王文彪，冯 伟，张吉树

(亿利资源集团，内蒙古东胜017000)

目前，我国荒漠化治理多以生物措施为主、工程措施为辅，生物措施主要是植被建设，工程措施主要是设置沙障［1－2］。设置沙障不仅对沙地土壤改良有显著作用，而且还可以调节局部小气候，增加下垫面粗糙度，有效降低近地表风速，使防护对象免受沙害［3－4］。近些年，许多研究表明沙区植被建设及设置沙障都影响了沙漠土壤的理化性质，改良了沙区土壤［5－8］。但是，对生物与工程措施相结合的综合体系防护效益的研究较少。因此，本文对比分析了库布其沙漠内两种综合防护体系的防风及改土效益，以期为本地区今后大规模开展防沙治沙提供理论依据与技术支持。

1 研究区概况

研究区位于库布其沙漠北缘七星湖景区内，隶属于内蒙古鄂尔多斯市杭锦旗，属中温带干旱、半干旱气候区，具有明显的大陆性季风气候特征。该区年平均风速为4．4 m/s，最大风速24 m/s，风向多为西北风，大风日数多年平均为55 d，最多77 d，年平均发生沙尘暴累计日数高达27 d，最多57 d，年平均扬沙41 d。年平均降水量约306 mm，年平均蒸发量为2 448 mm，相对湿度55%;年平均气温6．58 ℃，极端最高气温40．2 ℃，极端最低气温－34．5 ℃;无霜期130～140 d。土壤主要为风沙土，呈东西连续带状分布，还有部分灰漠土、盐化浅色草甸土。由于干旱缺水，境内以流动、半流动沙丘为主。有野生植物370 余种，其中木本野生植物稀少，除霸王(Zygophyllum xanthoxylum)、沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)、四合木(Tetraena mongolica)等珍稀植物外，主要有小叶杨(Populus Simonii)、沙枣(Elaeagnus angustifolia)、沙柳(Salix psammophila)、沙棘(Hippohae rhamnoides)等。饲用植物300 余种，现有柠条保存面积15．33 万hm2。药用植物130 余种，以甘草(Glycyrrhiza uralen sis)、枸杞(Lycium chinense)、苦参(Sophora flavescens)储量最大。矿藏资源丰富，有煤炭、天然气、食盐、天然碱、芒硝、石膏等。

2 研究方法

2．1 综合防护体系设计

芦苇－樟子松－花棒综合防护体系(以下简称花棒综合体系):沿主风(西北)方向开始依次设置芦苇(Phragmites australis)沙障、樟子松(Pinus sylvestris var)防护林、花棒(Hedysarum scoparium)防护林;芦苇－樟子松－沙柳综合防护体系(以下简称沙柳综合体系):沿主风(西北)方向开始依次设置芦苇沙障、樟子松防护林、沙柳(Salix psammophila)沙障。综合体系各防护带配置基本情况见表1。

表1 综合防护体系内各防护带基本配置方式

2．2 测定方法

2011年4月对裸沙地以及两种综合防护体系中的芦苇沙障内、樟子松防护林内、花棒防护林内及沙柳沙障内的20 和200 cm 高度处的风速进行了测定，数据使用HOBO 自动气象站采集器采集，每个样点测定时间为10 min，记数间隔时间为2 s。按照公式［2］将风速数据换算成防风效能及地表粗糙度。

同时采用S 形或直线形方式在选定的每种防护带内设置6个采样点，每个采样点挖取60 cm 深的剖面，分别采集5、30、60 cm 深处土层的土壤;同时采集裸沙地(3 个采样点)土壤作为对照。土壤理化性质测定采用常规分析方法［10］。

数据统计分析采用Microsoft Excel 2003 及SAS 9．0 软件ANOVA 模块进行方差分析。

3 结果与分析

3．1 防风效益比较

3．1．1 综合防护体系防风效能比较

植被建设或设置沙障后，能够显著降低近地表风速，而降低风速效能是评价防风效益的重要指标之一。从观测资料及表2 可知，两种综合体系各配置防护带在20、200 cm 高处都起到了降低风速的作用，其中风速降低最大值在花棒综合体系中花棒防护林的20 cm 高处，平均风速降到1．65 m/s(裸沙地20 cm 高处平均风速6．87 m/s)，防风效能为75．98%，其主要原因是花棒综合体系中花棒防护林在最后方，且花棒为灌木，对近地层气流有较大的阻隔作用;花棒、沙柳两种综合体系中的芦苇沙障200 cm 高处风速降低均较小，平均风速分别降到7．90、7．76 m/s(裸沙地200 cm 高处平均风速9．18 m/s)，防风效能分别为13．94%、15．47%，其主要原因是芦苇沙障位于两种综合体系的最前方，且沙障体高度仅有10 cm，对200 cm 高度的风沙流无阻挡作用，而造成风速降低程度、防风效能轻微差别的原因是两种综合体系的配置不同。从表2 还可以看出，两种综合体系在200 cm 高度内防风效能的平均值为花棒综合体系大于沙柳综合体系，但差异不显著。

