沙棘種子的生態(tài)解碼：在華北濕地與山地中防止水土流失的機(jī)理探索

白春旭

（北京市密云水庫(kù)管理處，北京 101500）

在華北地區(qū)，水土流失成為了一項(xiàng)嚴(yán)峻的生態(tài)挑戰(zhàn)，影響著區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)平衡。面對(duì)這一問(wèn)題，沙棘因其獨(dú)特的生態(tài)功能而被科學(xué)界關(guān)注。沙棘作為一種耐寒耐旱植物，具有顯著的環(huán)境適應(yīng)性和優(yōu)良的土壤固持能力。本研究旨在解讀沙棘如何在華北多樣生態(tài)環(huán)境中，通過(guò)其種子的特性及植株的生長(zhǎng)行為，為抵御水土流失提供天然屏障，促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)，為區(qū)域的生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 沙棘種子特性

1.1 沙棘種子形態(tài)與生理特性概述

沙棘種子外形通常為扁橢圓形，大小為3～4 mm，其顏色隨成熟度的不同，從淺黃色漸變至深褐色，表面粗糙且呈現(xiàn)出特定的紋理。種子外殼堅(jiān)硬、質(zhì)地緊密，旨在保護(hù)內(nèi)部脆弱的胚胎不受外界物理、生物因素的侵?jǐn)_，如微生物侵蝕、昆蟲(chóng)啃食以及哺乳動(dòng)物咀嚼等。種殼的堅(jiān)韌有助于種子在惡劣的環(huán)境條件下保持休眠，等待適宜的生長(zhǎng)條件出現(xiàn)。

在生理特性方面，沙棘種子屬于高油料種子，其含油量可達(dá)12%～20%，且這些油脂主要分布在種子的胚乳和胚芽部分。沙棘油特別富含多種不飽和脂肪酸，如亞油酸和亞麻酸，這些脂肪酸對(duì)人體健康至關(guān)重要，且人體無(wú)法自行合成，需通過(guò)攝取來(lái)獲得。沙棘油中的維生素E、胡蘿卜素以及類(lèi)黃酮等抗氧化成分不僅為種子自身提供了保護(hù)，避免了種子因長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中而氧化損傷，同時(shí)為種子萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育提供了重要的營(yíng)養(yǎng)支持[1]。

沙棘種子中至少含有18 種氨基酸，包括多種人體必需的氨基酸，如賴(lài)氨酸、色氨酸等，對(duì)種子的蛋白質(zhì)合成和新陳代謝至關(guān)重要。微量元素如Fe、Zn、Se 等含量也比較高，這些元素對(duì)于酶系統(tǒng)的活性和幼苗的抗病性均有顯著影響。沙棘種子中還含有多種生物活性物質(zhì)，如酚酸、類(lèi)黃酮等，這些物質(zhì)在植物抵御病原體侵襲、適應(yīng)環(huán)境壓力中發(fā)揮著重要作用。

沙棘種子的這些形態(tài)與生理特性共同構(gòu)成了其在自然環(huán)境中成功生存與繁衍的基礎(chǔ)，也是其作為植物資源被廣泛開(kāi)發(fā)利用的重要原因之一。

1.2 發(fā)芽與生長(zhǎng)環(huán)境適應(yīng)性

沙棘種子的發(fā)芽過(guò)程受多種環(huán)境因素影響，其中，溫度和濕度是其發(fā)芽成功的關(guān)鍵。適宜的溫度對(duì)沙棘種子萌發(fā)至關(guān)重要，研究表明，在20～30 ℃溫度范圍內(nèi)，沙棘種子的發(fā)芽率最高。這一特性決定了沙棘種子主要在春末至早夏間萌發(fā)，此時(shí)不僅溫度適宜，而且通常濕度也較高，有利于種子吸水和胚胎生長(zhǎng)。

沙棘種子對(duì)土壤類(lèi)型的適應(yīng)性較強(qiáng)。沙棘植物能夠在沙質(zhì)、壤土和黏土等不同土壤質(zhì)地中順利生長(zhǎng)。其根系既強(qiáng)又深，不僅能夠在疏松的沙質(zhì)土壤中扎根以增強(qiáng)土壤穩(wěn)定性，還能在密實(shí)的黏土質(zhì)土壤中深入，通過(guò)其根系的物理作用提高土壤通氣性，并通過(guò)根系分泌物增加土壤的有機(jī)質(zhì)。

沙棘根系與土壤微生物的共生固氮作用也是沙棘生態(tài)價(jià)值的一個(gè)重要體現(xiàn)。這種共生關(guān)系能夠顯著提升土壤中的氮素含量，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)，并有助于提高土壤肥力。沙棘的這種生態(tài)功能在華北地區(qū)濕地和山地的水土保持工作中發(fā)揮著重要作用，不僅能夠通過(guò)調(diào)節(jié)水分平衡來(lái)適應(yīng)不同的濕度條件，還可以通過(guò)根系的固土作用防止水土流失，進(jìn)而提升土壤的肥力和生產(chǎn)力[2]。

