（环境工程专业论文）阴山北麓丘陵区农牧交错带林草建设与生态恢复的可持续发展分析.pdf

s u s t a 烈a b l ed e v e l o p n 重e n ta n a l y s e s0 ff o r e s t a n dg r a ss l a n dc o n s t r u c t i o na n de c o l o g i c a l r e s t o r a t i o na tn o 薹u h e r nf o o t so f y i n s h a n m o u n t a l n 王nt h em 至d d l e o fa g r l 薹a s t u r e 嚣c t o n eo fc h 至n a a bs t r a c t t h eh i l l yr e g i o no fn o r t h e ms l o p eo fy i n s h a nm o u n t a i nw h i c hi sat y p i c a l p o v e r t y - s t r i c k e nz o n eo f i n n e rm o n g o l i ai nn o r t h e r nc h i n ai sl o c a t e di nt h em i d d l e o f a g r i - p a s t u r ee c t o n e 。e c o l o g i c a la n d e c o n o m i cv i c i o u sc i r c l eo fe c o n o m i c d e v e l o p m e n t i nt h er e g i o nh a sb e c o m eas e r i o u sc o n s t r a i n t w i t ht h ec o n t i n u o u s p o p u l a t i o ng r o w t ha n d t h ec o n s t a n td e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fr e s o u r c e s ，t h e c o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na n dt h ee c o n o m i c d e v e l o p m e n th a sb e e nm o r ep r o m i n e n t ，a n di f n o ts e r i o u sc o n t r o l l e d ，a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o na n d r u r a le c o n o m i cd e v e l o p m e n tw i l lb e h a r dt os u s t a i n b a s e do nt h e i n f o r m a t i o no f t h ek e yp r o j e c tp i l o ts t u d yo f 9 t hf i v e y e a r a n d 1 0f i v e y e a r a b o u tt h ei n n e rm o n g o l i aa u t o n o m o u sr e g i o n t h i sp a p e ra n a l y s i st h ed a t ao f t h e l i u f e n z iv i l l a g eh u ji g o ut o w n s h i po fg u y a n g c o u n t y ，t op r o t e c tt h ee c o l o g i c a l e n v i r o n m e n ta n de x p a n dv e g e t m i o nc o v e rr a t i oo fg r a s sa n df o r e s ta st h ec o r e ， s t r e n g t h e n n i n ge n v i r o n m e n t a lb e n e f i t so fe c o l o g i c a lc o n s t r u c t i o n ，a n di m p l e m e n t e f f e c to ft h et e c h n i c a lm e a s u r e st oi m p r o v e m e n ta n dr e h a b i l i t a t i o no fd e g r a d e d n a t u r a la n db u i l d i n ga r t i f i c i a lt u r fs h o w e dt h a tt h ep o s s i b l ew a yt os u s t a i n a b l e a g r i c u l t u r a ld e v e