荒漠區人工梭梭林接種肉蓯蓉生態恢復效益評估
——以吐魯番市高昌區為例

王含露，孫桂麗

(1.新疆農業大學林學與園藝學院，新疆烏魯木齊 830052;2.干旱區林業生態與產業技術重點實驗室，新疆烏魯木齊 830052 )

荒漠化是指干旱、半干旱和亞濕潤干旱區的土地退化[1]。我國是世界上受荒漠化危害最為嚴重的國家之一，新疆則是我國荒漠化面積最大、分布最廣的區域之一，荒漠化土地在全疆90個縣(市)都有不同程度的分布[2]，吐魯番地區表現尤為明顯。吐魯番市荒漠化導致天然植被大面積死亡、湖泊萎縮、土地沙化等生態環境問題，生態系統破碎化程度加劇，直接威脅吐魯番地區乃至周邊地區的生態環境和社會經濟的可持續發展[3]。因此，治理日趨惡化的生態環境，防止自然生態系統進一步退化，恢復已破壞的生態系統，已成為改善吐魯番市乃至西北地區的生態環境及實現可持續發展的關鍵。將沙漠化治理和發展沙漠經濟相結合是未來沙漠治理的發展方向，且具有顯著的經濟效益和生態效益[4-6]。肉蓯蓉的人工種植技術開始于1981年，以梭梭為寄主接種肉蓯蓉于1985年獲得成功[7]。筆者選取吐魯番市高昌區荒漠生境中5年人工梭梭林、3年接種肉蓯蓉的人工梭梭林及原生荒漠作為樣地，基于野外觀測、調查、取樣和室內分析數據，進行生態恢復效果對比分析。

1 材料與方法

1.1研究區概況吐魯番盆地是天山山脈東段較大的山間盆地之一，地區位于新疆維吾爾自治區東部，四面環山，地勢低凹，火焰山橫亙中部，以艾丁湖為中心[8-9]。盆地內氣候屬暖溫帶干旱荒漠氣候，太陽輻射強，加之受塔里木熱低壓的影響，形成了日溫特別高、炎熱期長、多大風的氣候特點。吐魯番年平均降水量僅6.9～25.2 mm，而蒸發卻極為強烈，年平均蒸發能力為2 727.0～3 837.8 mm，比降水量高110～540倍[10-11]。因此，是新疆水資源極具匱乏的地區，由此引發一系列生態環境問題，如土地沙化、鹽漬化、沙塵暴頻發、植被衰退，生態環境十分脆弱。吐魯番市高昌區經濟結構較為單一，綠洲農業占主要地位，農民收入主要來源于種植業、林果業與少量畜牧業。在自然環境的變化及人類生活的影響下，區域生態系統急劇惡化，對地區經濟發展及人們的生活構成了嚴重威脅[12-14]。選取吐魯番市高昌區恰特喀勒鄉公相村作為試驗樣方布設點，公相村地處吐魯番市東南方向，處于風口地段，周邊都是沙漠，村民常年飽受風沙之苦，農業生產受到嚴重影響。公相村自然條件極其惡劣，沙漠化相當嚴重。

1.2試驗材料

選取3年生接種肉蓯蓉的梭梭林(S)、5年生梭梭林(F)和原生荒漠(Y)作為試驗區。3年生接種肉蓯蓉的梭梭林在肉蓯蓉生長季每月澆1次水，并根據實際情況定期施肥、除草；5年生梭梭林1年澆1次水，無其他管護措施。

1.3試驗方法分別于2017年4、5、6月在每個試驗區設置20 m×20 m的植被調查樣方，調查樣方內植被種類、數量及生長狀況。同時利用HOBO U30自動氣象站測定試驗區內的溫度、濕度、風速、風向等多種環境參數。并采集樣方內的0～60 cm的土壤樣品，分層測定其含水量、有機質、全氮、全磷、全鉀的含量。采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤有機質含量；采用福斯凱氏定氮儀Kjeltec 8400測定土壤全氮含量；采用紫外可見分光光度計T6新世紀測定土壤全磷含量；采用火焰光度計FP6431測定土壤全鉀含理。

2 結果與分析

2.1小氣候監測試驗區小氣候監測采用對比的方法，分別在試驗區3年生接種肉蓯蓉的梭梭林、5年生梭梭林和原生荒漠的150 cm與10 cm高度處設立小氣候監測，測定溫濕度、風向、風速，結果見圖1～3。

