沙地退化植被恢復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

王輝,郭敬麗

(河北省木蘭圍場國有林場,河北 承德 068450)

近年來,國家非常重視荒漠化防治,防沙治沙工作取得顯著成效。我國荒漠化和沙化土地面積已連續(xù)多年雙減少,零增長,也是世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)土地退化零增長目標(biāo)的國家。但是我們也應(yīng)該清醒地看到,當(dāng)前我國現(xiàn)有的荒漠化和沙化土地面積還較大,占據(jù)了約1/4的國土面積,土地荒漠化、風(fēng)沙危害等仍舊嚴(yán)重制約我們的生產(chǎn)生活,仍舊是我們面臨的重大脅迫之一。因此,研究分析沙地退化植被恢復(fù)技術(shù)意義重大。

1 當(dāng)前需要恢復(fù)植被的主要沙地類型

土地沙化不僅僅是一種土壤理化性質(zhì)的改變,進(jìn)一步直接影響了基于此生活的動(dòng)植物種群的改變,尤其是受行動(dòng)力制約,植物群落將直接面對生境脅迫,由此帶來的極有可能是植物多樣性的喪失和數(shù)量的銳減,甚至滅絕。因此土地沙化代表了環(huán)境的退化,生態(tài)系統(tǒng)的退化和生產(chǎn)力的退化。遏制和恢復(fù)土地沙化最直接也最有效的方法和途徑就是植物種群的重構(gòu),通過自然或人為的影響,重新建立良好的綠色植被,通過植物生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)逐漸改良土壤,進(jìn)而改善生態(tài)環(huán)境。因此遏制土地沙化或退化,最關(guān)鍵的因素是植被恢復(fù)是否成功。

通過研究發(fā)現(xiàn),我國現(xiàn)存最需要及時(shí)進(jìn)行植被恢復(fù)的沙地有:海岸帶、沙漠化區(qū)(含草地)、礦區(qū)、瘠薄沙荒或沙化耕地等。其中海岸帶是海洋與陸地交接處且相互影響和制約的地帶。隨著人口劇增和環(huán)境污染的加劇,導(dǎo)致海岸沙丘遭到嚴(yán)重破壞,尤其是在我國東南沿海廣大沙質(zhì)海岸帶。植物防沙是海岸帶地貌和生態(tài)恢復(fù)的有效方法[1-3]。沙漠化區(qū)(含草地)中植被的退化、在外力作用下沙區(qū)對周邊區(qū)域的不斷侵蝕、草原持續(xù)漸進(jìn)的荒漠化等都是土地進(jìn)一步沙化的表現(xiàn),是沙漠化進(jìn)一步擴(kuò)大、加重的特征,這都嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。遏制沙漠化進(jìn)程最有效的措施同樣是植被恢復(fù)[4-6]。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,對能源的需求日漸加劇,礦產(chǎn)資源開發(fā)在助推經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)也帶來了諸多問題,如植被衰退、土地污染、退化、地下水減少等,更甚者有些退化是難以恢復(fù)或無法恢復(fù)的。為此國內(nèi)外很多學(xué)者將礦區(qū)植被恢復(fù)作為一種獨(dú)立的研究方向,付諸了大量努力,絕大多數(shù)人認(rèn)為要想恢復(fù)礦區(qū)原有甚至更好的生態(tài)環(huán)境,植被恢復(fù)是其最主要、最根本的途徑[7,8]。耕地沙化主要指原有的基本農(nóng)田由于不合理使用導(dǎo)致土壤水肥降低、土壤板結(jié),進(jìn)一步土壤空隙變大,持水能力降低,形成沙化。導(dǎo)致耕地沙化的主要原因是:過度耕作,超出土地承受能力,導(dǎo)致地下水位下移,土壤養(yǎng)分變少;過量使用化肥農(nóng)藥,環(huán)境惡化,土壤富營養(yǎng)等;隨意取土挖沙,破壞地表植被和表層熟土,致使土地退化;天氣原因,如降水減少,地表植被生長不良,土地長期干旱而逐漸退化等[9,10]。瘠薄沙荒是指土壤瘠薄,已經(jīng)沙化的荒山荒地,這種區(qū)域主要集中在干旱半干旱的高海拔草原或低山丘陵地區(qū)。形成原因主要有:沙漠化區(qū)的逐漸擴(kuò)延,常年風(fēng)沙過境,流沙堆積而成;或干旱持續(xù)加劇,植被退化,土壤開始沙化;人為過度放牧,或其他行為導(dǎo)致地表植被遭破壞而形成。國內(nèi)學(xué)者對瘠薄沙荒的研究較多,基本也形成了相對成熟的技術(shù)體系[11-13]。