l o p m e n ts t r a t e g i e s k e y w o r d s ：f o r e s ta n dg r a s s l a n dc o n s t r u c t i o n ，e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ，a g r i c u l t u r a l s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t 2 原创性声明 本人声瞬：所黧交的学位论文楚本入在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除本文已经注明引明的内赛外，论文中不包余其他大已经发表或撰写过憝研究残果，巍 不包含为获得凼墓直太堂及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的阎 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：斓约豳 指导教师签名： 日期：参丝堑! ! 兰 日 期： 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权将 学位论文的全部内容域部分保留并向豳家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允 许编入有关数据库进行检索，也可以采鳎影印、缩印或其镳复桶手段保存、汇编学位论文。 失保护学院襄露炳的知识产权，作者在学期闻取德的研究成果属予内蒙吉大学。佟者今惹 使刚涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古火学就读期间导师的同意；若用 于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名：至触 翻期：丕塑旦! 立 指导教师签名： 日 凌当二式 f 锄 0 资料来源 内蒙吉阴由j 麓丘陵区，位于阴出出她向蒙吉高原的过渡带，属半干旱农牧交错生态脆 弱地区。该区域面积约占自治区总土地面积的3 5 4 ，人口约占自治区总人豳的8 7 ，近些 年来，由于人口压力和对土地的过度索取，导致该地区的生态环境不断恶化，土地风蚀沙化、 水土流失躁趋加劂，土壤贫瘠，农业生产低焉不稳，经济发展水平与其它发达地区的差距目 益扩大，该地区的1 1 个旗县有1 0 个属于国家级贫困县，是内蒙古自治区典型的贫困带，也 是我国人口、资源、环境矛盾最集中、最尖锐、亟待整治的区域，又是生态环境建设难度很 大蠡勺地区。 党和国家及自治区党委、政府对该区域十分重视。1 9 9 4 年自治区政府决定对阴山北麓 丘陵区进行经济型农业建设调查和规划，组成由原自治区农业厅总农艺师刘永安为组长，农、 牧、林、水、土地、计委、统计、区划办等8 个委办厅局组成的专家组，对阴山托麓地区 进行实地调查并铡定具体的发展规划。内蒙古阴由北麓丘陵区生态经济型农业建设总体规 划经过中国科学院院士孙鸿烈、中国工程院院士辛德惠主持的区内外专家的论证后，自 治区政府于1 9 9 5 年1 2 月正式批转了内蒙古阴山北麓丘陵区生态经济型农业建设总体规 划，组织各部f 一和有关地区贯彻实施。鸯治区科技厅1 9 9 6 年批准将“阴山j | ：麓丘陵区生 念经济型农业建设示范研究 列为“九五 重点科技攻关项目。由内蒙古科技厅委托内蒙 古生态环境监测站( 原内蒙古农业环保能源站) 主持实施。 1 9 9 9 年，国务院在全函生态环境保护纲要中明确要求在生态功能保护区要停止一 切导致生态功能继续退化的开发活动和其他人为破坏活动，改变粗放生产经营方式，走生 态经济型发展道路。“十五”期间，圜家将内蒙古阴山北麓地区列为我国重黢防风固沙生态 功能保护区。为了进一步探索溺出j 艺麓重要生态功能区保护与建设的方法与技术模式，2 0 0 1 年，自治区科技厅决定在“九五 项目工作经验的基础上，继续开展阴山北麓生态经济型 农业建设的试验示范，以寻求解决该区域生念与经济良性循环发展的技术体系和管理体系， 项圈列为自治区“十五 科技重点项冒。继续由内蒙吉生态环境监测站主持实施，本论文 就是以我站“九五 、“十五 科技攻关项疆试验资料为基础，重点对该区域林草植被建设 与生态恢复的可持续发展性进行分析。 l 引言 我图农牧交错带的地理位置，大致在以内蒙古自治区的海拉尔锡林浩特呼和 浩特宁夏圈族自治区的银川甘肃省的兰州青海省的西宁西藏崮治区的拉 萨云南的昆明贵州省的贵阳等高原城市系列及其连线为一边，以黑龙江省的哈尔 滨吉林省的长春辽宁省的沈阳北京河北省的石家庄陕西省的西安 一四川省的成都重庆市等平原、盆地城市及其连线为另一边的范围内。总而积约1 6 0 力2 ，地跨1 6 个省( 毒、自治区) ，6 0 0 多个县( 旗) ，2 亿多入团h 】。 阴山北麓丘陵区属于我国四大生态脆弱带之一的北方农牧交错带的中段，是典型的脆 弱生态环境区。地理特征表现为气候干旱，水资源短缺，土地荒漠化及水土流失严重，经 济发展水平低下，是农牧交错带中经济最贫困、生态环境最为恶劣的地送之一。