張大彪，張?jiān)獝穑七M(jìn)年

(1.甘肅省治沙研究所，甘肅 蘭州 730070;2.甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，甘肅 武威 733300)

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河西走廊沿沙防護(hù)林演變形式與積沙帶穩(wěn)定性研究

張大彪1,2，張?jiān)獝?，唐進(jìn)年1

(1.甘肅省治沙研究所，甘肅 蘭州 730070;2.甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，甘肅 武威 733300)

摘要文章通過(guò)對(duì)甘肅河西地區(qū)沿沙綠洲邊緣防風(fēng)固沙林演變方式及其后期形成的積沙帶植被結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的調(diào)查分析，研究認(rèn)為：數(shù)十年來(lái)，隨內(nèi)陸河上游來(lái)水減少，固沙林內(nèi)水分供給能力的減弱，植物種類由初建喬灌木逐步被低矮的耐旱灌叢和逐水草本取代，隨之形成了具有阻擋流沙越境的積沙帶；積沙帶的形狀與積沙規(guī)模取決于當(dāng)?shù)仫L(fēng)沙侵襲強(qiáng)度，防護(hù)林建植位置、時(shí)間，農(nóng)田經(jīng)濟(jì)利用所采取的維護(hù)程度，帶上不同部位著生植被借助農(nóng)田滲余水的補(bǔ)給，處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；沿沙防風(fēng)固沙林建設(shè)及其演變形成的積沙帶，對(duì)越境流沙起到了重要阻積作用，是目前維護(hù)沿沙綠洲長(zhǎng)期安全重要屏障，應(yīng)采取必要措施保護(hù)與利用。

關(guān)鍵詞河西走廊；沿沙綠洲邊緣；積沙帶；植被結(jié)構(gòu)

地處西北內(nèi)陸的甘肅河西五地市，南依祁連山、阿爾金山，北接馬鬃山、合黎山等，形成900 km狹長(zhǎng)的走廊地帶，又稱“河西走廊”，面積66萬(wàn)hm2，是我國(guó)連接新疆與中亞地區(qū)的主要通道，全年降雨50～180 mm，光照充足，無(wú)霜期長(zhǎng)，盛產(chǎn)優(yōu)質(zhì)瓜果蔬菜，被譽(yù)為“西北糧倉(cāng)”，區(qū)內(nèi)鎳、金、鐵、稀土等礦產(chǎn)資源豐富，多民族人民依靠石羊河、黑河、疏勒河等3條主要內(nèi)陸河流繁衍生息；近年來(lái)隨全球氣溫升高的影響，河流上游冰川退縮、林木減少，下游草原退化、自然植被萎縮衰敗、風(fēng)沙活動(dòng)加劇，更有北部騰格里、巴丹吉林、庫(kù)姆塔格三大沙漠侵?jǐn)_，引起區(qū)域揚(yáng)沙遷移與沙塵暴天氣頻發(fā)，危及周邊農(nóng)牧生產(chǎn)安全與人居環(huán)境，使原本隱患嚴(yán)重的河西走廊生態(tài)平衡變得異常脆弱，特別是下游沿沙漠邊緣的荒漠化地區(qū)尤為嚴(yán)重，相繼出現(xiàn)了民勤羅布泊景觀、居延海長(zhǎng)期干涸、敦煌與金塔樓蘭化趨向等，再加上近年來(lái)土地承包到戶、城鎮(zhèn)化趨勢(shì)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的低迷等因素，綠洲邊緣生態(tài)防護(hù)林處于自然演替狀態(tài)，人居環(huán)境和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全問(wèn)題引起國(guó)內(nèi)高度關(guān)注。為此，相繼進(jìn)行了黑河、石羊河等流域的綜合治理，生態(tài)環(huán)境恢復(fù)已列入當(dāng)?shù)卣淖h事日程。

