石羊河下游干旱荒漠區(qū)退化植被修復(fù)重建方式的研究

李進(jìn)軍，高承兵

（甘肅民勤連古城國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，甘肅 民勤 733300）

石羊河下游干旱荒漠區(qū)退化植被修復(fù)重建方式的研究

李進(jìn)軍，高承兵

（甘肅民勤連古城國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，甘肅 民勤 733300）

石羊河下游是西北荒漠區(qū)生態(tài)惡化最明顯、植被退化最嚴(yán)重、水資源供需矛盾最突出、治理過程最艱難的地區(qū)，同時也是當(dāng)下國內(nèi)社會關(guān)注度最高的地區(qū)之一。分析了導(dǎo)致石羊河下游生態(tài)惡化的自然因素和人為因素，得出全球性氣候變化和人為活動頻度過高是該地區(qū)荒漠植被退化的主要原因；通過不同角度的深入思考和探究，在多年從事荒漠化治理與荒漠植被恢復(fù)重建實踐研究和數(shù)據(jù)剖析的基礎(chǔ)上，提出了石羊河下游生態(tài)綜合治理措施和植被修復(fù)重建方式。

石羊河下游；干旱荒漠區(qū)；荒漠植被；修復(fù)重建

石羊河下游是西北荒漠區(qū)生態(tài)惡化最明顯、植被退化最嚴(yán)重、水資源供需矛盾最突出、治理過程最艱難的地區(qū)，同時也是當(dāng)下國內(nèi)社會關(guān)注度最高和中國強度最大的沙塵暴多發(fā)區(qū)之一。尤其是近40年來，因人類的強烈干擾，流域內(nèi)水資源的分配失調(diào)，以及過度開采地下水，石羊河流域下游民勤盆地的自然植被嚴(yán)重退化，成為我國干旱區(qū)內(nèi)陸河下游在人類的強烈干擾下自然植被退化的范例。近年來，有關(guān)民勤荒漠化及植被退化的研究文獻(xiàn)很多[1-12]，主要集中在引起荒漠植被退化的成因分析上，但是修復(fù)重建這方面的研究幾乎沒有。為此，本研究探討退化荒漠植被修復(fù)重建的方式，對于指導(dǎo)該地區(qū)退化植被的修復(fù)重建及民勤綠洲的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

石羊河流域下游地區(qū)地處甘肅省河西走廊東部北側(cè)，位于東經(jīng) 103°2′～ 104°2′，北緯 38°5′～39°6′之間，從地質(zhì)構(gòu)造分界，主要包括紅崖山～黑山以北的昌寧盆地和民勤盆地，屬阿拉善臺塊的邊緣凹陷區(qū)。西部和北部與荒漠地帶相接，西北部為巴丹吉林沙漠，東南為騰格里沙漠，主要地貌類型為剝蝕低山、沙漠、戈壁和湖盆鹽堿地。石羊河下游地區(qū)處于中國東亞夏季風(fēng)的西部邊緣地帶，平均海拔1 000～1 500 m，屬溫帶干旱荒漠氣候；干旱缺水，蒸發(fā)強烈，風(fēng)大沙多，年9級以上大風(fēng)日數(shù)為27.8 d，年沙塵暴日數(shù)為37 d；多年平均氣溫7.6 ℃，年平均降水量113.2 mm，年蒸發(fā)量2 604.3 mm。石羊河下游內(nèi)無地表徑流產(chǎn)生，唯一的地表水資源來自石羊河。地帶性土壤為灰棕漠土，在河流沿岸和湖盆分布有草甸土和鹽堿土，在戈壁沙漠分布著風(fēng)沙土。該地區(qū)植物區(qū)系屬泛北極植物區(qū)，亞洲荒漠植物亞區(qū)，介于草原區(qū)向干旱荒漠區(qū)過度的邊緣，有天然種子植物23科73屬123個種，其中豆科（12屬）和黎科（12屬）最多，其次是菊科（11屬）、禾本科（10屬）[13]。

