生態毯對川西北流動沙地生態恢復的影響

張 利， 羅 麟， 朱欣偉， 唐小強， 康 英， 任君芳， 何建社， 劉千里*

(1. 阿壩州林業科學技術研究所， 四川 汶川 623000； 2. 若爾蓋縣環境保護和林業局， 四川 若爾蓋 624500)

生態毯也叫生態植被毯，生態墊[1]等。生態毯最早在德國開始使用，目前在歐美得到廣泛應用，具有施工快、保水固土、防塵、生態可降解等特點。國內生態毯研究與應用起步于20世紀80年代末，主要集中于生態毯對土壤侵蝕的防護作用，而對其有效控制擊濺侵蝕、促進植被恢復和改良土壤方面的研究則相對有限[2]。

川西北高寒草地地處青藏高原東部邊緣半濕潤地區，屬我國長江、黃河兩大水系的源頭，是長江、黃河流域重要的生態安全屏障[3]。近年來由于自然和人為因素，川西北高寒草地退化及沙化日趨嚴重，截止到2010年，該地區沙化面積占四川全省沙化土地面積的89.9%[4]，直接影響長江流域和西部地區生態安全，制約了該區域經濟可持續發展，草地沙化治理仍迫在眉睫。目前對高寒沙化草地治理的研究多集中在沙化機理、治理模式、植被特征、土壤特征等方面[5-6]。因此本研究選取川西北流動沙地為研究對象，采用生態毯覆蓋、種植紅柳等植被恢復措施，探討生態毯覆蓋后對沙化草地植被恢復和土壤改良效果。以期為川西北沙地植被恢復模式篩選提供參考。

1 研究區概況

研究區位于四川省阿壩州若爾蓋縣(32°20′～34°05′ N，102°00′～103°30′ E)，屬于大陸性高原寒溫帶季風氣候，長冬無夏、霜凍期長、干雨季分明。年平均氣溫0.7～1.1℃，1月氣溫-10.5～-7.9℃，7月氣溫10.9～11.4℃，年平均降水量為650～750 mm，濕潤系數1.26～1.93[7]。研究地點位于若爾蓋縣阿西鄉阿西村，距離縣城約14公里，該地土壤以流沙為主，砂礫含量在95%以上，有機質含量低于2 g·kg-1，且僅有少量的莎草科、薔薇科等植物生長，蓋度低于10%。

2 研究方法

2.1 試驗設計與樣品采集

2014年4-5月在流動沙地上施撒牛羊糞(15 000 kg·hm-2)和混合草種(120 kg·hm-2)，混合草種為一年生燕麥和多年生老芒麥，混合比例為3∶7。然后實施鋪設生態毯(稻草)、栽植柳樹、鋪遮陽網3種治理措施，在附近設置對照，試驗地均設置網圍欄。生態毯及遮陽網的規格均為1 m×1 m。 2年后，每種治理措施分別設置3塊樣地進行調查，大小為10 m×10 m，每個樣地內選取3個大小為1 m×1 m的樣方，記錄樣方內的物種數和植被蓋度，在樣方沿對角線方向選3個點，進行土壤理化性質的測定，每個樣點按0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm 3個土層采集樣品，一次性取到60 cm的深度，每層數據為3個點的平均值，并用環刀在對角線上3個點進行土樣采集，每個點采集2個，分別用于測定土壤容重、土壤含水率。

2.2 測定方法

2.2.1土壤理化性質的測定 土壤容重和土壤含水率采用環刀法，土壤理化性質分析采用常規方法測定[8]，測定內容包括：有機質、全氮、全磷、全鉀和pH值。

2.2.2物種多樣性的測定 物種多樣性主要采用群落物種豐富度、Shannon-Wiener信息指數、Simpson多樣性指數和均勻度指數(Pielou指數)等，物種的優勢度由其重要值表示，計算方法[9]如下：

(1)重要值(IV)=(相對多度+相對蓋度+相對頻度)/3

相對多度(RA)=(A/∑A)×100%

相對蓋度(RD)=(D/∑D)×100%

相對頻度(RF)=(F/∑F)×100%

上式中：A-某物種的多度，F-某物種的頻度，D-表示某物種的蓋度。

(2)群落的物種豐富度

Margalef 指數： R=(S-1)/lnN

(3)物種多樣性

(4)物種均勻度

上式中，Ni為第i種的個體數，N為所有種的個體總數，Pi為物種i的個體數Ni占所有個體總數N的比例，即Pi=Ni/N，i=1,2,3……S，S為物種總數。

2.3 數據分析

采用Excel 2007軟件進行數據處理與制圖，采用SPSS 17.0軟件對不同治理措施進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，Levene方差齊性檢驗后，符合方差齊性的用LSD 法進行多重比較，方差非齊性的用Tamhane′s T2法進行多重比較。

