特征根分別是3.168和1.983，其涵蓋整個變量的信息分別是52.799%和33.049%。由于前兩個主分量綜合了整個信息量的85.848%，根據(jù)數(shù)學理論，可以只取前兩個主分量，實現(xiàn)減少維數(shù)的目的。為了將主分量放在最有利于分析的空間來展開，使得對公因子的命名和解釋更容易，需要對因子模型實行旋轉變換，本文采用方差正交旋轉，實現(xiàn)對因子的解釋，將6個指標進行壓縮得到主成分因子（表3）。通過旋轉和計算，得到新的較為理想的因子載荷陣和因子得分系數(shù)矩陣，每一個單位得分總值由式（1）計算。

式中：Fi——第i個單位得分總值；di——第j個因子貢獻率，作為權重；fij——第i個單位第j個因子得分。

由表3的主成分因子值可以看出，與第一主分量（因子）相關性大的幾個指標分別是相對蓋度、灌水量、疏透度、保存率。因此，將第一主分量理解為生態(tài)成本指標，即第一主分量的因子值從大變小表明生態(tài)成本變小，特征為灌水量小、蓋度小、疏透度大，保存率低；同樣，與第二主分量相關性好的是植被生長指標，因此將第二主分量定義為生態(tài)效益，表現(xiàn)植被的高生長及大冠幅。即當它的因子值由小到大時，表明植被生長良好。

表2 總方差解釋

表3 旋轉主成分矩陣

由表4可以看出，黃毛頭封育模式和黑果枸杞封育模式生態(tài)成本不高，生態(tài)效益接近于自然荒漠植被；“檉柳＋烏拉爾甘草”和“檉柳＋苜蓿模式”生態(tài)成本較高，生態(tài)效益也較好；純檉柳林生態(tài)成本較低，但生態(tài)效益較好，是良好的生態(tài)模式；“檉柳＋花花柴”和“檉柳＋黑果枸杞”模式以較低的生態(tài)成本達到了較高的生態(tài)效益，也是一種良好的生態(tài)恢復模式；沙蒿恢復模式和四翅濱藜恢復模式生態(tài)成本較低，但生態(tài)效益一般；烏拉爾甘草恢復模式生態(tài)成本較高，但生態(tài)效益反而不好，是不可取的生態(tài)恢復模式。

表4 各種恢復模式的因子得分值

5 結論

由于項目實施期短，監(jiān)測時間較短，以短期各生態(tài)恢復模式相關指標為依據(jù)產生的評價存在一定弊端，難以反應其長期效應。黃毛頭封育模式和黑果枸杞封育模式在短期內雖然不是理想的選擇，但是該模式為接近自然植被的恢復模式，因此可考慮在灌水撫育一定年限后去掉灌水措施進行自然封育，因此也可以選擇該種模式；“檉柳＋烏拉爾甘草”和“檉柳＋苜蓿模式”屬純粹人工恢復模式，在加大生態(tài)成本的同時，獲得了良好的生態(tài)效益，但具有加大生態(tài)壓力的缺陷，因此在后期撫育中可考慮間伐措施來降低生態(tài)壓力而作為一種良好的生態(tài)恢復模式；當然“檉柳＋花花柴”和“檉柳＋黑果枸杞”模式以較低的生態(tài)成本達到了較高的生態(tài)效益，是生態(tài)恢復模式最佳選擇。

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The Study on Vegetation Restoration Model of Saline Abandoned Farmland in Arid Sandy Regions

CHAI Cheng－wu，HE Fang－yin，WEI Lin－yuan，YU Qiu－shi，LI Chang－long，ZHONG Sheng－nian
（State Key Laboratory of Desertification and Aeolian Sand Disaster Combating，Gansu Desert Control Research Institute，Country Field Science Observation and Study Station of Gansu－Minqin Desert Meadow Ecosystem，Lanzhou730070，China）

Some natural recovery objectives were set up and 10modes of saline vegetation restoration were put forward based on vegetation survey in different years on abandoned farmland in Minqin lake regions.Six better ecological restoration models were selected by the evaluation of the relevant indicators of the model vegetation which performed in three years.SEFM and LEFM are near－natural vegetation recovery mode，but this model based on some irrigation measures in the initial three years will be near－natural recovery at the later stage.TGPM and TMPM are the purely artificial recovery models which are good for increasing the plant density in the initial planting，thinning plants at the later stage to reduce the ecological pressure.TLPM and TLPM are the best models in terms of low cost and high eco－efficiency.

arid sandy region；saline returned farmland；vegetation restoration model

X171.1

A

1005－3409（2011）06－0208－04

2011－04－11

2011－05－24

國家科技支撐項目“民勤綠洲退耕地沙漠化、鹽堿化防治與生態(tài)建設試驗示范”（2007BAD46B04）

柴成武（1980－），男，甘肅會寧人，碩士，助理研究員，主要從事荒漠化防治與荒漠生態(tài)水文研究。E－mail：chaichengwu＠sina.com