试验示范 区位于内蒙古阴山北麓的偏西部，地处我国北方农牧交错带沿东西方向形成的严重风蚀沙 化带上，年均降雨量2 7 6 2 - 3 2 5 5 m m ，年均气温2 1 4 8 ，年均风速3 5 m s ， t 8 级大风 r 数一般在5 0 - - 一8 0 d ，恧且大风嚣集中在逑表裸露的春季。历史上，项蓦区都曾是草本茂盛 的游牧之地，植被主要是干草原植被类型，到晚清后垦殖面积不断增加，形成了农牧业两 种生产方式和经济成分共存的格局，特别是近5 0 年来，由于人口的剧增，垦殖面积成倍增 长，地表植被覆盖率急速下降，森林覆盖率仅为4 ，经过长期酌垦殖，天然草地植被结构 遭受到严重破坏，生态系统功能门趋衰退，以风蚀沙化和水土流失为主的地荒漠化现象 严重，区内8 0 以上的耕地和草场出现不同程度的退化。 1 1 问题的提出 农牧交错区是将我国农业区与草原牧区分隔开来的狭长带状区域，又称半农半牧区。 区内共有耕地5 1 9 万k m 2 ，以旱作雨养为主，多年来一直沿用落后的弃耕制。近十年来， 这个地带开垦出来豹草原，目前已有半数弃耕、撂荒。因过度放牧，交错带5 7 4 7 万k m 2 的草地中，8 0 以上出现不同程度的退化。据有关部门统计，农牧交错带的荒漠化地强积 已占全国荒漠化土地总量的4 5 ，科尔沁、浑善达克、毛乌素、腾格里及巴丹吉林几大沙 漠，仍以每年数干2 的速度吞食良田沌筠。由于土地沙化、盐碱化和草地退化现象严重， 农牧交镬带的生产、生活条件十分恶劣，农牧业生产水平低嚣不稳。针对这一现状，特别 是风蚀沙化、水土流失严重，植被覆盖率低，生态环境恶化的状况，“十五”期间我们在项 2 霸基点率童围阳县忽鸡沟乡大六分子村，应用恢复生念学的基本理论和生态经济学原理， 通过以林草植被建设为核心的一系列技术措旌恢复和燕建退化的生态系统，并促进人口、 资源与环境的可持续发展，使遭受严重破坏的生态系统逐步得到恢复，并通过土地利用结 构和产业结构调整，使区域经济趋于良性循环。 1 2 研究目的、意义 生态环境是人类生存和发展的基本条件，是经济、社会发展的物质基础，保护和建设 生态环境，实现可持续发展是我囡现代化建设中必须颦持的一项基本方针，也是西部大开 发战略实施的根本和切入点b 1 。解决北方农牧交错带的问题，不能只靠某一项技术，丽需 要采取综合措施，包括产业间和产业内结构调整、培肥地力、引进和推广良种、推广合理 的栽培技术、加大防护林建设、提高单位面积作物生产水平，在此基础上，将一部分不宜 农耕地( 约占耕地的2 0 - - 3 0 ) 退耕还草还林：在孳1 种优良牧草的基础上，通过扩大人王草 地和饲料地面积，采用集约化栽培管理，提高饲草单产，充分利用种植业副产品，为畜牧 业提供充足的饲料，推动畜牧业向围栏轮牧和舍饲化方向发展，提高出栏率；将部分沙化 草地遐革造林，大幅度提高林草植被生物量和覆盖度；此并，农牧产品收获后，除当地人 口自用外( 粮食) ，还要将剩余产品( 主要是畜产品) 通过初( 深) 加工变成商品推向市场， 从而增加农牧民和地方财政收入。由于种植业和草地单产水平的提高，通过退耕还草还林 和退荜造林，加上扩大植被覆盖度，可以大大提高环境质量。农牧交错带生态环境的改善 减少了吹向我国内地的风沙，为黄淮海平原和东北农区的生产提供了有利条件，为内地人 民的同常生活提供了有力的环境保障。其项目试验研究将对2 l 世纪我国北方草原的合理利 用和生态保护其有现实的指导意义，并对全国农业持续发展有着深远的影响。 1 3 ，1 生态恢复的理论基础 1 3 研究的理论基础 生态恢复就是按照植被分布的生态地理规律和植被恢复演替规律，通过实施人为正向 干扰措施，恢复已经退化的自然生态系统。其应用的理论较多，主要包括随弱： 限制因子原理：任何一种生态因子只要接近或超过生物的- 瓣受范固，它就会成为这种 生物的限制因予。生态恢复必须寻找阻碍恢复的关键因子。 生态系统的结构理论：生态系统结构主要包括三个方面，却物种结构、时空结构和营 养结构。建立合理的生态系统结构有利于提高系统的功能。 生态适应性原理和生态位理论：一个生态系统内的物种不是随意产生和组合分布的， 是经过长期的鲁然选择和协同进化，对环境条件产生生物学、生态学的适应后才得以生存 和繁衍。同时，每一物种都有自己的生态位，在不同生境占据自己特有的地位，具有不同 的群落作用。乡土物种使长期适应大气候条件和当地土壤条件的适生物种，因此，应尽量 选择乡土树种和牧草品种进行生态恢复。不同物种在生态系统内所需要的营养物质和水分 条件所发挥的生态功能，与其他物种间的交互作用都不尽相同，所以在植被恢复时应尽量 避免选择生态位重叠重复较大、资源需求相近的物种，以免恢复演替进程中植物种群间激 烈竞争，保证植物群落的稳定性。同时，运用生态适应性原理和生态位理论结合灌溉、施 肥等措施，积极引进优质人工牧草，并通过早地引种栽培、牧草混播、灌革结合、种草压 青、粮草轮作等措施兴建人工、半人工草地，扩大饲革料来源，减轻天然草地压力，为退 化天然草地恢复提供有利条件。通过季节性体牧和补播等技术措施促进天然草场的恢复。 生物群落演替理论：演替是在自然或人为因素干扰下一个群落为另一个群落所取代的 过程，它是群落和生态系统的一个重要特征。