表2 两种综合体系各配置防护带防风效能%

3．1．2 综合防护体系地表粗糙度比较

地表粗糙度是反映地表起伏变化与侵蚀程度的指标，也称为空气动力学粗糙度，是评价防风固沙效益的重要指标之一。以裸沙地为对照，对两种综合体系的地表粗糙度进行了对比分析，结果见图1。从图1 中可以看出，两种综合体系都明显地增大了地表粗糙度:花棒综合体系的地表粗糙度增大到3．63 cm，与裸沙地(0．02 cm)相比增大了3．61 cm;沙柳综合体系的地表粗糙度增大到1．59 cm，比裸沙地增大了1．57 cm。差异显著性检验表明，花棒、沙柳综合体系差异显著(P ＜0．05)。因为当风沙流或气流通过两种综合体系时，首先通过芦苇沙障，使近地表气流强度减小，但沙障以上气流强度依然很大，之后通过樟子松防护林，使得200 cm 高度以下气流强度明显减小，当通过综合体系最后一道屏障时，花棒综合体系中的花棒防护林又一次减小了花棒灌丛以下的气流强度，使得地表粗糙度达到最大值，而沙柳综合体系中的平铺沙柳沙障体高仅为10 cm，对通过的气流影响较小。以上结果说明，两种综合体系都明显提高了地表抗风蚀的能力，且花棒综合体系效果更好。

图1 两种综合体系地表粗糙度比较

3．2 改良土壤效益比较

3．2．1 综合防护体系土壤含水率对比

土壤含水率是沙漠地区植树造林的主要限制因子。降水和植物耗水是土壤水分发生垂直变化的主要原因，不同类型防护林对土壤水分的消耗及蓄积也是不同的。同时，土壤水分状况对固沙植被长期稳定发展起重要作用，而植被又会对土壤水分起到重新分配的作用。从图2 可以看出，两种综合体系5、30、60 cm 深度的土壤含水率均高于裸沙地，说明综合体系的保水能力强于裸沙地。从图2 还可以看出，两种综合防护体系内土壤含水率随深度的增加均呈现增大的趋势。差异显著性检验表明:综合体系5、60 cm 深度土壤含水率与裸沙地相比差异显著(P ＜0．05)，30 cm 深度土壤含水率与裸沙地相比差异不显著，这主要是与地表覆盖措施以及植物根系分布范围有关。与裸沙地相比，0—60 cm 深度土壤含水率花棒综合体系平均增加了1．88 百分点，沙柳综合体系增加了1．59 百分点，说明两种综合体系都提高了土壤的保水能力，且花棒综合体系效果更好。

图2 两种综合体系与裸沙地土壤含水率对比

3．2．2 综合防护体系土壤容重对比

土壤容重的大小与土壤质地、结构、有机质含量和土壤紧实度等有关。从图3 可以看出，两种综合体系内5、30、60 cm 深度的土壤容重均小于裸沙地，其中最小值为花棒综合体系5 cm深度土壤，为1．44 g/cm3。从图3 还可以看出，裸沙地土壤容重随深度的增加呈增大的趋势，而两种综合体系均呈先增大后减小的趋势。其主要原因可能是植被根系的活动疏松了土壤，而不同植被的根系分布范围不一样，所以产生的影响也不一样。差异显著性检验表明:两种综合体系各深度土壤容重与裸沙地相比差异都不显著。综合以上结果，与裸沙地相比，两种综合体系均降低了土壤容重，花棒综合体系平均降低了0．071 g/cm3，沙柳综合体系平均降低了0．064 g/cm3。土壤容重降低，疏松了土壤，增加了孔隙度，对土壤的肥力状况及植物的生长都产生了积极的影响。