2 荒漠植被退化成因

2.1 嚴(yán)酷的自然條件是流域荒漠化的本因

石羊河流域?qū)儆诘湫偷臏貛Т箨懶愿珊禋夂颍邓∩?，蒸發(fā)量大，下游地區(qū)更為突出，多年平均降水量為80～110 mm，而年蒸發(fā)量高達(dá)2 644 mm，是降水的24倍。近年來，由于全球性氣候變暖，加之嚴(yán)酷的自然條件，石羊河下游荒漠化程度進(jìn)一步加劇，自然災(zāi)害頻繁發(fā)生。目前下游地區(qū)的民勤縣已有0.9×104hm2沙棗林衰敗枯死；2.3×104hm2白刺、紅柳等天然植被失去防護(hù)效能；0.67×104hm2耕地、3.87×104hm2林地沙化，26.3×104hm2草場退化；流沙以年均8～10 m的速度前移，荒漠化面積已占土地總面積的94.5%，成為全國沙塵暴高發(fā)地之一。

2.2 流域人口劇增導(dǎo)致大面積土地開墾

據(jù)史料記載，西漢時期，漢武帝設(shè)武威郡，在石羊河流域開始了最早的屯墾；到了清道光時期，農(nóng)牧交錯帶基本變?yōu)檗r(nóng)墾區(qū)。民國時期，土地面積進(jìn)一步擴大，流域下游沙漠化蔓延，出現(xiàn)土地撂荒現(xiàn)象。據(jù)《漢書·地理志》記載，西漢時期民勤有76 419人；1949年，民勤人口19.97萬人，目前已劇增到30.9萬。流域人口的劇增，導(dǎo)致石羊河下游在建國以來出現(xiàn)了兩次墾荒熱，一次在建國初期，當(dāng)時在“以糧為綱”的方針指引下，興修水利，為大規(guī)模、大面積土地開墾創(chuàng)造了條件；另一次是在上世紀(jì)80年代后期到90年代中葉，受“黑瓜籽熱”的影響，在綠洲邊緣、沙漠和草場內(nèi)部打井開荒。

2.3 天然草場的無序管理造成嚴(yán)重的超載放牧

目前石羊河流域天然草場資源面積為260.8×104hm2，其中下游草地面積131.8×104hm2，退化草地面積達(dá)68.9%；流域理論載畜量為127.2×104只羊單位，實際放牧總量為189×104只羊單位，平均超載率達(dá)48%。

2.4 超采地下水致使地下水位急劇下降

上世紀(jì)70年代以來，由于受人口增加等諸多因素的影響，石羊河流域下游地下水開采逐步形成規(guī)模。武威盆地地下水年允許開采量3.35×108m3，1999年的開采量為 5.92×108m3，超采約2.57×108m3；民勤地下水允許開采量約為1.52×108m3，2000年地下水開采總量達(dá)6.23×108m3，超采約5×108m3。地下水的大規(guī)模超采加劇了石羊河下游地區(qū)的生態(tài)惡化。

2.5 主干防護(hù)林的喪失降低了綠洲防護(hù)體系效能

上世紀(jì)80年代末到90年代初，由于天牛危害等諸多因素，僅僅在2～4年之間，下游民勤75%以上的農(nóng)田林網(wǎng)中的喬木防護(hù)林便被砍伐殆盡；自此以后，民勤綠洲以楊樹、沙棗樹為主的喬木林便只有零星分布；以喬木為主的防護(hù)林的喪失，致使防護(hù)林體系對風(fēng)災(zāi)、霜凍、沙塵暴等自然災(zāi)害的防御能力大大降低，加劇了石羊河下游荒漠化蔓延的進(jìn)程。

