西北干旱荒漠区防沙治沙优化模式示范研究

杨 波 李 锋*

(甘肃省酒泉市林业科学研究所, 酒泉 735000)

摘要: 针对西北干旱荒漠区自然特征和社会经济条件,遵循以生物措施为主的治理措施,将工程固沙和人工抚育有机结合,总结了一整套系统科学、能有效扼制风沙危害的优化模式,提出了综合治理的思路、技术和方法。

关键词: 防沙治沙; 优化模式; 研究

中图分类号: S 728.4 文献标识码: A

酒泉市位于河西走廊最西段,深居内陆,远离海洋,地域辽阔,区域北部被巴丹吉林、库穆塔格两大沙漠包围,从东到西有长达1 000多公里的风沙线,沙化及荒漠化土地面积达1.9亿亩,占全市国土总面积的66.8%,是全省乃至全国沙漠化最为严重的地区之一。处在干旱和半干旱区,降水量稀少、水资源匮乏、植被覆盖度低、林种单一,生态环境极其脆弱。

生物固沙是防沙治沙的理想模式,但风沙化地区自然条件恶劣,立地条件差,沙生植被成活率低,在流动沙丘不能稳定生长,设置沙障可有效解决这一问题。通过沙障的拉、挡功能,改变沙丘的微地形,有利于植物生长[ 1 ]。为控制沙漠化面积的扩大,恢复沙区植被,酒泉市沙区科研人员在与风沙的长期斗争与实践中,探索出一套工程措施与生物措施相结合的阻沙固沙新模式,即采用农作物秸秆设置高立式沙障控制流沙前移,用鹅卵石、草方格、固沙网等不同材料压沙,增加下垫面粗糙度,阻碍沙丘移动,然后在沙障内栽植梭梭等耐旱抗风蚀的沙生植物,丘间地栽植与主风向垂直的混交灌木林带,沙漠边缘地带栽植杨树、沙枣等为主的人工植被防护带,组成网、带、片、点相结合的多层次复合状固沙体系,这使局部环境得到了改善,且植物群落逐步形成,取得了显著的防治效果。

本研究利用当地大量、简单、适用的固沙材料,从生态效益、经济效益等方面,对不同防沙治沙模式效果进行研究,探索总结出一套系统科学,能有效扼制风沙危害的优化模式--西北干旱荒漠区防沙治沙优化模式,以期为酒泉乃至同类地区沙化土地治理提供技术支撑和示范。

1 项目区概况

玉门市位于甘肃省河西走廊西部,地处巴丹吉林沙漠、库姆塔格沙漠以及河西走廊西部沙区之间,自然环境严酷。境内土地多为戈壁荒漠,大风和沙尘活动频繁,生态条件极其脆弱。项目区位于玉门市新市区西北方向9 km处的黑沙窝沙化地带。地理坐标为40°21′28.09″~40°21′02.85″N,96°59′44.87″~96°59′59.59″E。整个试验范围东西长630 m,南北宽900 m,占地面积300亩。

黑沙窝沙化地带属大陆性中温带干旱气候,降水少、蒸发大、日照长、风沙多、植被稀少,具有典型的大陆性荒漠气候特征。年平均气温6.9℃,1月最冷,极端最低可达-28.7℃;7月份最热,极端最高达36.7℃。年日照时数3 166.3 h,平均无霜期为135天;年平均降水量为63.3 mm,蒸发量达2 952 mm;年平均风速为4.2 m/s,最大风速24 m/s,素有“世界风口”之称,年平均≥8级以上大风日数为32.1 天,最多年份达51天,多集中在3~6月份,占年大风总次数的76.5%。而且大风常伴随沙暴浮尘,给农林业生产带来了极大危害。

项目区植被类型主要为荒漠化植被类型,有进一步衰退的趋势。由早生、超早生的灌木和小灌木组成,多数群落的盖度在15%以下,固定沙丘植被覆盖度30%左右,流动沙丘的植被覆盖度在5%以下。天然植被主要植物有白刺、珍珠、红沙、沙生针茅、沙米碱蓬、骆驼蓬等。

2 总体布局

 

2. 1 模式概述

西北干旱荒漠区防沙治沙优化模式是指年均降水量在200 mm以下的沙漠地带,应用工程固沙、人工抚育结合生物措施,建立高立式、草方格等沙障,采取多树种、多地点、多形式造林,对流动沙丘及绿洲边缘不同部位进行分类治理的模式。

