生物活性劑在荒漠化治理中的應(yīng)用研究

雷 軍 ，邊 彪 ，范菊萍 ，陸 瑛 ，張 虎

（1.甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院，甘肅 張掖 734000; 2.張掖市林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 張掖 734000）

生物活性劑在荒漠化治理中的應(yīng)用研究

雷 軍1，邊 彪1，范菊萍1，陸 瑛2，張 虎1

（1.甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院，甘肅 張掖 734000; 2.張掖市林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 張掖 734000）

為了達(dá)到治理荒漠化的目的，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，在天然植被恢復(fù)和造林植被恢復(fù)治理荒漠化的過程中進(jìn)行生物活性劑和固沙劑的試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：生物活性劑Frisol A、Frisol F最適使用量分別為100 g/m2、120 g/m2。單獨(dú)使用生物活性劑或同固沙劑Frisol S混合使用，對荒漠天然植被恢復(fù)都有明顯的促進(jìn)作用，樣方內(nèi)株數(shù)、植被蓋度、生物量、當(dāng)年高度分別較對照有顯著的差異。運(yùn)用生物活性劑，使檉柳造林成活率平均達(dá)到89.9%，沙棗造林成活率平均達(dá)到94.9%，分別比對照平均提高了14.1%和10.4%；檉柳的當(dāng)年平均生長量、單株生根量都是未使用活性劑的2倍以上；沙棗的當(dāng)年平均生長量、單株生根量都較對照提高了

45.6 %和86.3%。當(dāng)固沙劑Frisol S＞50 g/m2時(shí),荒漠表面形成較厚的結(jié)皮，抗風(fēng)蝕能力增強(qiáng)。

生物活性劑；荒漠化治理；應(yīng)用研究

土地荒漠化是當(dāng)今世界面臨的最大環(huán)境問題之一[1]。中國是世界上荒漠化最嚴(yán)重的國家之一，截至2009年底，我國荒漠化土地總面積262.37萬km2，占國土總面積的27.33%，沙化土地面積為173.11萬km2，占國土總面積的18.03%?，F(xiàn)在我國土地荒漠化和沙化整體得到初步遏制，荒漠化和沙化土地面積持續(xù)減少，局部地區(qū)仍有擴(kuò)展，但荒漠化仍然是當(dāng)前我國最為嚴(yán)重的生態(tài)問題[2]。目前, 改造、治理荒漠化地帶有眾多途徑[3-11]，除工程機(jī)械治沙、生物治沙外，新型固沙劑、木質(zhì)素固沙新材料用于治理荒漠化，已引起廣大生命科學(xué)工作者的高度關(guān)注。

目前，生物活性劑在經(jīng)濟(jì)林栽培方面應(yīng)用廣泛[12]?；哪卫矸矫鎽?yīng)用化學(xué)固沙，迄今應(yīng)用已有70 a的歷史了，經(jīng)過近十多年的研究，國內(nèi)外已經(jīng)研制出100多種化學(xué)制劑[13-14]。無論何種固沙材料，都具有粘結(jié)作用，能使單顆粒松散的沙粒粘結(jié)在一起，形成強(qiáng)度很高的結(jié)皮。其次固沙材料還可以與沙粒發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生膠結(jié)力，把沙粒膠結(jié)在一起，增大了顆粒之間的粘聚力，提高了結(jié)皮的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度[15-16]?；瘜W(xué)固沙還具有充填作用，材料充填于沙土空隙中，限制土體變形，提高土體抵抗外力的能力[17]。河西走廊荒漠化面積23.6 萬km2，占全省荒漠化面積的86%，河西走廊荒漠化沙化面積大，治理難度大，并且現(xiàn)在還不斷的加劇[18]。本研究就生物活性劑、固沙劑促進(jìn)荒漠植被恢復(fù)方面開展研究，既可改善沙區(qū)生態(tài)環(huán)境，又為荒漠化治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于黑河流域中游張掖市北部荒漠區(qū)，地 理位置 E100°06′～ 100°54′，N38°32′～ 39°24′海拔在1 450～1 480 m之間。試驗(yàn)區(qū)屬干旱荒漠大陸性氣候，其特點(diǎn)是氣候干燥，降水稀少，日照充足，晝夜溫差大。年平均氣溫7 ℃，1月平均氣溫-10 ℃，七月平均氣溫29.5 ℃，極端最高氣溫38.6 ℃，極端最低氣溫-31.0 ℃，≥10 ℃的活動(dòng)積溫2 870 ℃。年平均降水量129 mm，年蒸發(fā)量2 074.9 mm，干旱指數(shù)高達(dá)10.3，大氣干燥度為4.9。年平均相對濕度52%，全年日照時(shí)數(shù)為3 085 h，太陽輻射年總量147.99 kc/cm2，生理輻射年總量為72.51 kc/cm2，無霜期156 d。主要?dú)庀鬄?zāi)害有霜凍、大風(fēng)、沙塵暴等。試驗(yàn)區(qū)為平坦的荒漠區(qū)，土壤非常貧瘠，有機(jī)質(zhì)含量較低，含鹽量高，地上零星生長著一些沙生植物，造林區(qū)域有一定的河水灌溉條件。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用試劑為德國生產(chǎn)的生物活性劑Frisol A、Frisol F和固沙劑Frisol S?；钚詣┲饕煞譃榈?、磷和生物菌，F(xiàn)risol A為液體，F(xiàn)risol F 為顆粒，F(xiàn)risol S 為藍(lán)色液體。栽植試驗(yàn)樹種為兩年生沙棗和檉柳。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 天然植被恢復(fù)試驗(yàn)