3 結果與分析

3.1 生態毯的保水效益

如表1所示，3種治理措施下，流動沙地60 cm深度土壤的平均含水率均顯著高于對照組。較對照處理，鋪設生態毯的土壤平均含水率提高了39.77%，栽植植物樣地的土壤平均含水率提高了21.61%，鋪遮陽網的土壤提高了18.16%。

表1 不同治理措施下土壤含水率的變化Table 1 The change of mean soil moisture contents with different vegetation restoration measures

注：不同字母表示不同治理措施間差異顯著(P<0.05)

Note: Different letters indicate significant difference between control methods at the 0.05 level

3.2 生態毯對土壤的改良效果

由表2可知，土壤平均砂礫含量和平均容重均表現為鋪設生態毯<栽植植物<鋪設遮陽網<對照。鋪遮陽網、栽植植物、鋪設生態毯3種治理措施樣地土壤平均有機質含量較對照組分別增加了4.66%，12.95%和27.98%，鋪設生態毯樣地土壤有機質含量顯著高于其余2種治理措施。鋪設生態毯樣地土壤的全N、全P 、全K含量與對照樣地相比，分別提高了50%，22.22%和2.76%，與其余2種治理措施相比，全N、全P 含量差異均達到顯著性差異(P<0.05)。

表2 不同治理措施土壤理化性質Table 2 The soil properties under different vegetation restoration measures

3.3 生態毯對植被恢復的影響

3種治理措施實施后，植被蓋度大小表現為鋪設生態毯>栽植植物>鋪遮陽網>CK(圖1)。鋪設生態毯樣地物種豐富度指數、物種多樣性指數較高，且均勻度指數最大(表3)。結果表明采取的3種治理措施均能促進流動沙地植被恢復，但鋪設生態毯的促進效果最好。

圖1 不同治理措施植被蓋度的變化Fig.1 Change of vegetation covers under different vegetation restoration measures

表3 不同治理措施物種多樣性指數的變化Table 3 The change of diversity indexes under different vegetation restoration measures

治理措施Control measures豐富度指數Richness indexSimpson指數Simpson indexShannon-Wiener 指數Shannon-Wiener indexPielou均勻度指數Pielou index鋪生態毯With mat2.414±0.056a0.822±0.013a2.081±0.020a0.856±0.007a栽植植物Planting plants1.902±0.005b0.713±0.005b1.766±0.013b0.733±0.006b鋪遮陽網With shade net1.021±0.019c0.621±0.010c1.041±0.005c0.702±0.013b對照(CK)0.649±0.040d0.592±0.008d1.032±0.004d0.669±0.007b

4 討論與結論

有研究表明，植物纖維毯可以有效控制水土流失，平均土壤含水率可增加9.6%～25.4%[10]。本研究結果表明，覆蓋生態毯樣地土壤含水率增加幅度為39.77%，增幅最大。與其他研究結果相似[10]。但低于楊越等[11]對河北流動沙地土壤溫濕度和養分的研究結果，這可能是由于研究區環境條件和植被類型存在差異。本研究只通過土壤含水率的變化來探索覆蓋生態毯的保水效益，在今后研究其水土保持效益時還應增加徑流量、產沙量等指標，綜合分析覆蓋生態毯的保水效益。

有研究發現，覆蓋植物纖維毯后，土壤的理化性質也趨于有利成土作用的方向發展[11-12]。本研究表明，覆蓋生態毯后，土壤結構得到有效改善，這與張科利等[12]對人工防蝕生草膜改良土壤作用的研究結果一致。但楊越等[11]對河北流動沙地土壤溫濕度和養分的影響研究結果表明，鋪設生態墊后土壤有機質、全N等化學指標的含量變化不明顯，這可能與生態墊的材料和區域的環境因素有關。

本研究發現，鋪設生態毯樣地與栽植植物樣地植被恢復效果明顯，且鋪設生態毯樣地物種多樣性顯著高于對照和其余2種治理措施，群落逐漸趨于穩定。這主要是由于生態毯可通過接觸保護表土穩定性，阻擋雨滴，減緩徑流，避免種子受到風、雨滴打擊和徑流沖刷而被帶走，使植被得到順利恢復。