沙化草地植被恢復(fù)治理技術(shù)研究綜述

趙燕蘭，周青平，曾 鸝，戴龍昊，彭云煦柏 松*

(1.西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院,成都 610041 2.西南民族大學(xué)青藏高原研究院,成都 610041)

沙化草地植被恢復(fù)治理技術(shù)研究綜述

趙燕蘭1，周青平2，曾 鸝1，戴龍昊1，彭云煦1柏 松1*

(1.西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院,成都 610041 2.西南民族大學(xué)青藏高原研究院,成都 610041)

圍欄封育、機(jī)械沙障固沙和人工植恢復(fù)措施是當(dāng)前沙化草地恢復(fù)治理的主要手段。將機(jī)械沙障方法與人工植被有機(jī)結(jié)合的使用方式應(yīng)用更廣。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)沙化草地退化機(jī)理，植被恢復(fù)技術(shù)措施，恢復(fù)治理模式示范與推廣等方面研究較多；關(guān)于人工種植被對(duì)沙化草地的適應(yīng)機(jī)理，根際土壤微生物學(xué)特性對(duì)植被恢復(fù)的響應(yīng)機(jī)制等方面研究相對(duì)薄弱。未來(lái)研究的重點(diǎn)方向是探索兼顧生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的植被恢復(fù)技術(shù)，特別是根據(jù)不同地區(qū)沙化草地的退化特征，因地制宜開(kāi)展多學(xué)科交叉集成的植被恢復(fù)綜合治理模式研究。

沙化草地；圍欄封育；機(jī)械沙障；植被恢復(fù)技術(shù)

Abstract：The main sandy grassland control methods include enclosure, sand-fixation with mechanical sand barrier and artificial vegetation restoration.The combination of sand-fixation with mechanical sand barrier and adaptable plant is one of the most important means of restoration and control for sandy grassland. There is less research on adaptation mechanism of adapted plants to sandy grassland, on response mechanism of rhizosphere soil biological characteristics to sandy grass restoration, further research should be carried out on vegetation restoration measures, recovery effects and restoration mechanisms. Future research should be focused on exploring vegetation restoration models with ecological and economic benefits. Extensive studies on integration of comprehensive treatment technology should be carried out in sandy grassland according to their different degradation characteristics.

Keywords:sandy grassland, enclosure, mechanical sand barrier, vegetation restoration technology

草地是中國(guó)陸上面積最大的生態(tài)系統(tǒng)，總面積約4億公頃，占國(guó)土總面積41.7%，保護(hù)草地資源對(duì)于發(fā)展畜牧業(yè)，保障我國(guó)生態(tài)安全具有重大意義。然而，草地沙化趨勢(shì)加劇已成為當(dāng)前我國(guó)面臨的重大問(wèn)題之一〔1〕。“草地沙化”是指干早半干早、半濕潤(rùn)地區(qū)的草地，在自然及人為因素干擾下天然草地退化的過(guò)程。草地沙化過(guò)程中，不僅使草地植被衰退，生產(chǎn)力下降，還會(huì)直接導(dǎo)致地表土壤侵蝕加劇，營(yíng)養(yǎng)元素流失，土質(zhì)沙化，最終草地呈現(xiàn)出類似荒漠景觀的景象〔2〕。我國(guó)作為世界上草地荒漠化面積最大的國(guó)家，草地沙化問(wèn)題日益突出。截至2014年，全國(guó)沙化土地面積達(dá)172.12萬(wàn)平方公里，占國(guó)土總面積17.93%〔3〕。近年來(lái)，在氣候變化和人為活動(dòng)的雙重作用下，草地沙化呈加劇態(tài)勢(shì)，沙化草地的恢復(fù)與治理已成為當(dāng)前亟待解決的重大課題。

迄今，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在不同地區(qū)，從不同角度對(duì)沙化草地恢復(fù)治理做了大量工作，取得了豐碩的成果。為此，本文將對(duì)該方面的研究工作進(jìn)行概要綜述；在此基礎(chǔ)上，探討沙化草地植被恢復(fù)工作中存在的不足和尚待解決的問(wèn)題，據(jù)此提出該領(lǐng)域未來(lái)研究的方向，以期為沙化草地的恢復(fù)治理工作提供參考依據(jù)。

