1、金诚信矿业管理有限公司（论文）1科尔沁沙地植被恢复与沙地治理研究段锡健，杨惠雯（金诚信矿业管理有限公司，北京市海淀区长春桥路 5 号新起点嘉园 12 号楼 15-16 层 100089）摘要：以土地退化为实质特征的荒漠化是当今人类社会面临的重大环境问题，是我国最为严重的生态问题之一,直接危及到人类自身的生存与社会的可持续发展，这一问题受到了全社会的广泛关注，加速沙地植被恢复与合理利用已刻不容缓。据初步统计，我国退化的生态系统面积已占国土面积的 45%以上，其中科尔沁沙地已经成为我国沙漠化严重发展地区之一。改善科尔沁沙区生态状况，核心是恢复建设沙地植被。本文首先介绍了国内外荒漠化的发展现状，并结
2、合科尔沁沙地的自然概况，阐述了科尔沁沙地生态系统退化的主要特征及其原因，并进行合理的沙地治理研究，主要治理方法包括：天然封育、固沙造林、营建综合防护林体系等。科尔沁沙地植被恢复与治理取得了很好的成果，使得科尔沁沙地在生态、社会、经济三大效益上都有所提高。关键词：荒漠化；科尔沁沙地；植被恢复；沙地治理前言随着社会的发展，人类对地球生物圈的影响范围在不断地扩大，程度亦不断地加剧，对可再生资源的过度利用，许多类型的生态系统出现严重退化，继而引发了一系列的生态环境问题，受人类经济活动影响而遭到破坏甚至崩溃的生态系统触目皆是。因此生态恶化和人们对资源利用的矛盾使人们对生态保护的重要性认识进一步加深。土地
3、沙化是我国最为严重的生态问题之一，对我国经济的可持续性发展构成严重的威胁，如何整治日趋恶化的生态环境，防止自然生态系统的退化，恢复和重建已经受害的生态系统，这是改善生态环境、提高区域生产力、实现可持续发展的关键。这一问题受到了全社会的广泛关注，加速沙地植被恢复与合理利用已刻不容缓。据初步统计，我国退化的生态系统面积已占国土面积的 45%以上，其中科尔沁沙地已经成为我国沙漠化严重发展地区之一 1。改善科尔沁沙区生态状况，核心是恢复建设沙地植被。因此，对退化生态系统的研究、恢复与治理已成为当前我国生态环境建设和可持续发展面临的重大课题。其中荒漠化防治作为既能保护环境、合理利用土地资源，又能提供农林
4、牧等多种产品的新兴领域而备受关注。1 科尔沁沙地生态系统要素概述 6科尔沁沙地是我国东北西部东西长达 400 余千米的一条大沙带，地处科尔沁草原的段锡健、杨惠雯：科尔沁沙地植被恢复与沙地治理研究2西南部，是东北平原向内蒙古高原的过渡地带，自西向东缓倾斜。地理位置约在 1191512345E,42154547N,总土地面积约 5.17 万 km2（见图 2-1） ，处于东北平原与内蒙古高原的过渡区域,属于半湿润气候和半干旱气候波动型。年均降水量 310450mm,年蒸发量 20002500mm，降水空间分布为北部少南部多，西不少东部多。受大气环流制约年内降水分布极不平均，夏季的 68 三个月的降
5、水占全年的 70%以上，春季 35 月只占10%。降水年际变化很大，最大降水量 606.5mm，最少年降水量为 136.9mm。一般年降水变率在 20%以上。科尔沁沙地全年大气平均湿度为 50%55%；季节变化明显，夏季最大，春季最小。多年平均湿润度 0.30.5，干燥系数 1.01.8。全区大部分为西辽河平原和大兴安岭山前洪积冲击平原。在冲积平原上堆积着深厚的第四纪以来所形成的冲积湖积沙物质。近几十年来，由于气候变异和人类滥垦、过牧、滥樵等不合理的经济活动，破坏了良好的原生植被和土壤层，使原本脆弱的生态环境更加恶化，形成了今日的沙地景观。深厚的沙层在干旱和强风作用下容易发生风蚀风积，形成风沙