3 退化荒漠植被的類型和特點

常兆豐等[14]研究認(rèn)為，民勤自西漢以來生態(tài)環(huán)境逐漸退化，植被退化經(jīng)歷了3個階段：在大面積湖泊、河流背景上是沼澤植被，在干涸湖泊、河床背景上是鹽生草甸植被，在沙質(zhì)荒漠背景上是荒漠植被。現(xiàn)階段存在著荒漠植被退化演替和鹽生草甸植被向荒漠植被演替2種退化過程。目前的植被正處在進(jìn)一步退化過程中，退化植被的特點主要表現(xiàn)在：一是枯梢、生長不良、停止開花、結(jié)實；二是植物密度自然稀疏；三是枝條也在稀疏化，植物投影蓋度占冠幅蓋度比例普遍較小[15]。

梭梭Haloxylon ammodendron Bge.是20世紀(jì)60年代從新疆引入民勤的優(yōu)良固沙造林樹種，在民勤結(jié)合粘土沙障技術(shù)推廣應(yīng)用，成為固沙林的主要樹種。截止2010年底，人工梭梭林保存面積已達(dá)到8.1×104hm2，占到人工林總面積13.9×104hm2的58.3%。但是從20世紀(jì)70年代開始，在石羊河下游地區(qū)除了水庫及環(huán)河周圍外，人工梭梭林均出現(xiàn)不同程度的退化現(xiàn)象[13]。退化梭梭的主要特點：一是光合強度減弱；二是群落蓋度和優(yōu)勢度下降；三是林地土壤含水率降低；四是土壤結(jié)皮破壞，風(fēng)蝕作用增強；五是組成梭梭林群落的物種減少，群落穩(wěn)定性降低。

4 退化荒漠植被的修復(fù)重建方式

4.1 修復(fù)重建的理論依據(jù)及方式

對生態(tài)系統(tǒng)而言，森林資源的不斷發(fā)展變化是本質(zhì)的，穩(wěn)定是相對的、表面的，它具有可再生能力，并具有自身演替的動態(tài)規(guī)律。賀訪印等研究認(rèn)為圍欄封育能夠提高鹽漬化草地群落的多樣性,影響群落的多度和優(yōu)勢種的重要值變化，且密度、蓋度及生物量有較大提高，還可以改善土壤的結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)成分。另外，通過一定時期對荒漠植被區(qū)的全封閉式管理，在封閉區(qū)土壤表面可以產(chǎn)生生物結(jié)皮，形成一種相對穩(wěn)定的生態(tài)小環(huán)境。李守中[12]研究得出，生物結(jié)皮的形成和發(fā)育可以改變土壤表層的覆蓋狀況，起到穩(wěn)定地表免受風(fēng)蝕和水蝕的作用。

同時，羅俊寶等[16]認(rèn)為，對天然植被進(jìn)行封育大大縮小了造林地面積，這樣做可迅速提高各種類植物對地表的覆蓋面積，用少量的投資和較短的時間便能達(dá)到比較好的防護(hù)效果而且還節(jié)省了大量的苗木費、造林費、整地費及撫育管理費。

因此，根據(jù)生物多樣性原理、恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論及其他學(xué)者對退化荒漠植被恢復(fù)重建的研究，在石羊河下游地區(qū)退化荒漠植被修復(fù)重建的最佳戰(zhàn)略途徑就是對其進(jìn)行封育，通過封沙育林草、禁牧、人工造林、人工模擬飛播、病蟲害的預(yù)測及綜合防治、退耕還林（草）等綜合措施，在石羊河下游恢復(fù)重建趨于穩(wěn)定及良性循環(huán)的荒漠植被生態(tài)系統(tǒng)。石羊河下游荒漠植被退化階段及修復(fù)重建方式模式見圖1。

圖1 石羊河下游荒漠植被退化及其修復(fù)重建方式模式Fig.1 The reparation and reconstruction modes for vegetation degradation and desertification area in lower reaches of Shiyang River

4.2 修復(fù)重建方式

4.2.1 封沙育林(草)