河西走廊下游沿沙綠洲邊緣，賴以維護(hù)局部農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、群眾生活安居的重要人工措施——防風(fēng)固沙林，經(jīng)過(guò)50年的不斷營(yíng)建和多次改造，對(duì)風(fēng)沙地表穩(wěn)定，攔截流沙起到了重要的屏障與保護(hù)作用。本文通過(guò)對(duì)河西地區(qū)沿沙綠洲防風(fēng)固沙林運(yùn)行演化方式、其上形成的積沙帶阻沙積沙特點(diǎn)，積沙帶上植被生存狀況及穩(wěn)定性的調(diào)查，分析目前隨全球氣溫升高的影響、西北內(nèi)陸河下游供水普遍減少的背景條件下，沿沙綠洲防護(hù)林演變及積沙帶的堆積過(guò)程，從而研討今后荒漠區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建中，防風(fēng)固沙林營(yíng)建方式和引導(dǎo)應(yīng)用途徑、積沙帶的改造利用方向，提高風(fēng)沙防治的長(zhǎng)期效益，為荒漠化區(qū)域綜合治理提供理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況與研究方法

1.1　研究區(qū)自然概況

河西地區(qū)位于甘肅省黃河以西，東起烏鞘嶺，西至甘新交界的狹長(zhǎng)地帶，總面積21.5萬(wàn)km2，多為典型的干旱荒漠區(qū)，中部為平原生態(tài)區(qū)，屬于溫帶干旱荒漠、半荒漠氣候，綠洲星羅其中，僅占6%左右，該區(qū)光熱資源豐富，降水量少，蒸發(fā)量大，是我國(guó)重要的商品糧基地之一；多年來(lái)水分虧缺和干旱環(huán)境引發(fā)的各類生態(tài)問(wèn)題，嚴(yán)重制約著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，特別在西北部緊靠騰格里、巴丹吉林、庫(kù)姆塔格沙漠沿線的綠洲，地勢(shì)低凹，氣候干燥，光熱豐富且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)集中，水資源利用效率較高的傳統(tǒng)農(nóng)作區(qū)，由于來(lái)自周邊荒漠化區(qū)域的風(fēng)沙侵襲，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件極端脆弱，防風(fēng)固沙林是當(dāng)?shù)亟鉀Q風(fēng)沙入侵的主要措施。

1.2　數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家973前期項(xiàng)目資源多樣性與生態(tài)環(huán)境安全重大問(wèn)題(2011GB411900)子課題—甘肅河西綠洲邊緣積沙帶的形成及其生態(tài)效應(yīng)的基礎(chǔ)調(diào)查資料，應(yīng)用于甘肅省科技廳1305TCYA007項(xiàng)目執(zhí)行。

1.3　研究方法

2011—2013年項(xiàng)目組沿河西走廊東部沿沙漠邊緣的古浪海子灘，經(jīng)過(guò)武威、民勤、金昌、臨澤、金塔到敦煌陽(yáng)關(guān)鄉(xiāng)，對(duì)1960—2013年期間河西沿沙農(nóng)防林及其形成的積沙帶進(jìn)行實(shí)地群眾走訪與樣地調(diào)查，對(duì)比積沙帶縱軸線方向自然環(huán)境風(fēng)蝕狀況；采用典型取樣法[6,7]進(jìn)行積沙帶形狀規(guī)模，前風(fēng)蝕凹地深度、寬度，帶后緩沖臺(tái)地寬度與農(nóng)田的高差調(diào)查，測(cè)試沙脊線兩側(cè)不同高度層次的水分狀況、植物群落組成；通過(guò)在不同坡位、土壤層次設(shè)置2 m×2 m小樣方進(jìn)行自然植被組成、蓋度、生物量及地層水分含量調(diào)查，以植被群落繁殖生存特征衡量積沙帶穩(wěn)定性；查閱農(nóng)防林樣地建設(shè)以來(lái)河西地區(qū)氣象資料與荒漠植被特性的研究資料，研究防護(hù)林演變趨勢(shì)、樣點(diǎn)植物生存動(dòng)態(tài)，引用建群灌木重要值〔IV=(相對(duì)高度+相對(duì)蓋度+相對(duì)密度)/3〕、物種豐富度(R=log2N/S-1)和，植被組成結(jié)構(gòu)的變化差異幅度衡量積沙帶的穩(wěn)定性。