2. 2 总体布局

规划布局中充分考虑因地形、地貌不同导致的生态异质性,在区域布局、林种选择、技术保障等方面都因地制宜。在流沙治理上,采取“沙障+抗旱树种”模式,沙障在防沙固沙的同时,为植被生长提供适生条件。在绿洲边缘采取人工抚育措施,由内到外分别配置乔、灌、草,增加植被覆盖度,保障沙漠绿洲生态安全。在沙丘及丘间地造林,形成天然沙障,稳定积沙。随着植物群落的形成,形成综合防护体系,沙区立地条件将逐渐得到改善。

3 研究方法

3. 1 沙漠绿洲边缘人工抚育模式

西北干旱荒漠区生态环境脆弱,绿洲由内到外生态条件差异较大[ 2 ]。分别营造乔木、灌木、草本抗旱沙生植被不同层次、不同功能的防风固沙林带,可有效保护沙漠绿洲。在绿洲外围封沙育林育草,采取“自然恢复+人工抚育”的方法,依靠自然力,采取封禁、人工移植、管护、抚育等人工措施,增加植被覆盖度;在农田外围营造防风阻沙林带,利用农区灌溉条件,人工营造乔灌混交的防沙林带,开沟栽植,有条件地区可架设滴灌,林带宽20~50 m;在绿洲内部营造加密农田林网,此区域风沙强度大,营造农田林网要加密。主林带与主风向垂直,间距150~250 m,宽4~8 m,4~6行乔木或乔灌混交,副林带间距300~500 m,宽2~5 m,2~4行乔木或乔灌混交。乔木树种主要为新疆杨,生长速度快,适应性强,此外可选择沙枣、胡杨等;灌木树种可选择柽柳、沙棘等。

3. 2 流动沙区工程固沙模式

在不能直接固沙造林地段常采用机械固沙,主要通过改变下垫面的性质,以此削弱近地面表层的风速,延缓或阻止沙丘的前移,改变风沙流的方向、结构和蚀积状况[ 3 - 5 ],从而达到防风固沙的目的,为后期生物措施提供条件。

3. 2. 1 高立式沙障

以当地大量、简单、适用的葵花杆、花杆、玉米杆等农作物秸秆为材料,垂直于主风向带状布置,间距3 m。挖掘宽0.3 m,深0.4 m的沟,将葵花杆、花杆、玉米杆等农作物秸秆单排、紧密、竖埋于沙中,两边培沙踏实,地表以上留出1~1.5 m,形成高立式沙障。

3. 2. 2 草方格沙障

将废弃草帘切割成长10 m、宽0.5 m带状或以麦草、芦草等为原材料加工成宽0.5 m、厚3~5 cm的草帘,挖掘深0.2 m的沟,将草帘一端竖埋于沟中,培沙踏实,上露0.3 m,施工时迎风侧应先设主带,后设副带;在背风侧应先设副带,后设主带,先远后近,自上而下。方格规格2 m×2 m,在方格内定植梭梭等耐旱沙生植物。

3. 2. 3 植物纤维固沙网沙障

将植物纤维固沙网在网格网角处固定,立柱垂直于坡面,埋置深度为10 cm。网面高0.15 m,垂直于沙面,表面形成1 m×1 m的纤网沙障(材料使用寿命10年),网格中有一边垂直于主风向。

3. 2. 4 鹅卵石沙障

利用附近河滩地的河卵石,选取粒径为 0.1~0.3 m, 用人工将鹅卵石在网状正方形线上单线紧密摆放,主带(横对风向的为主带)平行于主风向,沙丘表面形成1 m×1 m或2 m×1 m的鹅卵石沙障,沿沙丘横坡排列。

3. 3 工程固沙模式下灌木造林及丘间地造林模式 3. 3. 1 工程固沙模式下灌木造林

在流动沙丘区工程固沙沙障方格内来风端或角内,采用种子直播或容器育苗造林。沙障可为种子和幼苗提供相对稳定的避难场所,待几年后沙障腐烂时,植物已具备固定流沙的能力。种子直播造林在5月进行,播种深度在干沙层下3~5 cm处,树种有梭梭、柽柳、沙蒿、沙枣等。容器育苗采用2~3月苗龄的幼苗,于6月中旬定植前炼苗10天,定植部位同种子直播。为提高在严酷的沙丘环境下的幼苗成活率,育苗时应增大播种量,容器苗出圃时至少有5株幼苗,形成丛生状。适合容器育苗的树种有甘蒙锦鸡儿、杨柴、花棒等。