由圖1可知，各樣方內上風向150 cm高度處的平均風速均大于近地表10 cm處的平均風速。3年生接種肉蓯蓉的梭梭林近地表10 cm處平均風速最低為0.003 m/s，5年生梭梭林為0.209 m/s，地表平均風速最高為原生荒漠(1.11 m/s)；3年生接種肉蓯蓉的梭梭林由于人工施肥、澆水等一系列管護，長勢優于5年生梭梭林，150 cm處平均風速為0.428 m/s，原生荒漠為1.668 m/s，而5年生梭梭林的平均風速最高，達1.843 m/s。因此，植物高度越高，蓋度越大，降低地表風速的作用越明顯，防風固沙效益越好。

圖1 不同試驗區風速對比Fig.1 Comparison of wind speed in different experimental zones

由圖2可知，各試驗區150 cm處氣溫均高于地表10 cm處。綜合比較，3年生接種肉蓯蓉的梭梭林試驗區10 cm與150 cm氣溫均為最低，分別為34.416、36.584 ℃，原生荒漠試驗區的氣溫地高，地表10 cm處為36.449 ℃，150 cm處為38.605 ℃。

圖2 不同試驗區氣溫對比Fig.2 Comparison of temperature in different experimental zones

由圖3可知，3年生接種肉蓯蓉的梭梭林地表10 cm和150 cm空氣相對濕度分別為21.20%和20.52%，均較5年生梭梭林和原生荒漠高；其次是5年生梭梭林，原生荒漠的相對濕度最低，10 cm處為10.69%，150 cm處為8.86%。3年生接種肉蓯蓉的梭梭林和5年生梭梭林均具有保護地表土壤、抗風蝕及改善局部地區溫濕度的作用，其中3年生接種肉蓯蓉的梭梭林比5年生梭梭林更具有改善小氣候的生態功能，試驗區內部環境也更趨于穩定。

圖3 不同試驗區相對濕度對比Fig.3 Comparison of relative humidity in different experimental zones

吐魯番地區人工梭梭林接種肉蓯蓉的種植模式，不僅增加了植被覆蓋面積，改善了當地的生態環境，還有效地減少和防止了風沙對土地的侵襲，減少了沙塵天氣，也改善了一部分區域的小氣候。據測，接種肉蓯蓉試驗區比其余試驗區域的氣溫低，相對濕度增加，風速也有所減小。由此可知，由于接種肉蓯蓉，人工灌溉、施肥等一系列管護行為使區域內的植物高度高，蓋度大，則對區域內的溫度、濕度、風速等有顯著改善。

2.2植被變化試驗實施后對各試驗樣地進行植被調查，發現試驗區內植被變化顯著，蓋度明顯提高，但生物多樣性水平較低，物種也較單一。由于試驗區樣地管理狀況不同，則在相應時間的試驗區樣地內的植被狀況也不盡相同，5年生梭梭林試驗區樣地內梭梭蓋度較高，但由于疏于人工管護，倒伏死亡情況嚴重，草本植物較少，僅有駱駝刺等幾種草本植物，并未形成穩定的群落結構；而3年生接種肉蓯蓉的梭梭林由于每個月進行1次人工澆水、施肥，因此植物長勢好，高度高，蓋度也較大，植物物種較為豐富，除灌木檉柳(TamarixchinensisLour.)、沙拐棗(CalligonummongolicumTurcz.)外，草本植物較5年生梭梭林多，樣方內常見的有駱駝刺(AlhagisparsifoliaShap.)、豬毛菜(SalsolacollinaPall.)、駝絨黎(Ceratoideslatens)、蘆葦(Phragmitesaustralis)等，偶見拉拉藤(GaliumaparineLinn.)。

由表1可知，2017年4—6月3年生接種肉蓯蓉的梭梭林株數由84株增加為87株，而5年生梭梭林由71株減少為65株；對比3年生接種肉蓯蓉的梭梭林可知，5年生梭梭林的梭梭植株死亡率較高。由于積極的人工管護，3年生接種肉蓯蓉的梭梭林內的梭梭植株長勢明顯優于5年生梭梭林，3年生接種肉蓯蓉的梭梭林平均株高由4月的139 cm增長為6月的159 cm，平均增長20 cm，而5年生梭梭林的平均株高則由141 cm增長為147 cm，平均增長6 cm，遠低于3年生接種肉蓯蓉的梭梭林。

3年生接種肉蓯蓉的梭梭林內檉柳數由4月的7株減少為6株，平均株高由81 cm增加為94 cm，這是由于檉柳不是目的樹種，會進行人工去除；5年生梭梭林內檉柳數則由14株減少為9株，平均株高由121 cm減少為110 cm；而3年生接種肉蓯蓉的梭梭林內沙拐棗的株數由4株增加為6株，5年生梭梭林內沙拐棗由5株減少為2株。2017年4—6月3年生接種肉蓯蓉梭梭林的蓋度由20.13%提高至46.26%,增加了26.13百分點;5年生梭梭林蓋度僅增加0.9百分點；而對照組原生荒漠樣地植被蓋度則不變，為0。