深入了解植被或生态系统动态演替原则，将 有利于恢复或重建植被。成功的入工植被或生态系统都是在深入认识生态原则和动态原则 的基础上，模拟自然植被或生态系统的产物。 生物多样性原理：多样性导致稳定性，生态系统网状食物链结构的增加，生态系统趋 向稳定；生态系统物种多样性，使植被趋向稳定的地带性顶级类型；当然有关该理论现在 尚存在争议，近期研究表明物种组成对种群动态和生态系统功麓具有重要影响随。 景观生态上的缀块廊道基底理论认为：从大、中尺度的角度考虑系统恢复必 须整体规划，考虑生境的破碎化恢复，恢复和保持景观的多样性和完整性。 1 3 2 可持续发展理论 1 9 8 0 年3 月5 圈的联合国大会呼吁：必须研究自然的、社会的、生态的、经济的及利 用自然资源过程中的基木关系，确保全球的可持续发展，首次提出了可持续发展这一概念疆3 。 1 9 8 7 年世界环境与发展委员会出版的我们共阏的未来书孛，正式提出可持续发展的 概念3 。 农业可持续发展是可持续发展理论中的一个重要内容。最早提出可持续农业概念的是 1 9 8 5 年美国加利福熙亚州议会通过的可持续农业研究教育法。1 9 9 1 年4 胃联合国靛农 毒 组织( f a o ) 在荷兰丹博斯召开的农业与农村发展毯际研讨会给出了可持续农业定义。1 9 9 2 年我国环境保护委员会在中国2 l 世纪议程中，将可持续农业定义为：在经济和环境协调 发展指导下，总结吸收各种农业方式的成功经验，按照生态经济学原理并应用系统工程方 法建立起来的农业体系。农业是国民经济的基础，在我国农业能否实现可持续发展关系到 整个经济社会的可持续发展问题。农业是对自然资源、环境的影响和依赖最大的经济部门。 农业与农村可持续发展，涉及生态持续性、社会持续性和经济持续性三个方面 1 0 3 , 农业作 为与资源、环境关系最为密切的产业，其可持续发展研究更是得到国际社会的普遍关注。中 国2 l 世纪议程也指豳：农业和农村可持续发展是中国西持续发展的优先领域和根本保证 1 1 。农业可持续发展问题的实质是一定区域内经济、社会发展与资源、生态环境间的关系 协调与合理利用问题，资源与生态环境的协调发展是区域农业可持续发展的核心和基础。 1 3 3 样地粗糙度的基本涵义 粗糙度是指物体表面凸出部分的平均高度，当流体流经物体表面时，随着物体表面粗 糙程度的不同对流体的影响程度也不同，地表粗糙度可以作为防沙治沙效益的一个重要指 标。 因此，选择切实可行的改善生态环境与提高生产力相结合的土地利用模式，调整农、 林、草用地结构比例，使小面积深度开发利用与大面积恢复保护福结合，使基本农田( 耕 地) 处于拣草保护和有效调节之下，在保护资源及景观的基础上，逐步建立起较为稳定的 生态农业系统格局。在种植业上改变广种薄收的习惯，将重点转向有限的水浇地和旱作基 本农田，通过加大投入，实施集约耕作，提高作物单产，将坡梁地和风蚀沙化严重的耕地 退耕还栋还革，使林革覆盖率稳步提高，逐步控制土地沙化和水流失。增大地表植被覆 盖度，增加地表粗糙度降低近地表风速，达到减小土壤风蚀和水土流失之网的。通过土地 利用结构和产业结构调整，将过去单纯的低产种植业和破坏性畜牧业转变为保障型农业， 多元来源支撑的现代化养殖业和保护型林业相结合的新型产业结构，通过棒革植被建设和 革业开发，促进农牧民稳产增收和经济的可持续发展。从根本上解决当地农牧民生存和发 展问题。 2 研究区概况 2 1 自然环境概况 大六分子基点村位于固阳县忽鸡沟乡，这里属阴山北麓风蚀沙化区，气候为中温带半 干旱大陆性季风气候，水热组合特点是春季干旱、多风沙，夏秋雨量集中，冬季寒冷、干 燥。年平均温度为3 4 5 c ，1 0 积温2 0 0 0 - - 一2 4 0 0 。c ，无霜期1 0 0 - - 1 2 0 d ，年平均降水量 2 7 0 - - - 3 0 0 m m ，且多集中于7 - - - 9 月份，蒸发量1 2 0 0 , 1 5 0 0 m m ，是降水量的4 - 5 倍，年平 均风速4 5 m s ，一般5 - - - 6 级， 8 级大风日数2 0 d 以上。土壤为栗钙土，昆都仑河沿岸水 浇地有部分草甸土，土地侵蚀沙化严重，土壤贫瘠。 2 2 经济社会状况 大六分子村位于固阳县城的西南1 7 k m 处，2 0 0 5 年全村总人口1 3 8 人，人均耕地8 8 亩，其中人均水浇地1 4 亩。由于耕地风蚀沙化严重，农作物产量低而不稳。近些年来，村 里外出打工的人数较多，剩余劳力承包种植耕地的面积增加。2 0 0 5 年，户均种地5 2 亩，劳 均耕地达到2 1 亩。种植作物以玉米、马铃薯、油葵为主。养殖以养羊、猪为主，全村养羊 1 2 1 6 只，人均养羊达到8 8 个羊单位。全村年人均纯收入3 0 1 0 元。 2 3 生态环境状况 大六分子村海拔1 2 0 0 - 1 6 0 0 m ，全村土地面积4 2 0 h i i l 2 ，其中东西长1 4 k m ，南北宽3 k m ， 地貌形态南高北低，南北方向处于两山之间，可分为低山丘陵、冲积平原与河床阶地三个 部分，昆都仑河从东北向西南穿过。由于地貌上的显著差异，导致土壤和水分条件不同， 从而形成了不同的植被类型和土地利用状况。