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沙地人工植被恢复及其对土壤改良作用的研究

2023-01-06 来源:星星旅游
2011钲 辽宁林业科技 2011 第1期 Journal of Liaoning Forestry Science&Technology №1 沙地人工植被恢复及其对土壤改良作用的研究 谭希彬 ,陈 卓 ,唐 毅 ,押田敏雄 (1.锦州市林木种苗站,辽宁锦卅l 121013;2.翁牛特旗治沙站,内蒙古赤峰024500;3.中国科学院沈阳 应用生态研究所,辽宁沈阳110016;4.日本麻布大学兽医学部,相模原252.5201) 摘 要:通过对科尔沁沙地流动沙丘人工固沙植被恢复过程及对土壤改良作用的研究表明,在流动 沙丘进行人工固沙时采用1.0 mX1.0 m草方格,播种小叶锦鸡儿具有较好的固沙效果,经过3~4 a可 使沙丘表面得到固定。在围栏封育条件下实施适宜的植被恢复措施,可在2~3 a获得明显的固沙效 果。小叶锦鸡儿人工固沙群落内土壤养分随群落的生长发育而发生变化,在0~30 cm土层中,有机 质、速效钾、全氮、水解性氮、全磷、有效磷含量都表现为:l1年生群落>6年生群落>流动沙丘。 关键词:流动沙丘;人工固沙群落;植被恢复;土壤改良;科尔沁沙地 中图分类号:S156.5 文献标识码:A 文章编号:1001—1714(2011)01—0001.05 Artiifcial vegetation restoration 0n sandy lands and its effects On soil amellOmUon TAN Xi—bin ,CHEN Zhuo TANG Yi。.TOSHIO Oshida (1.JinzhouciwAdministrationforForestrySeeds andSeedlings,Jinzhou 121013,China;2.WengniuteBannerStationforDesertificationCon— trol,Chifeng024500,China;3.ShenyangInstituteofAppliedEcology,CAS,Shenyang110016,China;4.FacultyofVeterinary,JapanAzabu University,Sagamihara252-5201,Japan) Abstracts:The artiifcial sand-fixingvegetation restorationprocessandits soil amelioration effectsformoveabledunesinHorqinSandy Landwere studied.The results showedthat:the effectsofsuchmeasuresas 1.0rex1.0mgrassgrids and sowingofCaraganamicrophylia onartiifcila sand-fxiingforthemoveableduneswere signiifcant,andthe surfaces ofduneswerefixedin 3~4years.Ontheconditions of fencing closure.the effects ofsand-fixingwith suitablevegetation restorationmeasureswerealso signiifcantin2~3years.The soilnutri— entsinartiifcial sand-fixingcommunities ofCaraganamicrophyliavariedwiththedevelopmentofcommuniites.At soil depthsfrom0to 