2012年在試驗(yàn)區(qū)開展生物活性劑恢復(fù)荒漠天然植被試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)Frisol A、Frisol F、Frisol S各3個(gè)處理，F(xiàn)risol A+Frisol F、Frisol A+Frisol S、Frisol F+Frisol S各1個(gè)處理，清水對照，共13處理，每個(gè)處理1/15 hm2，3個(gè)重復(fù)。Frisol A 的使用依照試驗(yàn)設(shè)計(jì)用量, 按1∶20對水用噴霧器均勻地噴于地面。Frisol F 的使用按試驗(yàn)設(shè)計(jì)量，均勻撒于地面，用耙子耙入土中。Frisol S 的使用依照試驗(yàn)設(shè)計(jì)濃度，按1∶20 倍對水均勻地噴于地面[19]。生長過程中調(diào)查植被蓋度，生長量，土壤含水量。

2.2.2 苗木栽植恢復(fù)試驗(yàn)

為進(jìn)一步了解生物活性劑在開展植苗造林治理荒漠化過程中對樹木的影響，2012年4月中旬在試驗(yàn)區(qū)對開溝栽植的沙棗和檉柳進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)Frisol A15 ml/株、Frisol F 25 g/株、Frisol A 10 ml/株＋Frisol F 20 g/株和對照（CK）共4個(gè)處理。使用方法是將原液用施肥槍直接注入當(dāng)年栽植的沙棗和檉柳定植穴10 cm深處。施入時(shí)間為定植后10 d左右，每個(gè)處理500 株。

2.3.3 固沙劑的固沙效果試驗(yàn)

在荒漠試驗(yàn)區(qū)選13小塊樣地，每塊30 m2，并做了明顯的標(biāo)記。在研制中通過不斷的做稀釋和滲透試驗(yàn)，確定為每m2沙面噴灑2.5 kg稀釋后的水溶液最適合固沙劑稀釋[20]。試驗(yàn)時(shí)，F(xiàn)risol S液體每平米用30 g、40 g、50 g、60 g用量，制成水溶液依次均勻的噴灑在樣地上，重復(fù)3次。噴灑時(shí)噴頭距沙面1.5 m左右，定期觀察樣地的各種性能。

2.2.4 調(diào)查方法

2012在試驗(yàn)區(qū)植被生長過程中每月中旬調(diào)查一次，5～9月。測定單位面積內(nèi)植被株數(shù)、生長量和土壤含水量。測定采用對角線法，每個(gè)處理取五個(gè)樣方，樣方面積為2 m×2 m ，測定時(shí)對樣方內(nèi)的每株植被測量其高度，取其平均值，同時(shí)統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)的株數(shù)。采用稱重法測定表土含水量。

2012年在苗木栽植試驗(yàn)后一個(gè)月，調(diào)查苗木成活率，并在生長過程中每月中旬調(diào)查一次生長量。在停止生長后，每個(gè)處理挖取10株，統(tǒng)計(jì)生根量。

固沙劑Frisol S噴灑是在早晨進(jìn)行，噴灑期間氣溫15 ℃左右，當(dāng)天最大氣溫30 ℃ 左右最大風(fēng)速5 m/s。每月調(diào)查一次，調(diào)查噴灑的樣地固結(jié)層厚度，觀察風(fēng)蝕痕跡等。

