烏拉蓋沙化草原治理技術(shù)研究與效果監(jiān)測

陳翔，邢旗，張健，閆曉紅，劉亞玲，包烏云，王瑞珍，張春良，阿拉騰蘇和

(內(nèi)蒙古蒙草生態(tài)環(huán)境(集團(tuán))股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010030)

內(nèi)蒙古自治區(qū)有大面積的天然草地，總面積8800萬hm2，占內(nèi)蒙古國土面積的74.4%，占全國草地面積的22%，不僅是我國北方生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是草原畜牧業(yè)發(fā)展的重要基地〔1〕。內(nèi)蒙古草原維持著水和營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)，也是重要防風(fēng)固沙的生態(tài)屏障和內(nèi)蒙古生態(tài)環(huán)境的主體。草原發(fā)展決定著畜牧業(yè)發(fā)展的規(guī)模、方式和畜種〔2〕。

天然草原由于人為不合理利用和自然條件惡化等原因，從20世紀(jì)70年代開始，內(nèi)蒙古草原退化日趨明顯，調(diào)查數(shù)據(jù)表明：全區(qū)草原退化面積70年代中期占可利用面積的30%左右；80年代中期占可利用面積的40%左右；本世紀(jì)初，退化草原面積占可利用面積達(dá)70%。其中重度和中度退化草原占退化面積的一半左右，有的地方草原退化已達(dá)90%以上。90年代中后期，草地沙化面積308萬hm2，217萬hm2的固定沙地活化成為半固定沙地，148萬hm2流動沙地成為裸沙地〔3〕。目前內(nèi)蒙古草原退化趨勢總體得到遏制，局部好轉(zhuǎn)，有些區(qū)域還需要重點(diǎn)治理〔1〕。

隨著天然草原的沙化問題日益嚴(yán)重，對沙化草地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)具有重要意義。烏拉蓋草原存在一條暗沙帶，近年來由于利用不合理，風(fēng)蝕沙化速度快，出現(xiàn)了多個(gè)大的風(fēng)蝕坑。沙化草地面積已由2000年的0.15萬畝增加到2014年的3萬畝〔4〕。項(xiàng)目組對烏拉蓋管理區(qū)內(nèi)的沙地進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn)示范，總結(jié)出不同的治理方式下，哪種方式更利于當(dāng)?shù)厣郴莸氐幕謴?fù)。為今后大面積治理沙化草原提供技術(shù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

烏拉蓋管理區(qū)地處錫林郭勒盟東北部，氣候?qū)儆诎敫珊蛋霛駶櫞箨懶詺夂?，氣候特點(diǎn)屬北溫帶大陸性氣候，年平均氣溫1-1.6℃，年生長期100d，無霜期平均為120d。年降水量300-350mm。全管理區(qū)共有天然草原面積666.64萬畝，草原類型包括5大類、9個(gè)亞類、23個(gè)型。境內(nèi)擁有草原植物700余種，以禾本科、豆科、菊科為主，優(yōu)良牧草80余種。

根據(jù)不同沙化程度選擇10塊試驗(yàn)樣地，共計(jì)2000畝，見表1，其中牧戶曹磊家為2015年治理，面積為186畝，其余樣地為2016年治理，面積為1814畝。本底調(diào)查主要包括面積、草群高度、密度、蓋度、原生植物。通過本地調(diào)查研究區(qū)內(nèi)主要原生物種有羊草(Leymuschinensis(Trin.) Tzvel)，披堿草(ElymusdahuricusTurcz)，冰草(Agropyroncristatum(Linn.) Gaertn)等，還有冷蒿(ArtemisiafrigidaWilld.Sp.Pl)、扁蓄豆(Pocockiaruthenia(L.)Boiss.)等〔4〕。

