
摘要對(duì)全國(guó)南方型“防沙治沙綜合示范區(qū)”——彭澤縣進(jìn)行示范研究,選擇3種沙化土地的治理模式為研究對(duì)象,從生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益等方面,對(duì)不同生物恢復(fù)模式的綜合治理效果進(jìn)行比較研究,探討江西省彭澤縣沙化土地植被恢復(fù)的機(jī)理,尋找適合區(qū)域內(nèi)沙地治理的優(yōu)化模式,進(jìn)而完善南方沙區(qū)的生態(tài)恢復(fù)體系。
關(guān)鍵詞沙化土地;治理模式;生態(tài)效益;經(jīng)濟(jì)效益;彭澤縣
中圖分類號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611(2015)26-256-03
環(huán)境問(wèn)題直接關(guān)系到人民的生存與生活質(zhì)量, 也影響著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。而土地沙化導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化,可利用土地資源減少,土地質(zhì)量下降,是我國(guó)最為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。盡管防治工作取得較大成效,但治理后的沙區(qū)生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),可能出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。大氣中溫室氣體濃度增加引起的全球氣候變化,對(duì)加速荒漠化和土地沙化的影響亦不可低估,這對(duì)以世界7%的耕地養(yǎng)活占世界22%人口的我國(guó)而言是一個(gè)十分重大的威脅。因此,建立行之有效的治沙模式,提高防沙治沙工程建設(shè)質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)沙區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,是防沙治沙工作的重中之重。
植物是防治土地沙化最有效的措施之一,具有涵養(yǎng)水源、改良土壤、保持水土、調(diào)節(jié)氣候、凈化環(huán)境等生態(tài)功能[1]。大量研究表明,植被恢復(fù)可以顯著改善土壤質(zhì)地,增加土壤的物理穩(wěn)定性、減緩風(fēng)蝕,改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。江西省沙化土地占其國(guó)土總面積的0.45%,主要分布在鄱陽(yáng)湖及“五河”流域,是水土流失最集中、最嚴(yán)重的地區(qū)。受沙化土地特性影響,植被單調(diào),生態(tài)環(huán)境較為脆弱。尤其是鄱陽(yáng)湖周邊沙地(山),素有“江南沙漠”之稱,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力相對(duì)落后,一定程度制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。彭澤縣位于鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi),是現(xiàn)存沙化土地比例最大的一個(gè)地區(qū)。20世紀(jì)九十年代開始,彭澤縣采取了一系列沙地治理措施,形成了一套行之有效的生物治理模式。2006年,該縣被國(guó)家林業(yè)局確定為全國(guó)南方型“防沙治沙綜合示范區(qū)”。筆者以江西省彭澤縣沙化土地為研究對(duì)象,在江西省彭澤縣第4次沙化監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上,從生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益等方面,對(duì)不同生物恢復(fù)模式的綜合治理效果進(jìn)行比較,探索江西彭澤沙化土地治理關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)良模式,以期為江西乃至南方沙化土地治理提供技術(shù)支撐和示范。
1研究區(qū)概況
彭澤縣位于江西省最北部,長(zhǎng)江中下游南岸[2]。彭澤縣沙化土地形成于距今200萬(wàn)年前,主要原因是受長(zhǎng)江的頂托,贛、撫、修、饒、信五大河所帶來(lái)的泥沙在鄱陽(yáng)湖和長(zhǎng)江附近地帶沉積下來(lái),后受地殼變遷和風(fēng)力吹揚(yáng)而形成。全縣沙化土地主要分布在長(zhǎng)江沿岸,海撥為6~205 m,涉及定山鎮(zhèn)、紅光建材廠、芙蓉墩鎮(zhèn)、棉船鎮(zhèn)、馬當(dāng)鎮(zhèn)、龍城鎮(zhèn)(原泉山鎮(zhèn))6個(gè)鎮(zhèn)(廠)。年平均降水量為1 000~1 500 mm,雨量季節(jié)分配極為不均,夏季多暴雨,占年降水量的44.2%,冬季干燥多風(fēng),最大風(fēng)力達(dá)8級(jí)左右,是該縣沙區(qū)主要災(zāi)害性氣候。