封沙育林(草)工程設(shè)計為灌草型、全封式機械圍欄封育，封育年限為5～7 a。

機械圍欄設(shè)計為鋼刺絲圍欄；立樁設(shè)計為水泥樁，規(guī)格為12 cm×12 cm×220 cm，內(nèi)置直徑4 mm冷拔鋼筋4根；樁間距為8 m，埋深50 cm；拐彎處設(shè)置頂樁、拉線，每隔500 m設(shè)置兩根蹬樁；水泥樁地上部分（170 cm）外側(cè)及左右兩側(cè)刷紅白相間的油漆，間距為20 cm；刺絲設(shè)置為雙股鋼刺絲，共架設(shè)四根橫線，橫線間距35 cm，底邊橫線距地面25 cm。

同時在封育區(qū)周邊設(shè)置固定警示標(biāo)志，在植被蓋度較低地段進(jìn)行人工補植及撫育，及時預(yù)測預(yù)報森林病蟲害發(fā)生情況并適時除治，人工促進(jìn)植被的自我修復(fù)及重建進(jìn)程。

4.2.2 人工造林

(1)整地方式設(shè)計

經(jīng)多年實踐及研究，在假礫石戈壁灘、丘間低地及平緩沙壤土質(zhì)區(qū)的整地方式選擇為造林前一年秋季開溝或穴狀整地，經(jīng)冬春季的大風(fēng)積沙形成理想的沙層厚度和墑情，對提高造林成活率和保存率具有決定性作用。

在流動沙丘，必須先行在沙丘迎風(fēng)面設(shè)置沙障才可以在其上造林。沙障設(shè)置材料可選擇農(nóng)作物秸稈、粘土、礫石和編織袋、塑料尼龍網(wǎng)等。高承兵等對各類沙障材料的效益對比研究[17]，認(rèn)為麥草方格沙障的功能系數(shù)最大，防風(fēng)固沙效果最好，由于其易于操作，且功能系數(shù)較大，在目前的荒漠區(qū)流沙治理中得到大面積推廣。故在此重點研究以麥草為材料的沙障設(shè)置技術(shù)。

沙障走向設(shè)計。沙障的設(shè)置要與主風(fēng)方向垂直，通常平緩流動沙丘采用低立式網(wǎng)格狀沙障固沙；高大流動沙丘迎風(fēng)坡坡底至2/3處采用低立式網(wǎng)格狀沙障固沙，迎風(fēng)坡2/3處至頂部及落沙坡不設(shè)置沙障或設(shè)置高立式沙障。沙障與軸線的夾角在90°到100°之間，使沙丘中部的風(fēng)稍向兩側(cè)順出去。沙障設(shè)置方向見圖2。

圖2 沙障的設(shè)置方向Fig. 2 Setting the direction of sand-barrier

沙障設(shè)置技術(shù)。材料選擇無霉?fàn)€的小麥秸稈，長度大于30 cm；設(shè)置模式設(shè)計為低立式沙障；設(shè)置方向為橫向沙障與主風(fēng)方向垂直或按沙丘上的波紋線設(shè)置，豎向沙障與主風(fēng)方向一致；沙障設(shè)計為網(wǎng)格狀，橫、豎向沙障間距為1.5 m×1.5 m。

沙障設(shè)置時，平緩流動沙丘采用低立式網(wǎng)格狀沙障固沙；高大流動沙丘迎風(fēng)坡坡底至2/3處采用低立式網(wǎng)格狀沙障固沙，迎風(fēng)坡2/3處至頂部及落沙坡不設(shè)置沙障或設(shè)置高立式沙障。在沙丘上按設(shè)置方向、間距或網(wǎng)格劃好設(shè)置線。先設(shè)置與主風(fēng)方向垂直的橫向沙障，后設(shè)置與主風(fēng)方向一致的豎向沙障，沙障之間緊密銜接。沙障設(shè)置時，按間距要求，先開寬25 cm，深20 cm的小溝，將麥草橫向均勻無間斷地攤鋪在溝上，用沙壓住麥草中間，再將兩邊翹起的麥草用沙淤起與沙面垂直。