从山地上部由南向北依次为山地灰褐土、栗 钙土、栗质沙壤土、栗淤沙壤土、淤黑沙土。土壤质地以沙壤土为主，土壤肥力不高，有 机质含量1 左右，一般为钾高氮次磷低。除洪积的昆都仑河岸边地下水位较高外，其余地 带地下水资源缺乏。丘陵山地以荒坡、撂荒地为主，上部零星分布一些旱生干草地。草地 类型主要以克氏针茅( s t i p a k r y l o v i i r o s h e v ) 沙质栗钙土典型干草原为主，退化严重，产草量 仅为3 7 5 k g h m 2 。丘陵中部为坡耕地，下部是村民居住点，冲洪积下部及昆都仑河的岸边交 接地主要是水浇地。该村总土地面积4 2 0 h m 2 ，其中耕地1 3 1 8h m 2 ，草地1 5 6 2h m 2 ，灌木 6 林地5 2h m 2 。近些年来，大六分子村的产业结构已由过去单一的粮食生产转变为粮食、经 济作物、饲草料、养殖业综合发展的产业结构。 3 研究区存在的主要问题 3 1 风蚀与水蚀复合侵蚀是制约区域经济发展的主要障碍 干旱与大风的同时出现，使伏沙带上的风蚀模数最高达9 9 8 5 t k m 2 a ；雨热的同期出现 并受地形的影响，水土流失十分严重，其侵蚀模数最大为3 0 0 0 t k m 2a 。两种侵蚀在时间上 交替出现，在空间上重复叠加，造成农田沙化、坡地水土流失、表土大量流失、地表粗化、 土壤肥力下降，土地生产力衰减，草场沙化退化、地表植被盖度逐渐降低，生态环境严重 恶化。 3 2 土地资源利用方式上基本属于农牧业交错使用 这里历史上曾是草木繁盛的纯牧区，晚清后期大面积垦殖，形成农牧业两种生产方式 共存的格局。土地不合理利用的结果使坡耕地面积逐年扩大，牧业用地逐年减少，草场退 化越来越影响畜牧业的发展。该村土地利用结构为：农业用地占总面积的3 1 3 8 ，牧业用 地占3 9 5 7 ，疏林草地与灌木林占1 5 0 8 。可见土地利用不合理，具体表现为耕地面积大， 质量不高，中低产的坡耕地占耕地面积的9 3 3 2 ，土地资源利用违背草原区的自然特点。 草地面积占三项用地之首，但质量低，退化严重。林地比重小，分布不均匀，集中分布且 主要为灌木柠条地，达不到对农田、草牧场的有效保护作用。 3 3 人少地多，经营粗放 一是随着人口的增加，不断对草原进行垦殖，早作坡耕地无限制增加，2 0 0 0 年人均耕 地近l h m 2 ，是自治区人均耕地的2 1 倍。但因农业基础设施和经营管理跟不上，造成大部 分旱作农罔经营半h 放，广种薄收，农业生产低而不稳的状态。坡耕地粮食产量平均只有7 2 0 k g h m 2 ，遇到灾年经常绝产绝收。农民群众生活贫困。 二是畜牧业靠天养畜、生产力水平低下。该村过去养畜基本是靠天然草场放养，人工 饲草料地极少，作物秸秆的利用率也很低，加之盲目追求数量畜牧业，致使草场超载严重， 7 天然草场退化，退化草场面积已占到草场面积的9 5 以上，草场退纯表现为革群稀疏低矮， 成徐变坏，不可食革院重增加，霹食莘产量近a 十年来下降4 0 - 6 0 ，芷鬻年景下一般 草场产草量为3 7 5 k g ! h m 2 ，退化严重的草场其产革量不足3 0 0 k g h m 2 ，若遇旱年其产草量仅 为2 0 0k g h m 2 。饲草料的严重短缺，特别是冬春季和灾年，饲草料煲为奇缺，革畜失去平 衡，生产力低下。 三是林革比例小，种植模式单一。该区域林革建设面积小，主要是人工栽植的单纯柠 条地，种植模式单一，没有遵循自然条件的空间异质性规律，致使生物多样性和生态系统 稳定性差，易受人为和裔然灾害翡子挽帮影响，林革植被不麓实现与环境静协调统一，不 能发挥最佳的生态和经济效益。 3 。4 毒然灾害频繁发生 出予林术缺乏，草场过牧，植被稀疏，土地失去疵护，造成邋表裸露，生境逐渐恶纯， 爨然灾害频繁发生。 干旱：2 0 世纪5 0 年代以来，大旱和早年的发生频率接近5 0 ，两年连早发生频率为 2 7 ，基本上1 0 年有l - 2 个大翠年，3 - 4 年存个串翠年，搬之大气降承主要集孛予7 9 月份，教有“十年九旱，年华舂旱”之称，使大量耕地无法播种，草地牧草难以返青，干旱 少雨成为农牧业生产的主要限制因素。 大风和风沙：平均风速4 5 r n s ，年丈于8 级大风慝数2 0 d 以上，春季大风箍害最严重， 占全年大飙最数熬4 6 以上，最大艇速达2 0 瓤s ，誉对春耕生产静农侔物造成危害。 霜冻：由于无霜期短( 1 0 0 - 1 2 0 d ) ，每年均有不同程度的霜冻危害。 4 研究思路 阴出乾麓丘陵区生态建设在我藿= ：方农牧交镨蒂具有独特的携位帮律耀，对我国就方 生态安全和嚣域经济社会的霹持续发展具有重要麴理论价值和实践意义。植被恢复与重建 无疑是生态系统恢复的核心目标和最直接的表现方式，根据该区域的环境特点，本着因地 制：f ； l ：的原贝i ，黻林革建设为核心，采取生物措施、工程措施和农艺措施楣结合的方法，进 行林摹植被建设，提高植被覆盖攀。凡逶宣造林魏荒出、荒坡、沟谷均积极造林耪草，赛 灌草、带网片相结合，滩川、丘问水土条件较好的地方以乔木防护林为主，坡梁瘠地以灌 木林带为主，立地条件较好的地块适当发展经济林。