2結(jié)果與分析

2.1　農(nóng)防林自然演變與樣區(qū)氣候環(huán)境因子的關(guān)系

從實(shí)地調(diào)查與氣候、水文信息中看出，河西沿沙綠洲防護(hù)林自東到西，隨海拔高度的降低，自然降雨逐漸減小，由東端古浪海子灘的年均180 mm逐漸減少到敦煌陽(yáng)關(guān)的45 mm；平均溫度與活動(dòng)地溫(蒸發(fā)量增大)逐漸升高，相對(duì)濕度降低；營(yíng)建于20世紀(jì)60—90年代的喬灌防護(hù)林與林下自然植被生存水環(huán)境供給能力降低，初建植物出現(xiàn)整體消亡或嚴(yán)重衰敗趨勢(shì)，保留部分多萎縮到防護(hù)林形成的積沙帶背風(fēng)坡后接近農(nóng)田的位置(見(jiàn)表1)，凸起的積沙帶形成阻礙西北風(fēng)攜沙越境、間續(xù)延伸的防護(hù)屏障；河西沿沙地區(qū)自東向西積沙帶自然植被蓋度、物種豐富度下降，建群植物重要值增大，同時(shí)可用水條件趨于惡化，敦煌陽(yáng)關(guān)僅有耐鹽堿植物檉柳存在。

表1　調(diào)查樣地區(qū)域氣候因子與防護(hù)林建植情況

2.2　積沙帶形成因素及存在方式

沿沙地區(qū)防風(fēng)固沙林運(yùn)行過(guò)程，也就是林內(nèi)積沙的過(guò)程，隨林地高度的抬升與近年來(lái)農(nóng)業(yè)用水的減少，林帶內(nèi)植物供水能力下降，由旺盛逐漸衰敗，上風(fēng)向尤其明顯，沿綠洲積沙帶隨之形成[1,10]，見(jiàn)表2；積沙帶迎風(fēng)坡緩長(zhǎng)，前端出現(xiàn)較寬的風(fēng)蝕凹地，中后部形成高大沙梁；背風(fēng)坡陡直，后部近農(nóng)田保留狹窄的緩沖區(qū)，存有少量初植林木與自然植被繁衍生息；以農(nóng)防林后耕地為原始地平面對(duì)照，積沙帶較自然沙丘，前部風(fēng)蝕凹地加長(zhǎng)、風(fēng)蝕深度增大，則沙脊高度與積沙帶寬度明顯，其中金塔西壩積沙帶風(fēng)蝕凹地深度為3.51 m，凹陷幅寬31.8 m，沙脊線高度16.72 m，積沙帶寬度達(dá)78.15 m；敦煌陽(yáng)關(guān)風(fēng)蝕深度2.73 m，凹陷幅寬34.56 m，積沙帶寬度達(dá)88.27 m；民勤劉家地蝕深1.74 m，凹陷寬度100.28 m，沙脊高度18.62 m，積沙寬度1 008.2 m，積沙帶裸露區(qū)域較其他樣地面積大，不穩(wěn)定程度增加。表明三地域風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)烈且頻繁，也是河西風(fēng)沙危害的重點(diǎn)區(qū)域。經(jīng)過(guò)Excel軟件統(tǒng)計(jì)分析，帶前凹地風(fēng)蝕量與樣地所在區(qū)域風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)度(≥10 m·s-1大風(fēng)日數(shù))、建群植物重要值、積沙帶含水率呈典型相關(guān)(表2)，相關(guān)系數(shù)分別是P風(fēng)=0.823 1，P植物=-0.577 3，水分達(dá)到極顯著水平，通過(guò)0.05檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)P=0.783 1；積沙帶的形狀與積沙規(guī)模取決于當(dāng)?shù)仫L(fēng)沙侵襲強(qiáng)度、防護(hù)林建植位置、運(yùn)行時(shí)間、農(nóng)田經(jīng)濟(jì)利用所采取的維護(hù)程度，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)用地向農(nóng)防林區(qū)域范圍擴(kuò)張，如民勤劉家地農(nóng)田侵近農(nóng)防林緩沖臺(tái)地，僅距積沙帶坡底際線5.12 m(臺(tái)地實(shí)際寬度)，臨澤板橋7.68 m，武威新地灘13.54 m，顯示出積沙帶防護(hù)農(nóng)田的實(shí)用效果；與周邊無(wú)林沙化區(qū)比較，防護(hù)林形成的積沙帶平均高度增加170%～350%，寬度增加5～8倍，標(biāo)志出流動(dòng)沙地與綠洲農(nóng)田間明顯的分界線。