6、地貌。目前科尔沁沙地主要地貌类型包括沙丘、低缓起伏沙地、丘间低地、冲积平原和石质山丘。其中沙丘按植被盖度可分为固定沙丘（植被盖度40%） 、半固定沙丘（植被盖度 20%40%）和流动沙丘（植被盖度0.01mm）为主，结构松散，内聚力差，在干旱和强风作用下容易发生风蚀风积，形成风沙地貌。以沙粒成分为主的表层沉积物和沙性土壤在本区的广泛分布，构成了本地区地表物质的主体和风沙环境的物质基础。科尔沁沙地恶化环境的形成与本地区的气候条件及其变化有很大的关系。风是荒漠化和风沙环境形成与发展的自然动力，科尔沁沙地冬春季节大风与干旱同季，是当地荒漠化发展的重要气象因素。其次大气中 CO2 等温室气体的变化引起
7、的全球气候变化必将会对我国半干旱地区的气候环境系统产生巨大的影响，进而导致本地区风沙环境及沙地植被的深刻变化，出现了暖干化的趋势，并且风速、降水量等主要气象因金诚信矿业管理有限公司（论文）5子的波动性变大，增加了本地区生态环境的脆弱性，提高了荒漠化的发生和扩展的可能性。然而这种自然条件上的脆弱性只有在人为强度利用土地的情况下，才能诱发和加速荒漠化的进程。人类一系列不合理的开发利用土地资源是造成本地区荒漠化的最直接因素。3.2 人为因素进入 20 世纪后，科尔沁沙地荒漠化迅猛发展。随着人口的增加，人类活动强度加大，人们为了生存，大量地掠夺自然资源，人类对土地的压力超过了自然界所能承受的极限，导致
8、生态系统的破坏，使荒漠化问题更加突出。人类不合理的经济活动，在自然因素的基础上对荒漠化起了激发促进的作用。本地区荒漠化的人为因素主要表现为由于人口的快速增长所引发的过度垦荒、过度放牧和过度樵采等现象 10。3.2.1 人口膨胀在脆弱的半干旱生态环境中，人口的大量增加往往是造成环境退化的第一性压力，各种过度经济活动往往由此而引起。以位于科尔沁沙地西部的翁牛特旗为例，据 1986 年统计，全旗总人口 41.94 万人，比 1950 年增加 2.53 倍，人口密度由 1950 年的 13.96 人/km2，增加到 1986 年的 35.6 人/km 2，联合国在 1977 年建议，人口密度在干旱地区
9、不应超过 7人/km 2，在半干旱地区不应超过 20 人/km 2。科尔沁沙地其它各旗县的人口密度普遍过高（表 3-1） 。随着人口的增长，畜牧业也得到迅速发展，人类活动强度加大，人们在有限的自然资源上为了生存，必须获取基本的能量和食品，使单位面积土地上的压力增加，在经济技术水平较低的情况下，只能靠扩大耕地和增加牲畜数量的办法来满足农牧民日益增长的经济需求。其直接后果是造成植被破坏，土地沙化，土地生产力进一步降低，使原本脆弱的沙地生态系统陷入无法逆转的恶性循环 11。表 4-1 科尔沁沙地主要旗县人口密度变化Table 4-1 Horqin major counties in the popu
10、lation density changes in the sand年代 通辽 科尔沁左翼后旗 开鲁县 库伦旗 奈曼旗 彰武县70 100300 30 70 30 40 5010080 355 30 70 34 43 10190 396 33 79 35 46 108段锡健、杨惠雯：科尔沁沙地植被恢复与沙地治理研究63.2.2 过度垦荒由于人口和牲畜数量的增加，对粮食和饲料的需求不断增多。人们片面地追求作物产量，过度开垦荒地，往往采用广种薄收的落后生产方式，种植 23 年进行撂荒。尤其是新中国成立后，在科尔沁沙地，仅开荒种打瓜、散糜黍，然后弃耕，每年就有 1300 多公顷草原沙漠化。到 198
