榆林沙區(qū)不同灌木林地生態(tài)效益比較

郜 超，趙曉彬，張繼平，曹雙成，李軍保，王建梅

(陜西省治沙研究所，陜西 榆林 719000)

1 試驗區(qū)自然概況

榆林沙區(qū)地處毛烏素沙地東南緣，該試驗區(qū)位于榆林城北約7 km處陜西省治沙研究所紅石峽實驗林場王則灣工區(qū)與谷地峁工區(qū)，即北緯38°20′，東經(jīng)109°12′，海拔1 100 m，屬半干旱草原過渡地帶，試驗區(qū)總面積500 hm2。

試驗區(qū)年平均氣溫7.9 ℃，絕對最低溫度-32.7 ℃，全年日照時數(shù)2 700 h以上，無霜期150 d，試驗期間年平均降雨450 mm左右，降雨量分配不均，降水主要集中在7-9月，年蒸發(fā)量為降水量的4倍以上[1]。年平均風速2.2～2.7 m·s-1，大風多集中在冬春季節(jié)，以西北風為主。

試驗區(qū)地貌以新月型沙丘鏈為主，沙丘密集，密度0.8以上，系毛烏素沙地，沙丘移動最活躍的地段。沙丘平均高度7～9 m，最高可達15 m。沙丘內(nèi)自然植被以羊柴、花棒、檸條、沙柳、沙蒿為主，亦有沙竹、沙米等，植被覆蓋度為46%。

2 試驗研究內(nèi)容與方法

在不同沙地不同灌木植物種的固沙林內(nèi)選擇標準地以流沙地為對照進行定時或定位觀測。觀測項目有風速、輸沙量、氣溫、地溫、蒸發(fā)量、濕度以及固沙林對沙地理化性質(zhì)的影響。風速用手持風速儀測定；輸沙量用積沙儀測定；空氣溫濕度用設在百葉箱內(nèi)的普通溫、濕度計測定；地溫用普通地測計測定；沙層理化性質(zhì)用常規(guī)分析方法測定。

3 結果與分析

3.1 固沙林對風速的影響

風是沙丘移動的根本動力，植物控制流沙的主要作用，就是降低近地面的風速[2]。流動沙地造林后，下墊面性質(zhì)改變，地表粗糙度增加，氣流遇到了植被的阻擋和摩擦降低了速度。對于不同植物種固沙林，由于植物自身形態(tài)結構和生長表現(xiàn)的不同，其降低風速的效果也不同(表1)。

表1 不同植物種固沙林的防風效果(無葉期)

注：風速為5次測定的平均值，A、B分別為地表上50、200 cm處的風速，對照區(qū)的粗糙度0.031 9為不起沙時的測定值。

由表1得出花棒林、踏郎林降低風速的作用最為明顯，其粗糙度分別比流沙地提高了481倍和501倍。與同齡的其它林種比較，花棒林地的粗糙度分別比紫穗槐林和沙柳林提高了10倍和11.4倍，踏郎林地的粗糙度比紫穗槐林和沙柳林地提高了10.4倍和12.1倍，花棒林、踏郎林二者的防風作用基本相近。這說明花棒林、踏郎林的防風效果好，與其它林種比較，造林后短期內(nèi)即可發(fā)揮防護效益。紫穗槐林、沙柳林雖然林齡和密度與花棒林、踏郎林一樣，但枝條稀疏，所形成的植被蓋度低，防風效果不及花棒林、踏郎林，沙蒿林的防風效果間于花棒林、踏郎林和紫穗槐林、沙柳林之間。

3.2 固沙林對輸沙量的影響

輸沙量大小與風力強度和下墊面性質(zhì)有關，造林后下墊面性質(zhì)改變，近地面風速降低，地表粗糙度提高，限制了沙粒的移動[3]。據(jù)對5年生踏郎林、花棒林地輸沙量的測定，2 m高處平均風速為4.6 m·s-1時林地內(nèi)基本無流沙活動，流沙地平均風速為7.4 m·s-1時流沙數(shù)量極少，踏郎林、花棒林輸沙量分別為0.005、0.021 g·cm-1·h-1,兩林地風速分別為5.36、6.18 m·s-1(表2)。

