張 瑞，張景波，曹良圖

（中國林業(yè)科學研究院 沙漠林業(yè)實驗中心，內蒙古 磴口 015200）

土地退化是荒漠化的結果，土地退化包括①風蝕和水蝕致使土壤物質流失；②土壤的物理、化學和生物特性或經濟特性退化；③自然植被長期喪失。它是荒漠化研究的核心問題。沙漠化是導致土地質量與生產力下降的主要原因，而人類對土地資源的無序經營加速了沙漠 化的進 程［1－2］。研 究表明［3］：過牧 導致的沙漠化占30.1%，過度農墾占26.9%，過度樵采占33.7%，水資源利用不當占9.6%，工礦交通建設占10%。趙其國指出［4］，受上述因素影響，我國到21世紀初，人均耕地下降至0.1 hm2，林地0.11 hm2，草地0.25～0.26 hm2。隨著人類對土地利用強度的不斷增強，人為因子對土壤質量的演化起著越來越重要的作用，并成為決定土壤肥力發(fā)展方向的基本動力之一［5］。在1998年第16屆國際土壤學會大會上，土地荒漠化可逆性問題已成為人們關注的熱點問題之一［6］。退化土地的恢復與重建技術，已成為當前急待研究的課題。為了揭示人為活動與改變沙漠景觀，恢復土地生產系統(tǒng)能力，以中國林科院沙漠林業(yè)實驗中心為基地開展本項研究，旨在探索沙漠化土地恢復和重建的可行性和有效性，研究人類生產經營活動和土地資源利用方式對沙漠化土地恢復的影響和調控機理。

1 研究區(qū)自然概況

試驗區(qū)設在中國林科院磴口沙漠實驗中心。試區(qū)地處烏蘭布和沙漠東北緣，位于106°46′E，40°28′N，海拔1 044～1 061 m，屬荒漠與干草原的過渡地帶。氣候特征為：年平均氣溫6.8～7.6℃，≥10℃積溫3 002～3 221℃，太陽總輻射643.5 kJ／cm2，無霜期130～170 d；年降水量105～144.6 mm，年蒸發(fā)量2 110.8～2 966 mm，相對濕度47%；主風向西北風，≥8級大風日數7.9～28.3 d，年沙塵暴日數20.0 d，年揚塵日數79.6 d，全年40%的揚塵日數和大風日數及60%的沙塵暴日數集中于春季年大風日數16.5 d。

試區(qū)東臨黃河，位于內蒙古河套平原的西南。原始荒漠區(qū)下伏地面為古河床沖積平原，地貌呈現(xiàn)流動沙丘，壟狀半固定沙丘，灌叢沙堆，黏質土平地和風蝕洼地相間分布的特征。沙丘高一般為1～3 m，個別高達5 m以上。土壤為發(fā)育在沖積―湖積型成土母質及風積型母質上的漠鈣土，可分為松沙質漠鈣土、沙壤質漠鈣土及黏沙壤典型漠鈣土3種類型。表層土以沙為主，中下層土壤以黏土和漠鈣土相間分布。地下水埋深5 m左右。植被以荒漠植被占主導地位，以旱生及超旱生沙生灌木或半灌木為主。主要優(yōu)勢種 有 白 刺 （NitrariatangutorumBobr.）、霸 王（ZygophyllumxanthoxylonMaxim.）、油 蒿 （ArtemisiaordosicaKrasch.）、沙竹（Psamochloavillosa）、貓頭刺（Oxytropisaciphyllavar.gracilis）等。