表1 未治理前沙化草地樣地基本情況調(diào)查

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

風(fēng)蝕沙化草地特點(diǎn)，對試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行劃分，主要有風(fēng)蝕坑、陡坡區(qū)、緩坡區(qū)、平坦區(qū)。根據(jù)不同地形沙化程度，根據(jù)風(fēng)蝕坑、陡坡、緩坡區(qū)、平坦區(qū)等，采用圍欄封育、埋置機(jī)械沙障、生物沙障、人工撒播草籽、枯草鋪設(shè)和覆蓋固沙網(wǎng)技術(shù)組合方案見表2在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)設(shè)置1m×1m長期固定樣方進(jìn)行地上植被的監(jiān)測。

表2 治理區(qū)域治理方式

3 沙地治理關(guān)鍵技術(shù)流程

3.1 平整沙地

風(fēng)蝕坑區(qū)域和陡坡區(qū)都需要進(jìn)行平整沙地，使得風(fēng)蝕面與地表角度﹤30°，從而達(dá)到埋置沙障和利于種子萌發(fā)生長的土壤條件。作業(yè)角度﹥45°時(shí)，使用挖掘機(jī)進(jìn)行土方作業(yè)平整沙地，作業(yè)角度﹤45°時(shí)，使用裝載機(jī)進(jìn)行土方作業(yè)平整沙地。當(dāng)作業(yè)面積大于10畝時(shí)且作業(yè)角度﹥45°，應(yīng)使用挖掘機(jī)和裝載機(jī)配合進(jìn)行平整沙地。

3.2 沙障鋪設(shè)

在風(fēng)蝕坑地區(qū)用蘆葦、草簾和黃柳條做沙障材料，蘆葦裁成60cm長，直徑0.5cm粗的蘆葦段，30cm埋入地下用于固定沙地，地上30cm用于防風(fēng)，做成2m×2m的菱形網(wǎng)格鋪設(shè)于沙地中央的嚴(yán)重風(fēng)蝕區(qū)域，并在沙障中鋪設(shè)枯草。在緩坡區(qū)用蘆葦簾和草簾平鋪于沙地上方，用竹簽固定蘆葦簾于沙地上，起到防風(fēng)作用。在陡坡區(qū)域用蘆葦簾、草簾和枯草鋪于沙地上方，遇到較陡風(fēng)力較大區(qū)域，在枯草上再覆蓋一層固沙網(wǎng)，用竹簽固定固沙網(wǎng)于沙地上。

3.3 種子配置

種子選擇一年生和多年生種子混播，豆科和禾本科混播的方案。一年生為快速生長固定沙地，為多年生植物提供適宜的生長環(huán)境。

表3 種子配置情況

3.4 補(bǔ)播

有機(jī)械作業(yè)條件的區(qū)域用免耕機(jī)進(jìn)行補(bǔ)播，機(jī)械無法作業(yè)時(shí)用人工撒播，并用耙子摟一遍，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整播種量為3—4kg/畝。

3.5 管護(hù)

實(shí)行圍欄封育保護(hù)，嚴(yán)禁放牧利用；在鼠蟲危害嚴(yán)重的地區(qū)，應(yīng)在補(bǔ)播前進(jìn)行徹底滅鼠滅蟲，用藥物對種子包衣或?qū)⑺幬锱c牧草種子同時(shí)撒播。

對出苗面積率達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的地塊，應(yīng)及時(shí)移栽或補(bǔ)播。沙地治理后的地段應(yīng)禁用三年，三年后根據(jù)草地恢復(fù)情況進(jìn)行打草利用，五年后恢復(fù)至可利用程度后可進(jìn)行冬季放牧。

4 效果監(jiān)測

在2015年至2018年5-8月份月對試驗(yàn)樣地進(jìn)行群落調(diào)查，設(shè)置1m×1m的固定樣方，在風(fēng)蝕坑固定樣方內(nèi)，監(jiān)測植物的高度、密度和蓋度，再隨機(jī)選取3個(gè)直徑25cm的樣圓調(diào)查，調(diào)查禾本科和豆科植物的高度和密度。