經(jīng)江西省第4次沙化土地監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì),彭澤縣現(xiàn)有沙化土地5 110.5 hm2,其中固定沙地2 289.7 hm2,占44.8%,均為人工固定沙地;沙化耕地2 820.8 hm2,占55.2%。與1999年相比,彭澤縣沙化土地減少517.8 hm2。
2研究方法
2.1沙丘植被覆蓋模式在彭澤縣定山鎮(zhèn)分別選擇1990年恢復(fù)的刺槐純林、2002年恢復(fù)的刺槐純林、濕地松純林和裸沙地作為調(diào)查樣地。采用樣方法對(duì)植物物種和土壤理化指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查與測(cè)定。
2.1.1物種多樣性調(diào)查。選擇物種分布均勻的地段分別設(shè)置3個(gè)樣方,樣方面積設(shè)為20 m×20 m。然后,在樣方的4個(gè)角和對(duì)角線交叉點(diǎn)設(shè)置灌木和草本小樣方,灌木樣方面積設(shè)為5 m×5 m,草本樣方的面積設(shè)為2 m×2 m。于2010年10月在選定的樣方中采用每株調(diào)查法調(diào)查研究區(qū)的物種組成及生物多樣性的變化。
2.1.2土壤理化指標(biāo)測(cè)定。在每個(gè)樣方中沿對(duì)角線選擇3個(gè)樣點(diǎn)挖掘土壤剖面,剖面坑要求長(zhǎng)1.5 m,寬1 m,深1 m,進(jìn)行土壤理化指標(biāo)的調(diào)查取樣。
2.1.2.1土壤水分。土壤取樣剖面深度為0~100 cm,分別為20、40、60、80、100 cm,并選擇裸沙地作為對(duì)照,取樣重復(fù)3次。每個(gè)樣地取45個(gè)土樣,4個(gè)樣地和1個(gè)對(duì)照區(qū)共采集195個(gè)土樣,采用烘干法進(jìn)行土壤水分的測(cè)定。
2.1.2.2土壤容重。取樣分層為0~10、10~20、20~40 cm。每個(gè)樣地取27個(gè)土樣,共計(jì)117個(gè)土樣,采用環(huán)刀法分層測(cè)定土壤容重。
2.1.2.3土壤有機(jī)質(zhì)、全N(有效N)、速效P、速效K。取樣分層為0~10、10~20、20~40 cm,分層取土樣500 g左右。每個(gè)樣地取27個(gè)土樣,共計(jì)117個(gè)土樣。土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀法;全N(TN)測(cè)定采用半微量凱氏定N法;有效N(AN)采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;速效P、速效K采用分光光度法測(cè)定。
2.2平原沙地治理模式
2.2.1沙改棉田治理模式。在定山鎮(zhèn)選擇沙改棉田作為調(diào)查對(duì)象,通過(guò)訪談?wù){(diào)查的形式對(duì)沙改棉田種植模式的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。并選擇1個(gè)樣地對(duì)其土壤理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定指標(biāo)與沙丘植被覆蓋模式的相同,選擇裸沙地作對(duì)照。30個(gè)土樣用于土壤水分測(cè)定,18個(gè)土樣用于土壤容重測(cè)定,18個(gè)土樣用于其他理化指標(biāo)測(cè)定。
2.2.2葛藤治理模式。選擇芙蓉墩鎮(zhèn)的葛藤種植基地作為調(diào)查對(duì)象,通過(guò)訪談?wù){(diào)查的形式對(duì)葛藤種植模式的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。并對(duì)其土壤理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定指標(biāo)與沙丘植被覆蓋模式的相同,選擇周圍未被利用的裸沙地作為對(duì)照。30個(gè)土樣用于土壤水分測(cè)定,18個(gè)土樣用于土壤容重測(cè)定,18個(gè)土樣用于其他理化指標(biāo)測(cè)定。