30cm,theorderforthecontentsofOM,availablePotassium,totalnitrogen,hydrolysablenitrogen,totalphosphorandavailablephosphor wereasfollows:l1-year-old communiites,6--year-oldcommuniites,moveabledune. Key Words:moveable dune;artiifcial sand—ifxing community;vegetation restoration;soil amelioration;Horqin Sandy Land 科尔沁沙地是我国北方典型的农牧交错地区, 施。流动沙丘是沙地植被退化的极点,其特点是植 主要分布在内蒙古东部的赤峰和通辽地区。自2O 被覆盖度极低,风蚀严重、土壤极度贫瘠且基质极 世纪50年代以来,由于受干旱多风等气候和超载过 不稳定。对这样极度退化的生态系统来说,植被的 牧等人为活动的影响,生态环境发生了急剧变化, 自我恢复能力十分微弱,必须辅以人工手段才能在 土地沙漠化现象十分突出 。 。特别是近40年来,随 短时期内得以恢复。采用草方格结合播种豆科植 着人口和牲畜数量的急剧增加,生态环境不断恶 物是同定流动沙丘比较成功的方法之一【3】。近几十 化,干旱、洪水等自然灾害频繁发生,造成大面积草 年来,我国对科尔沁沙地进行了长期大量的植被恢 场退化,流动、半流动沙丘呈明显扩大趋势,其中沙 复试验示范和定位观测,在科尔沁沙地退化的原 地面积占总土地面积的43.1% 。恢复与重建植被 因、特征及恢复重建的可行途径等方面取得了大量 是土地沙漠化综合防治中最主要和最基本的措 的科研成果 。 收稿日期:2010—05—12 基金项目:国家林业局荒漠化监测项日(00—08—05)资助。 第1期 辽宁林业科技 本文研究了生物与工程措施相结合的流动沙 丘固沙技术及在围栏封育条件下不同生长年限小 叶锦鸡儿人工固沙林的防风效能、土壤理化性质和 应用生态研究所乌兰敖都荒漠化实验站固定试验 地内。在流动沙丘表面设置0.7 m×0.7 m、1.0 mx 1.0 m、1.0 m×1.5 m、1.5 m×1.5 m和2.0 m ̄2.0 m 5种 生物活性的变化特征,揭示沙地植被恢复过程中土 壤与植被发育过程的相互关系,为本地区大规模开 展植被恢复工程提供一定的理论指导。 1 研究区概况和研究方法 1.1研究区概况 不同规格的草方格,在草方格内栽植固沙植物小叶 锦鸡儿,定期观察植被生长与固沙效果;对小黄柳、 蒙古柳和小红柳3种固沙植物群落进行人工封育 2~3 a后,分别对其灌丛生长、生物生产力、灌丛内 草本状况和群落生物量进行调查;选择流动沙丘及 本研究选择了位于科尔沁沙地西部沙漠化严 重的乌兰敖都地区,海拔约479 m,该地区属温带半 干旱气候型。年均降水量330 mm,夏季6~8月降 水量占全年的70%以上,潜在蒸发量是降水量的 6~7倍,干燥系数为1.0~1.8,季节变化明显;年均 温度为5.8 ̄6.4℃;≥】0 的年积温为3 000 ̄ 3 200 oC,无霜期140-160 d;年均风速4.5 m/s,每年 起风日数200 d以上,冬春季大风发生频率约占全 年的69%~81%。地带性土壤主要为沙质栗钙土, 沙丘起伏,坨甸相问,为广阔的沙地景观,沙丘和甸 毗邻的6年生及l1年生的小叶锦鸡儿人工群落(初 植密度1.0 m×1.0 m),调查人工固沙植被对土壤的 改良效应。 土壤样品采集:每个样地的土壤取样点在沙丘 中部距灌丛0.5 m处随机布设,按多点混合法(同一 地点采集5个样品,采用四分法就地混合为1个样 品)分别采集0~10 cm,10~20 cm,20 ̄30 cm的土壤 样品,设置4次重复,每个样地共l2个样品。土壤 类型为风沙土。每个土壤样品分成2份,一份风干 后用于测定理化性质,另一份装于密闭自封袋,取 子地呈东西排列。主要生境类型可分为:流动和半 流动沙丘、固定沙丘、沙沼地、丘问低地和石质残 丘。土壤类型主要有:风沙土、草甸土和盐碱土。 