2 制約沙地退化植被恢復(fù)的關(guān)鍵因子分析

沙地植被恢復(fù)最直接的表現(xiàn)是植物種類和數(shù)量的增加,其中數(shù)量包含了蓋度、密度、重量等多個(gè)方面。植被恢復(fù)的成效一般與周圍環(huán)境的改變是密切相關(guān)的,無論是前期的先鋒植物群落還是后期穩(wěn)定的植物群落都顯著受環(huán)境變化的影響,并且各環(huán)境因子對不同區(qū)域沙地植被恢復(fù)的影響大小不一。如在海岸沙地植被恢復(fù)中,由于整體地勢平坦,海拔變化較小,光照和溫度變化幅度不大,但是海平面高度的變化造成地表沙流動(dòng)性大,從而影響植被恢復(fù),造成距海水距離成為關(guān)鍵因素[1]。而在瘠薄沙荒地的植被恢復(fù)中,沙丘的流動(dòng)性較低,反而干旱和養(yǎng)分貧瘠成為制約植物生長的關(guān)鍵因素,因此在植被恢復(fù)中采用抗旱保水措施和引進(jìn)抗旱植物尤為重要。姚國龍等在對毛烏素沙地的植物群落物種多樣性進(jìn)行的研究中表明,在治理沙化土地退化時(shí),如果選擇人工種植植物,要充分考慮沙地類型,確定制約植被恢復(fù)的關(guān)鍵因素,由此選擇適應(yīng)性更強(qiáng)的植物[14]。王明明等對科爾沁沙地植被恢復(fù)的研究中表明:氣溫和降水是影響年內(nèi)恢復(fù)植被生物量積累的主要因素, 但對年際間群落生物量和物種豐富度變化影響不大[15]。吳德東等提出人為的不合理經(jīng)濟(jì)行為也是造成土地沙化的關(guān)鍵原因,如六濫:濫墾、濫用水資源、濫樵、濫牧、濫挖、濫采和不合理開發(fā)沙地資源。因此,科學(xué)恢復(fù)、建設(shè)和經(jīng)營沙區(qū)人工與天然植被,應(yīng)解決好有效預(yù)防、科學(xué)恢復(fù)、提高建設(shè)水平、提升經(jīng)營水平、研究示范5方面的問題[16]。

結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者的研究,重點(diǎn)針對主要的退化沙地類型,梳理形成了各類型制約植被恢復(fù)的關(guān)鍵因子,具體見表1。

表1 不同退化沙地類型植被恢復(fù)關(guān)鍵因子

3 沙地退化植被恢復(fù)的主要措施

綜合分析國內(nèi)外對沙地退化植被的研究發(fā)現(xiàn),針對不同類型沙地,結(jié)合關(guān)鍵制約因素,主要的恢復(fù)措施有:封育、構(gòu)建沙障、網(wǎng)格(方格)固沙、植樹造林、灌木平茬復(fù)壯、撒播草籽等。