(2)造林樹種選擇

原則上不選擇喬木樹種。所以在假礫石戈壁灘、丘間低地及平緩沙壤土質(zhì)區(qū)選擇梭梭、檉柳、花棒、毛條等抗風(fēng)沙、耐干旱、耐鹽堿的鄉(xiāng)土灌木樹種；流動沙丘及沙地區(qū)以梭梭為最佳選擇。造林苗木的規(guī)格一般選用一年生I、II優(yōu)質(zhì)苗木；要求高度50 cm以上，根系長15 cm以上，無機械損傷。

(3)造林技術(shù)設(shè)計

造林時間：3月～4月。

造林方式：人工植苗造林，栽植穴規(guī)格為長、寬、深各40 cm。

整地方式:沙丘造林采用穴狀整地，丘間低地造林采用開溝與穴狀相結(jié)合的方式整地。

造林密度：沙丘造林株行距為3 m×3 m，密度1 110 穴／hm2，叢植，每穴3株；丘間低地造林株行距為2 m×4 m，密度1 245 穴／hm2，叢植，每穴3株。

灌溉方式：采用水車?yán)猎炝值?，后人工提水灌溉?/p>

撫育管理:造林后要加強撫育管理，適時澆水、防治鼠兔危害，保證苗木正常成活生長。設(shè)計澆水定額15 kg／穴，年澆水2次。

4.2.3 人工模擬飛播

經(jīng)多年的實踐探索，每年7、8、9月雨季，在封禁圍欄區(qū)人工撒播適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?、地理條件的沙蒿、沙拐棗等半灌木、小灌木種籽或草種，是一種投資少、見效快的補植造林手段，已在近年來得到了大規(guī)模推廣。技術(shù)設(shè)計如下：

(1)飛播樹種選擇：選擇耐干旱、適應(yīng)性強的沙蒿、黃蒿、沙拐棗等。

(2)飛播方式及時間：方式設(shè)計為人工撒播，時間為每年7月～9月。

(3)單位面積撒播量：根據(jù)現(xiàn)有植被調(diào)查，撒播量控制在22.5 kg/hm2。

(4)飛播方法：將擬撒播種籽與沙子按1∶3的比例均勻混合，人工模擬飛播播幅控制在3 m，每條播幅的兩側(cè)要各有10%的重疊，然后來回反復(fù)進(jìn)行均勻撒播。

4.2.4 病蟲害的預(yù)測預(yù)報及綜合防治

根據(jù)多年對危害或威脅下游荒漠植被正常生長發(fā)育的林業(yè)有害生物的監(jiān)測結(jié)果，目前已發(fā)現(xiàn)的危害種類有楊毒蛾、沙棗尺蠖、沙棗木虱等，對荒漠植被構(gòu)成實質(zhì)性危害的主要有梭梭大沙鼠、白刺毛蟲兩種。預(yù)防與除治的關(guān)鍵是加強預(yù)測預(yù)報、突出重點區(qū)域、強化檢疫檢查。

人類認(rèn)識自然的能力是無限的，然而，在具體的歷史階段人類認(rèn)識自然的能力始終是很有限的。對于石羊河下游地區(qū)干旱荒漠區(qū)退化植被，通過封育措施，同時輔以人工補植、全面禁牧、退耕還林或還荒、防治林業(yè)有害生物等綜合措施，使其形成在現(xiàn)有水資源條件下的荒漠植被群落；目前只有以上幾種措施是促進(jìn)石羊河下游干旱荒漠區(qū)退化荒漠植被修復(fù)重建的最好途徑與策略。

[1] 張百平.中國干旱區(qū)生態(tài)戰(zhàn)略再思考[J].干旱區(qū)研究，2006,23(3): 381-383.

[2] 常兆豐,趙 明,韓福貴,等.民勤沙區(qū)不同穩(wěn)定性沙丘植被生境條件研究[J].干旱區(qū)研究，2004, 21(4): 384-388.