其原生植被属于森林向草原的过渡类型,原生植被 已被破坏殆尽。目前植被表现出强烈的次生性,大 部分已演变为沙生植被和草甸植被”・ ' 。在区系分 回后放于4℃冰箱保存,用于测定土壤微生物生物 量和各种酶的活性。 实验室分析:土样风干后磨碎,过100目土筛, 供测定土壤C、N、P、K含量。土壤有机质含量采用 重铬酸钾法测定;全N含量采用半微量凯氏定N法 测定,有效N含量采用碱解扩散法测定;土壤水分 含量采用烘干法;全P含量采用Na CO,熔融法,有 效p含量采用NaHCO,法;有效K含量采用火焰光 布上,为蒙古植物区系、华北植物区系和长白植物 区系的交接地带,其中分布最广、种类最多的是蒙 古植物区系的植物。本区代表性的植物有:小黄柳 (Salix lfavida)、小红柳(5.microstachya)、小叶锦鸡儿 (Caragana microphylla)、麻黄(Ephedra distachya)、 度计法测定;电导率采用电导仪法测定;阳离子交 换量采用乙酸铵法测定 。 数据采用SPSSl1.0统计软件处理,Microsoft Excel 2000作图。 2结果与分析 白草(Pennisetum centrasiaticum)、雾冰草(Bassia dasyphylla)、羊草(Leymus chinense)、沙蓬 (Agriophyllum squarrosum)、差巴嘎蒿(Artemisia 2.1 生物与工程措施相结合的固沙效果 在流动沙丘表面采用生物与工程措施,设置5 halodendron)等。 1.2研究方法 种不同规格的草方格,在草方格内栽植固沙植物小 叶锦鸡儿,其防风同沙效果见表1。 野外固沙试验:试验样地设在中同科学院沈阳 表1 流动沙丘不同规格草方格防风固沙效果对比 注:“+”表示积沙程度(+l~+10:积沙南少到多);“一”表示风蚀程度(一1~50:风蚀由弱到强)。 一2一 第1期 谭希彬等:沙地人工植被恢复及其对土壤改良作用的研究 试验结果表明,对流动沙丘进行生物与工程相 1.0 m草方格固定的沙丘出现了风蚀和积沙两种现 结合的同沙措施2 a后,从固沙效果来看,1.0 m× 象,且二者之间基本可以互相抵消,0.7 mxO.7 m规 1.0 m的草方格可以将流动沙丘基本固定,而0.7 mx 格的草方格由于过密,出现了积沙现象,不利于沙 0.7 m草方格则可以将流动沙丘完全固定。草方格 丘固定,而其它规格草方格固定的沙丘均出现了严 问距的增大使同沙效果明显下降,2.0 mx2.0 m的草 重的风蚀现象。由此证明,虽然1.0 mx1.0 m规格 方格甚至出现被流沙再次侵蚀的现象。从防风效 的草方格成本相对较高,但其防风固沙效果较好, 果来看,草方格间距大,其降低风速效果较弱,如实 可在3~4 a内将流沙固定,从而降低了反复固沙的 施2.0 mx2.0 m和1.5 mx1.5 m的草方格生物固沙措 高昂费用。 施后,在距沙丘表面1 m和0.3 in高度处的风速均 2.2封育对促进沙地植被恢复的作用 较强,但0.7 mxO.7 m和1.0 mx1.0 m草方格在近地 对沙区天然植被采取围栏封育措施是保护和 表0.3 rn处的风速有所降低,但二者之间并无显著 恢复沙地植被的有效方法之一。3种固沙植物小黄 差异,这说明草方格设置密集有利于降低近地风 柳、蒙古柳和小红柳固沙群落进行人工封育2~3 a 速、减少地表起沙,但密集程度达到1.0 m×1.0 m 后,对其灌丛生长及生物生产力进行调查,结果见 后,防风效果没有明显提高,反而增加固沙成本。 表2 对流动沙丘生物固沙的监测结果表明,1.0 mx 表2 围封对3种柳树灌丛生长及生物生产力的影响 由表2可知,与未封育的对照相比,封育2 a后 育区增加1 l 1.3%,每公顷生物量(鲜重)是未封育区 沙地小黄柳灌丛保存株数比未封育区增加15%~ 的8.7倍。