3 結(jié)果與分析

3.1 生物活性劑Frisol A、Frisol F和固沙劑Frisol S不同使用量對荒漠天然植被的蓋度、生物量、植被高度的影響研究

試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同用量生物活劑對天然植被恢復(fù)的影響Table 1 Effects of different bioactive agents on natural vegetation restoration

從表1可以看出生物活性劑Frisol A、Frisol F對荒漠天然植被恢復(fù)都有影響。只是用量小時(shí)與對照沒有明顯的差異。而Frisol A使用量達(dá)到100 g/m2以上時(shí)蓋度提高了對照的62.1%，生物量增加了對照的66.5%，當(dāng)年生長高度增加了111.0%。Frisol F使用量達(dá)到120 g/m2以上時(shí)蓋度、生物量、當(dāng)年生長高度分別增加了對照的69.4%、77.4%、106.7%。方差分析結(jié)果表明Frisol A用量大于100 g/m2、Frisol F用量大于120 g/m2時(shí)荒漠天然植被蓋度、生物量、當(dāng)年高度與對照有顯著性差異（p＜ 0.05）。Frisol A 用 量 100 g/m2和 120 g/m2差異不顯著，F(xiàn)risol F用量120 g/m2和150 g/m2無顯著差異，說明生物活性劑Frisol A用量100 g/m2、Frisol F用量120 g/m2最適量。固沙劑FrisolS與對照沒有明顯的差異。

3.2 生物活性劑與固沙劑混合使用對荒漠天然植被恢復(fù)的影響

不同的生物活性劑混合或同固沙劑混合對荒漠天然植被的蓋度、生物量、高度、表土含水量都有一定程度的影響，結(jié)果見下表2。

表2 生物活性劑與固沙劑混用對天然植被恢復(fù)的影響Table 2 Effects of bioactive agents combined with sandfixation agent on natural vegetation restoration

從表2中可以看出：生物活性劑Frisol A、Frisol F無論是單獨(dú)使用，還是同固沙劑Frisol S混合使用，對荒漠天然植被都有明顯的促進(jìn)作用，樣方內(nèi)株數(shù)、植被蓋度、生物量、當(dāng)年高度分別較對照有顯著的差異。其中Frisol A+Frisol F+Frisol S效果最好，樣方內(nèi)株數(shù)是對照的2.7倍，植被蓋度、生物量、當(dāng)年高度分別是對照的2.4、2.5、1.8倍。生物活性劑與固沙劑Frisol S混合使用，土壤表層含水量明顯較對照增加。

3.3 生物活性劑對人工栽植苗木治理荒漠化的影響

為了進(jìn)一步了解生物活性劑對人工栽植苗木治理荒漠化的作用，通過給栽植的檉柳和沙棗，樣方內(nèi)每株都施生物活性劑，測定其成活率、當(dāng)年生長量和單株生根量。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 生物活性劑對人工栽植檉柳和沙棗治理荒漠化的影響Table 3 Effects of artificially planting Tamarix chinensis and Oleaster with bioactive agents on control desertification

從表3中可以看出：使用生物活性劑Frisol A、Frisol F，使檉柳造林成活率平均達(dá)到89.9%，沙棗成活率平均達(dá)到94.9%，分別比對照平均提高了14.1%和10.4%；檉柳的當(dāng)年平均生長量、單株生根量都是未使用活性劑的2倍以上；沙棗的當(dāng)年平均生長量、單株生根量都較對照提高了45.6%和86.3%。

3.4 固沙劑Frisol S固沙效果試驗(yàn)

為了更好的觀察固沙劑risol S的滲透性、結(jié)皮厚度、結(jié)皮強(qiáng)度、抗風(fēng)濕能力等各種性能，每月定期觀察樣地地表變化情況。入滲深度、結(jié)皮厚度可以用尺子測量，其它項(xiàng)目根據(jù)一些觀測到的情況進(jìn)行定性的判斷和比較。觀察到固沙效果如表4 所示。

從表4中可以看出：固沙劑Frisol S用量大于50 g/m2時(shí)，固沙效果明顯，表面結(jié)皮達(dá)到10 mm左右，抗風(fēng)沙能力增強(qiáng)。經(jīng)過試驗(yàn)得出固沙劑Frisol S的滲透性較強(qiáng)，在每m2噴施固沙劑溶液2.5 L時(shí)，滲透深度都在5 cm以上，充分滲透更容易形成結(jié)皮，起到固沙的目的。

表4 固沙劑用量對抗風(fēng)蝕能力和結(jié)皮層的影響Table 4 Effects of sand-fixation agent contents on antiwind erosion ability and thickness and strength of crust layer