3.1 封育

封育一般分為全封和半封。全封就是全時(shí)段禁止采伐、砍柴、放牧、割草和其他一切不利于目的樹種或目的植物生長繁育的所有人為活動(dòng);半封就是只在植物生長季實(shí)施封禁,而非生長季可以進(jìn)行不影響目的植物生長的生產(chǎn)活動(dòng)。一般情況下全封采用圍欄封禁,半封主要靠人為看護(hù)。很多學(xué)者經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),圍欄封育對退化土地的植被恢復(fù)具有較好效果。封育后,能有效降低人、動(dòng)物尤其是家養(yǎng)牲畜對恢復(fù)植被的破壞,能有效促進(jìn)植物群落自然恢復(fù),尤其是草本植物恢復(fù)效果良好[17-20]。梁勇等對沙地的植被恢復(fù)研究表明,與沒有封育區(qū)相比,封育區(qū)內(nèi)植物的種類、數(shù)量均明顯增加。事實(shí)證明封育有利于增加植物群落的生物多樣性,可以提高植物群落生產(chǎn)力和植物結(jié)實(shí)[21]。王明明等對科爾沁沙地封育恢復(fù)過程中植物群落特征變化的研究表明,封育時(shí)間長短對退化沙地植被恢復(fù)效果影響顯著,封育33年的固定沙丘群落和封育21年的沙質(zhì)草地群落都存在退化現(xiàn)象, 而封育11年的流動(dòng)沙丘群落正在緩慢恢復(fù),封育時(shí)間過長不僅不利于植物群落恢復(fù),反而會(huì)使群落發(fā)生逆行演替,建議封育年限的設(shè)定應(yīng)綜合考慮植被退化程度、土壤養(yǎng)分狀況、土壤種子庫基礎(chǔ)及氣候條件等因素的影響[15]。李維等對毛烏素沙地植被恢復(fù)的研究也表明在全封育狀態(tài)下,經(jīng)過5～7 a時(shí)間,植被會(huì)顯著增加。同時(shí)他還提出,封育適用于半干旱地區(qū)植被恢復(fù),并且對半固定、半流動(dòng)沙地恢復(fù)效果較好,前提條件是恢復(fù)前植被蓋度要在20%以上,恢復(fù)區(qū)具備良好的種源、種子傳播途徑,或者具有一定的根蘗植物,能為植被恢復(fù)提供最基本的植物來源。封育措施主要是圍欄管護(hù),有條件的可以配合實(shí)施人工看護(hù)[22]。

3.2 構(gòu)建沙障,減少流沙

沙障的建設(shè)主要是為了降低風(fēng)速,減少沙丘流動(dòng)。機(jī)械沙障模式:適合于流動(dòng)性強(qiáng)的沙丘或沙丘邊緣坡面沙礫流動(dòng)性強(qiáng)的區(qū)域。具體方法就是為降低沙丘流動(dòng)的危害,先設(shè)置機(jī)械沙障,阻擋沙流動(dòng)。機(jī)械沙障主要有柴草沙障、高壟沙障、薄膜沙障等。柴草沙障是按一定距離和方向插稻草或麥秸,下部埋于沙中,上部保留一定的高度,直面風(fēng)來的方向,降低風(fēng)速,阻擋流沙;薄膜沙障方法類似,材料主要是使用塑料布;高壟沙障是首先將沙子推成高壟,表面鋪設(shè)網(wǎng)布或凝膠性化學(xué)材料,起到固定沙移動(dòng)的作用。優(yōu)點(diǎn):適用范圍廣,見效快,防護(hù)作用明顯。缺點(diǎn):治標(biāo)不治本,只能起到輔助作用,單靠這一項(xiàng)措施無法根本性扭轉(zhuǎn)植被退化的結(jié)果。但降低流沙危害后,配合封育、人工栽植植被效果更佳。李維等提出沙丘流動(dòng)性大的區(qū)域,由于基質(zhì)的不穩(wěn)定性,植物很難落地生根,即使有種子也容易被沙丘埋藏很深,難以發(fā)芽,因此在這種地方靠自然恢復(fù)很難。單純的人工引進(jìn)植物成活也比較困難,最好的方法就是先人工固沙,再引進(jìn)植物。建議采用構(gòu)建機(jī)械沙障,平鋪式和直立式均可,在此基礎(chǔ)上再引進(jìn)適宜的植物群落[22]。廖承銳等在研究西藏河灘流動(dòng)沙地植被恢復(fù)中就發(fā)現(xiàn):對于流動(dòng)沙地,進(jìn)行不同地面處理有助于植被恢復(fù),效果顯著,效果最好的是建立方格,無論是石方格還是塑料方格都效果明顯;其次是采用秸稈沙障,每間隔1 m布設(shè)一條,高度30～40 cm,方向最好垂直于風(fēng)來的方向。以上都比不采取措施恢復(fù)效果好[23]。尤其重點(diǎn)要提出的是當(dāng)前比較常用的是網(wǎng)格(方格)固沙,可以采用生物網(wǎng)格和機(jī)械網(wǎng)格。生物網(wǎng)格就是采用灌草栽植;機(jī)械網(wǎng)格就是采用灌木扦插或尼龍等網(wǎng)布搭建。網(wǎng)格規(guī)格:高度一般為20～30 cm,大小為1 m×1 m方格。這種固沙措施在風(fēng)力較小情況下,能有效降低地表流沙移動(dòng)性,促進(jìn)網(wǎng)格內(nèi)植被恢復(fù)。韓慶杰等在對海岸帶沙地植被恢復(fù)研究中表明,尼龍網(wǎng)格有效增加了地表流沙的穩(wěn)定性,降低了地表風(fēng)速與輸沙量,為先鋒植物打造了非常適宜的生長環(huán)境,網(wǎng)格內(nèi)出現(xiàn)的匍匐草本厚藤進(jìn)一步改善了生長環(huán)境,為后期的其他植物進(jìn)入創(chuàng)造了條件[1]。羅剛提出方格狀栽植灌草,用灌草起到固定流沙的作用,降低風(fēng)蝕危害。后期在方格內(nèi)栽植適于沙地生長的喬木,如樟子松、胡楊等。灌草主要以楊柴、小葉錦雞兒、燕麥、羊草、扁穗冰草等為主。灌草栽植季節(jié)要選擇在風(fēng)沙小、流沙活動(dòng)不頻繁的季節(jié),同時(shí)還要考慮灌草的生長特性,保障成活率和入冬時(shí)的木質(zhì)化程度。配合圍欄封護(hù)效果更加[24]。這種模式的優(yōu)點(diǎn)比較明顯:可以有效降低流沙危害,促進(jìn)樹苗的生長;同時(shí)灌草也能有效提高土壤肥力、改良土壤。經(jīng)分析,方格好于沙障的原因主要是能阻擋各方向風(fēng)沙,而沙障無法阻擋同向風(fēng)沙。