11、5 年翁牛特旗新开沙荒地是原耕地面积的 1.75 倍。进入 90 年代后，由于受粮食价格上涨因素的影响，刺激了农牧民开荒种地的积极性，使科尔沁沙地尤其是东部地区大量低缓沙地和草地被开垦为农田 17。垦荒是对天然植被破坏最严重的一种形式，它对植被和地被的破坏极其迅速和具有毁灭性的，垦荒造成的植被破坏在短期内很难恢复。垦荒不但破坏了植被使草原面积缩小，而且土壤失去植被的保护作用，加上土壤的沙质特性，在土壤表层开始风蚀沙化，为土壤沙漠化的发展打开了缺口。随着风蚀的进一步发展，形成风蚀坑。流沙开始蔓延，最后形成片状流沙，使生态环境更趋于恶化，农田被白沙侵吞，村庄被沙埋，老百姓被迫背井离乡。3.2.3
12、过度放牧近几十年来由于盲目追求牲畜存栏头数，人均占有的草场面积迅速减少，造成草场超载过重。在长期过度放牧的条件下，牧草不能正常生长发育，植被没有恢复和生息的时间，逐步遭到破坏。中国科学院曾经做过连续放牧试验 12，当试验进行到第二年 7 月中旬时，植被盖度由于放牧前的 42.14%减到重牧后的 4.91%。群落高度由 22cm 降低到4cm。植株变得低矮稀疏，地面裸露，地表沙质土壤失去植被的保护作用，从秋季开始，在大风的作用下，地表流沙开始蔓延。同时由于牲畜密集的践踏使沙质草原地表破损，形成沙地缺口，经大风吹扬，大量出现风蚀坑、槽。在下风处发生沙土堆积。又由于畜牧业生产管理水平低，居民点集中，
13、长期就近放牧，使居民点周围的草场沙化、碱化面积不断扩大。3.2.4 过度樵采随着人口的增长，人们对薪材的需求量增加。本地区的薪材来源主要是沙区的灌木和半灌木，由于大量樵采使植被遭到严重破坏，尤其是 80 年代以前，为解决燃料问题，当地居民冬季大量搂草也非常普遍。根据辽宁省康平县调查，每年最少有 4 万5 万人在搂草做燃料，每人按 100kg 估算，每年就损失 400 万500 万 kg13。而且搂草致使许多牧草连根拔掉，特别是一些疏丛单子叶植物及大量地面芽植物，分蘖节紧挨地表，搂草使大批牧草越冬器官裸露，更新芽受损，从而严重地影响了牧草翌年的越冬能力。当年生金诚信矿业管理有限公司（论文）7的实
14、生苗在搂草铁耙下，更是不堪一击。在人口较密集的地方，大量的固沙植物被采伐，使沙丘失去了固沙能力而活化。据内蒙古自治区库伦旗额勒顺乡的调查，全乡 1340 户居民，每年薪材量相当于破坏 9266.7hm2 灌木林。同时副业性采集如割柳条、挖甘草和割麻黄等也使原有植被遭到很大的破坏，为沙丘的活化打开了缺口，导致沙漠化的发生和发展。可见，不合理的滥搂滥采是造成土地退化、沙化的又一重要人为因素。4 科尔沁沙地退化生态系统植被恢复机制4.1 植被恢复的生态原则 141）植物群落演替原理植物群落是一个动态系统，它是不断发生变化的，在一定历史时期内，随着群落内部环境的变化，一种类型的群落逐步被另一种类型的植
15、物群落自然取代这一过程就是演替。植物群落在自身发展过程中，不断地改造着自己的生存环境，在这一过程中常常会产生一些对其他物种侵入、生存和发展有力的因素，这就为后来物种的替代创造了条件，经过种群之间长时间的竞争排斥作用，就会发生群落的演替；同时外界环境本身也在不断变化，气候的干旱化、土壤的退化的加剧后减轻等，这些外界环境的变化常使适应原有生境的物种生存能力下降，而适应新环境的物种则逐步取代原有物种，从而发生群落的演替。该理论对荒漠化土地植被恢复与重建的实践具有重要的指导意义。2）限制性生态因子原理生态学家结合最小因子定律和耐受定律提出了限制性因子的概念，即当生态因子接近或超过某种生物的耐受极限，而