利用Spss軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

4.1 產(chǎn)草量變化

由圖1可以看出，不同區(qū)域治理方式下，地上生物量大幅增加，在陡坡區(qū)，2018年地上生物量達(dá)到127.11g/m2，顯著大于其他年份(P<0.05)，其他年份間也存在顯著性差異(P<0.05)。在風(fēng)蝕坑區(qū)，2018年地上生物量達(dá)到219.66 g/m2，顯著大于2015年，和2016年和2017年無顯著性差異(P>0.05)。在緩坡區(qū)，2018年產(chǎn)草量為266.83 g/m2，2017年和2018年產(chǎn)草量并無顯著性差異(P>0.05)，但是顯著高于2016年(P<0.05)，2016年顯著高于2015年(P<0.05)。在平坦區(qū)，2018年產(chǎn)草量為266.83 g/m2，2017年和2018年產(chǎn)草量并無顯著性差異(P>0.05)，但是顯著高于2016年(P<0.05)，2016年顯著高于2015年(P<0.05)。平坦區(qū)治理后為產(chǎn)草量最高區(qū)域，達(dá)到290.87g/m2，增長幅度最大的為風(fēng)蝕坑區(qū)。

注：不同小寫字母表示差異水平。

4.2 植被高度變化

由圖2可以看出，隨著治理年限的增加，植被高度也增加，在陡坡區(qū)的植被平均高度從基本為2015年0cm增加到20.86cm，2018年和2017年植被高度顯著高于2016年植被高度(P<0.05)。在風(fēng)蝕坑區(qū)，2018年植被平均高度達(dá)到37.42cm，2016年至2018年植被高度無明顯差異(P>0.05)，但顯著高于2015年植被平均高度(P<0.05)。在緩坡區(qū)，2018年植被平均高度達(dá)到46.75cm，2018年植被平均高度顯著高于2015和2016年植被平均高度(P<0.05)，但和2017植被平均高度年無顯著性差異(P>0.05)，2017年顯著高于2015年(P<0.05)。在平坦區(qū)，2018年植被平均高度為45.17cm，2017年和2018年之間無顯著性差異(P>0.05)，但是顯著高于2016年和2015年(P<0.05)。

注：不同小寫字母表示差異水平。

4.3 植被密度變化

由圖3可以看出，在四個(gè)治理區(qū)域，2016和2017年植被平均密度達(dá)到最高，在2018年植被密度有所降低，在陡坡區(qū)，2017年植被密度達(dá)到最高為27.86株/m2，但是2016年制2018年無明顯差異(P>0.05)。在風(fēng)蝕坑區(qū)，在2016年植被密度達(dá)到最高，為75.33株/m2，2015年至2018年植被平均密度存在顯著性差異(P<0.05)。在緩坡區(qū)，2017年植被密度最高，為76.83株/m2，2016年至2018年植被密度并無顯著性差異(P>0.05)，但都顯著高于2015年植被密度(P<0.05)。在平坦區(qū)，2017年植被密度最高，為93.36株/m2，2016年至2018年植被密度并無顯著性差異(P>0.05)，但都顯著高于2015年植被密度(P<0.05)。

注：不同小寫字母表示差異水平。

4.4 植被蓋度變化

由圖4可以看出，在四年的恢復(fù)中，隨著時(shí)間的推移，植被蓋度逐年增高，緩坡區(qū)和平坦區(qū)植被平均蓋度最高，在陡坡區(qū)2018年植被蓋度達(dá)到最高，為20.3%，2018年和2017年無明顯差異(P>0.05)，都顯著高于2015年和2016年(P<0.05)。在風(fēng)蝕坑區(qū)，2018年植被蓋度達(dá)到最高，為42.53%，2018年和2017年無明顯差異(P>0.05)，都顯著高于2015年和2016年(P<0.05)在緩坡區(qū)，2017年植被蓋度最高，為52.44%，2017年和2018年植被蓋度并無顯著性差異(P>0.05)，但都顯著高于2015年和2016年植被蓋度(P<0.05)。在平坦區(qū)，2017年植被蓋度最高，為63.67%，2016年至2018年植被密度并無顯著性差異(P>0.05)，但都顯著高于2015年植被蓋度(P<0.05)。