人工綠洲開發(fā)前為固定、半固定沙丘相間分布的風沙地貌，現(xiàn)已形成完整的以林為主的農業(yè)開發(fā)區(qū)。

2 研究方法

2.1 土地利用類型對沙地土壤肥力的恢復效應

對人工綠洲內各土地利用類型，按隨機抽樣布點，分別選取3塊樣地進行養(yǎng)分分析，各剖面分3層取土樣（0－25，25－60，60－120 cm），制成混合土樣，剔除雜物風干后，測定有機質、全N、全P、全K、堿解N、速效P、速效K，有機質采用丘林法測定，全氮用凱氏法，速效氮用堿解擴散法，全磷用硫酸－高氯酸消煮－鉬銻抗比色法，速效磷用0.5 mol／L碳酸氫鈉浸提－鉬銻抗比色法，全鉀用酸溶－火焰光度計法，速效鉀用醋酸銨浸提－火焰光度計法。以3個樣方的平均值進行比較研究。

2.2 灌木薪炭林對沙化土地的改土效應

試驗樹種為沙棘、花棒、楊柴。采用1年生苗造林，栽植密度1 m×2 m，小區(qū)面積0.7 hm2，各樹種重復3次，共計9個小區(qū)，總面積6.3 hm2。每年灌水2次。于造林前和造林后第5年分別在9個固定樣地內選取土樣，各剖面分3層取土樣（0－30，30－60，60－100 cm），測定有機質、全 N、速效P和速效K，測定方法同上。采用9個樣方的算術平均值進行對比分析。

2.3 種植綠肥對沙化地土壤肥力的恢復能力

供試材料為苜蓿、沙打旺和草木樨，在沙丘推平后，試驗小區(qū)按隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積0.2 hm2，各重復3次，于5月中旬進行撒播，每1 hm2播種量為15～22.5 kg，淺耙1次后隨后澆水，在出苗7～10 d后再澆1次水，3種植物的出苗率均在65%以上。達到試驗要求。我們分別于綠肥播種前和播種5 a后采用隨機取樣的方法對土壤進行了分層取樣（0－20，20－40，40－60，60－80，80－100 cm），測定有機質含量、全N、全P、全K、速效N、速效P和速效K，土壤樣品分析方法同上。采用5層測定值的平均數進行統(tǒng)計分析。

2.4 荒漠沙地封育后不同植物群落類型對土壤肥力的影響

圍欄封沙育草試驗地面積為150 hm2（1 500 m×1 000 m）。共設立8個土壤觀測固定樣地，標準地面積為20 m×20 m，在封育7 a后對土壤進行取樣分析，各剖面分5層取樣（10，30，50，70，100 cm），測定有機質、速效氮、速效磷和速效鉀。土樣分析方法同上。

3 結果與分析

3.1 土地利用類型對沙地土壤肥力的恢復效應

土地利用方式影響土壤的功能和性質［7］。研究表明，在沙化土地的恢復和重建過程中，由于人類對土地的開發(fā)利用方式和經營強度的不同，其恢復和提高沙化土地肥力的作用是不同的（表1）。由表1看出，各土地利用類型的土壤營養(yǎng)元素含量排序均為全K＞有機質＞全P＞全N，表明該地區(qū)土壤富含K素，N素極低，P素不足的特點；各土地利用類型的土壤各項養(yǎng)分含量均大大高于荒漠沙地，說明沙化土地肥力在人類合理的干預下是可以得到恢復的；按有機質、全氮、速效氮3項指標排序依次為草木樨玉米草田輪作地＞苜蓿地＞玉米套種小麥地＞小美旱防護林地＞籽瓜農地＞小美旱用材林地＞蘋果地＞荒漠沙地；從上述結果可以看出，在農業(yè)耕作制度中，其改土培肥效應以草田輪作最高，農作物套種次之，農作物單種最低；在荒漠沙地開發(fā)利用上，種植農作物較果樹更有利于保護土壤生態(tài)環(huán)境；在荒漠沙地上植樹，不僅可以防風固沙，而且還能夠改良土壤，提高土壤肥力，其營造方式以防護林最佳；土壤全氮和速效氮含量以牧草地最高，分別是其它地類的2.59～1.64倍和1.67～1.07倍 （荒漠沙地除外），針對該地區(qū)土壤氮素極度貧乏的狀況，在沙地開發(fā)利用初期應種植牧草，以加速沙地土壤肥力的恢復和提高。據估算［8］，1年生苜蓿固定到土壤中的N約為35～305 kg／hm，高于其它農作物地和天然草場，應作為沙地開發(fā)的首選固氮植物。