16、阻止其生存、生长、繁殖、扩散或分布时，这些因子就是限制性因子。当我们致力于改造环境，为作物提供良好的生长条件时一定要首先搞清楚哪些是限制性因子，只有针对性的采取措施，才能达到预期的目的。3）生物多样性和稳定性原理群落的多样性和稳定性是密切相关的，一般来说物种多样性高的群落更稳定。在科尔沁沙地进行人工植被建设时，要充分考虑到群落的多样性和稳定性，要特别强调乔灌草、网带片、多林种和多树种相结合的原则，形成多样的植被类型以保证植被建设的效果和群落的稳定性。科尔沁沙地植被恢复与重建是一项复杂的系统工程。它涉及环境、经济、社会等诸多方面。只要把这些方面的众多因素综合考虑，优化配置，才能进行有效调控和运转
17、正常的社会及生态工程系统，才能真正推动科尔沁沙地退化环境的综合治理进程，促进社段锡健、杨惠雯：科尔沁沙地植被恢复与沙地治理研究8会经济和生态环境的协调发展。4.2 退化植被恢复与重建的技术措施4.2.1 围封后植被恢复 15,16科尔沁沙地位于我国东北平原西部，北方农牧交错带东端。历史上曾水草丰美，植被茂盛，经过一百多年的开垦，尤其是近半个世纪以来农业经济迅速发展，已演变为典型的半农半牧地区。由于脆弱的自然环境和人类强度开发利用土地，使固定沙丘减少，流沙蔓延，草原退化，土地荒漠化强烈发展。目前是我国北方农牧交错带土地荒漠化较为严重的地区之一。从 20 世纪 70 年代开始，中国科学院寒区旱区环
18、境与工程研究所(原兰州沙漠研究所) 在科尔沁沙地奈曼旗建立了定位研究站，开展了沙漠化土地综合整治研究，1990 年开始退化沙漠草地围封自然修复试验。封育对牧草产量的影响最为明显。封育当年，牧草产量较未封育区提高 2.3 倍，多雨年份(1994)提高 3.1 倍，在极端干旱年份(1997) 提高 9.4 倍。从封育区牧草年际变化看，封育当年即有明显效果，封育 3 年时草地产量最高，之后有下降趋势。结合植被盖度和草层高度的变化可以看出，在半干旱区退化草场封育 23 年后草地主要植被特性即可恢复，长期封育并未表现出对草地生产力十分有利。封育对牧草根系的影响和对地表上部一样明显。封育当年，其根系量较未
19、封育区提高 1 倍。其后几年其根量本身波动幅度较大，和未封育区相比，封育对根系的作用仍有增强趋势。从试验结果看，封育对草地植物种组成影响不明显。一些年份，封育区的植物种数甚至低于未封育区。其原因一是封育区植被生长迅速，不利于外来种的侵入；二是封育区面积较小，蓄种保种作用不强。当然这与草地严重沙化后原生物种种源缺乏也有很大关系。对于退化严重的草地来说，封育也能有效地促进草地植被的恢复。例如，遭到极度破坏的赤峰市乌兰敖都地区草地，封育 15 年之后，草地盖度由 25%增加到 80%，生物量由 450kg/hm2 增加为 1875kg/hm2。其植被恢复过程可分为三个阶段：狗尾草等一年生植物消失阶段
20、，白草和羊草等根茎性禾草占优势阶段，糙隐子草和洽草等丛生性禾草占优势阶段。因过度放牧而退化的沙化草地，经 20 年封育，成为以半灌木差巴嘎蒿为优势种并混有多种植物的草地，其株高由 30cm 增加为 65cm，盖度由 5%增加为 65%，生物量由210kg/hm2 增加为 1125kg/hm2，增加了 4.3 倍。围封能显著提高多年生禾本科和多年生豆金诚信矿业管理有限公司（论文）9科牧草的产量，降低杂草(主要是一年生杂草)在草群中的比例，对恢复草地中优良牧草作用很大。沙丘不同部位，围封效果不同。一般来说，植被盖度达 25%以上的半流动沙丘，若能在一定时期内禁止放牧(封育)就可以使植被得到恢复。从