图3 两种综合体系与裸沙地土壤容重对比

3．2．3 综合防护体系土壤pH 值对比

测定土壤pH 值，对改良土壤、合理施肥、适地造林有很重要的意义。从图4 可以看出，裸沙地土壤pH 值随深度的增加呈升高的趋势，两种综合体系呈降低的趋势，其主要原因是受地表植被的生长活动及枯枝落叶的影响。差异显著性检验表明:两种综合体系与裸沙地相比，5 cm 深度土壤pH 值差异不显著;30、60 cm 深度土壤pH 值则显著小于裸沙地(P ＜0．05)。从图中还可以看出裸沙地5、30、60 cm 三层土壤pH 值都大于8．60，接近强碱性土壤，极不适宜植物生长。这说明通过防护体系建设降低了土壤pH 值，其中花棒综合体系降低了0．59，沙柳综合体系降低了0．32。

图4 两种综合体系与裸沙地土壤pH 值对比

3．2．4 综合防护体系土壤养分含量对比

土壤养分是植物营养的重要来源，植物生长需要土壤提供养分，同时植物的生长也具有改良土壤水、肥、气、热的作用。从表3 可以看出，两种综合体系与裸沙地相比，土壤有机质、碱解氮、速效钾含量都高于裸沙地，土壤速效磷含量都低于裸沙地。差异显著性检验表明:两种综合体系与裸沙地相比，有机质、碱解氮、速效磷含量差异不显著，速效钾含量与裸沙地相比差异极显著(P ＜0．001)。以上结果表明，两种综合体系对沙漠土壤都有一定的改良作用，与裸沙地相比，花棒综合体系有机质含量增加了0．82 g/kg，碱解氮含量增加了4．93 mg/kg，速效磷含量降低了0．21 mg/kg，速效钾含量增加了39．32 mg/kg;沙柳综合体系有机质含量增加了0．50 g/kg，碱解氮含量增加了3．69 mg/kg，速效磷含量降低了0．23 mg/kg，速效钾含量增加了36.64 mg/kg;花棒综合体系改良土壤养分效果更好。

表3 两种综合体系土壤养分含量对比

4 结 语

通过对库布其沙漠内两种综合体系防风效益及土壤理化性质的测定与分析，得出以下结论:与裸沙地相比，花棒综合体系和沙柳综合体系都起到了防风阻沙、改良土壤的作用，其防风效能分别为46．53% 和44．18%，地表粗糙度分别增大了3.61、1．57 cm;0—60 cm 深度土壤含水率花棒综合体系平均增加了1．88 百分点，沙柳综合体系增加了1．59 百分点;两种综合体系均降低了土壤容重，花棒综合体系平均降低了0．071 g/cm3，沙柳综合体系平均降低了0．064 g/cm3;两种综合体系都降低了土壤pH 值，其中花棒综合体系降低了0．59，沙柳综合体系降低了0．32;花棒综合体系有机质含量增加了0．82 g/kg、碱解氮含量增加了4．93 mg/kg、速效磷含量降低了0．21 mg/kg、速效钾含量增加了39．32 mg/kg，沙柳综合体系有机质含量增加了0．50 g/kg、碱解氮含量增加了3．69 mg/kg、速效磷含量降低了0．23 mg/kg、速效钾含量增加了36．63 mg/kg，且花棒综合体系改良土壤养分效果更好。

综上所述，花棒综合体系在防风阻沙、改良土壤方面要优于沙柳综合体系，其原因还需要做进一步研究。

［1］朱震达．中国沙漠化研究的进展［J］．中国沙漠，1989，9(1):27－31．

［2］孙保平．荒漠化防治工程学［M］．北京:中国林业出版社，2000:144－148．

［3］马全林，王继和，詹科杰，等．塑料方格沙障的固沙原理及其推广应用前景［J］．水土保持学报，2005，19(1):36－39，58．

［4］高菲．沙柳沙障对土壤理化性质的影响［D］．呼和浩特:内蒙古农业大学，2006．

［5］张国盛．干旱、半干旱地区乔灌木树种耐旱性及林地水分动态研究进展［J］．中国沙漠，2000，20(4):363－368．

［6］周凤艳，郝春英，张柏习，等．不同植被类型对沙地土壤理化性质的影响［J］．辽宁林业科技，2011(11):12－14．

［7］刘乃君．人工梭梭林对沙地土壤理化性质的影响［J］．土壤通报，2008，39(6):1480－1482．

［8］蒋齐．宁夏干旱风沙区人工柠条林对退化沙地改良与植被恢复的作用［D］．北京:中国农业大学，2004．

［9］姚洪林，闫德仁．内蒙古沙漠化土地动态变化［M］．呼和浩特:远方出版社，2002:30－48．

［10］鲍士旦．土壤农化分析［M］．北京:中国农业出版社，2000:31－107．