科尔沁沙地活沙障植被及土壤恢复效应的研究

【摘要】： 我国是世界上土地沙化危害最严重的国家之一。随着防沙治沙工程的实施，在治理和改善沙区生态环境的同时，形成了大规模的人工植被，也培育了大量的沙区生物质资源。近年来，人工植被出现了大面积退化和死亡的现象，直接影响着人工植被效益的持续发挥。因此，加强人工植被的管理与利用已成为今后一个时期需要解决的重大问题。为此，本研究以目前在科尔沁沙地广泛应用的活沙障治理流动沙丘形成的人工植被为研究对象，以现代植被生态学和恢复生态学理论为指导，采用野外调查和室内分析相结合的手段，对其植被和土壤的恢复效应进行了全面的研究，旨在全面掌握其动态规律和恢复效应，为活沙障技术的进一步应用以及制定科学的活沙障植被管理与利用措施提供理论依据。得出如下结论： (1)在流动沙丘上建植黄柳(Salix gordejevi)+羊柴(Hedysarum fruticosum)的网格(4×4m)式植物活沙障，能够收到良好的植被恢复效果。形成的沙障群落3a时间植被盖度就可达到24．7％，沙丘处于半固定状态；4a～7a的植被盖度可达到40％～70％，沙丘处于固定状态；3a～7a群落的植物种达到6～10种，生物量(鲜重)达到221．6～531．1kg／m~2；5a～7a群落的地表凋落物盖度达到了26％～49％，现存生物量达到了105．9～340．9g／m~2。 (2)沙障群落在发育初期(4a前)，物种单调，结构简单，由建植沙障时人工引入群落的黄柳和羊柴垂直混交构成了群落的网格式水平结构，障间植物分布极少。随着群落的演替，在4a～5a群落中由于羊柴更新苗的出现和草本植物的入侵，障间小群落迅速发育，群落具有多种层片和多层垂直结构，并由网格状水平结构向沙障网格与“障间小群落”交互均衡分布的水平结构演变，植被得到了全面的恢复。 黄柳和羊柴在群落中始终发挥着主导的作用，障间小群落的发育形成，导致群落结构质的变化。灌木层片、半灌木层片和“半灌木更新层片”(主要物种)位于沙障群落中不同的水平空间上，其盖度和生物量在水平空间上重叠较少，任何一方的波动对群落的结构、稳定性及其功能和效益的发挥都具有重要的影响。 (3)4a～5a群落的物种组成及群落结构变化剧烈，同时也出现了大量的立枯生物量，半灌木层片(羊柴)的盖度和生物量也大幅下降，群落开始进入衰退阶段。表明群落一方面向着物种多样性和结构复杂化的方向演替，另一方面群落处于不稳定的发育阶段。 (4)沙障群落土壤种子库也得到了初步的恢复，3a～7a群落的土壤种子库物种数量为3～6种，以禾本科和菊科的一、二年生植物为主；种子密度为33～694粒／m~2，土壤种子库与地上植被之间存在着中等程度的相似性，7a群落土壤种子库的物种数和种子密度的水平低于科尔沁沙地半固定沙丘土壤种子库的水平。 (5)沙障群落根系生物量迅速恢复，3a～7a群落根系生物量达到49．31～230．88g／m~2；根系生物量结构中，细根比普遍较高，为0．5394～0．8145，反映出根系生长比较旺盛，土壤的环境条件相对适宜；细根比的垂直分布总体上呈浅层化的趋势，有利于对沙区有限降水资源的利用。不同层片植物根系的水平和垂直分布空间不同，并具有良好的互补性，有利于土壤养分资源的有效利用和保持群落的稳定性。 (6)随着沙障群落的发育演替，土壤理化性状也得到了逐步的改善，表现为土壤表层(0～5cm)物理性黏粒含量的增加，0～50cm土层容重增加，总孔隙度降低，非毛管孔隙度升高，速效氮、速效磷和有机质含量增加等。 (7)随着沙障群落的进展演替，土壤向着旱化的方向发展。调查期间对照的土壤含水率为3．19％，3a～7a群落含水率逐渐下降，至7a群落下降为1．9％，下降了40．44％。 (8)本研究的结果表明，建植活沙障时在物种选择上要注重适应性强、造林成活率高、生长稳定的物种，并将其配置在沿沙丘等高线(垂直主风方向)上。在建植黄柳+羊柴网格式活沙障时，应当将黄柳布设在沿沙丘等高线(垂直主风方向)上。 (9)按照群落结构变化和生态恢复机制制定科学的人工群落经营管理措施，对于维持群落的稳定性及其效益的持续发挥具有重要的意义。