21、表 5-1 可以看出，沙丘上、中、下部植被盖度均得到增加，生物量可达到围封前的3 倍。在乌兰敖都试验站禁止放牧的实验地，沙丘顶部植被覆盖度达 25%，丘间低地植被覆盖度达 60%。奈曼旗沙漠化草地封育后整个草地植被向良性发展，盖度和生物量都增加，固定后的沙丘结皮层和枯枝落叶层逐渐增加，围封 8 年左右，地表趋于固定(表 5-2)。表 5-1 半流动沙丘围栏封育后植被恢复状况Table 5-1 semi-mobile dune fencing situation after the restoration项目 围封前 围封 5 年后主要植物种数量 3 5主要植物平均高/cm 70100 1602
22、10生物量(kg/hm 2) 590670 19602210沙丘下部植被盖度%(05m) 2540 6070沙丘中部植被盖度%(510m) 8 1015沙丘上部植被盖度%(1015m) 5 810表 5-2 奈曼旗沙漠化草地封育后的变化Table 5-2 Desertization grass changes after fencing项 目 固定沙地比例/% 植被平均盖度/% 地表起伏平均高差/m 产草量 kg/hm2封育 8 年 98 73 1641封育 3 年 87 49 1.2 871封育 2 年 73 58 1.2 772过度放牧 17 29 2.2 4044.2.2 固沙造林 15
23、,161）固沙方法在流动性很强的沙地上，由于沙面极不稳定，植物很难侵入，因而靠植被的自然恢复短期内很难达到恢复植被的目的。一般要辅以人工措施来进行，即建立人工植被。首段锡健、杨惠雯：科尔沁沙地植被恢复与沙地治理研究10先应使沙面固定，给植物的侵入和生长创造基本生境条件，在局部小环境得到改善的前提下，建立人工植被。所以这一过程是与沙丘的固定结合进行的。科尔沁沙地固定流沙主要采用机械沙障和灌木固沙两种，即工程固沙和生物固沙，实践中两者常常配合使用。工程固沙就是采用人工机械沙障固定流沙。机械沙障是采用柴草、树枝、粘土等材料，在沙面上设置各种形式的障碍物，以此控制风沙流的方向、速度、结构，达到防风阻沙
24、、改变风的作用力及地貌状况等目的。它是工程固沙的主要措施之一。机械沙障有立式、平铺式、半隐蔽式沙障等多种，但是以立式沙障较广。植物固沙是在工程固沙之后的第二步固定流沙的重要措施。因为机械沙障是一种临时性的固沙措施，目的是保护乔灌草植被的顺利成活。而植物固沙才是一种永久性的固沙措施。目前科尔沁沙地采用草方格沙障结合播种小叶锦鸡儿、差巴嘎蒿等固沙植物的方法应用较为广泛，效果也好。2）固沙植物选择根据试验研究和生产经验总结，科尔沁沙地防风固沙林树种选择应考虑以下几点：选择多年生生长快、耐瘠薄、耐风蚀、耐地表高温、喜沙压沙埋、根系发达能有效利用土壤水分和养分的植物种。选择萌蘖能力强、枝叶茂密、冠幅大、
25、防风固沙能力强的树种。选择种源丰富，还可以进行人工无性繁殖的植物种。有一定经济价值的物种。根据以上原则，经过多年的试验研究，目前在科尔沁沙地固沙造林中较为成功的植物种主要有：小叶锦鸡儿、差巴嘎蒿、山竹子、胡枝子、沙棘、紫穗槐、小黄柳等灌木和半灌木。乔木树种效果最好的是樟子松，另外，一些杨树品种、山杏、榆树等应用也较为广泛。在流动沙丘上固沙植物应主要以灌木为主，因为沙丘上得不到地下水的补给，乔木树种成活和保存都很困难，在平坦沙地和流动沙丘底部可选择适当的乔木树种进行造林。3）流动沙丘上植被恢复的方法步骤在流动沙丘背风坡坡脚到丘间低地地段，栽植乔灌木树种，用以阻挡沙丘的前移。同时在沙丘的迎风坡下部栽植灌木树种固沙，固住迎风坡下部沙面，利用自然风力削平沙丘上部，使整个沙丘逐渐平缓、固定，形成前挡后拉之势。这样地形逐渐变得低平，接近地下水位，然后再进行这部分的沙地造林。这是一种十分有效的固沙和恢复植被的