3. 3. 2 丘间地造林

在丘间低地、沙丘群间的平坦滩地,采用大苗深栽的方式营造固沙片林,选用3年生大苗,挖大坑、深坑,深栽50 cm,可提高根系吸收水分的范围及能力,株行距3 m×3 m,树种可选择柽柳、梭梭、沙棘等。

4 结果与分析

4. 1 沙漠绿洲边缘人工抚育模式

通过封育、保护和营造乔、灌、草相结合的防风固沙体系,给天然植被和适生树种以恢复生长和繁殖更新的机会,形成林分稳定的防风固沙林网,即改变了地形地貌,而且使绿洲边缘植被覆盖度增加30%~60%。防风与固沙结合,保护沙漠绿洲免受风沙危害,而且能够改善绿洲生态环境,缓解和扭转土地的沙化进程。

4. 2 流动沙区工程固沙模式

各类沙障由于设置方法与材料的不同,对风沙的治理效果存在显著差异,主要表现在沙障对流沙的沉积量及对风沙流拦截效果不同。高立式沙障以其空间优势,沉积量明显优于其他沙障。阻沙效果为花杆高立式沙障>玉米杆高立式沙障>葵花杆高立式沙障>植物纤维固沙网沙障>草方格沙障>鹅卵石沙障。单位面积阻沙成本为鹅卵石沙障>植物纤维固沙网沙障>草方格沙障>玉米杆高立式沙障>葵花杆高立式沙障>花杆高立式沙障。鹅卵石和植物纤维固沙网等无机物沙障投入大,不易分解,与生物、草方格、葵花杆、花杆固沙效果对比并没有显著提高。综合以上分析得出:花杆高立式沙障和玉米杆高立式沙障在当地阻沙效果较好,单位阻沙成本也较低。因此,选择高大、不易折、柔软、有丰富侧枝的材料作为沙障,阻沙固沙效果更加明显。

4. 3 工程固沙模式下灌木造林及丘间地造林模式

工程固沙模式防沙固沙效果明显,但使用寿命短、设置成本高,一旦失去功效,流沙将再次席卷而来。在工程固沙模式下灌木造林治沙,不仅能改良沙地土壤,而且可以调节局部小气候,为灌木生长提供适生条件,待固沙材料失去效用,灌木已能接替工程措施发挥防沙治沙效果。随着灌木的生长发育,生态环境将逐渐得到改善,且沙生植被恢复了生长和繁殖更新,生物多样性逐渐形成。丘间地采用大苗深栽多埋的方式造林,使得根系吸收水分的范围及能力大大提升,地上少露使树苗成活发芽阶段的水分蒸腾量明显减少,显著提高了造林成活率,并且在荒漠区防沙固沙方面取得了较好的效果。

5 模式及成效评价

荒漠化治理是一项治理难度大、周期长、见效慢、投资高、技术性强的系统工作。本模式利用生物措施和工程措施相结合的方法,借助当地大量、简单、适用的固沙材料,抚育不同层次、不同功能的防沙固沙林带,并创造适生条件,以提高造林成活率和生长速度,形成综合防护体系,显著降低了风沙流动速度和绿洲风沙危害。通过此防沙治沙优化模式的示范研究,可以为酒泉沙区和同类地区沙漠化治理提供科学依据和技术支撑。

参考文献

[1] 徐先英, 孙保平, 唐进年, 等. 干旱荒漠风沙区沙化土地综合整治技术研究——以古浪县黄花滩治沙示范区为例[J]. 中国沙漠, 2007, 27(4): 539-545.

[2] 杨占武. 青海高寒干旱区三种治理模式探讨[J]. 青海农林科技, 2004(3): 42 - 45.

[3] 孙涛, 刘虎俊, 朱国庆, 等. 3种机械沙障防风固沙功能的时效性[J]. 水土保持学报, 2012(4): 12 - 16.

[4] 陈广庭. 沙害防治技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004.

[5] 高春智, 汤鹏展, 李冬生, 等. 不同化学物质处理对沙地云杉种子活力的影响[J]. 森林工程, 2016, 32(1): 10 - 15.

第1作者简介: 杨波(1986-), 男, 硕士, 研究实习员, 主要从事荒漠化治理与经济林栽培技术研究工作。

浏览次数:  更新时间:2017-11-01 14:01:34
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