表2　樣地的位置及積沙帶堆積特征

表3　積沙帶坡位水分特征及建群植物重要值

2.3　積沙帶植被特征

河西沿沙農(nóng)防林積沙帶自然植被種類趨向單一且豐富度減小(表3)，由東端海子灘的0.27降至敦煌陽(yáng)關(guān)的0.05，植被表現(xiàn)為以多種植物組成向單一或少數(shù)種方向過(guò)渡，到敦煌陽(yáng)關(guān)僅存檉柳一種，偶有短命植物沙米、堿蓬等伴生；植被蓋度與防護(hù)林所建區(qū)域水分供給有關(guān)，隨積沙帶增高沙層含水量降低。由表3數(shù)據(jù)分析得出：植物重要值與積沙帶所處地點(diǎn)、坡位影響下的含水率成對(duì)數(shù)相關(guān)，y=-0.963 5 lnx+2.59，相關(guān)系數(shù)是0.893 3；結(jié)合地域性資料顯示：河西走廊東端古浪荒漠草地雨養(yǎng)自然植物有20科39種，植被蓋度大，由東向西隨降水量的逐漸減小而植被蓋度減小，臨澤、高臺(tái)半固定沙地植物保存有7科13種，到西部敦煌西戈壁僅存藜科1種，地處內(nèi)陸河下游的防護(hù)林積沙帶植被，借助農(nóng)用滲水或排鹽堿水的補(bǔ)給，較流動(dòng)沙丘處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.4　積沙帶群落的外貌、重要值及地域特點(diǎn)

植被既是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，也是荒漠區(qū)立地水資源與風(fēng)沙侵襲狀況的綜合反映。從表3看出，最初營(yíng)建防護(hù)林喬灌植物，隨積沙帶的升高，水分供應(yīng)的減少，逐步衰敗或整體消亡，僅存的零星植株多集中在靠近農(nóng)田一側(cè)，與積沙帶自然灌草植被組成帶后流沙埋壓的緩沖部分；積沙帶沙脊線高度與迎風(fēng)坡中下部植被，共同構(gòu)成衡量積沙帶穩(wěn)定與否的重要標(biāo)志；建群灌叢的重要值與植物豐富度取決于積沙帶所處環(huán)境的水分補(bǔ)給狀況，在降水較好的海子灘灌叢重要值高達(dá)0.38，自然植被豐富度0.27，積沙帶處于良好的穩(wěn)定狀態(tài)；敦煌陽(yáng)關(guān)地處河流下游季節(jié)性積水鹽堿灘，僅有的檉柳灌叢重要值可達(dá)0.62，植被豐富度僅0.05，積沙帶僅檉柳生存，冬春季穩(wěn)定性下降；積沙帶植被受水分與積沙高度影響，農(nóng)田一側(cè)緩沖區(qū)植被蓋度明顯高于流沙地一側(cè)，隨積沙帶高度增加，植物逐漸稀疏，趨向短命植物，物種豐富度下降(表3)；優(yōu)勢(shì)灌叢則反映了地域環(huán)境特色，如武威、民勤以梭梭、沙拐棗為主，內(nèi)陸河下游的瓜州、敦煌、金塔，剩余鹽堿水形成檉柳、駱駝刺等耐鹽灌叢；灌木重要值越小，植物豐富度越大，積沙帶穩(wěn)定程度越高；積沙帶未發(fā)現(xiàn)紅砂(Reaumuriasongarica)、珍珠(Salsolapasserina)和白刺等強(qiáng)旱生植物存在，說(shuō)明積沙帶仍處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。