在華北多變的濕地和山地環(huán)境中，沙棘憑借其獨(dú)特的生長(zhǎng)模式和生態(tài)適應(yīng)性，在改良土壤質(zhì)地、防止水土流失、提升土壤肥力以及維持區(qū)域生態(tài)平衡方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。沙棘的這些特性不僅說(shuō)明了其在自然界中的生存能力較強(qiáng)，也體現(xiàn)了其在生態(tài)保護(hù)和土地修復(fù)工作中的巨大潛力。

2 沙棘種植在華北濕地中的水源涵養(yǎng)研究

2.1 華北濕地的環(huán)境挑戰(zhàn)概述

華北地區(qū)以其獨(dú)特的地理特征和復(fù)雜的氣候條件形成了豐富多樣的濕地生態(tài)系統(tǒng)。該區(qū)域的濕地正面臨前所未有的環(huán)境挑戰(zhàn)，其根源有多方面，包括自然因素和人為活動(dòng)的雙重影響。

1)水資源短缺。華北地區(qū)屬于我國(guó)半干旱和干旱氣候區(qū)，降水量季節(jié)分配不均，加之近年來(lái)氣候變化影響，極端氣候事件的頻率和強(qiáng)度均有所上升。尤其是降水量減少和蒸發(fā)量增加，導(dǎo)致濕地水體補(bǔ)給不足，水位下降，濕地面積逐漸縮小[3]。2)人類(lèi)活動(dòng)增加。農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水以及城市化進(jìn)程中的水資源需求不斷增加，導(dǎo)致地下水位不斷下降。地下水位的下降不僅影響到濕地生態(tài)系統(tǒng)的水分平衡，還會(huì)引發(fā)土地沉降和鹽堿化等一系列環(huán)境問(wèn)題。3)生物多樣性喪失。濕地是許多水生和陸生物種的棲息地，其生態(tài)價(jià)值不可估量。但濕地面積減少和生態(tài)環(huán)境惡化導(dǎo)致生物多樣性急劇下降，許多依賴(lài)濕地生存的物種數(shù)量大幅減少，甚至面臨滅絕。4)污染問(wèn)題。隨著工業(yè)化和城市化的推進(jìn)，濕地受到了嚴(yán)重的污染壓力。工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)面源污染和生活污水的排放增加了濕地生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)荷，影響了水體的自凈能力，對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響[4]。

2.2 沙棘種植策略及其適應(yīng)濕地環(huán)境的機(jī)制

1)沙棘的生態(tài)適應(yīng)機(jī)制。沙棘之所以在濕地環(huán)境中具有優(yōu)越的適應(yīng)性，源于其獨(dú)特的生理和生態(tài)特性。其根系深厚，能夠在水分較少的環(huán)境中深入土層，有效利用地下水源。沙棘的根部與固氮細(xì)菌共生，能夠提高土壤的氮含量，進(jìn)而促進(jìn)周?chē)脖簧L(zhǎng)，提高土壤質(zhì)量。

2)沙棘的水源涵養(yǎng)功能。沙棘對(duì)于水源涵養(yǎng)的貢獻(xiàn)在于其獨(dú)特的水分調(diào)節(jié)機(jī)制，其葉片的蒸騰作用能夠調(diào)節(jié)周邊環(huán)境的濕度，而根系則能在濕潤(rùn)季節(jié)儲(chǔ)存水分，在干旱季節(jié)釋放，這種“儲(chǔ)水—釋水”的能力對(duì)于維護(hù)濕地生態(tài)平衡至關(guān)重要。

3)種植策略。在沙棘種植策略方面，要考慮到濕地的具體條件，例如土壤質(zhì)量、水分狀況及其他植物的生長(zhǎng)狀況等。一般建議采用與濕地生態(tài)系統(tǒng)相協(xié)調(diào)的混合種植方式，既能保持生物多樣性，又能提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗逆性。在沙棘種植早期階段，需要合理安排灌溉，以促進(jìn)其根系發(fā)展和適應(yīng)新環(huán)境。

4)監(jiān)測(cè)與評(píng)估。為確保種植策略的有效性，需要對(duì)沙棘在濕地中的生長(zhǎng)狀況、環(huán)境適應(yīng)性以及水源涵養(yǎng)能力進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)與評(píng)估。通過(guò)收集和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，可以適時(shí)調(diào)整種植策略，以優(yōu)化其在濕地水源涵養(yǎng)中的作用[5]。