表1 各土地利用類型土壤肥力比較

3.2 灌木薪炭林對沙化土地的改土效應

薪材是生物能源，是我國主要能源之一。它不僅是我國農村生活用能的主要來源，也是西北沙區(qū)防治沙漠化的主要手段之一。在防風固沙的同時肩負著改良土壤的重任。研究表明，在荒漠沙地上營造灌木薪炭林，5年后其沙地土壤肥力得到有效的恢復和改善（圖1）。由圖1看出，沙地造林前30，60，100 cm土壤有機質分別為2.116，2.276，1.743 g／kg，造林后（5 a）分別增至2.886，2.598，3.171 g／kg，分別提高了36.38%、14.15%、81.93%；造林前全 N 分 別為0.166，0.209，0.177 g／kg，造林后（5 a）分別增至0.255，0.249，0.195 g／kg，分 別 提 高 53.62%、19.14%、10.17%；速 效 P 分 別 提 高 52.89%、48.78%、46.46%；速效 K 除了30 cm 提高21.05%外，而60，100 cm卻分別下降了5.26%和11.75%，這可能與薪炭林的消耗和新陳代謝及礦化物的轉化速率有關。從營養(yǎng)元素的分布結構上看，造林前后也有所差異，造林前有機質最高值分布在60 cm土層，造林后則分布于100 cm土層；全N最高值前者分布在中層，后者分布于表層；速效P前者分布在表層，后者分布于表層；速效K前者分布在表層和中層，而后者呈自上而下遞減規(guī)律，這顯然與林木根系生長發(fā)育過程有關。

3.3 種植綠肥對沙化地土壤肥力的恢復能力

烏蘭布和沙漠東北緣流動沙地具有黃灌條件，但是由于沙地保水保肥能力差，土壤貧瘠成為該地區(qū)土地開發(fā)利用的主要限制因子。因此改良土壤是該地區(qū)首要解決的問題。種植綠肥則是改良沙地土壤的重要措施。研究表明，3種綠肥植物均有改善和提高沙化土地肥力的作用。由圖2看出，種植綠肥5年后，苜蓿地土壤有機質、全N、全P、速效N、速效P、速效 K分別增加了4.755，0.022，0.201 g／kg、8.12，5.3，15.0 mg／kg；沙打旺地分別增加16.121，0.101，0.070 g／kg、10.34，1.6，19.6 mg／kg；草木樨地分別增加1.556，0.362，0.663 g／kg、9.79，0.9，9.0 mg／kg；從增肥效果來看，3種綠肥各不相同，沙打旺對有機質、速效N、速效K的增效優(yōu)于苜蓿和草木樨；草木樨對全N、全P的增效優(yōu)于沙打旺和苜蓿；苜蓿對速效P的增效優(yōu)于沙打旺和草木樨；值得注意的是，3種綠肥的全K含量均出現(xiàn)下降規(guī)律，即苜蓿、沙打旺和草木樨分別降低47.891，34.707，43.474 g／kg，這可能與植物對養(yǎng)分的吸收有關，據測定［9］，3種綠肥的莖葉和根系的含鉀量均高于含磷量。也有試驗表明（我國南方和北方長期多點定位試驗），在不施鉀肥或少施鉀肥的情況下，土壤速效鉀一般均有不同程度的下降［10］。由上述結果可以看出沙打旺的增肥效應最好，草木樨次之，苜蓿最差。

