毛烏素沙地不同植被條件下的土壤風蝕效果

趙晨光，李青豐

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010019)

毛烏素沙地不同植被條件下的土壤風蝕效果

趙晨光，李青豐

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010019)

在對毛烏素沙地植被類型和狀況調(diào)查的基礎(chǔ)上，選擇沙柳、小葉錦雞兒+雜類草、沙蒿+雜類草、芨芨草等四種主要類型的植被為研究對象，通過標桿法測定不同植被下地表的土壤侵蝕或堆積狀況，從而探討不同類型植被的防風固沙效果，為毛烏素沙地利用植被防風固沙提供依據(jù)。結(jié)果顯示，在30%蓋度以下時，各種類型植被下均有比較嚴重的水土流失現(xiàn)象。在植被蓋度達到45%以上后，水土流失現(xiàn)象基本消失。各類植被的水土流失蓋度臨界值分別為：沙柳38%、小葉錦雞兒+雜類草37%、沙蒿+雜類草34%、芨芨草32%。在相同的植被蓋度下，不同類型的植被顯示了不同的滯留土壤能力。綜合地理條件和水分情況考慮，沙蒿+雜類草植被和小葉錦雞兒+雜類草植被更適合于在毛烏素沙地作為防風固沙植被推廣。利用植被防風固沙，不僅要達到臨界蓋度，而且要灌草結(jié)合才能達到更好的效果。

毛烏素沙地；植被類型；植被蓋度；土壤侵蝕

毛烏素沙地位于鄂爾多斯高原的南部和黃土高原的北部區(qū)域,自然區(qū)劃屬于溫帶干旱和半干旱區(qū)，面積大約4×104km2,整個沙地包括內(nèi)蒙古自治區(qū)的鄂爾多斯市的南部、陜西榆林地區(qū)北部和寧夏回族自治區(qū)的東北部〔1〕。毛烏素沙地是一個脆弱的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)〔2〕。本區(qū)的三大植被類群分別是梁地上的灌-草典型草原植被，半固定、固定沙丘上的灌叢植被，灘地上的草甸植被〔3〕。近年來，毛烏素沙地沙漠化導(dǎo)致耕地和可利用草場被風蝕沙化，或被流沙所侵占以致不能利用，而且沙漠化對物種多樣性造成嚴重影響〔4〕。眾多學(xué)者對毛烏素沙地的概況〔5〕、沙化速度〔6〕、植被防風固沙的效果〔7〕等方面進行了很多調(diào)查研究,但對毛烏素沙地不同植被下的水土流失特征研究較少。本研究選擇毛烏素沙地幾種典型的植被作為研究對象，對不同植被條件下的風蝕特征進行觀測研究。

1 研究方法

1.1植被調(diào)查

本研究首先對毛烏素沙地不同植被類型區(qū)進行植被調(diào)查。以便為下一步的土地風蝕特征測定確定樣地類型。調(diào)查時間分別為2011年5月，8月，10月。所調(diào)查土地類型包括流動沙丘、半固定沙地、典型草地和低濕灘地共4大類型樣地，37個樣點。涵蓋了毛烏素沙地的主要自然土地類型。測定了物種構(gòu)成、植被蓋度、生物量等指標。調(diào)查樣方大小為：草本植物樣方1m×1m，灌木植被為5m×5m。每個樣點設(shè)5-8個重復(fù)。植被調(diào)查時，記錄每個樣方的植物組成以及株高。地上生物量用稱重法測定鮮重與干重。植被蓋度用專家打分法(5人對現(xiàn)場樣方或者樣方對比照片進行判讀，取判讀平均值)測定。

1.2標桿觀測

根據(jù)不同的植被組成、地形特點以及植被蓋度共選擇4大類型樣地，37個樣點用于土壤侵蝕測定。在每一樣點設(shè)立標桿進行地表風(水)蝕觀測。如圖1所示，每個觀測樣點上布設(shè)縱橫交錯的6條標桿路線。每條路線上設(shè)6至10根標桿，每兩個標桿間距5m。標桿長度為50cm，插入土中20cm，在入土處標出基準刻度。觀測時間為兩個年度(2011年6月至2013年10月)，按月觀測地表與標桿基準刻度之間的相對位移。根據(jù)地表與標桿基準刻度之間相對位移在1cm范圍內(nèi)反演推算臨界蓋度。

圖1 標桿布設(shè)示意圖

2 結(jié)果與分析

2.1樣地地形及植被特征

四種類型樣地包括不同的土地類型，地形條件，植被構(gòu)成及植被蓋度。各地地形及植被特征總結(jié)如表1。

樣地類型1是以沙柳為建群種的流動、半固定沙地。地形條件為起伏沙丘，多見柳林溝。植物以沙柳灌叢為主，偶見羊柴、沙鞭、列當?shù)戎参铩Ｖ脖簧w度小，多樣性單一。由于沙地流動性很大，穩(wěn)定性低，是土壤侵蝕的嚴重地區(qū)。