树立“立草鸯监 的恶怒，把种草作 为项产业，以营造灌丛草场为主，同时做好封育工作，严禁滥垦滥牧，破坏林木和草地 植被，使大地恢复绿色植被，控制风蚀沙化、水土流失，改善生态环境，实现可持续发展。 为了探索该区域科学种田、科学养黼和筛选适宜饲草料晶种，1 0 年来引进新的作物、 新品种5 9 个，室内室外试验相结合，筛选出适合当地生态条件的3 0 多个品种，边总绐、 边推广，将试验示范成果应用到大葱积生产上。2 0 0 5 年在项霹区基点村大六分子村柠 条林地、本地沙棘林地、俄罗斯大果沙棘林地、沙枣林地和沙打旺地设置试验，以相同自 然条件下未进行任何生态建设的地点为对照，进行植被盖度、多样性，风速，土壤含水量、 土壤水分入渗速率、土壤贮水量帮土壤理优性质分析等试验和林地生态效益研究，探索出 该地区的适宜林地。 5 研究方法与研究结果 5 1 总体布局 在对试验示范区生态环境现状系统调查分析诊断的基础上，根据生态经济型农业建设 总体规划，调整土地利用结构，合理靠局林草建设工程。林革生产发展的障碍性因素主要 是该地区气候干旱、生态环境破坏严重，重农牧轻林革，土地利用结构不合理，显林革种 植模式单一、树种草种单一等成为其影响林草植被建设与稳定发展的主要障碍因索。为此， 我们遵循生态学和经济学原则，同时考虑当地的经济发展愿望和环境治理现实，兼顾生态 和经济效益，运用最优规划和复合农林设计方法铡定土地利用结构调整裁划，设计合理的 土地利用体系和风蚀沙化与水土流失治理、农田防护林网、混牧林业、生态经济林等林草 种植体系，在此基础上合理布局林草植被建设王程。 5 。2 。i 试验方法 5 2 农田防护林网体系建设的生态环境效应研究 s 。2 。i 。i 植物样地的调查方法 在不同植被区域内，选取一定规格的样方：沙打e 匝( a s t r a g a l u sa d s u r g e n s 鼢册草地及对 照样地的样方为2 x2 m ；柠条、本地沙棘( h i p p o p h a er h a m n o i d e s ) 、俄罗斯大采沙棘以及沙 枣( e l a e a g n u sa n g u s t i f o l i al 。$ 烈 样地的样方为5 xs m 。每个植被类型设5 个样方在样地 9 内调查植被的株高、冠幅、盖度以及样地内草本植物盖度，采集植物样本并对其进行分类。 5 2 1 2 风速的测定 采用d e m 6 型三杯风速风向仪分别同时测1 5 m 高度处各样地平行风速：此外对每一样 地同时进行0 5 m 、2 0 m 两个高度处风速差异性观测。 5 2 1 3 土壤剖面选择 在样地中央，无人为破坏的地段，挖6 0 c m 的土壤剖面。每1 0 c m 取样。 5 2 1 4 粗糙度的计算 粗糙度的计算一般采用下列公式：= 址等掣虹；其中，z i 、z 2 为地表任意两个高度( 本 文采用2 m 、o 5 m ) ，u l 、u 2 分别为z i 、z 2 高度上的风速；k 为某地区粗糙度指标。 5 2 1 5 土壤储水量的计算 根据土壤含水量( 以自然湿土为基数) 和容重可计算出每公项林地土壤的蓄水量，计算公 式5 1 为：_ l o o o o 篙 ；式中：w 为一定厚度土层内的蓄水量( t 2 ) ，g 为容重( t m 3 ) ，a 为土壤含水量( ) ，h 为土层厚度( m ) 。 5 2 2 样地植被调查结果分析 试验点设在大六份子村西侧约5 0 0 m 处的林地，林地主要植被为柠条、沙枣、俄罗斯 大果沙棘和本地沙棘间种的沙棘林带；最主要的退耕还林树种为柠条。主要草本植物为沙 打旺，沙打旺草地于2 0 0 5 年更新，但由于该地区春季天气干旱，播下去的种子几乎没有萌 发，地表植被盖度极低，与对照样地相似：风速与对照样地基本一致，所以沙打旺草地的 防风效益几乎为零；沙枣样地是当地环保部门引进的，但在阴山北麓恶劣的自然条件下， 沙枣并未开花结枣，它的引进虽未带来经济效益，但是，一系列试验证明，它的生态效益 较为明显，为改善当地的生态环境做出了一定的贡献。经过近几年的实践证明，在阴山北 麓干旱半干旱地区大面积推广栽种俄罗斯大果沙棘既有生态效益又有经济效益，沙棘不仅 耐旱，而且具有很强的防风固沙作用，它全身都有很高的经济价值。一旦形成规模，成为 一种产业，既能起到保护生态的作用，又能够帮助农民脱贫致富达小康。 样地植被株高、冠幅和盖度具体见表5 1 ；样地内草本植物种类统计见表5 2 。 l o 表5 1 样地植被树高、冠幅和盖度 t a b l e5 1t a l l h e i g h t 、c r o w i ir a n g ea n dc o v e rd e g r e eo fv e g e t a t i o n0 1 1s a m p l ep l o t s ( o x y t r o p i s 日早 幺2 虹咖，肠) 、 ( g l y c y r r h i z a 荔慨口p 擎酝u r a l e n s i s黔瓣 明寝子 扁蓿豆、 州1 x 。明1 叉。 菊科 c o m p o s i t a e 不本科 g r a m i n e a e 黄芪叫s 肌”面凇 只氏 a 。n e i t h t i f e ，l 。