表1 試驗區樣方內灌木種類及其基本生長情況

由表2可知，3年生接種肉蓯蓉梭梭林樣方內植被種類最多，2017年4—6月駱駝刺、蘆葦、豬毛菜、駝絨黎、堿蒿等草本植物的數量增加明顯，還出現喜水植物，拉拉藤的出現說明人工澆水、施肥對試驗區樣地內植被多樣性起到積極的作用(其中并未排除一系列人工除草對草本種類和數量的影響)；而5年生梭梭林樣方內植被種類較少，僅有駱駝刺、蘆葦、拉拉藤、絨藜等植物，4—6月疏于人工管護的5年生梭梭林試驗區樣地內，草本植物的死亡率較高。

表2 試驗區樣方草本種類及數量

2.3土壤理化性質調查對各試驗區樣地0～60 cm土層土壤進行理化分析，結果見表3。由表3可知，3年生接種肉蓯蓉的梭梭林由于每月1次的人工灌溉，土壤含水量明顯高于5年生梭梭林和原生荒漠，土壤60 cm土層靠近肉蓯蓉寄生處，土壤含水量最高；其次是5年生梭梭林，地表10 cm處含水量最低，25 cm與60 cm土層的土壤變化不大；而原生荒漠由于地表無覆蓋，土壤含水量極低。3年生接種肉蓯蓉的梭梭林與5年生梭梭林同等深度土壤有機碳和有機質對比顯示，除60 cm土層接近肉蓯蓉的土壤有機碳和有機質含量高于5年生梭梭林，其余均低于5年生梭梭林，可得出有機質和有機碳含量隨梭梭林的生長年齡增長而呈現上升趨勢。3年生接種肉蓯蓉梭梭林與5年生梭梭林的全氮、全磷、全鉀等土壤微量元素的含量隨著土壤深度的變化而變化，且靠近梭梭根部的土壤微量元素含量較高，而原生荒漠不同土層土壤微量元素含量變化不明顯。由此可得，人工干預對生態修復試驗區域內的土壤變化起到積極作用，梭梭林人工接種肉蓯蓉種植模式對生態修復起到推動作用。

表3 試驗區土壤理化性質

3 結論與討論

(1)改善區域小氣候。吐魯番荒漠區域人工種植梭梭林后，試驗區內風速明顯降低，氣溫降低，相對濕度增加，改善了區域內的小氣候，而且隨著梭梭接種肉蓯蓉種植模式的推廣，人工管護力度加大，植被高度增加，蓋度增大，對區域內小氣候的改善作用就越明顯。

(2)提高植被覆蓋度和生物多樣性。 梭梭林接種肉蓯蓉種植模式的推廣前期需要人工種植梭梭，提高當地的植被蓋度。由于試驗區梭梭是人工植被，植被的穩定性較差，接種肉蓯蓉后大量的人工輔助措施確保了梭梭林的成活率，植物的生長速度也較快，也為其他生物生長提供了條件，使得物種的豐富度也有所增加，除灌木外出現較多的草本植物及少量的藤本植物，提高了生物多樣性。

(3)改善土壤理化性質。人工梭梭林接種肉蓯蓉使當地植物覆蓋度增加的同時，減少了土壤風蝕造成的一系列環境問題。而區域內植物數量增加的同時，土壤中的植物根系數量也大大增加，對土壤具有一定的團聚作用，同時利于防風固沙、保持水土。接種肉蓯蓉期間的人工灌溉等管護行為使得區域內土壤的保水保肥能力增強，并增加了土壤的有機質含量。而人工梭梭林區域的生態修復試驗屬短期項目，土壤全氮、全磷、全鉀含量變化不明顯。

(4)長期以來，吐魯番地區自然條件惡劣，是生態脆弱的荒漠區域。一方面，當地人口多，可耕地面積少，經濟基礎薄弱，而人工梭梭林接種肉蓯蓉種植模式改造荒漠土地進行生態修復，變有害為有利，不但可以防風固沙，而且可以改善當地人民生存環境；另一方面，增加了當地的經濟收入，促進了經濟發展，提高了人們的生活水平，也為區域內提供了大量的就業機會，滿足了社會對肉蓯蓉加工原材料的需求，帶動了相關產業的發展，加快了人民脫貧致富的腳步。更具意義的是這種種植模式減少了人為破壞自然環境和野生植被的行為，提高了當地居民治理荒漠的積極性。

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