3.3 植樹造林

無論是封育還是構(gòu)建沙障都是為植物提供良好的生長環(huán)境,其措施的出發(fā)點(diǎn)都是解決外部問題。但是植被恢復(fù)關(guān)鍵還是植物本身,尤其是在缺少種源的時(shí)候,靠自然力恢復(fù)很難,并且進(jìn)程非常緩慢,需要相當(dāng)長的時(shí)間。這時(shí)就需要人為引進(jìn)物種,直接構(gòu)建植物群落,植樹造林就成為首選措施。

吳德東等在對遼西北沙地植被恢復(fù)的研究中表明,樟子松對沙地有很好的適應(yīng)性,建議采用樟子松造林并注意以下幾點(diǎn):適度人工造林,重點(diǎn)考慮土壤水分供應(yīng)能力,避免超載大面積造林,地下水不足時(shí)成活不好,同時(shí)也不利于合理水分循環(huán);人工植被恢復(fù)中建議盡量少破壞地表植被和土壤,防止額外形成水土流失;在地勢平緩時(shí),可以機(jī)械拉溝,溝內(nèi)植苗,適度深栽,有條件的可以覆膜、澆灌等,同時(shí)可以噴灑抗蒸騰劑、混拌保水保肥劑和應(yīng)用生根粉等;在水土流失嚴(yán)重的區(qū)域,重點(diǎn)保存原生林木,通過封育保護(hù),促進(jìn)其天然下種和萌芽、萌蘗,形成天然更新林分;優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土樹種構(gòu)建植物群落,因?yàn)猷l(xiāng)土樹種具有良好的適應(yīng)性和抗逆性,在受到外界干擾時(shí)穩(wěn)定性最好[25]。王懷彪等在毛烏素沙地造林研究中,針對樟子松造林提出了“六位一體”造林技術(shù),從壯苗保濕、帶土大苗、合理稀植、適當(dāng)深栽、濕沙填坑、適時(shí)澆水等六個(gè)方面明確了具體技術(shù)要求,研究表明,做到以上六點(diǎn),造林成活率能達(dá)到92.1%,比傳統(tǒng)造林高9.2個(gè)百分點(diǎn)[26]。羅剛指出植被蓋度較低的地段,條件適宜可栽植樟子松容器苗。造林規(guī)格可以因地制宜,見縫插針,不要求整齊劃一[24]。馮學(xué)贊等指出營建防風(fēng)固沙林,樹種主要采用楊樹、桑樹等,同時(shí)也提出了開溝造林,溝內(nèi)撒化肥和保水劑[27]。