2.3 沙棘在助力濕地水源涵養(yǎng)中的作用

1)土壤改良和水土保持。沙棘根系的改良作用主要表現(xiàn)在其強(qiáng)大的固土能力，其根部能滲透土層，形成一張復(fù)雜的根網(wǎng)，有效防止土壤侵蝕，濕地地區(qū)由于水流的沖刷力較大，因此沙棘根系的這種特性尤為重要。此外，沙棘根部還能促進(jìn)土壤通氣性和滲水性提升，改善土壤結(jié)構(gòu)，有利于其他植物的根系生長(zhǎng)。這種土壤改良作用在降水期間尤為明顯，沙棘能有效減緩雨水沖刷的速度，降低表層土壤被沖走的風(fēng)險(xiǎn)。

2)豐富生態(tài)多樣性。沙棘果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，豐富的維生素和礦物質(zhì)吸引了大量的野生動(dòng)物。在食物鏈中，沙棘提供的食物資源是連接植物與高等動(dòng)物的重要紐帶。這不僅使?jié)竦氐氖澄镦湼油暾?，也增加了生物種群的數(shù)量和多樣性。例如，沙棘果實(shí)豐富，會(huì)引來(lái)鳥(niǎo)類(lèi)，不僅直接食用果實(shí)，還可能攜帶其他植物種子到達(dá)沙棘林，進(jìn)一步豐富了濕地的植被。

3)微氣候的調(diào)節(jié)。沙棘對(duì)濕地微氣候的影響可通過(guò)其蒸騰作用體現(xiàn)。沙棘葉片的蒸騰作用可以釋放大量水蒸氣到周?chē)諝庵?，增加了空氣濕度，降低了地表溫度，不僅有利于沙棘自身生長(zhǎng)，也為其他植物提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境。沙棘林作為風(fēng)的屏障，減緩了風(fēng)速，降低了風(fēng)蝕的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于保持濕地微氣候穩(wěn)定具有重要作用。

4)生態(tài)平衡的維護(hù)。沙棘對(duì)濕地生態(tài)平衡的維護(hù)不僅體現(xiàn)在其“儲(chǔ)水—釋水”的功能方面，沙棘的引入還可能改變土壤的化學(xué)性質(zhì)，影響濕地中的微生物群落結(jié)構(gòu)，這種改變有助于抑制某些有害微生物生長(zhǎng)，同時(shí)促進(jìn)有益微生物繁衍，對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。沙棘通過(guò)提供生態(tài)位，增加了生物多樣性，從而提升了濕地生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力和恢復(fù)力，這在面對(duì)自然災(zāi)害和人為干擾時(shí)尤為重要。

3 沙棘種植在華北山地中防治水土流失的機(jī)理

3.1 華北山地的特點(diǎn)及面臨的水土流失問(wèn)題

華北山地地勢(shì)復(fù)雜多變，典型的地形以低山丘陵為主，地貌以山地和高原為主。這些地區(qū)通常由沙質(zhì)土壤、石質(zhì)土壤和黏土等不同類(lèi)型的土壤組成，土層相對(duì)較薄，抗侵蝕能力較弱。由于地形的多樣性，華北山地氣候呈現(xiàn)出顯著的垂直分布特征，降水量隨著海拔的升高而增加，但總體而言，該區(qū)域降水稀少，蒸發(fā)量大，水資源短缺，植被覆蓋率不高，自然植物以耐旱灌木和草本植物為主。在這樣的地理和氣候條件下，華北山地面臨嚴(yán)重的水土流失問(wèn)題。雨季來(lái)臨時(shí)，由于地表植被覆蓋不足，雨水難以有效滲透，地表徑流對(duì)土壤造成了直接沖刷，導(dǎo)致大量肥沃土壤被帶走，形成水土流失。由于人們過(guò)度放牧、砍伐森林和耕作方式不合理等，加劇了水土流失。特別是在坡度較大的地區(qū)，水土流失更加嚴(yán)重，使得原本貧瘠的土地更加難以恢復(fù)[6]。

水土流失不僅導(dǎo)致土地沙化、土地質(zhì)量下降，還引發(fā)了一系列環(huán)境問(wèn)題，如洪水、泥石流等自然災(zāi)害頻發(fā)，生態(tài)環(huán)境惡化。如何有效地控制和治理華北山地的水土流失，已成為一個(gè)亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。

3.2 沙棘在山地的生態(tài)策略及生長(zhǎng)適應(yīng)性

沙棘植株能夠在貧瘠、干旱、低溫的條件下生存和繁衍，這得益于其強(qiáng)大的生存適應(yīng)性。沙棘根系發(fā)達(dá)，既能深入土層吸取水分和養(yǎng)分，也能起到固土作用，減少水土流失。