1 沙化草地植被恢復(fù)研究進(jìn)展

1.1國(guó)內(nèi)外沙化草地植被恢復(fù)研究工作概述

沙化草地的治理與恢復(fù)的研究由來(lái)已久。最早的草地生態(tài)恢復(fù)案例始于20世紀(jì)20年代，利奧波德及團(tuán)隊(duì)最早利用校園植物園的草場(chǎng)開(kāi)展了一系列草地恢復(fù)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)〔4〕。20世紀(jì)30年代，“受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)”國(guó)際會(huì)議的召開(kāi)，提出了“生態(tài)恢復(fù)”的概念，極大的推動(dòng)了退化草地生態(tài)恢復(fù)的研究工作〔5〕。20世紀(jì)40年代初，美國(guó)也相繼開(kāi)展西部草原墾荒后受損草地植被的恢復(fù)研究。20世紀(jì)50～60年代后，世界各國(guó)均已開(kāi)展了退化草地生態(tài)環(huán)境恢復(fù)工作。研究工作主要涉及：草地沙化成因、沙化發(fā)生發(fā)展機(jī)制及演變趨勢(shì)、沙化土地綜合治理技術(shù)、沙化草地的恢復(fù)和重建技術(shù)、沙化地防風(fēng)固沙及地力提升技術(shù)等幾個(gè)方面〔6〕。

與國(guó)外相比，我國(guó)退化草地恢復(fù)工作開(kāi)展較晚。20世紀(jì)70年代末，我國(guó)的退化草地恢復(fù)重建研究工作才剛剛起步。1979年，中科院植物研究所依托其在內(nèi)蒙古錫林郭勒盟和青海省海北藏族自治州設(shè)立的草原生態(tài)定位研究站，最早開(kāi)展了草地恢復(fù)的有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究工作〔7〕。20世紀(jì)90年代，隨著我國(guó)退化生態(tài)系統(tǒng)治理工作的展開(kāi)，沙化草地恢復(fù)研究趨于系統(tǒng)化和具體化〔8〕；2000年以后，隨著國(guó)家對(duì)草地荒漠化問(wèn)題的重視程度不斷增加，科研條件日趨改善，我國(guó)沙化草地恢復(fù)治理研究工作更加活躍，研究區(qū)域遍布北方沙化草原、青藏高原沙化草地、甘南退化草地、川西北高寒沙化草地等廣大地區(qū)?？傊?，國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者從不同角度對(duì)沙化草地退化機(jī)理，沙化地植被恢復(fù)機(jī)理，機(jī)械固沙及植物固沙等恢復(fù)治理技術(shù)，以及固沙建植模式的推廣應(yīng)用等方面做了大量深入細(xì)致的工作，從而使我國(guó)在沙化草地恢復(fù)治理方面居于世界前列，許多具有鮮明區(qū)域特色的恢復(fù)治理經(jīng)驗(yàn)和模式為世界所稱道。如北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶營(yíng)造防風(fēng)固沙林網(wǎng)的綜合治理模式〔9〕，三江源區(qū)沙化草地生態(tài)恢復(fù)及可持續(xù)管理技術(shù)，沙化草地飛播種牧草并栽植灌木防沙的生物網(wǎng)格恢復(fù)草地技術(shù)等等〔6〕，這些先進(jìn)的恢復(fù)技術(shù)對(duì)我國(guó)沙化草地的治理起到了巨大的推動(dòng)作用。

1.2沙化草地恢復(fù)技術(shù)措施研究進(jìn)展

針對(duì)沙化草地引起的諸多生態(tài)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從政策制定與側(cè)重性治理技術(shù)層面加以解決。就退化草地治理技術(shù)而言，我國(guó)目前多采用草地復(fù)壯、封育禁牧、毒雜草防除以及工程防風(fēng)固沙等治理技術(shù)。其中封育恢復(fù)技術(shù)、機(jī)械沙障技術(shù)和人工植被恢復(fù)技術(shù)是最常用的植被恢復(fù)技術(shù)措施。

(1)圍欄封育恢復(fù)技術(shù)

圍欄封育技術(shù)是利用網(wǎng)圍欄將沙化草地封閉住一定時(shí)期，并禁止割草、放牧等人為活動(dòng)，使牧草修養(yǎng)生息，提高草地生產(chǎn)能力技術(shù)〔10〕。該技術(shù)已成為沙化草地恢復(fù)重建最主要的措施之一〔11，12〕。這一恢復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)是投資成本小而見(jiàn)效快，能夠在短期內(nèi)顯著提高植被恢復(fù)效果，并能在一定程度上改善沙化地的土壤特性。

大量研究顯示，圍欄封育可以在短期內(nèi)能夠顯著提高植被高度，蓋度及生物量，改善植物的群落結(jié)構(gòu)，其在短期內(nèi)對(duì)沙化地土壤功能的改善效果不顯著，而長(zhǎng)時(shí)間的圍欄封育卻可以明顯改善土壤營(yíng)養(yǎng)狀況，提高土壤質(zhì)量〔13〕。值得注意得是，有研究顯示過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的圍欄封育可能會(huì)對(duì)草地生物群落產(chǎn)生不利影響，這就要求今后實(shí)施圍欄封育工程時(shí)，應(yīng)把握好圍欄封育的時(shí)間尺度。

