王輝,郭敬麗

(河北省木蘭圍場國有林場,河北 承德 068450)

近年來,國家非常重視荒漠化防治,防沙治沙工作取得顯著成效。我國荒漠化和沙化土地面積已連續(xù)多年雙減少,零增長,也是世界上第一個實現土地退化零增長目標的國家。但是我們也應該清醒地看到,當前我國現有的荒漠化和沙化土地面積還較大,占據了約1/4的國土面積,土地荒漠化、風沙危害等仍舊嚴重制約我們的生產生活,仍舊是我們面臨的重大脅迫之一。因此,研究分析沙地退化植被恢復技術意義重大。

1 當前需要恢復植被的主要沙地類型

土地沙化不僅僅是一種土壤理化性質的改變,進一步直接影響了基于此生活的動植物種群的改變,尤其是受行動力制約,植物群落將直接面對生境脅迫,由此帶來的極有可能是植物多樣性的喪失和數量的銳減,甚至滅絕。因此土地沙化代表了環(huán)境的退化,生態(tài)系統的退化和生產力的退化。遏制和恢復土地沙化最直接也最有效的方法和途徑就是植物種群的重構,通過自然或人為的影響,重新建立良好的綠色植被,通過植物生態(tài)系統的調節(jié)逐漸改良土壤,進而改善生態(tài)環(huán)境。因此遏制土地沙化或退化,最關鍵的因素是植被恢復是否成功。

通過研究發(fā)現,我國現存最需要及時進行植被恢復的沙地有:海岸帶、沙漠化區(qū)(含草地)、礦區(qū)、瘠薄沙荒或沙化耕地等。其中海岸帶是海洋與陸地交接處且相互影響和制約的地帶。隨著人口劇增和環(huán)境污染的加劇,導致海岸沙丘遭到嚴重破壞,尤其是在我國東南沿海廣大沙質海岸帶。植物防沙是海岸帶地貌和生態(tài)恢復的有效方法[1-3]。沙漠化區(qū)(含草地)中植被的退化、在外力作用下沙區(qū)對周邊區(qū)域的不斷侵蝕、草原持續(xù)漸進的荒漠化等都是土地進一步沙化的表現,是沙漠化進一步擴大、加重的特征,這都嚴重威脅經濟社會可持續(xù)發(fā)展。遏制沙漠化進程最有效的措施同樣是植被恢復[4-6]。隨著經濟的不斷發(fā)展,對能源的需求日漸加劇,礦產資源開發(fā)在助推經濟高速發(fā)展的同時也帶來了諸多問題,如植被衰退、土地污染、退化、地下水減少等,更甚者有些退化是難以恢復或無法恢復的。為此國內外很多學者將礦區(qū)植被恢復作為一種獨立的研究方向,付諸了大量努力,絕大多數人認為要想恢復礦區(qū)原有甚至更好的生態(tài)環(huán)境,植被恢復是其最主要、最根本的途徑[7,8]。耕地沙化主要指原有的基本農田由于不合理使用導致土壤水肥降低、土壤板結,進一步土壤空隙變大,持水能力降低,形成沙化。導致耕地沙化的主要原因是:過度耕作,超出土地承受能力,導致地下水位下移,土壤養(yǎng)分變少;過量使用化肥農藥,環(huán)境惡化,土壤富營養(yǎng)等;隨意取土挖沙,破壞地表植被和表層熟土,致使土地退化;天氣原因,如降水減少,地表植被生長不良,土地長期干旱而逐漸退化等[9,10]。瘠薄沙荒是指土壤瘠薄,已經沙化的荒山荒地,這種區(qū)域主要集中在干旱半干旱的高海拔草原或低山丘陵地區(qū)。形成原因主要有:沙漠化區(qū)的逐漸擴延,常年風沙過境,流沙堆積而成;或干旱持續(xù)加劇,植被退化,土壤開始沙化;人為過度放牧,或其他行為導致地表植被遭破壞而形成。國內學者對瘠薄沙荒的研究較多,基本也形成了相對成熟的技術體系[11-13]。