[3] 童 健，李科林，王平國.環(huán)境影響評價制度若干問題的探討[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2011,31(7):195-200.

[4] 趙 明,郭志中,王耀琳,等.不同地下水位植物蒸騰耗水特性研究[J].干旱區(qū)研究，2003, 20(4): 286-291.

[5] 章建斌,劉學(xué)全,馮 雯,等.長江中游黃壤低丘區(qū)植被的退化特征研究[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2011, 31(8):10-15.

[6] 吳 彬,生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)及其標(biāo)準(zhǔn)研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2010, 23(12):75-79.

[7] 紀(jì)永福,賀訪印,李 亞.民勤綠洲水資源狀況與生態(tài)建設(shè)研究[J].干旱區(qū)研究, 2005, 22(3): 361 -366.

[8] 常兆豐,韓福貴,仲生年,等.石羊河下游沙漠化的自然因素和人為因素及其位移[J].干旱區(qū)地理，2005, 28(2):150-155.

[9] 常兆豐.沙漠人工植被的生態(tài)學(xué)取向及其途徑[J].生態(tài)學(xué)雜志， 2004, 23(3): 167-170.

[10] 常兆豐.我國防沙治沙科研的突破口初探——以河西走廊沙區(qū)為例[J].干旱區(qū)研究，2003, 20(1): 76-80.

[11] 常兆豐,趙 明,韓福貴,等.民勤沙區(qū)幾種荒漠植物的現(xiàn)實生態(tài)位[J].西北植物學(xué)報，2006, 26(1): 165-173.

[12] 滿多清,廖空太,楊自輝,等.荒漠區(qū)中麻黃營養(yǎng)生長特征研究[J].草業(yè)學(xué)報，2006, 16(4): 51-57.

[13] 劉虎俊,王繼和,常兆豐,等.石羊河下游荒漠植物區(qū)系及其植被特征[J].生態(tài)學(xué)雜志，2006,25(2):113-118.

[14] 常兆豐,劉虎俊,趙 明,等.民勤荒漠植被退化演替的三個階段[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2008.24(6):389-395

[15] 李守中.生物結(jié)皮的機械干擾對植被固沙區(qū)土壤水文過程的影響[M].中國沙漠研究與治理50年，2005:252-259.

[16] 羅俊寶,孫保平.騰格里沙漠月亮湖公路沿線退化白刺沙堆封育及其防沙效益[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2005,19(4):205-208.

[17] 高承兵,李永兵,聶雪花.民勤流沙治理中機械沙障的防風(fēng)固沙效益分析[J].甘肅林業(yè)科技，2010,35(3):35-38.

Study on degenerating desert vegetations and their reparation and reconstruction modes of arid desert area in downstream of Shiyang River

LI Jin-jun, GAO Cheng-bing
(Management Bureau of Minqin Liangucheng National Nature Reserve, Minqin 733300, Gansu, China)

∶ The lower reaches area of Shiyang River Basin is the area of most obvious ecological deterioration and the most serious vegetation degradation. It is the area of most prominent contradiction between supply and demand of water resources, and also is the most difficult area to govern in the northwest desert region. There are two causes of deterioration of ecological environment, natural factors and human factors. The results showed that global climate changed and frequency human activities were the essence of the causes. The main two reasons led serious vegetation degradation in the area are that the global climate change has been taken place,and the human activities frequency was too high in the area. Based on practices and analysis of collected data in many years, the desert vegetation’s reconstruction strategic approaching and technical measures are put forward for the lower reaches of Shiyang River Basin.

∶ lower reaches of Shiyang River; arid desert area; desert vegetation; reparation and reconstruction

S727.23

A

1673-923X(2012)06-0008-05

2012-04-12

甘肅科技支撐計劃項目(1011FKCH151，1011FKCH126）

李進(jìn)軍(1965—),男,甘肅武威人,正高級工程師,主要從事森林培育和自然保護(hù)區(qū)研究工作；E-mail:lgcljj@sina.com

[本文編校：文鳳鳴]