(2)沙障恢復(fù)技術(shù)

機(jī)械沙障固沙技術(shù)(又稱沙障固沙)是沙化草地最常用的沙化防治措施。它是在沙化地上設(shè)置各種形式的障礙物來(lái)控制風(fēng)沙流動(dòng)的速度、方向和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變蝕積狀況,達(dá)到防風(fēng)阻沙固沙的目的〔14〕。機(jī)械固沙措施的主要作用是遏制草原遭受風(fēng)沙侵蝕〔15〕，其應(yīng)用對(duì)象主要為退化草地上各種沙化較嚴(yán)重的固定或流動(dòng)沙丘。到目前為止，我國(guó)沙化草地治理中應(yīng)用的沙障多達(dá)數(shù)十種，其中最常用的有：草方格沙障、花棒沙障、黃柳沙障、沙柳沙障、土壤凝結(jié)劑沙障、羊糞生物結(jié)皮沙障、沙袋沙障、土方格沙障、塑料方格沙障等〔16〕。

(3)人工植被恢復(fù)技術(shù)

人工植被恢復(fù)技術(shù)指人工種植適生草種植物，通過(guò)改善植物-土壤的根際環(huán)境條件，使沙化草地土壤功能恢復(fù)和改善的一種方法。在沙化地建植適生植物，一方面可以提高地表植被覆蓋度，增加地表粗糙度，降低近地面風(fēng)速，有利于草原生物的生長(zhǎng)繁殖〔17，18〕；另一方面，植被恢復(fù)措施還能夠加大地表物質(zhì)的膠結(jié)性，促進(jìn)植被正向演替，改善局地氣候，有利土壤發(fā)育，改善土壤環(huán)境〔19-22〕。因此，該方法能夠比較長(zhǎng)久的達(dá)到防風(fēng)固沙和植被恢復(fù)的良好效果。

總體上說(shuō)，上述三種恢復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)及其作用各有不同。將人工植被恢復(fù)技術(shù)與機(jī)械沙障固沙方法有機(jī)結(jié)合使用的應(yīng)該尤為廣泛。表1對(duì)這三種恢復(fù)治理措施進(jìn)行了比較。

表1 三種主要沙化草地植被恢復(fù)治理措施的比較Table 1 Comparison of three major technology of vegetation restoration for sandy grassland

由表1可見(jiàn)，不同的治理措施在恢復(fù)過(guò)程中的側(cè)重點(diǎn)不同，因此，針對(duì)不同退化特征的沙化草地，需要根據(jù)草地退化特征和區(qū)域?qū)嶋H，綜合采用各種固沙恢復(fù)治理技術(shù)。

2 問(wèn)題討論與研究展望

誠(chéng)如前述，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展沙化草地的恢復(fù)治理研究已有90余年的歷史，先后經(jīng)歷了沙化草地植被恢復(fù)的理論探索，實(shí)踐應(yīng)用，技術(shù)示范及推廣等幾個(gè)階段，如今在沙化草地防沙治沙，人工植被恢復(fù)，沙化地土壤功能改善等方面取得顯著成效。但總的說(shuō)來(lái)，受各方面研究條件的限制，該領(lǐng)域的研究尚存在不少問(wèn)題有待進(jìn)一步探索解決。

(1)沙化草地恢復(fù)治理的基礎(chǔ)性理論研究相對(duì)偏少

目前，沙化草地植被恢復(fù)的實(shí)踐應(yīng)用、示范和推廣工作開(kāi)展較多，而人工植被恢復(fù)的機(jī)理性研究相對(duì)較少。如人工植被對(duì)沙化草地根際土壤結(jié)構(gòu)和功能的影響，目前還不十分清楚。尤其關(guān)于沙化地適生植物恢復(fù)對(duì)根際土壤微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)特征等方面的影響仍處于研究的起步階段。例如，在沙化地植被恢復(fù)過(guò)程中，根際土壤微形態(tài)和微結(jié)構(gòu)特征如何變化？沙化地適生植物根系分泌物對(duì)根際土壤微環(huán)境有多大程度的影響？適生植物與根際土壤的相互作用機(jī)制如何等等，這一系列問(wèn)題都有待深入研究。此外，大量研究顯示，人工植被可以加速沙化草地植被的恢復(fù)進(jìn)程，但這些植物系統(tǒng)是如何促進(jìn)已退化的群落發(fā)生演替，這一作用機(jī)制還很不清晰，仍需大量工作要做。