2 制約沙地退化植被恢復的關鍵因子分析

沙地植被恢復最直接的表現是植物種類和數量的增加,其中數量包含了蓋度、密度、重量等多個方面。植被恢復的成效一般與周圍環(huán)境的改變是密切相關的,無論是前期的先鋒植物群落還是后期穩(wěn)定的植物群落都顯著受環(huán)境變化的影響,并且各環(huán)境因子對不同區(qū)域沙地植被恢復的影響大小不一。如在海岸沙地植被恢復中,由于整體地勢平坦,海拔變化較小,光照和溫度變化幅度不大,但是海平面高度的變化造成地表沙流動性大,從而影響植被恢復,造成距海水距離成為關鍵因素[1]。而在瘠薄沙荒地的植被恢復中,沙丘的流動性較低,反而干旱和養(yǎng)分貧瘠成為制約植物生長的關鍵因素,因此在植被恢復中采用抗旱保水措施和引進抗旱植物尤為重要。姚國龍等在對毛烏素沙地的植物群落物種多樣性進行的研究中表明,在治理沙化土地退化時,如果選擇人工種植植物,要充分考慮沙地類型,確定制約植被恢復的關鍵因素,由此選擇適應性更強的植物[14]。王明明等對科爾沁沙地植被恢復的研究中表明:氣溫和降水是影響年內恢復植被生物量積累的主要因素, 但對年際間群落生物量和物種豐富度變化影響不大[15]。吳德東等提出人為的不合理經濟行為也是造成土地沙化的關鍵原因,如六濫:濫墾、濫用水資源、濫樵、濫牧、濫挖、濫采和不合理開發(fā)沙地資源。因此,科學恢復、建設和經營沙區(qū)人工與天然植被,應解決好有效預防、科學恢復、提高建設水平、提升經營水平、研究示范5方面的問題[16]。

結合國內外學者的研究,重點針對主要的退化沙地類型,梳理形成了各類型制約植被恢復的關鍵因子,具體見表1。

表1 不同退化沙地類型植被恢復關鍵因子

3 沙地退化植被恢復的主要措施

綜合分析國內外對沙地退化植被的研究發(fā)現,針對不同類型沙地,結合關鍵制約因素,主要的恢復措施有:封育、構建沙障、網格(方格)固沙、植樹造林、灌木平茬復壯、撒播草籽等。

3.1 封育

封育一般分為全封和半封。全封就是全時段禁止采伐、砍柴、放牧、割草和其他一切不利于目的樹種或目的植物生長繁育的所有人為活動;半封就是只在植物生長季實施封禁,而非生長季可以進行不影響目的植物生長的生產活動。一般情況下全封采用圍欄封禁,半封主要靠人為看護。很多學者經過研究發(fā)現,圍欄封育對退化土地的植被恢復具有較好效果。封育后,能有效降低人、動物尤其是家養(yǎng)牲畜對恢復植被的破壞,能有效促進植物群落自然恢復,尤其是草本植物恢復效果良好[17-20]。梁勇等對沙地的植被恢復研究表明,與沒有封育區(qū)相比,封育區(qū)內植物的種類、數量均明顯增加。事實證明封育有利于增加植物群落的生物多樣性,可以提高植物群落生產力和植物結實[21]。王明明等對科爾沁沙地封育恢復過程中植物群落特征變化的研究表明,封育時間長短對退化沙地植被恢復效果影響顯著,封育33年的固定沙丘群落和封育21年的沙質草地群落都存在退化現象, 而封育11年的流動沙丘群落正在緩慢恢復,封育時間過長不僅不利于植物群落恢復,反而會使群落發(fā)生逆行演替,建議封育年限的設定應綜合考慮植被退化程度、土壤養(yǎng)分狀況、土壤種子庫基礎及氣候條件等因素的影響[15]。李維等對毛烏素沙地植被恢復的研究也表明在全封育狀態(tài)下,經過5～7 a時間,植被會顯著增加。同時他還提出,封育適用于半干旱地區(qū)植被恢復,并且對半固定、半流動沙地恢復效果較好,前提條件是恢復前植被蓋度要在20%以上,恢復區(qū)具備良好的種源、種子傳播途徑,或者具有一定的根蘗植物,能為植被恢復提供最基本的植物來源。封育措施主要是圍欄管護,有條件的可以配合實施人工看護[22]。