注：不同小寫字母表示差異水平。

5 討論

本文所提出的沙地治理模式以生態(tài)恢復(fù)為最終目的，兼顧恢復(fù)后草場的綜合利用〔5〕。本文沙地治理用圍欄全部進(jìn)行封育，在沙地中心的沙坑埋置機(jī)械沙障+生物沙障+人工撒播+枯草鋪設(shè)，其他區(qū)域人工撒播+枯草鋪設(shè)兩種試驗(yàn)方案。圍欄封育是修復(fù)退化草原的首要選擇，我國草地沙漠化的治理應(yīng)該走出只重建設(shè),不重視管護(hù)的誤區(qū)。圍欄封育就是管護(hù)，就是不破壞原生植被，免遭人為因素破壞和牲畜啃食踐踏，使天然植物種得以休養(yǎng)生息，依靠天然植物種自我修復(fù)的能力修復(fù)退化草原，其效果明顯〔6〕。

本研究并沒有應(yīng)用機(jī)械和克土方法改變沙地的立地條件〔7〕，而是應(yīng)用當(dāng)?shù)刈钸m宜的牧草品種在原有立地條件下進(jìn)行治理，恢復(fù)其原有的生態(tài)環(huán)境。本項(xiàng)目應(yīng)用生物沙障和機(jī)械沙障結(jié)合的方式進(jìn)行治理，機(jī)械沙障本研究采用蘆葦和黃柳條制作，2-3年后蘆葦腐蝕可以增加沙地的養(yǎng)分，柳條也可以作為機(jī)械沙障，活了可以作為生物沙障供牲畜利用，本研究沙障網(wǎng)格為2m×2m的網(wǎng)格，主要是為了節(jié)約材料、降低成本，通過一年生植物生長迅速的特點(diǎn)，根系扎根沙地從而固定沙地。經(jīng)過治理后，植被的高度、蓋度和密度顯著增加，可以看出治理效果明顯。7月份主要為1年生植物出苗，因?yàn)?年生植物生命周期短，種植后就開始迅速增長。到了8月初，禾本科和豆科植物開始生長，并且禾本科的比例開始增加，豆科可能是由于競爭的關(guān)系，豆科植物的占比減少，但是高度和蓋度有所增加〔8、9〕。本項(xiàng)目治理沙化草地效果顯著，可在烏拉蓋沙化草地地區(qū)進(jìn)行推廣。

6 結(jié)論

治理沙化草原前，一定要根據(jù)退化程度和地形地貌進(jìn)行區(qū)域劃分，把沙化草地劃分為風(fēng)蝕坑、陡坡區(qū)、緩坡區(qū)和平坦區(qū)。風(fēng)蝕坑區(qū)和陡坡區(qū)要先進(jìn)行沙地平整，以達(dá)到利于埋置沙障的目的，沙障埋置后可以進(jìn)行防風(fēng)固沙作用，材料選擇按照實(shí)際情況選擇生物沙障或機(jī)械沙障。埋置完沙障后進(jìn)行補(bǔ)播草種，草種選擇適宜當(dāng)?shù)氐囊荒晟投嗄晟箍坪秃瘫究苹觳ゲ葑?。緩坡區(qū)和平坦區(qū)不需要埋置沙障，但是需要進(jìn)行免耕補(bǔ)播混合的草籽。治理完成后必須進(jìn)行圍欄封育，3年內(nèi)不準(zhǔn)打草，5年內(nèi)不準(zhǔn)放牧。

治理后高度平均增幅131.54%，蓋度平均增幅159.22%，密度平均增幅225.45%，治理效果十分顯著，所有沙地經(jīng)過治理后，多為一年生的先鋒植物，狗尾草和蟲蝕占較大比例，一年生植被所占比例平均為65%，多年生的豆科和禾本科植被占到植被的35%。而經(jīng)過兩年年的治理，一年生植被所占比例為40%，多年生的豆科和禾本科植被占到植被的60%。