2.3江心洲、漫灘沙地治理模式選擇棉船鎮(zhèn)江心村外灘楊樹種植基地作為調(diào)查對(duì)象,通過(guò)訪談?wù){(diào)查的形式對(duì)楊樹用材林種植模式的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。選擇周圍未被利用的裸沙地作為對(duì)照,對(duì)其土壤理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。30個(gè)土樣用于土壤水分測(cè)定,18個(gè)土樣用于土壤容重測(cè)定,18個(gè)土樣用于其他理化指標(biāo)測(cè)定。
3結(jié)果與分析
3.1沙丘植被覆蓋模式
3.1.1生長(zhǎng)指標(biāo)分析。由表1和2可知,恢復(fù)的時(shí)間及樹種不同對(duì)樹木的株高及胸徑都有較大影響,平均株高和胸徑均表現(xiàn)為樣地1>樣地2>樣地3>樣地4。樣地1恢復(fù)的時(shí)間最長(zhǎng),且實(shí)施封育養(yǎng)護(hù)生長(zhǎng)最好。樣地2雖然與樣地1同時(shí)恢復(fù),且地理位置相近,但靠近路邊沒(méi)有實(shí)施封育,故平均株高顯著小于樣地1;平均胸徑也略小于樣地1,但差異不顯著。與樣地1、樣地2比較,樣地3恢復(fù)的時(shí)間更短,平均株高和平均胸徑均顯著小于樣地1和2。與樣地1、樣地2比較,樣地3的平均株高分別減小17.0%和8.6%,平均胸徑分別減小33.8%和32.3%。樣地4與樣地3比較,恢復(fù)的時(shí)間相同,且恢復(fù)的條件相似,但平均株高有顯著差異,減小幅度達(dá)39.5%;平均胸徑樣地4略小于樣地3,但差異不顯著,可能是過(guò)大的種植密度加大了個(gè)體的競(jìng)爭(zhēng)壓力,導(dǎo)致生長(zhǎng)減慢。可見(jiàn),株高的差異來(lái)自于樹種的差異,而胸徑的大小除樹種外還受立木密度的影響。另外,立木密度和胸徑呈明顯的負(fù)相關(guān),樣地1和樣地2具有較小的立木密度和較大的胸徑,表明隨著時(shí)間的發(fā)展,種群具有自我稀疏、自我調(diào)節(jié)的能力。
3.1.2群落種類組成及生物多樣性分析。
3.1.2.1群落種類組成。從各樣地林下植物種類組成可以看出,3個(gè)刺槐樣地的種類數(shù)量沒(méi)有顯著差異,但在種類組成及優(yōu)勢(shì)種分布上有所區(qū)別。綜合3個(gè)刺槐樣地的種類組成及優(yōu)勢(shì)種分析,恢復(fù)時(shí)間和外界干擾是影響種類組成,尤其是灌木層優(yōu)勢(shì)種分布的主要因素。野薔薇Rosa multiflora是刺槐林下的先鋒灌木種,重要值在0.54以上,占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。但隨著群落演替的進(jìn)行,更多的物種將發(fā)揮重要的作用,野薔薇的重要值也逐漸變小。千金藤Stephania subpeltata是刺槐林下的先鋒草本植物,但隨著群落郁閉度的增加、群落內(nèi)環(huán)境的改善,喜歡蔭蔽環(huán)境的植物種類麥冬Ophiopogon japonicus將成為最重要的草本植物種。雖然樣地4中有更多的植物種類分布,但沒(méi)有明顯的灌木優(yōu)勢(shì)種,調(diào)查中只有個(gè)別樣地出現(xiàn)了灌木種。調(diào)查中還發(fā)現(xiàn),草本植物大多分布在林隙比較大的地方,而在郁閉良好的濕地松林下極少有草本植物存在。
3.1.2.2生物多樣性。在刺槐純林中生物多樣性隨林齡的增加而增加。且灌木層各項(xiàng)指數(shù)的變化比草本層的變化明顯,表明林齡對(duì)灌木層多樣性的影響大于對(duì)草本層植物的影響,灌木層多樣性的水平更具波動(dòng)性。在刺槐人工林下,干擾是影響植物多樣性變化的重要指標(biāo)。除草本層的Margalef豐富度指數(shù)外,封育養(yǎng)護(hù)樣地的各生物多樣性指標(biāo)均明顯大于有人為干擾的樣地。灌木層各指數(shù)的變化比草本層的變化明顯。樹種是影響群落演替的重要因素。刺槐純林有利于灌木層生物多樣性的增加,同時(shí)由于濕地松郁閉度較小,濕地松林隙有更大的草本植物多樣性。
3.1.3土壤理化指標(biāo)分析。
3.1.3.1土壤物理指標(biāo)。研究區(qū)植物恢復(fù)的種類對(duì)土壤含水量有較大的影響。總體而言,土壤含水量表現(xiàn)為刺槐純林>濕地松純林>裸沙地,且各類型樣地間差異顯著,刺槐純林比濕地松純林具有更好的土壤保水性能。對(duì)不同深度土層含水量分析表明,各土層土壤含水量差異不顯著,也沒(méi)有明顯的規(guī)律性,可能與雨后采樣有關(guān)。各樣地與裸沙地對(duì)照樣地的土壤容重比較均沒(méi)有顯著變化。