结果表明,嗣封措施可使灌丛的平均高 38.7%,每公顷生物量(鲜重)是未封育区的2.5~4.8 度、平均地径有明显增加,生物量成倍增长;灌丛内 倍;封育2 a后沙地蒙古柳灌丛保存株数比未封育 的草本植物盖度、平均高及产草量均有明显提高, 区增加133.8%、每公顷生物量(鲜重)是未封育区的 总生物量(灌木层和草本层)也明显提高。由此可 5-3倍;封育3 a后沙地小红柳灌丛保存株数比未封 见,围栏封育措施对促进沙地植被恢复的作用是非 ---—— 3・-・—— 第1期 辽宁林业科技 常显著的,同时沙地天然植被总生物量的显著提高 可增加植被的防护效益和经济效益。 通过对本地区半流动沙丘进行围栏封育再辅 施的条件下,实施封育内的植被恢复速度一般要比 没有封育条件下的植被恢复快3~5 a。 2.3人工固沙植被对土壤的改良效应 助人工措施促进沙地植被恢复的试验,结果也表明 一应用草方格T程措施结合播种小叶锦鸡儿,建 立沙地人工固沙植物群落是固定流动沙丘的一种 重要途径。它不但可以通过植物在不断生长过程 中对沙丘表面加以固定,还可以通过植物地下庞大 般2~3 a时间可获得较明显的固沙效果。特别 是在生物措施和工程措施调控的共同实施下,同沙 植物的生物量、沙地植被盖度和侵入的植物种类要 比单一措施作用下的效果好得多,同时人T固沙植 的根系和地上部的枯枝落叶对沙地土壤养分及化 被自身也具有较强的抗干扰能力。在应用相同措 学性质具有一定的改良与提高作用。 表3 不同年龄小叶锦鸡儿固沙林土壤养分及化学性质变化 注:同一层次同一列不同字母表示差异显著,P<0.05。 由表3可见,在流动沙丘上建立起来的小叶锦 长,这种改造作用一般可逐渐提高 。 鸡儿人工植被不同发育时期对十壤养分的作用不 3 结 论 同。在0~30 cm土层中,有机质、速效钾、全氮、水解 3.1在采取生物和]二程相结合的固沙措施中,在 性氮、全磷、有效磷含量均表现为:l1年生群落>6 1.0 mx1.0 m的草方格内播种适宜的固沙植物种,可 年生群落>流动沙丘,且各养分含量均表现出随土 在3~4 a内将流沙基本固定,是科尔沁沙地适宜采 层加深而明显下降的趋势;但土壤电导率和阳离子 用的流沙综合治理措施。 交换量(CEC)表现出明显的增加趋势。 3.2封育措施是恢复沙地植被的有效方法之一。 在流动沙丘上建立人 lr植被后,随着盖度的增 与未封育的对照相比,经过2~3 a围封后,3种柳树 大,风沙流活动减弱,从而使空气中的尘埃及细粒 灌丛的平均树高与平均地径有明显增加、生物量成 物质逐渐沉积,同时每年有大量的枯枝落叶进入土 倍增长;灌丛内的草本植物盖度、平均高及产草量 壤,在水热条件与微生物和动物的作用下,枯枝落 均有明显提高,总生物量(灌木层和草本层)也明显 叶及植物根系的残留物发生一系列的化学变化,地 增加。 表逐渐形成灰褐色的结皮层。结皮的形成和土壤 3.3在流动沙丘建立/1' ̄t-锦鸡儿人工植被后,土壤 理化性质的变化意味着成土作片j的加强,这一变化 养分状况得到明显改善,在0 ̄30 cm土层中,有机 同时也为沙地植被向更高阶段的演变创造了条件, 质、速效钾、全氮、水解性氮、全磷、有效磷含量均表 下层天然植被也逐渐发育起来,地上现存生物量逐 现为:11年生群落>6年生群落>流动沙丘。人工 渐增加,植被对土壤的生物改造作用逐渐增强[3,91。 植被建立后,土壤微生物生物量呈大幅增加,并随 土体中有机质中的一部分经过腐殖质化过程最终 着人T群落年龄的增加而增加。 形成土壤腐殖质,使土壤有机质、全N含量等提高, 土壤的养分状况得到改善。不同植被类型对土壤 参考文献: 养分的积累作用有所不同,但随着改造时间的延 [1】刘新民,赵哈林,赵爱芬.科尔沁沙地风沙环境与植被 [M].北京:科学出版社,1996. (下转第15页) 第1期 于冬梅等:核桃主要器官钾含量及分配的动态规律 器官中钾含量占所测器官钾总含量的百分率 反映钾在树体内的分布及其在各器官间迁移的规 律。从表1看出,“辽宁1号”、“礼品1号”不同生育期 主要器官间钾含量分配比例有其共性之处,即果实 实的迅速生长、发育,营养消耗增加,各主要器官中 钾含量也大幅度下降 ,为了保证树体地上部分的 生长发育,特别是开花、座果的营养需求,春季施基 肥时要含有一定比例的钾肥。