2.5　農(nóng)防林積沙帶穩(wěn)定性分析

通過(guò)河西沿沙地區(qū)9地類25個(gè)防護(hù)林積沙帶縱長(zhǎng)軸線斷面調(diào)查，較區(qū)內(nèi)流動(dòng)沙地新月形沙丘縱斷面，迎風(fēng)坡積沙面延伸1.6～3.3倍，平均高度增加170%～350%，背風(fēng)坡后植被受到農(nóng)田滲水或下游鹽堿水的補(bǔ)給，植被蓋度大，成為重要的緩沖沉積區(qū)[13]；積沙帶增高與迎風(fēng)坡中下部灌叢[11,12]的雙重作用，積沙帶迎風(fēng)坡面向沙地延長(zhǎng)，促使了積沙面的整體抬升，沙丘脊線增高突出，積沙帶位移速度相對(duì)減緩，防護(hù)林體系經(jīng)過(guò)30～40年演化與積沙帶形成的演替，目前仍發(fā)揮著阻擋風(fēng)沙、保護(hù)綠洲的作用。

3結(jié)論與討論

3.1　結(jié)論

3.1.1甘肅河西沿沙綠洲近50年?duì)I建的防風(fēng)固沙林，盡管經(jīng)歷了從初建、衰敗到積沙帶形成的演變過(guò)程，但一直都發(fā)揮著沉積與阻擋流沙越境的重要作用，至今仍然具有綠洲防護(hù)的價(jià)值與功能。

3.1.2積沙帶區(qū)域與自然沙區(qū)差別明顯，積沙帶受農(nóng)田用水外滲或農(nóng)用排鹽水的影響，下風(fēng)向保留了少量初建林木，積沙帶前后及頂部著生低矮灌叢與多年生草本植物群落，使積沙帶保持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.1.3河西沙區(qū)防風(fēng)固沙林由初建到整體衰敗內(nèi)在原因，是全球氣候變暖所引發(fā)的上游來(lái)水減少、沙區(qū)蒸發(fā)增強(qiáng)、植被可用水減少的必然結(jié)果，積沙帶的形成與相對(duì)穩(wěn)定，同樣具有阻擋流沙侵占農(nóng)田的作用，使防風(fēng)固沙林阻沙積沙功能得到延續(xù)，因勢(shì)利導(dǎo)，仍然是今后沙區(qū)綠洲防護(hù)的一種重要舉措。

3.2　討論

3.2.1研究選擇了河西沿沙綠洲近50年以來(lái)營(yíng)建的防風(fēng)固沙林及后期形成的積沙帶為對(duì)象，來(lái)探討綠洲與其上風(fēng)向過(guò)渡帶的變化，綜合分析這一敏感區(qū)域風(fēng)沙侵襲活動(dòng)與植被演替過(guò)程，認(rèn)識(shí)到消失的防護(hù)林或被分解的積沙帶多因人為棄耕等因素所造成；從初期營(yíng)建防護(hù)喬灌林衰敗，到后期積沙帶形成及自然灌叢演替產(chǎn)生，是當(dāng)?shù)厮止┙o減少的必然結(jié)果，積沙帶屏障作用使綠洲防護(hù)功能得到延續(xù)，綠洲與荒漠間趨向脆弱平衡；河西綠洲邊緣積沙帶自東到西，受補(bǔ)給水分減少與氣溫相對(duì)增高的影響，植被逐漸稀疏，防護(hù)功能呈減弱趨勢(shì)，但仍具有重要的阻擋風(fēng)沙越境遷移作用。