3.1.3.2土壤養(yǎng)分。不同樣地的有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀均表現(xiàn)為有封育措施的刺槐純林>無(wú)封育措施的刺槐純林和濕地松純林>裸沙地,表明植被恢復(fù)可以促進(jìn)這4種營(yíng)養(yǎng)成分的積累,封育措施是影響這4個(gè)指標(biāo)變化的主要因素。刺槐相比于濕地松具有更好的土壤改良作用。但在這4個(gè)指標(biāo)中,除土壤堿解氮含量總體水平為中等偏下外,其他指標(biāo)均極度缺乏。研究區(qū)土壤速效磷含量總體水平極低,除樣地1外,其他各樣地的速效磷含量均低于對(duì)照樣地。表明在一定恢復(fù)時(shí)間內(nèi),速效磷的含量沒(méi)有增加,反而由于在植物生長(zhǎng)的過(guò)程中,有效磷被固定于植物體內(nèi)而有所下降;一段時(shí)間后,由于生物量及枯落物的增加,磷元素又回到了土壤中,可能導(dǎo)致速效磷含量有所增加。同時(shí)也表明速效磷是限制植物生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)元素。所有營(yíng)養(yǎng)元素在不同土層的變化規(guī)律均表現(xiàn)為表層(0~10 cm)>亞表層(10~20 cm)>下層(20~40 cm)。
3.2平原沙地生物治理模式對(duì)棉田和葛藤兩個(gè)樣地的土壤容重和土壤田間持水量進(jìn)行相關(guān)性分析,兩者呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)(P<0.05),即田間持水量均隨土壤容重的增加而減少。除速效鉀外,有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和速效磷的平均含量均是棉田的最大。對(duì)于有機(jī)質(zhì)和速效磷含量,葛藤與對(duì)照樣地間沒(méi)有顯著差異。相對(duì)于葛藤而言,棉田具有更好的土壤改良能力,這也與葛藤葉子被采收,沒(méi)有參與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)有關(guān)。綜合分析各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)成分的含量,除速效磷含量處于中等偏上的Ⅲ級(jí)及以上等級(jí)外,有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量都處于較低的水平,而在葛藤樣地中除有機(jī)質(zhì)和速效鉀外,堿解氮含量也呈現(xiàn)極低的水平。葛藤樣地土壤養(yǎng)分分層現(xiàn)象不明顯,棉田樣地在3個(gè)層次間均有顯著差異。
3.3江心洲、漫灘沙地治理模式楊樹樣地的平均土壤含水量高于對(duì)照樣地,楊樹的種植有利于土壤含水量的增加。土壤含水量隨著土層的加深而增加,說(shuō)明楊樹的根系具有較強(qiáng)的保水性能。在3種大量營(yíng)養(yǎng)元素N、P、K中,除速效磷與對(duì)照樣地沒(méi)有明顯變化外,楊樹樣地中的其他指標(biāo)均有明顯提高,在江心洲楊樹生長(zhǎng)中磷元素是主要的限制因子。除速效磷外,各養(yǎng)分指標(biāo)均隨土層的增加而顯著下降,10 cm以下土層中養(yǎng)分含量差異不顯著。
3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析[3]
3.4.1棉花種植模式。由于具有耐干旱、適宜在沙土中生長(zhǎng),生長(zhǎng)季節(jié)相比于其他作物容易管理的特點(diǎn),棉花已成為彭澤縣沙化耕地最主要的經(jīng)濟(jì)作物。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì),沙改棉田的種植面積占彭澤縣沙化耕地總面積的90%。按2010年彭澤縣棉田產(chǎn)量5 250 kg/hm2、平均市場(chǎng)收購(gòu)價(jià)格9.0元/kg計(jì)算,沙改棉田創(chuàng)造的總經(jīng)濟(jì)價(jià)值為11 994萬(wàn)元,占農(nóng)業(yè)總收入的37%。
3.4.2葛藤種植模式。葛藤種植模式是2000年發(fā)展起來(lái)的一種生態(tài)經(jīng)濟(jì)型治理模式,現(xiàn)建有面積為53 hm2的種植基地,葛根兩年一收。為提高經(jīng)濟(jì)效益,配套葛粉加工廠,葛根可以直接用作葛粉加工的原材料,葛葉可用作飼料出售。據(jù)調(diào)查,葛根每?jī)赡戤a(chǎn)量平均為2 500 kg/hm2,葛根的出粉率為14%,葛粉市場(chǎng)價(jià)格按10元/kg計(jì)算,葛粉每年創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值約為10萬(wàn)元。