樣地類型2為小葉錦雞兒+雜類草覆蓋的典型草地。地形較平坦。植被組成為灌草共生，形成從上到下層次分明的垂直植被分布。多見苦馬豆等豆科以及狗尾草等禾本科植物。植物多樣性豐富。

樣地類型3為沙蒿+雜類草半固定、固定沙地。地形比較復(fù)雜，既有起伏沙丘，同時也有一部分為平坦草地。植被組成除沙蒿外，多見尖頭葉藜、豬毛菜等雜類草一年生植物。植物多樣性較豐富，同樣也有層次分明的垂直型植被分布。

樣地類型4是以芨芨草為建群種的低濕地。地形條件為灘地。植被組成除建群種芨芨草外，多見棘豆、苦馬豆等豆科以及蘆葦、賴草等禾草類植物。植物多樣性豐富，植被層次分明。由于水分條件較好，植被的長勢最好。

表1 樣地地形及植被特征

3 不同地形及植被條件下的土壤侵蝕

3.1沙柳覆蓋下的流動沙地，半固定沙地的土壤侵蝕

表2示出了以沙柳為建群種的流動沙地上的土壤侵蝕情況。該類草地植被蓋度變化較大，平均蓋度只有23.65%。在蓋度0-30%時，土壤侵蝕嚴重，平均侵蝕厚度為7.85cm/月，最大可達到30cm/月，最低為3.88cm/月。蓋度30-45%時，土壤侵蝕較輕微，平均侵蝕厚度1.98cm/月，最大可達3.49cm/月，最低0.7cm/月。蓋度45-60%時，土壤侵蝕現(xiàn)象幾乎不發(fā)生。相反，此蓋度下有明顯的土壤堆積現(xiàn)象。平均堆積厚度度5.52cm/月，最大可達30cm/月，最低0cm/月。最大蓋度出現(xiàn)在柳林溝處(沙丘之間比較低洼處，地勢較低，水分比較好，植被長勢好，且植被多樣性比較豐富)。根據(jù)不同蓋度下的地表侵蝕量反演推算，反演推算以沙柳為建群種的樣地在蓋度為38%時，地表與標桿基準線的相對位移在1cm以內(nèi)。故將此蓋度確定為沙柳型流動沙地不發(fā)生土壤侵蝕的臨界蓋度。

表2 沙柳覆蓋下流動、半固定沙地不同蓋度下的土壤侵蝕與堆積

注：+表示土壤堆積，-表示土壤侵蝕，單位：cm。下同。

3.2小葉錦雞兒灌草草地土壤侵蝕

表3示出了小葉錦雞兒+禾草類雜草覆蓋下的草地土壤侵蝕情況。該類草地平均蓋度40.58%。在蓋度0-30%時，土壤侵蝕比較嚴重，平均侵蝕厚度為6.85cm/月，最大可達30cm/月，最低3.19cm/月。蓋度30-45%時，土壤侵蝕程度較輕微，平均侵蝕厚度為1.48cm/月，最大可達4.2cm/月，最低位0cm/月。蓋度為45-60%時，土壤侵蝕現(xiàn)象不發(fā)生，土壤平均堆積量為1.51cm/月。灌草草地土壤條件較好，水分涵養(yǎng)能力較高，草地最大蓋度可達70%。灌草草地上發(fā)生土壤侵蝕的臨界蓋度為37%。

表3 小葉錦雞兒+雜類草草地不同蓋度下的土壤侵蝕與堆積

3.3沙蒿+禾草類雜草半固定沙地土壤侵蝕

表4為沙蒿+禾草類雜草覆蓋下的半固定，固定沙地土壤侵蝕情況。該類沙地地形條件比較復(fù)雜，既包括平坦的草地，同時還有起伏較大的沙丘。平均蓋度為46.35%。由于地形條件差異較大，其最小蓋度11%和最大蓋度70%的差距最大，達到59個百分點。在蓋度0-30%時，土壤侵蝕嚴重，平均侵蝕為6.38cm/月，最大可達18cm/月，最低為4.25cm/月。蓋度30-45%時，土壤侵蝕程度較輕，平均侵蝕為1.65cm/月，最大可達2.35cm/月，最低為0cm/月。蓋度45-60%時，土壤侵蝕不發(fā)生。該類沙地的臨界蓋度為34%。