3.4 灌木平茬復(fù)壯

隨著恢復(fù)期的延長,很多灌木壽命達(dá)到年限,就會(huì)出現(xiàn)逐漸老化的現(xiàn)象,生長不良,數(shù)量減少。此時(shí)為了恢復(fù)灌木生長活力,可以采取平茬復(fù)壯的措施促進(jìn)灌木重新萌發(fā)新的枝條或植株。王耀遠(yuǎn)在對毛烏素沙地植被恢復(fù)研究中就指出:對已經(jīng)老化、退化的原生灌木進(jìn)行平茬,促進(jìn)其繼續(xù)萌蘗,重點(diǎn)針對具有萌蘗特性的灌木,如檸條、沙柳等。對原有恢復(fù)區(qū)植物生長開始衰退,植物多樣性、長勢等開始下降的恢復(fù)區(qū),通過平茬激發(fā)生長活力[28]。李卓凡等在對毛烏素沙地飛播楊柴林平茬復(fù)壯成效分析中指出平茬能有效降低植株的枯枝量,提高叢枝數(shù)量,尤其是帶狀平茬能顯著提高生物量,并有利于水土保持。很多研究也表明帶狀平茬時(shí),保留30%～40%的蓋度效果最佳[29]。

灌木平茬需要注意:一是平茬季節(jié),要選擇在春季,植株萌動(dòng)前進(jìn)行,能有效刺激新生枝萌發(fā);二是平茬對象,必須是具有萌生能力的灌木;三是平茬強(qiáng)度重點(diǎn)考慮立地條件,避免形成水土流失或環(huán)境惡化,因此要合理控制強(qiáng)度,建議采取輪換平茬、少量多次的方式;四是平茬后采取必要的管護(hù)措施,防止人畜危害,影響復(fù)壯效果,必要時(shí)可以施肥,促進(jìn)快速生長,縮短恢復(fù)期。

3.5 撒播草籽

當(dāng)前使用比較多的方式有噴播和飛播。其中噴播就是將土壤、肥、種子、土壤改良劑、保水劑等混合物裝于噴播機(jī)中,均勻噴灑到提前整理好的土壤表面。飛播就是將處理好的種子用飛機(jī)撒播。二者各有優(yōu)缺點(diǎn),其中噴播適于小面積作業(yè),節(jié)省種子,成活率高,效果有保障[30];飛播適于大面積作業(yè),適于地廣人稀、交通不可及的偏遠(yuǎn)沙區(qū),靠人力難以觸及的區(qū)域,成本低,但是對種子需求量大,同時(shí)效果沒有保證,主要受到天氣影響較大[31]。很多研究也表明飛播是沙地植被恢復(fù)中一項(xiàng)重要措施,有利于促進(jìn)沙地植被恢復(fù)與重建[32-35]。

上面單獨(dú)介紹了不同恢復(fù)措施的實(shí)施方法和效果,同時(shí)很多研究也充分表明:同時(shí)采用多個(gè)方式組合使用,效果更好。如封育+植樹造林能實(shí)現(xiàn)天然恢復(fù)和人工恢復(fù)有機(jī)結(jié)合;機(jī)械沙障+植樹造林能有效提高造林成活率,恢復(fù)效果更加;方格沙障+播種,恢復(fù)效果明顯大于單獨(dú)實(shí)施某一項(xiàng)措施;植樹造林+平茬復(fù)壯+播撒草籽,打造喬灌草一體化植被恢復(fù),生態(tài)防護(hù)作用提升明顯。