表2 固沙林地和流沙地輸沙量的比較

注：固沙林地蓋度為踏郎林36.4%，花棒林30.0%。

表2看出踏郎林、花棒林地的輸沙量分別比流沙地減少了1 031倍和244.7倍，隨著林齡的增長，枯枝落葉不斷覆蓋沙地表面，形成結皮層，流沙將完全固定。

3.3 固沙林對溫濕度及蒸發(fā)的影響

空氣溫濕度是影響植物生長發(fā)育的主要環(huán)境因子，在固沙林內(nèi)，由于受冠叢影響，其小氣候特征與流沙地明顯不同(表3)

表3得出林地月平均氣溫一般要比林外對照區(qū)高0.1～0.3 ℃，這主要是由于固沙林的冠叢較低，觀測點的高度(1.5 m)與冠叢高度相近，太陽的輻射量在此高度沒有減弱。相反，當林地下部熱量向上轉(zhuǎn)移時，由于受冠叢阻滯，空氣流動小，熱量散失慢，引起相對增溫。而流沙地，空氣流動性大，下部熱量傳遞到上部時很快散失，下部溫度對上部影響不大，因此相對林地氣溫要低。林地的地表溫度在高溫季節(jié)比流沙地降低0.5～3.0 ℃，在寒冷季節(jié)提高了0.2～1.1 ℃，起到調(diào)節(jié)地溫的作用，同時，蒸發(fā)減少了63～148 mm，而相對濕度提高了2%～4%。

表3 固沙林地和流沙地小氣候狀況的比較

3.4 固沙林對沙層理化性質(zhì)的影響

流動沙地造林后，由于林冠的阻擋，氣流通過林地時所攜帶的細微粒物質(zhì)，逐漸沉降在林內(nèi)，使林地沙層的細微物質(zhì)增加[4]，同時，林內(nèi)每年凋落的大量枯枝落葉在微生物的作用下逐步分解，使林內(nèi)沙層的理化性質(zhì)發(fā)生了變化，并且不同的林種改良土壤的作用也不相同(表4)。

表4 固沙林地的土壤理化性質(zhì)

表4得出不同的植物種都有明顯的改土作用，在0～10 cm的沙層內(nèi)，林地的細沙成分明顯增加，林地內(nèi)小于0.1 mm的細沙含量是流動沙地的1.2～4.7倍；有機質(zhì)含量是流沙地的1.3～2.5倍，且花棒林地>踏郎林地>紫穗槐林地>沙蒿林地>沙柳林地；沙層速效氮的含量是流動沙地的1.6～2.4倍，且花棒林地>踏郎林地>沙蒿林地>紫穗槐林地>沙柳林地。隨著林齡的增加，地面枯落物的積累就越多，灌木固沙林的改土作用將愈加顯著。

3.5 固沙林對植被恢復的影響

造林后由于沙丘形態(tài)的改變，沙地流動性減小，小氣候和沙層養(yǎng)分狀況得到改善，給天然植物種的侵入創(chuàng)造了良好的條件[5]，造林當年即有部分天然草種在障蔽帶和固沙林附近生長，隨著固沙林的生長，沙地條件的不斷改善，天然植物種大量侵入，并由零星分布，發(fā)展為相應的植物群叢，沙米群叢、沙竹群叢、沙蒿群叢、沙地旋復花群叢以及綿蓬群叢等在林間空地廣泛分布。沙竹一年內(nèi)地下莖由93 cm延伸到282 cm，增加1.9倍，沙蒿冠叢的擴大和落種自繁增加12.7%，沙米、綿蓬擴大和落種自繁增加63%，此外，堿草、旋復花擴大和落種自繁等增加了17.2%。自然植被恢復加快，植被蓋度增加將有利于流動沙地向半固定和固定沙地轉(zhuǎn)化。

4 結論與建議

(1)花棒、踏郎、紫穗槐、沙柳等灌木植物種適宜在半干旱沙地生長，且防沙固沙效果好，是榆林沙區(qū)優(yōu)良的固沙植物種。

(2)榆林沙區(qū)營造花棒、踏郎、紫穗槐、沙柳等灌木防風固沙林，能有效地降低風速，減少輸沙量，改善沙地小氣候和沙層理化性質(zhì)。

(3)固沙灌木林的營造，有利于促進榆林沙區(qū)沙地自然植被的恢復、演替和生態(tài)環(huán)境的逆轉(zhuǎn)，具有良好的生態(tài)效益。