4 討 論

（1）生物活性劑Frisol A使用量達(dá)到100 g/m2以上時(shí)蓋度提高了對照的62.1%，生物量增加了對照的66.5%，當(dāng)年生長高度增加了111.0%。Frisol F使用量達(dá)到120 g/m2以上時(shí)蓋度、生物量、當(dāng)年生長高度分別增加了對照的69.4%、77.4%、106.7%。通過試驗(yàn)得出生物活性劑Frisol A、Frisol F最適使用量分別為100 g/m2、120 g/m2。生物活性劑Frisol A、Frisol F單獨(dú)使用或同固沙劑Frisol S混合使用，對荒漠天然植被都有明顯的促進(jìn)作用，樣方內(nèi)株數(shù)、植被蓋度、生物量、當(dāng)年高度分別較對照有顯著的差異。其中Frisol A＋Frisol F＋Frisol S效果最好，樣方內(nèi)株數(shù)、植被蓋度、生物量、當(dāng)年高度分別是對照的2.7、2.4、2.5、1.8倍。

（2）運(yùn)用生物活性劑Frisol A、Frisol F，使檉柳造林成活率平均達(dá)到89.9%，沙棗成活率平均達(dá)到94.9%，分別比對照平均提高了14.1%和10.4%；對荒漠造林恢復(fù)植被有良好的效果。

（3）試驗(yàn)結(jié)果表明，使用Frisol S＞50 g/m2時(shí)在荒漠表面形成較厚的結(jié)皮，從而有效地控制了沙丘的流動(dòng)。并且使荒漠表層土壤含水量較對照明顯增加。從現(xiàn)場觀察來看，F(xiàn)risol S＞50 g/m2時(shí)，固沙成本也較低，每m2不到1元錢，比草方格固沙的價(jià)錢都低，所以它的綜合效益是非?？捎^的。該固沙劑在環(huán)境惡劣的沙漠地區(qū)固沙它的抗老化性、保水性，抗凍融穩(wěn)定性有待進(jìn)一步開展研究。

綜上所述，為了有效提高荒漠植被的生產(chǎn)力，減少不利因素的影響，使得荒漠植被健康生長，可以通過圍欄封育和人工輔助造林加以生物活性劑與固沙劑治理荒漠化，從而起到治理荒漠化的作用。該研究成果把生物活性劑與固沙劑有機(jī)結(jié)合在一起,高效價(jià)廉,快速、方便,是固沙、冶沙、綠化荒漠的理想產(chǎn)品。

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Applied research of bioactive agents in desertifcation control

LEI Jun1, BIAN Biao1, FAN Ju-ping1, LU Ying2, ZHANG Hu1
(1. Gansu Province Academy of Water Resources Conservation Forests in Qilian Mountains, Zhangye 734000, Gansu, China;2. Zhangye Academy of Forestry Science, Zhangye 734000, Gansu, China)

In order to achieve the purpose of desertifcation control, to realize virtuous circle of ecological environment, the experimental researches of bioactive agents and sand-fxation agent in the natural vegetation restoration and planting vegetation restoration control desertification process were conducted. The results show that the optimum quantity of the bioactive agents Frisol A and Frisol F respectively were 100 g/m2and 120 g/m2; the two bioactive agents were alone used or uses with sand-fxation agent had signifcant role in promoting natural vegetation restoration, for example, there were obvious differences in plant number of sample plot, vegetation coverage, biomass and height in current year, compared with the control group; by adopting the bioactive agents, the average survival rate of Tamarix chinensis afforestation reached 89.9 percent, the Oleaster average survival rate reached 94.9 percent, which were respectively 46.7 percent and 23.0 percent higher than the control; the average growth, root quantity per plant of T. chinensis were more than two times with no used bioactive agents; the average growth, root quantity per plant of Oleaster were respectively 45.6 percent and 86.3 percent higher than the control; when the sand-fxation agent Frisol S content was greater than 50 g/m2, a thicker crust formed in the desertifcation surface, the anti-wind erosion ability was enhanced.

bioactive agents; desertifcation control; applied research

S728；S775

A

1673-923X(2013)08-0113-04

2013-01-22

甘肅省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目黑河流域中游典型退化沙荒地生態(tài)綜合治理技術(shù)集成與示范（1104FKCG164）資助作者簡介：雷 軍（1976-），男，甘肅高臺(tái)人，農(nóng)業(yè)推廣碩士，林業(yè)工程師，主要從事荒漠化定位監(jiān)測研究；

E-mail：leijun0121@163.com

[本文編校：文鳳鳴]