3.2 構建沙障,減少流沙

沙障的建設主要是為了降低風速,減少沙丘流動。機械沙障模式:適合于流動性強的沙丘或沙丘邊緣坡面沙礫流動性強的區(qū)域。具體方法就是為降低沙丘流動的危害,先設置機械沙障,阻擋沙流動。機械沙障主要有柴草沙障、高壟沙障、薄膜沙障等。柴草沙障是按一定距離和方向插稻草或麥秸,下部埋于沙中,上部保留一定的高度,直面風來的方向,降低風速,阻擋流沙;薄膜沙障方法類似,材料主要是使用塑料布;高壟沙障是首先將沙子推成高壟,表面鋪設網布或凝膠性化學材料,起到固定沙移動的作用。優(yōu)點:適用范圍廣,見效快,防護作用明顯。缺點:治標不治本,只能起到輔助作用,單靠這一項措施無法根本性扭轉植被退化的結果。但降低流沙危害后,配合封育、人工栽植植被效果更佳。李維等提出沙丘流動性大的區(qū)域,由于基質的不穩(wěn)定性,植物很難落地生根,即使有種子也容易被沙丘埋藏很深,難以發(fā)芽,因此在這種地方靠自然恢復很難。單純的人工引進植物成活也比較困難,最好的方法就是先人工固沙,再引進植物。建議采用構建機械沙障,平鋪式和直立式均可,在此基礎上再引進適宜的植物群落[22]。廖承銳等在研究西藏河灘流動沙地植被恢復中就發(fā)現:對于流動沙地,進行不同地面處理有助于植被恢復,效果顯著,效果最好的是建立方格,無論是石方格還是塑料方格都效果明顯;其次是采用秸稈沙障,每間隔1 m布設一條,高度30～40 cm,方向最好垂直于風來的方向。以上都比不采取措施恢復效果好[23]。尤其重點要提出的是當前比較常用的是網格(方格)固沙,可以采用生物網格和機械網格。生物網格就是采用灌草栽植;機械網格就是采用灌木扦插或尼龍等網布搭建。網格規(guī)格:高度一般為20～30 cm,大小為1 m×1 m方格。這種固沙措施在風力較小情況下,能有效降低地表流沙移動性,促進網格內植被恢復。韓慶杰等在對海岸帶沙地植被恢復研究中表明,尼龍網格有效增加了地表流沙的穩(wěn)定性,降低了地表風速與輸沙量,為先鋒植物打造了非常適宜的生長環(huán)境,網格內出現的匍匐草本厚藤進一步改善了生長環(huán)境,為后期的其他植物進入創(chuàng)造了條件[1]。羅剛提出方格狀栽植灌草,用灌草起到固定流沙的作用,降低風蝕危害。后期在方格內栽植適于沙地生長的喬木,如樟子松、胡楊等。灌草主要以楊柴、小葉錦雞兒、燕麥、羊草、扁穗冰草等為主。灌草栽植季節(jié)要選擇在風沙小、流沙活動不頻繁的季節(jié),同時還要考慮灌草的生長特性,保障成活率和入冬時的木質化程度。配合圍欄封護效果更加[24]。這種模式的優(yōu)點比較明顯:可以有效降低流沙危害,促進樹苗的生長;同時灌草也能有效提高土壤肥力、改良土壤。經分析,方格好于沙障的原因主要是能阻擋各方向風沙,而沙障無法阻擋同向風沙。

3.3 植樹造林

無論是封育還是構建沙障都是為植物提供良好的生長環(huán)境,其措施的出發(fā)點都是解決外部問題。但是植被恢復關鍵還是植物本身,尤其是在缺少種源的時候,靠自然力恢復很難,并且進程非常緩慢,需要相當長的時間。這時就需要人為引進物種,直接構建植物群落,植樹造林就成為首選措施。