i aw e b ) 、( h e t e r o p a p p u s 碱蒿、 ( c i r s i u m 鬣善口辫娜虢( x a n t h 堋i u m 瓣蟹薯晏徭褒蒙妇) 、勋批堋蕊：酱薯晏 瓣黪黧、嚣( 器c l e i s t o g e 罐晕、黼： 鞣淞辫卜缀淞，瓣 矬草酮草 尖头叶藜 藜科 躲黜 c h e n o p o d i a c e a e 藉辚面西施 c o l l i n a ) 尖头叶藜、 刺藜 ( c h e n o p o d u m 刺藜 a r i s t a t u m ) 、 猪毛菜 田旋花 怒妇神臧“幻田旋花 c h i n e n s i s ) 紫草科 ( b o r a g i n a c e a e ) 蒺藜科 ( z y g o p h y l l a c e a e ) 盖度( ) 袅实 刺藜、 (哆母，g，所z棚妥荬计藜l) 一”。 田旋花田旋花田旋花 鹤虱 ( l a p p u l a m y o s o t i s 矿) 2 01 3 3 蒺藜 ( t r i b u l u s蒺藜蒺藜 t e r r e s t r i s ) 886 通过表5 1 可以看出，柠条、本地沙棘、俄罗斯大果沙棘以及沙枣，植被盖度均较大， 生长情况良好。其中沙枣树高最大，本地沙棘样地植被盖度最大；俄罗斯大果沙棘从株高 和盖度方面来看，长势较本地沙棘稍差。 通过表5 2 可以看出，植物多样性较小，且多为荒漠植物；但与对照样地相比，除柠条 样地外的其它样地中，天然植被均有定程度的恢复。对比几种样地，本地沙棘林带草本 植物种类最多，其次为大果沙棘林地、沙枣林地、沙打旺草地、柠条林地以及对照地。沙 棘林地以及沙枣林地中草本植物主要以豆科、禾本科、菊科为主。相对其它样地植被情况 来说，恢复情况稍好一些。其中柠条林地草本植被盖度为3 ，低于对照地，这是因为柠条 为高耗水植物，加之该地区降雨量少，样地内土壤含水量非常低，其它草本植物可能是因 为没有足够的水分而无法存活。 5 2 3 防风效益研究 地表植被是通过植被覆盖来保护地面，植物与风摩擦而降低风速，植物枝、叶可拦截 风沙流中的沙粒这3 个途径来减少风蚀【1 3 】。该地区风大、沙多，风蚀现象极为严重。在该 地区实行退耕还林还草措施，其目的之一就是减轻该地区的土壤风蚀程度。 5 2 3 1 不同样地降低风速的研究 不同样地因株高、盖度、地表分枝数等条件不同，观测到的风速也不同。为研究几种 植被防风效能，对不同样地之间以及样地与对照之间1 5 m 高度处平行风速进行观测( 该试 验地的本地沙棘林地和俄罗斯大果沙棘林地为带状混交，在测风速时，只能测其混交林的 风速，而无法测其单一林分的风速。) ，其值见表5 3 ，显著性检验见表5 4 ，不同样地的防 风效能见表5 5 。 从表5 5 不同样地的防风效能来看，柠条样地的防风效能最好，这是因为柠条林相对其 它两种林地而言，植被盖度较高，结构紧密，风速也较低。柠条防风效能最大，为6 1 6 ； 沙棘防风效能最小，为5 4 3 。 5 2 3 2 各样地粗糙度的研究 粗糙度是指物体表面凸出部分的平均高度，当流体流经物体表面时，随着物体表面粗 糙程度的不同对流体的影响程度也不同，地表粗糙度可以作为防沙治沙效益的一个重要指 标【m 】。本文根据0 5 与2 0 m 两个高度处的风速求算出各样地的粗糙度指标，具体数据见表 5 6 。 1 2 表5 3 各样地平行风速对比( m s ) t a b l e5 3t h ec o m p a r i s o no f p a r a l l e lw i n ds p e e do i le a c hs a m p l ep l o t ( m s ) 序号柠条样地沙枣样地 沙棘样地对照样地 从表5 3 可以看出，不同样地之问风速相近，各样地相对对照样地风速明显降低，柠条 样地风速最低，为2 2 6 m s ，其次是沙枣和沙棘样地，风速分别为2 5 7m s 、2 8 1m s 。 表5 4 不同样地间及其与对照地风速差异性检验 t a b l e5 4t h ed i v e r s i t yt e s to f p a r a l l e lw i n ds p e e da n dc o n t r o ls t u d yo nd i f f e r e n ts a m p l ep l o t s 注：q = o 1 t , 2 2 1 7 1f 2 = 2 8 0 分析表5 4 可知，在信度为0 1 的水平下，不同样地之间在1 s m 这个高度上平均风速 并没有显著差异；但是，在没有林木保护的对照地与各样地之间的风速却有极明显的差异。 这说明几种样地都有明显降低风速的作用。 表5 5 不露样遗防风效能分析( ) t a b l e5 5t h ea n a l y s i so fw i n d b r e a kp o t e n c yo nd i f f e r e n ts a m p l ep l o t s ( ) 注：防风效能表不为( 对照_ 样地) 对照宰1 0 0 由于地表粗糙度，是反映地表微地形起伏形态的一个特征值。从表中数据可以看出， 柠条样地的粗糙度最大，其次为沙枣和沙棘。