圖1 沙土種植薪炭林前后土壤養(yǎng)分變化情況

圖2 綠肥種植前后土壤養(yǎng)分變化情況

3.4 荒漠沙地封育后不同植物群落類型對土壤肥力的影響

圍欄封沙育草是恢復沙地植被和改良沙地土壤的有效途徑。研究表明（表2），不同植物群落類型的土壤肥力存在差異。白刺＋沙蒿群落土壤的有機質、速效N和速效K含量最高，與沙蒿和白刺群落相比，前者分別是后者的1.22，1.68，1.83和1.43，1.22，1.06倍；與同類型的沙蒿＋沙竹和小花棘豆＋沙蒿群落相比，前者分別是后者的1.39，1.48，1.30和1.57，2.10，1.18倍；沙蒿＋沙竹與沙竹群落相比，前者分別是后者的1.76，1.13和1.34倍；小花棘豆＋沙蒿與小花棘豆群落相比，前者分別是后者的1.17，1.17和1.31倍。從以上結果可以看出，復種群落的土壤肥力優(yōu)于單種群落，但從速效P來看，除沙蒿外，其它單種植物群落的速效P含量均高于同類復種群落，其原因不明，有待研究。

表2 封育7年后不同植物群落的土壤肥力比較

土壤中氮和磷是植物必需的大量元素。研究表明，氮磷比在生態(tài)系統(tǒng)中具有重要意義［11］，土壤氮／磷比的變化與植物密度的變化密切相關，并且是干旱區(qū)油蒿群落演替的原因之一［12］。本試驗結果表明（圖3），氮磷比由高到低依次排序為白刺＋沙蒿（5.04）＞沙蒿＋沙竹（4.47）＞沙蒿（3.94）＞沙竹（3.41）＞小花棘豆＋沙蒿（3.16）＞白刺（3.03）＞小花棘豆（2.43），其變化趨勢與前所述一致。由圖3看出，各植物群落間的土壤磷素變化相對較?。?.15～0.09 mg／kg），而氮素變化相對較大（0.75～0.23 mg／kg）?？梢哉J為氮磷比的高低主要取決于氮素水平，而氮素水平與植物的多樣性有關，即對同一個植物種而言，單種植物群落的土壤含氮量低于復種植物群落。由此說明氮素是影響植物群落演替的原因之一。

圖3 不同植物群落的氮磷比

4 結論

（1）該地區(qū)土壤氮素貧乏，磷素不足，富含鉀素；各土地利用方式在人類合理的干預下，可以使沙化土地的肥力得到恢復和提高；在農業(yè)耕作制度中，其改土培肥效應以草田輪作最高，農作物套種次之，農作物單種最低，草田輪作是以高產高效可持續(xù)發(fā)展的農牧結合耕作制度，該模式即可注重經濟效益，又能保護土壤生態(tài)環(huán)境，提高土壤肥力，實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用；在荒漠沙地上種植農作物較果樹更有利于保護土壤生態(tài)環(huán)境；在荒漠沙地上造林，應以防護林為主，不宜營造大規(guī)模楊樹速生豐產林；針對該地區(qū)土壤氮素極度貧乏的狀況，在沙地開發(fā)利用初期應種植牧草，以加速沙地土壤肥力的恢復和提高。

（2）在沙地上營造灌木薪炭林，不僅可以為農牧民提供生活能源，而且也能起到改良貧瘠沙地的功效。

（3）種植綠肥是改良沙地土壤的重要措施，3種綠肥植物均可有效的提高沙化土地肥力。沙打旺對有機質、速效N、速效K的增效優(yōu)于苜蓿和草木樨，草木樨對全N、全P的增效優(yōu)于沙打旺和苜蓿，苜蓿對速效P的增效優(yōu)于沙打旺和草木樨，從增肥的綜合效果比較，沙打旺最好，草木樨次之，苜蓿最差。

（4）圍欄封沙育草是恢復沙地植被和改良沙地土壤的既經濟又有效的方式。不同植物群落類型對沙地土壤改良效果有所不同，多植物群落優(yōu)于單一植物群落。土壤氮磷比由高到低依次排序為白刺＋沙蒿＞沙蒿＋沙竹＞沙蒿＞沙竹＞小花棘豆＋沙蒿＞白刺＞小花棘豆，土壤氮磷比的高低主要取決于氮素水平，而氮素水平與植物的多樣性有關。

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