吳德東等在對遼西北沙地植被恢復的研究中表明,樟子松對沙地有很好的適應性,建議采用樟子松造林并注意以下幾點:適度人工造林,重點考慮土壤水分供應能力,避免超載大面積造林,地下水不足時成活不好,同時也不利于合理水分循環(huán);人工植被恢復中建議盡量少破壞地表植被和土壤,防止額外形成水土流失;在地勢平緩時,可以機械拉溝,溝內植苗,適度深栽,有條件的可以覆膜、澆灌等,同時可以噴灑抗蒸騰劑、混拌保水保肥劑和應用生根粉等;在水土流失嚴重的區(qū)域,重點保存原生林木,通過封育保護,促進其天然下種和萌芽、萌蘗,形成天然更新林分;優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土樹種構建植物群落,因為鄉(xiāng)土樹種具有良好的適應性和抗逆性,在受到外界干擾時穩(wěn)定性最好[25]。王懷彪等在毛烏素沙地造林研究中,針對樟子松造林提出了“六位一體”造林技術,從壯苗保濕、帶土大苗、合理稀植、適當深栽、濕沙填坑、適時澆水等六個方面明確了具體技術要求,研究表明,做到以上六點,造林成活率能達到92.1%,比傳統造林高9.2個百分點[26]。羅剛指出植被蓋度較低的地段,條件適宜可栽植樟子松容器苗。造林規(guī)格可以因地制宜,見縫插針,不要求整齊劃一[24]。馮學贊等指出營建防風固沙林,樹種主要采用楊樹、桑樹等,同時也提出了開溝造林,溝內撒化肥和保水劑[27]。

3.4 灌木平茬復壯

隨著恢復期的延長,很多灌木壽命達到年限,就會出現逐漸老化的現象,生長不良,數量減少。此時為了恢復灌木生長活力,可以采取平茬復壯的措施促進灌木重新萌發(fā)新的枝條或植株。王耀遠在對毛烏素沙地植被恢復研究中就指出:對已經老化、退化的原生灌木進行平茬,促進其繼續(xù)萌蘗,重點針對具有萌蘗特性的灌木,如檸條、沙柳等。對原有恢復區(qū)植物生長開始衰退,植物多樣性、長勢等開始下降的恢復區(qū),通過平茬激發(fā)生長活力[28]。李卓凡等在對毛烏素沙地飛播楊柴林平茬復壯成效分析中指出平茬能有效降低植株的枯枝量,提高叢枝數量,尤其是帶狀平茬能顯著提高生物量,并有利于水土保持。很多研究也表明帶狀平茬時,保留30%～40%的蓋度效果最佳[29]。

灌木平茬需要注意:一是平茬季節(jié),要選擇在春季,植株萌動前進行,能有效刺激新生枝萌發(fā);二是平茬對象,必須是具有萌生能力的灌木;三是平茬強度重點考慮立地條件,避免形成水土流失或環(huán)境惡化,因此要合理控制強度,建議采取輪換平茬、少量多次的方式;四是平茬后采取必要的管護措施,防止人畜危害,影響復壯效果,必要時可以施肥,促進快速生長,縮短恢復期。

3.5 撒播草籽

當前使用比較多的方式有噴播和飛播。其中噴播就是將土壤、肥、種子、土壤改良劑、保水劑等混合物裝于噴播機中,均勻噴灑到提前整理好的土壤表面。飛播就是將處理好的種子用飛機撒播。二者各有優(yōu)缺點,其中噴播適于小面積作業(yè),節(jié)省種子,成活率高,效果有保障[30];飛播適于大面積作業(yè),適于地廣人稀、交通不可及的偏遠沙區(qū),靠人力難以觸及的區(qū)域,成本低,但是對種子需求量大,同時效果沒有保證,主要受到天氣影響較大[31]。很多研究也表明飛播是沙地植被恢復中一項重要措施,有利于促進沙地植被恢復與重建[32-35]。

上面單獨介紹了不同恢復措施的實施方法和效果,同時很多研究也充分表明:同時采用多個方式組合使用,效果更好。如封育+植樹造林能實現天然恢復和人工恢復有機結合;機械沙障+植樹造林能有效提高造林成活率,恢復效果更加;方格沙障+播種,恢復效果明顯大于單獨實施某一項措施;植樹造林+平茬復壯+播撒草籽,打造喬灌草一體化植被恢復,生態(tài)防護作用提升明顯。