(2)適生植物對(duì)沙化草地的適應(yīng)機(jī)理研究十分薄弱

人工植被恢復(fù)措施的關(guān)鍵在于如何因地制宜的選擇適生草種。換言之，對(duì)于不同退化特征的沙化草地，適生恢復(fù)植物的選育工作尤為重要。這就需要加強(qiáng)對(duì)優(yōu)良沙生植物生物學(xué)特性的深入研究，特別是從沙化地適生植物的形態(tài)特征、光合生理生態(tài)等方面的變化特征入手，深入探討恢復(fù)植物的相關(guān)特征對(duì)不同地域、不同類型沙化草地生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)機(jī)理。這對(duì)沙化地適生植物的選育工作非常重要。

(3)沙化地土壤生物學(xué)特性對(duì)植被恢復(fù)的響應(yīng)機(jī)理研究缺乏

研究表明，沙化草地植物群落的動(dòng)態(tài)變化與土壤環(huán)境變化有密切聯(lián)系〔28〕。但以往研究主要關(guān)注沙化地植被恢復(fù)過(guò)程對(duì)土壤理化特性的影響，對(duì)土壤生物學(xué)特性，特別是微生物學(xué)特性對(duì)植被恢復(fù)過(guò)程的響應(yīng)機(jī)理研究十分缺乏。新近研究表明，許多土壤微生物特性(如微生物量碳或氮、土壤酶活性等)是土壤質(zhì)量敏感性程度高的指示指標(biāo)，其在沙化草地退化土壤恢復(fù)中也起著重要作用〔29〕；因此，今后應(yīng)加強(qiáng)沙化草地土壤微生物學(xué)性的研究，特別是根際土壤微生物活性，微生物群落多樣性及群落結(jié)構(gòu)特征等方面的研究，這有助于從微觀層面解釋沙化草地植被恢復(fù)的生物學(xué)機(jī)理。

(4)兼顧經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的植被恢復(fù)模式研究尚待深入

沙化草地的恢復(fù)往往是多種不同治理措施綜合應(yīng)用的成果。由于不同地區(qū)草地退化成因及類型不同，需要根際其退化特征和生境特點(diǎn)，因地制宜采取不同的植被恢復(fù)模式。更重要的是，我國(guó)草地退化區(qū)域大多處于生態(tài)環(huán)境較脆弱的地區(qū)，草地恢復(fù)對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有重要影響。因此，在草地恢復(fù)治理過(guò)程中，還要從促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度，在實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益同時(shí)提升經(jīng)濟(jì)效益?？梢?jiàn)，未來(lái)的研究方向應(yīng)更加關(guān)注兼顧生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的植被恢復(fù)模式，積極研發(fā)新的沙地植被恢復(fù)技術(shù)，并基于多學(xué)科交叉的綜合集成技術(shù)，探索適應(yīng)區(qū)域特色的植被恢復(fù)模式，綜合提高各種模式的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

(5)沙化地植被恢復(fù)示范及推廣的實(shí)踐應(yīng)用研究仍待加強(qiáng)

總的說(shuō)來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)沙化草地恢復(fù)治理的研究已有大量報(bào)道，但仍不足以支撐荒漠化退化草地有效進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)治理，研究成果往往缺乏規(guī)?；膶?shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)。從目前國(guó)內(nèi)外對(duì)荒漠化退化草地的研究現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)典型地域草地退化的影響因素、演變過(guò)程的探討較多，這從宏觀上為國(guó)家政策的制定提供了信息依據(jù)；相對(duì)而言，對(duì)具體治理措施的研究與推廣應(yīng)用尚顯不足，這與荒漠化退化草地生態(tài)恢復(fù)的長(zhǎng)期性、艱巨性有關(guān)，也與現(xiàn)有治理技術(shù)的成熟性有關(guān)。因此，研究和探索能夠規(guī)模化應(yīng)用和推廣的沙化地綜合治理恢復(fù)模式，將是該領(lǐng)域未來(lái)研究的重點(diǎn)方向。

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AreviewofVegetationRestorationandTreatmentTechnologyforSandyGrassland

ZhaoYanlan1，ZhouQingping2，ZengLi1，DaiLonghao1，PengYunxu1，BaiSong1*

(1.CollegeofChemistry&EnvironmentprotectionEngineering，SouthwestUniversityforNationalities，Chengdu610041，China； 2.AcademyoftheQinghai-TibetanPlateau,SouthwestUniversityforNationalities，Chengdu610041，China)

S184

A

2095—5952(2017)03—0007—05

2017-06-09

四川省科技重點(diǎn)專項(xiàng)(2015SZ0062)； 國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目(201710656024)

趙燕蘭(1996- )，女，云南大理人，在讀本科生，主要從事草地生態(tài)恢復(fù)治理研究。E-mail:15528451945@163.com

柏 松(1979- )，男，貴州貴陽(yáng)人，副教授，碩導(dǎo)，主要從事區(qū)域生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與治理研究