在華北山地的生態(tài)環(huán)境中，沙棘適應(yīng)了多樣化的生長(zhǎng)條件，例如，在陽(yáng)光充足的地方，沙棘能通過(guò)其光合作用高效地轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能；在陰翳地，沙棘能通過(guò)其葉綠體的結(jié)構(gòu)適應(yīng)弱光環(huán)境。沙棘的葉片和果實(shí)富含多種有機(jī)酸和維生素，不僅有助于其自身生長(zhǎng)，也為野生動(dòng)物提供了豐富的食物來(lái)源，進(jìn)而增強(qiáng)了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生物多樣性。

沙棘能在瘠薄的土壤中生長(zhǎng)，與其淺根和深根相結(jié)合的根系結(jié)構(gòu)不無(wú)關(guān)系。淺根固土抗侵蝕的能力強(qiáng)；深根則能到達(dá)較深的土層吸取水分，減少地表水的流失。同時(shí)，沙棘的葉片結(jié)構(gòu)獨(dú)特，葉片表面的微毛能有效減少水分蒸發(fā)，提升雨水的截留和土壤的水分保持能力[7]。

3.3 沙棘種植對(duì)增強(qiáng)山地土壤的穩(wěn)定性和抗侵蝕方面的作用

1)根系結(jié)構(gòu)對(duì)土壤固持的作用。沙棘的根系結(jié)構(gòu)對(duì)防止水土流失具有至關(guān)重要的作用，其根系不僅水平分布廣泛，而且能夠深入土壤，形成穩(wěn)固的地下網(wǎng)絡(luò)，地下網(wǎng)絡(luò)在土壤中能夠形成一個(gè)堅(jiān)固的框架，類(lèi)似于一個(gè)地下的“安全網(wǎng)”，在水流沖刷時(shí)能夠有效鎖住土壤顆粒。沙棘根系能夠與土壤中的細(xì)小顆粒緊密結(jié)合，提高土壤的抗剪強(qiáng)度，即土壤顆粒之間抵抗外力而不被剪切開(kāi)的能力，這一特性在防止坡面土壤流失中尤為重要。

2)改善土壤物理性質(zhì)。沙棘通過(guò)其根系生長(zhǎng)能顯著改善土壤的物理性質(zhì)。例如，沙棘根系的穿透作用可以打破土壤的板結(jié)層，提高土壤層間的連通性，從而提高土壤的孔隙度和滲透性，有助于雨水的吸收和水分的垂直運(yùn)動(dòng)。增加土壤孔隙度還可以提高土壤的通氣性，為土壤中的微生物活動(dòng)提供良好的環(huán)境。這些物理性質(zhì)的改變能夠降低水蝕的可能性。

3)改善土壤化學(xué)性質(zhì)。沙棘的根瘤菌可以將大氣中的N2轉(zhuǎn)化為植物可吸收的N 元素，這一過(guò)程稱(chēng)為生物固氮。這種固氮能力能夠顯著提高土壤的N 元素含量，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)，尤其能促進(jìn)沙棘周?chē)渌参锷L(zhǎng)。植被的增加可加強(qiáng)對(duì)土壤的保護(hù)作用，減少水蝕和風(fēng)蝕的發(fā)生。沙棘的落葉分解能夠增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤的保水能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而增強(qiáng)土壤抵抗力，降低土壤被侵蝕的可能性[8]。

4)提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。沙棘種植的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是多方面的。例如，沙棘的枝葉能夠?yàn)橥寥捞峁┱陉?yáng)環(huán)境，減少陽(yáng)光直射，從而降低土壤溫度，減少水分蒸發(fā)，有助于保持土壤濕潤(rùn)。沙棘作為一種快速生長(zhǎng)的植物，其在生長(zhǎng)過(guò)程中能夠吸收大量CO2并通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，這一碳固定作用對(duì)于減輕溫室氣體效應(yīng)具有重要意義。沙棘還能為野生動(dòng)物提供食物和棲息地，有助于維持和提升生物多樣性。這些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的提升不僅有助于防止水土流失，還能促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)健康、可持續(xù)發(fā)展[9]。

4 結(jié)束語(yǔ)

沙棘以其獨(dú)特的種子特性和強(qiáng)大的生態(tài)適應(yīng)性，在華北地區(qū)濕地與山地生態(tài)系統(tǒng)中扮演了重要角色。沙棘不僅在防止水土流失、水源涵養(yǎng)方面顯示出巨大潛力，更對(duì)生態(tài)恢復(fù)和提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能具有顯著貢獻(xiàn)。未來(lái)的研究和實(shí)踐應(yīng)繼續(xù)深化對(duì)沙棘生態(tài)作用的理解，探索其在全球變化背景下更廣泛的應(yīng)用，為生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支撐。