表4 沙蒿+雜類草半固定沙丘土壤侵蝕

3.4芨芨草+禾草類雜草低濕地土壤侵蝕

表5為芨芨草+禾草類低濕地的土壤侵蝕情況。該類草地植被相對長勢最好，可形成高大草本植被+低矮禾草的立體防風固沙體系，蓋度也相對比較高。蓋度0-30%時，土壤侵蝕依舊存在，平均侵蝕為2.75cm/月，最大可達4.46cm/月，最低為1.5cm/月。蓋度30-45%時，土壤侵蝕現(xiàn)象幾乎不發(fā)生。蓋度45%以上時有較明顯的土壤堆積現(xiàn)象。該類草地的臨界蓋度為40%。

表5 芨芨草覆蓋下的低濕地土壤侵蝕

3.5相同蓋度下，不同植被的土壤侵蝕

本研究選用三種蓋度水平，對4種不同類型植被的防風固沙效果進行了比較(表6，圖2-圖4)。在蓋度為30%時，4種植被的防風固沙效果有較明顯的差異。沙柳+禾草類的防風固沙效果最差，土壤侵蝕厚度約為-3.5cm/月。其他三種植被類型的防風固沙效果處于同一水平，為-1cm/月左右。在蓋度為45%時，沙柳+禾草類雜草的樣地依然存在輕微的土壤侵蝕，月平均侵蝕厚度約為-0.5cm。其他三種植被類型有輕微的土壤堆積效果，土壤堆積厚度約為0.5cm/月。在蓋度達到60%時，四種植被類型的防風固沙效果都很明顯，有土壤堆積現(xiàn)象，不存在土壤侵蝕問題。毛烏素沙地中，只有極少數(shù)地區(qū)能達到這種蓋度。

表6 相同蓋度下，不同植被土壤侵蝕與堆積

圖2 蓋度為30%時四種植被類型的土壤侵蝕與堆積(單位cm)

圖3 蓋度為45%時四種建群種植被土壤侵蝕與堆積(單位cm)

蓋度60%

4 討論與結(jié)論

4.1討論

有研究表明，在一般情況下，喬木、灌木以及草本植被的防風固沙效果大小為灌木>草本>喬木〔8〕。灌木和多年生草本植物枝葉較多而且比較密集，更重要的是緊貼地表。而喬木一般較高大，不能給予地表有效的保護。所以就其防風固沙效果來說灌木和草本植物要優(yōu)于喬木〔9〕。本研究的觀測結(jié)果基本上符合這一規(guī)律。

以沙柳為主要植被的流動、半固定沙丘防風固沙效果最差。這是幾種因素共同作用的結(jié)果。首先沙柳植被的土地類型為流動、半固定沙丘，本身就存在很大的不穩(wěn)定性。即便在最大蓋度70%時(柳林溝)，由于周邊有較大的流動沙丘，也會出現(xiàn)植物被整株埋伏現(xiàn)象。其次，植被平均蓋度最低，只有23.65%，植被能夠提供的防風固沙能力比較有限。植被形態(tài)多樣性比較單一，不能形成立體的防風固沙結(jié)構(gòu)體系。用沙柳等作為主要防風固沙植被，其臨界蓋度應(yīng)該達到38%，并且要結(jié)合其他草本植物共同形成防風固沙體系。但是由于土地類型和地形條件的限制，在起伏較大的流動沙丘很難達到此臨界蓋度，單一的依靠植被來防風固沙效果不會很明顯。在此類地區(qū)，用沙障等人工固沙措施是必要的。

小葉錦雞兒+雜類草灌草草地防風固沙效果較為明顯。其平均蓋度40.58%。植被的多樣性也比較豐富，可以形成以小葉錦雞兒為主的擋風結(jié)構(gòu)，低矮禾草為土表保護層的立體防風固沙結(jié)構(gòu)體系。在此類灌草結(jié)合的土地上，蓋度要達到37%及其以上，才能有效地發(fā)揮防風固沙效果。

沙蒿+雜類草植被有良好的防風固沙效果。沙蒿株叢緊實度高，單株覆蓋面積也相對較大，可有效減弱風勢。地表輔以禾草保護土壤，可有效減輕土壤流失。在此類植被結(jié)構(gòu)下，植被臨界蓋度達到34%時，土壤侵蝕現(xiàn)象比較輕微。

芨芨草低濕地在植被茂盛時幾乎不發(fā)生土壤侵蝕。芨芨草雖為草本，但其高大的株型起到了與灌木相同的作用。當植被達到一定蓋度，干枯的芨芨草和其他雜類草依然有防風固沙作用。芨芨草類植被的防風固沙臨界蓋度為32%，是本研究所測定的幾種植被類型中最低的。但是形成芨芨草灘，對地形條件和水分條件要求相對較高。因此，此類植被并不能成為毛烏素沙地中的主導(dǎo)性防風固沙植被。