3.4.3楊樹種植模式。我國(guó)從1998年開始實(shí)施重點(diǎn)地區(qū)天然林保護(hù)工程,67%的重點(diǎn)地區(qū)林業(yè)用地被劃為生態(tài)保護(hù)區(qū),禁伐區(qū)的森林采伐完全停止,緩沖區(qū)的木材產(chǎn)量也大幅度減少,全國(guó)商品材總供給量萎縮了1/3。據(jù)預(yù)測(cè), 2015年木材需求量為3.0億m3,每年缺口木材及木制品約1億m3,木材總量供給不足的現(xiàn)象將長(zhǎng)期存在。由于各國(guó)都強(qiáng)調(diào)生態(tài)保護(hù),大力發(fā)展速生豐產(chǎn)人工用林材是解決我國(guó)木材供需矛盾的唯一途徑。楊樹是世界上分布最廣、適應(yīng)性最強(qiáng)的樹種,具備早期速生、無(wú)性繁殖容易兩大特點(diǎn),已成為我國(guó)使用最廣泛的人工林木材。近年來(lái),彭澤縣在江濱漫灘沙地種植楊樹1 133 hm2,按10年生林木蓄積量為100 m3/hm2,以600元/m3的木材價(jià)格計(jì)算,每年創(chuàng)造的產(chǎn)值為0.6萬(wàn)元/hm2。
從調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的角度看,充分利用沙區(qū)的自然條件和較穩(wěn)定的市場(chǎng)需求,實(shí)行農(nóng)、林結(jié)合,合理布局,適度發(fā)展工業(yè)原料商品林及其木材加工業(yè),由于投入產(chǎn)出的效益較高,周期較短,較易形成原料生產(chǎn)-加工-市場(chǎng)流通體系,已成為推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新動(dòng)力,成為農(nóng)民拓寬增收渠道、提高收入水平的現(xiàn)實(shí)途徑,同時(shí)也為農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力就業(yè)提供了更多的機(jī)會(huì)。
4彭澤縣沙化治理示范模式
經(jīng)過(guò)堅(jiān)持不懈的努力,江西省彭澤縣已經(jīng)摸索并形成了一套行之有效的生物治理方法用于防沙治沙,較好的模式有以下3種。
4.1植被覆蓋型模式在固定沙丘分布較為集中,75%的表層無(wú)植被覆蓋,含沙量高而且干燥的區(qū)域,以營(yíng)造防護(hù)林為主,沙山造林重點(diǎn)選擇濕地松、刺槐等喬木樹種[4],達(dá)到一定覆蓋度后實(shí)施封沙育林。如彭澤縣的定山鎮(zhèn),通過(guò)植被覆蓋的模式,生態(tài)效益已開始顯現(xiàn),沙區(qū)環(huán)境得到顯著改善。
4.2封沙育林型模式對(duì)重點(diǎn)治理區(qū)的沙丘(地)現(xiàn)有植被(林、草)實(shí)行全面封沙育林,林間空地每年進(jìn)行補(bǔ)植,封沙育林效果十分明顯。以該研究調(diào)查的刺槐、濕地松封育區(qū)為例,森林郁閉度在0.5以上,刺槐純林地表覆蓋達(dá)90%,腐殖質(zhì)層厚度平均為5 cm;濕地松純林林下地表覆蓋為70%,腐殖質(zhì)層厚度平均3 cm。各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果表明,兩種恢復(fù)類型對(duì)植物種的多樣性和土壤的理化性質(zhì)起到明顯的改善作用。
4.3生態(tài)經(jīng)濟(jì)型模式鼓勵(lì)農(nóng)民在平原沙地種植棉花、油菜等農(nóng)作物,在沙區(qū)發(fā)展農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè),調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),增加農(nóng)民收入的同時(shí),起到防風(fēng)固沙作用。在沿江沙灘地,鼓勵(lì)大戶承包營(yíng)造短期工業(yè)原料林,種植楊樹等樹種,建立沙區(qū)速生豐產(chǎn)林產(chǎn)業(yè)基地。對(duì)調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),培育工業(yè)原料林資源,促進(jìn)農(nóng)民增收起到了重要作用。鼓勵(lì)農(nóng)民栽種楊樹、果樹、葛,配以家禽養(yǎng)殖、藥材種植等,形成林、果、藥、禽相結(jié)合的生態(tài)治理模式,同時(shí)在沙區(qū)村莊房前屋后結(jié)合新農(nóng)村建設(shè)栽植樟樹、廣玉蘭、含笑、黃楊、杜鵑、草坪等綠化植物,建立防沙治沙示范村莊建設(shè)點(diǎn),并在沙區(qū)主干道兩旁栽植樟樹、杜英、含笑等綠化大苗,改善沙區(qū)生態(tài)狀況和生活條件,帶動(dòng)沙區(qū)群眾積極美化沙區(qū)環(huán)境。
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