3.2.2河西沿沙地區(qū)植物防護(hù)能力，取決于當(dāng)?shù)丨h(huán)境的水分供給水平；隨數(shù)十年自然旱化加劇的影響，河西沙區(qū)風(fēng)沙活動(dòng)加劇，流沙遷移速度加快，侵蝕農(nóng)田與引發(fā)沙塵暴現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，生態(tài)安全面臨新的考驗(yàn)，引起社會(huì)各階層的高度關(guān)注，政府不惜花巨資進(jìn)行區(qū)域治理，重點(diǎn)都以圍繞水資源高效利用的方案實(shí)施開(kāi)展，通過(guò)本項(xiàng)研究，認(rèn)識(shí)到沿沙防護(hù)林及積沙帶潛在的防護(hù)利用價(jià)值，以期引導(dǎo)利用，達(dá)到區(qū)域長(zhǎng)期防治的目的。

3.2.3河西地區(qū)沿沙綠洲，初建防護(hù)林設(shè)計(jì)功能平均維持時(shí)間僅20～30年，多因使用楊樹(shù)、沙棗等喬木樹(shù)種，初植密度較大，沙埋供水渠道、農(nóng)田棄耕、管理不善等造成水分供應(yīng)的缺失，林帶迅速衰敗，繼而被間斷的積沙帶所取代；積沙帶的堆積發(fā)育過(guò)程，也是當(dāng)?shù)啬秃悼鼓嫘暂^強(qiáng)的灌木梭梭、檸條、沙拐棗及林下多年生草本定居繁殖的過(guò)程，水分補(bǔ)充能力強(qiáng)，灌叢蓋度大，積沙帶越寬大；積沙帶的形成與農(nóng)用水補(bǔ)滲有直接關(guān)系，因此選擇耐旱耐沙埋的灌木如梭梭、沙拐棗等，減小初植密度，促成積沙帶整體加寬增高，形成具有阻沙積沙能力的高大屏障，將是一個(gè)很好的選擇。

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Evolution Form of Protection Forest at Oasis Fringe in Hexi Corridor and

Stability of Accumulated Sand-belts

Zhang Dabiao1,2, Zhang Yuankai1，Tang Jinnian1

(1.Gansu Desert Control Research Institute, Lanzhou 730070,China;2. Gansu Minqin National Field

Observation & Research Station on Ecosystem of Desertified Rangeland,Wuwei 733300,China)

AbstractEvolution modes of windbreak and sandbreak forests at oasis fringe in Hexi Corridor in Gansu Province, plant structure of accumulated sandy-belt and its stability were investigated.Result shows that with reduction of runoff of upper reach in endorheic river and weaken of water supply capacity, plant species changed originally from drought-resistant shrubs to low and seasonal grasses gradually, and formed some accumulated sandy-belts which can stop transboundary of shifting;the forms and scales of the sandy-belts were controlled by maintenance extent taken by sand erosion,planting position of protection forest, time, economic use of farmland;plant was supplied by water seepage in farmland ,being in a relatively stable state;accumulated sandy-belts prevent most wind sand and play the role of oasis fringe windbreak forests are still protected oasis long-run safety, some maintenance steps should be supported to the windbreak forests.

Key wordsHexi Corridor;at oasis fringe;accumulated sandy-belt;plant structure

作者簡(jiǎn)介：張大彪(1962-)，男，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事水土保持與荒漠化治理研究.

收稿日期：2015-10-19

中圖分類號(hào)：S727.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.01.001

文章編號(hào)：1005-5215(2016)01-0001-04