在相同蓋度下，本研究中四種主要建群植被的防風固沙效果大小為沙蒿>芨芨草>小葉錦雞兒>沙柳。沙蒿單株覆蓋面積大，透風系數(shù)相比較低。小葉錦雞兒通風系數(shù)較高。沙柳相比沙蒿而言，其單株防護力欠缺〔10、11〕。本研究結(jié)果也說明，灌草結(jié)合達到一定的配置結(jié)構(gòu)后才能起到最好的防風固沙效果。在防治土壤風蝕中，要注重植被的合理配置，才能更好的發(fā)揮植被防風固沙效果。

4.2結(jié)論

(1)沙蒿、沙柳以及小葉錦雞兒等灌木植物更適合在整個毛烏素沙地作為防風固沙植物。在具體的防治土壤侵蝕過程中要注重灌草合理配置。在半固定、固定沙地上，沙蒿、沙柳以及小葉錦雞兒等灌木植物結(jié)合多年生草本植物更能發(fā)揮防風固沙效果。平坦草地、灘地上，多年生草本植物的防風固沙效果更明顯。條件允許地區(qū)，要灌草結(jié)合，以發(fā)揮更好的防風固沙效果。

(2)防止土壤侵蝕時，植被蓋度達到相應(yīng)的臨界蓋度，才能使土壤侵蝕量降到理想效果。本研究中的幾種主要植被的臨界蓋度為：沙柳植被的臨界蓋度為38%，小葉錦雞兒+雜類草植被的臨界蓋度為37%，沙蒿+雜類草植被的臨界蓋度為34%，芨芨草植被的臨界蓋度為32%。

〔1〕馬藹乃.遙感信息模型〔M〕.北京:北京大學(xué)出版社,1997.15-21.

〔2〕吳波,慈龍駿.毛烏素沙地景觀格局變化研究.生態(tài)學(xué)報，2001,21(2):192-196.

〔3〕賀學(xué)林,劉翠英，毛烏素沙地資源植物研究,西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007,35(11):197-202.

〔4〕王曉東,岳德鵬,劉永兵.土壤風蝕與植被防護研究.西部林業(yè)學(xué),2005,34(2):108-112.

〔5〕吳波,慈龍駿.毛烏素沙地景觀格局變化研究.生態(tài)學(xué)報，2001,21(2):192-196.

〔6〕姚建成,陳文慶,楊文斌.毛烏素沙地綜合治理試驗示范區(qū)綜合治沙技術(shù)的研究與推廣.內(nèi)蒙古林業(yè)科技，2002(4):26-27.

〔7〕徐小玲,延軍平.毛烏素沙地的脆弱性與可持續(xù)發(fā)展研究.干旱區(qū)研究,2004,21(3):286-289.

〔8〕黃富祥，高瓊.毛烏素沙地不同防風材料降低風速的比較.水土保持學(xué)報.2011.(15).

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〔10〕楊文斌,丁國棟,王晶瑩.行帶式檸條固沙林防風效果.生態(tài)學(xué)報,2006,26(12):4106-4112.

〔11〕楊文斌,趙愛國,王晶瑩,等.低覆蓋度沙蒿群叢的水平配置結(jié)構(gòu)與防風固沙效果研究.中國沙漠,2006,26(1):108-112.

SoilerosionfeatureunderdifferentvegetationinMuUsSandlandwith

ZhaoChen-guang，LIQing-feng
(CollegeofEcologyandEnvironmentalScience,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010019,China)

Based on the vegetation types and status, efforts were made to investigate the soil erosion features under different vegetation in Mu Us Sandland. Four different vegetation forms of Salix cheilophila, Caragana microphlla + herbosa. Artemisia sphaerocephala +herbosa, Achnatherum splendens were selected as testing transects for soil erosion measurement. Soil loss or accumulation under the measureing pole was used as a judgment for soil erosion degree. The results showed that severe soil erosion occurred under a vegetation coverage below 30%, while no obvious soil erosion occurred under a vegetation coverage above 45%. Threshold coverages for the four forms were 47% for Form Salix cheilophila, 44% for Form Caragana microphlla + herbosa. 42% for Form Artemisia sphaerocephala +herbosa,and 40% for Form Achnatherum splendens. Under the same coverage, different vegetation showed varied soil sustaining capacity. Form Caragana microphlla + herbosa and Form Artemisia sphaerocephala +herbosa were considered suitable vegetation for soil erosion control in the Mu Us sandland region.

Mu Us Sandland； vagetation type； vegetation coverage；soil erosion

S812.2

A

2095—5952(2014)02—0038—06

2014-03-18

北方防風固沙重要區(qū)經(jīng)濟利用限值研究 201109025-01

趙晨光(1986-)，男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，在讀碩士研究生，主要研究方向為草地生態(tài)學(xué)。

李青豐(1959-)，男，河北元氏人，教授，從事草地及牧草學(xué)教學(xué)和研究。