柠条样地的植被盖度最大、植被长势均一， 地表分枝数多，风速相对对照下降幅度大，所以其粗糙度最大，其值为0 2 1 2 ；其次为沙枣 样地：0 1 4 4 ，沙棘样地：0 0 9 1 ，对照样地由于无大量植被覆盖，其粗糙度最低，为0 0 0 3 。 5 2 3 3 粗糙度与风速的相关性 为了进一步了解糨糙度与风速的关系，将各样地1 5 m 高度处的平均风速与各样地粗糙 度进行统计分析，见图5 1 。 从图中可以看出，粗糙度与风速的相关极显著，显著水平达o 9 8 ；随着风速的增大， 凝糙度弱显降低，但降低的程度逐渐缓和。当风速的值约为5 0 m s 时，地表粗糙度接近予 1 4 o ；当风速大于5 0 m s 时，地表粗糙度无限接近于零。 表5 6 各样地粗糙度指标 t a b l e5 6t h ei n d e xo fr o u g h n e s so nd i f f e r e n ts a m p l ep l o t s 0 2 5 0 2 型 豁0 1 5 囊 o 1 o 0 5 0 y = 3 3 9 2 6 x3 4 删 r 2 = 0 9 8 1 012 34567 风速( m s ) 图5 1 租糙度与风速的相关性 g r a p h 5 1t h er e l a t i v i t yb e t w e e nr o u g h h e s sa n dw i n ds p e e d 5 2 3 4 影响防风效能因子的研究 通过以上的分析可以看出几种样地降低风速作用都非常明显。那么，究竟是什么因素 对风速产生显著影响? 为解决这一问题，将各样地植被1 s i n 高度处平均风速与平均树高、 平均冠幅、植被盖度、平均近地表分枝数以及土壤浅层含水量几个因子分别进行分析，具 体见图5 2 。 7 6 05 苎4 簧3 量2 1 o y = 5 1 7 3 6 x o 2 副6 0 2 0 4 0 地表分技( 个) 0 量 硝 医 si y = 3 1 5 3 5 x o 0 5 20 1 1 9 8 嚣 。37， 墨z 厅 树鬻o ( c m ) 2 0 0 u 土茹漫层含水毒( ) 图5 2 风速与其影响因子的相关性 g r a p h 5 2t h er e l a t i v i t yb e t w e e nw i n ds p e e da n di t si m p a c tf a c t o r 从图5 2 可以看出，风速与树高、冠幅、植被盖度、地表分枝数具有极显著的相关性， 其中风速与树高和冠幅的相关系数分别达到0 9 8 5 1 和0 9 9 9 7 ：也就是说冠幅和树高对风速 的影响相当大。风速随着树高、冠幅、植被盖度、地表分枝数的增加而显著降低。其中， 风速与土壤表层含水量相关性不显著，相关系数仅为0 1 1 9 8 ，也就是说在各样地中，在有 一定植被盖度的情况下，土壤含水量的变化( 主要是表层土壤含水量，本节引用0 1 0 c m 的土壤含水量数据) 并不是风速降低的主要原因。由此可知，要想解决一个地区土壤风蚀 问题，提高防风效能，增大地表植被覆盖量是一条非常有效的途径。 5 2 3 5 小结 不同样地植被均能有效降低风速，尤其在春季大风条件下，防风效能非常明显，柠条 样地防风效能最好。柠条样地、沙枣样地以及沙棘样地防风效能分别达6 1 6 、5 7 8 和 5 4 3 。 各样地粗糙度从大到小的顺序为：柠条样地) 沙枣样地) 沙棘样地) 对照样地。柠条 样地粗糙度最大，为0 2 3 1 ；更能有效的保护土壤，使其不受风蚀。 在影响防风效能的诸因子中，树高、盖度、冠幅、地表分枝数的作用都很显著；尤其 是树高和冠幅，其相关性分别达到0 9 8 5 1 和0 9 9 5 7 。土壤浅层含水量不是影响防风效能的 主要因素。 5 2 4 土壤有机质、全量氮、磷、钾的变化 土地沙化的程度不同，土壤肥力亦发生很大的改变。从下表中可以看出，该研究区土 1 6 壤养分相对比较贫瘠，但是，随着植被的恢复，有植被覆盖的林地土壤肥力状况与对照样 地有一定区别。 各样地林下土壤有机质、全量氮、磷、钾的变化具体见表5 7 。 表5 7 各样地土壤有机质以及全量养分相对对照增加( ) t a b l e5 7t h ei n c r e a s e dp e r c e n t a g eo fs o i ln u t r i e n ta n dt o t a ln u t r i e n to nd i f f e r e n ts a m p l ep l o t s ( ) 退耕还林后，土壤有机质含量增大，土壤有机质的增加主要是由于植物的枯枝落叶以 及根系在土壤中腐化、分解形成的，其含量的增加是说明改良土壤作用的一个重要方面。 在柠条样地、本地沙棘林地、俄罗斯大果沙棘林地、沙枣林地、沙打旺草地中，在0 - - 2 0 c m 土层土壤有机质含量相对对照分别增加3 7 0 1 、4 0 7 4 、2 5 9 4 、1 5 1 3 、1 0 6 1 。在 2 0 4 0 c m 土层也分别增加4 2 5 2 、7 0 6 0 、3 7 、5 6 0 9 、8 3 3 0 。其中，本地沙棘林 地土壤有机质增加的幅度最大，这是因为本地沙棘地上生物量以及地