在核桃果实种仁充 钾含量所占比例在各器官中基本保持较高态势;果 枝和营养枝中钾含量所占比例总体呈下降趋势,并 且下降的幅度较大;7月上旬,核桃叶片钾含量所占 比例在各器官中最高,这与此时核桃叶片光合作用 最强呈正相关;根系钾含量所占比例在前期呈下降 趋势,后期逐渐呈上升趋势。这表明,随着树体枝、 叶、果实的生长,地上部分对钾消耗量逐渐增大,对 树体贮藏钾的消耗很大,同时树体增强从土壤中吸 实期,因果实中钾含量急剧增加,叶片、果枝和营养 枝中的钾大量输送到果实,使其含量又一次下降, 所以为了保证种仁的充实,营养器官生长健壮,根 据我们的试验研究 ,在核桃果实的硬壳期要提高 钾肥的施用比例,提高越冬枝条的充实度,提高树 体的抗逆性。核桃各营养器官的钾含量在9月份最 低,虽然落叶前叶子中的钾会部分回流到枝干等营 养贮存器官,但树体内的钾含量仍很低,为了增加 收养分并向地上输送以补充树体对钾的需求。值得 注意的是,在果实成熟后,南于采摘将带走大量钾, 此时枝条的钾含量很低,需要提前外施钾肥,提高 树体枝条的充实度,增强作物的抗逆性和抗病能力。 3结论与讨论 在整个生育期,早、晚实两个核桃品种的叶片、 树体的储备,提高芽的质量,促进根系生长,恢复树 势,必须在果实采收后施足基肥,保证来年春季树 体生长的营养需求。 参考文献: [1】高井康雄.敖光明,梁振兴,译.植物营养与技术[M】.北 京:中国农业 版社,1988. [2】杨文衡,郗荣庭.核桃栽培[M】.北京:农业出版社,1987. 果实、果枝、营养枝和根中钾含量的动态变化曲线 基本相似,即果实钾含量都呈上升趋势;叶片、果 枝、营养枝和根中钾含量都呈下降趋势,但根中钾 含量变化幅度较小。各营养器官(叶、果枝、营养 [3】张毅萍,朱丽华.核桃高产栽培[M].北京:金盾出版社, l993. [4】中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M】.上海: 上海科学技术出版社. [5】于冬梅,盖素芬.核桃主要器官氮素含量及分配的动态 变化规律[J].经济林研究,2006,24(1):49.51,66. 枝、根)钾含量在春季最高,花和幼果中钾含量在春 季也相对较高,这是由于此期树体内贮存的钾含量 比较高的缘故。在整个生育期,早、晚实核桃主要 器官问钾含量的分配比例有很大共性,即核桃果实 钾含量所占比例在各器官中基本保持较高态势,而 [6】樊红柱,同延安,吕世华,等.苹果树体钾含量和钾累积 量年周期变化研究[J].西北农林科技大学学报(自然科 学版),2007,34(5):169.172. 果枝和营养枝中钾含量所占比例总体呈下降趋势, 且下降的幅度较大。 春季核桃各种器官的生长发育主要靠树体内 贮存的营养,但随着树体地上部分叶片、枝条和果 (上接第4页) [2】蒋德明,刘志民,曹成有,等.科尔沁沙地荒漠化过程与 生态恢复[M]_北京:中国环境科学出版社,2003. [7】盖素芬,赵宝军,郑庆田,等.早实核桃不同生育期主要 器官氮、磷、钾含量变化规律及特征[J]_经济林研究, 2002,20(2):63.66. (责任编辑:张素清) [8]林大仪.土壤学实验指导[M].北京:中国林业出版社, 2004. [3】曹成有,蒋德明,朱丽辉,等.山竹岩黄蓍同沙群落对土 壤养分及生物活性的改良效应[J1.应用生态学报,2007, 18(8):l739—1744. [9】曹成有,蒋德明,朱丽辉,等.科尔沁沙地不同人工植物 群落对土壤养分和生物活性的影响[J].水土保持学报, 2007,21(1):168.171. [4】郭轶瑞,赵哈林,赵学勇,等.科尔沁沙质草地物种多样 性与生产力的关系fJ].干旱区研究,2007,24(2):198. 204. 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