全 文 ：收稿日期:2010-06-23;修回日期:2010-07-14
作者简介:张世军(1978-),男 , 山东莱西人 ,工程师 , 硕士 ,主要从事生态监测 、保护与恢复工作。
准噶尔盆地南缘活化沙丘植被自然恢复初探
———以梭梭 、白梭梭为例
张世军
(新疆环境监测总站 , 新疆 乌鲁木齐 830011)
摘 要:古尔班通古特沙漠边缘植被破坏严重 ,沙丘活化明显 , 是新疆干旱区植被恢复的重点地区之一 , 一般缺乏地
表水补充 ,其沙丘的水分状况便成为植被生存和恢复过程的关键条件。为掌握古尔班通古特沙漠边缘活化沙丘水分
状况 ,并在其上恢复自然植被 , 对植物生长期内沙丘水分进行连续监测 , 并采用当地采集的梭梭 、白梭梭种子进行植
被恢复实验 ,结果表明:活化沙丘表层存在干沙层 ,沙丘中部和下部存在稳定湿沙层 , 处在距沙丘表面 60 cm 以下 , 且
厚度超过 100 cm ,具备植被自然恢复的基础 ,干沙层的形成速率和风蚀是制约活化沙丘植被自然恢复的决定因素。
关键词:活化沙丘;干沙层;稳定湿沙层;自然恢复
中图分类号:X171.4 文献标识码:A 文章编号:1007-1504(2010)03-0153-05
Initially Searches on South the Songorine Basin the Reason Activation Sand Dune Vegetation Restores Naturally——— Take
The Sacsaoul , The White Sacsaoul as the Example
ZHANG Shi-jun(Xinjiang Environmental Monitoring Station , Urumqi Xinjiang 830011 , China)
Abstract:The Gurbantunggut desert edge vegetation destruction is serious , the sand dune activation is obvious , is one of key local
which the Xinjiang arid area vegetation restores , lacks the surface water to supplement generally , its sand dune moisture content
condition then becomes the vegetation survival and the recovery procedure essential condition , for grasps the Gurbantunggut desert
edge activation sand dune moisture content condition , and restores the natural vegetation in above , the sand dune moisture content
carries on the continuous monitoring to the plant vegetal period in , and uses local gathering the sacsaoul , the white sacsaoul seed
carries on the vegetation to restore the experiment.The result indicated that , The activation sand dune surface layer existence does the
sand bed , middle the sand dune and lower part has the stable wet sand bed , occupies is apart from the sand dune surface 60 cm;
below , also thickness surpasses 100 cm , has foundation which the vegetation restores naturally , does the sand bed the formation speed
and the wind erosion restricts the determining factor which the activation sand dune vegetation restores naturally.
Key words:activation sand dune;does the sand bed;stable wet sand bed;nature restoration
新疆地处西北干旱地区 ,降水稀少且分布不
均 ,沙漠地区更是如此[ 1] ,近 20年来由于植被破
坏 ,北疆的古尔班通古特沙漠中固定半固定沙丘
活化面积不断增大 ,沙漠南缘地区 ,沙丘活化明
显 ,流沙不断向绿洲扩展[ 2] 。根据生态学原理和
实践经验证明 ,恢复植被 ,增加地表覆盖是控制
沙丘活化的根本措施[ 3] ,恢复植被应优先选取当
地的植物种进行 ,梭梭 、白梭梭是边疆沙漠主要
植物种 ,而且种子具有低温萌发的特性[ 4] ,能够
利用当地的积雪融化的水分进行萌发 ,具备了自
第 24卷 第 3 期2010 年 9月 干旱环境监测Arid Environmental Monitoring Vol.24 No.3Sep..2010
然更新的基础 。本文立足于准噶尔盆地南缘沙
丘冬季积雪这一有利条件 ,对利用梭梭 、白梭梭
种子进行植被自然恢复进行了实验和探索 ,以期
为当地活化沙丘的植被自然恢复提出较为合适
的途径 ,为当地政府决策提供参考 ,同时也为相
关研究提供有益的理论积累和实践探索 。
1 研究概况
1.1 研究区概况
研究区位于古尔班通古特沙漠南缘奇台县
境内西北湾牧场 ,N 44°11′41″,E 89°32′57″。气候
属中温带大陆性荒漠气候 ,夏季炎热 ,冬季寒冷 ,
干燥少雨 ,年平均气温 4.7 ℃,7 月份极端最高
气温 43 ℃,1月份极端最低气温-42.6 ℃,年平
均降水量 176 mm ,蒸发量 2 141 mm ,无霜期平均
156 d 。地下水位在 3 m 左右 ,且随季节发生变
化。冬季有稳定的积雪存在 ,可以为植物萌发提
供一定的水分[ 5] 。
1.2 试验设置
在沙漠边缘选取活化沙丘作为研究样地 ,沙
丘为南北走向 ,西坡 12 ～ 15°,东坡 25 ～ 30°,高 5
～ 7 m ,分别在沙丘的上 、中 、下部各设置一根深
3 m的测管 ,每 30 cm为一层 ,采用中子水分测定
仪于每月下旬 ,在每个测量点逐层进行测定 ,每
层取其连续读数 15次的平均值作为观测值 。
积雪融化前 ,在活化沙丘上设置一定数量样
地 ,不同样地设置不同的积雪厚度 ,积雪厚度根
据历年气象资料确定 , 分别为 4 、10 、16 、22 、28 、
34 、40 、46 cm ,在每个样地中播撒相同数量的梭
梭 、白梭梭种子 ,定期观测种子的萌发率及幼苗
保存率 ,并对幼苗根系长度进行定期观测。
2 结果与分析
2.1 活化沙丘水分变化
2.1.1 活化沙丘水分月变化
活化沙丘保水能力差 ,由于蒸发及风的影
响 ,表层含水量很快会降到 0.03(V V)以下 ,形
成干沙层。由于该地区分布的主要植物种为梭
梭 ,梭梭正常生长的风沙土湿度为 2%[ 6] , 换算
成体积含水量为 0.03(V V),故将含水量低于该
值的沙丘层次称为干沙层 ,高于该值的沙丘层次
称为稳定湿沙层。4 — 5 月为水分蒸发消耗阶
段 ,沙丘各层次含水量最低值基本出现于 5 月 ,
而 7 — 9月为降水入渗补给阶段 ,最高值基本出
现在 7月和 8月;各月水分最低值一般都是表
层 ,只是在 3月积雪融化前后 ,由于有积雪融水
的补给 ,使含水量较其他层次略高 ,见图 1 、图 2。
除表层0 ～ 30 cm外 ,其他层次含水量基本从 3 —
4月升高 ,5月降到最低 ,至 7 、8月升高达到最大
值 。表层干沙层厚度随时间发生变化 ,沙丘上部
3月和 6月干沙层深达 90 cm , 5月可达 120 cm ,
7 、8 、9月维持在表层 0 ～ 30 cm ,中部只在 5 — 7
月维持表层 0 ～ 30 cm ,下部则是在 6 — 8月维持
0 ～ 30 cm。
2.1.2 活化沙丘水分垂直变化
活化沙丘由于无植被 ,受蒸发作用的影响 ,
积雪融化后不久 ,表层即形成一定厚度的干沙
层 。在沙丘上部 ,除 3月以外 ,其他各月在 60 ～
·154· 干旱环境监测 第 24 卷
200 cm 和 240 cm 以下含水量基本保持在 0.03
(V V)以上 ,为稳定湿沙层。在沙丘中部和下
部 ,除表层外 ,各层次各月含水量均高于 0.03
(V V),即从 60 cm深度向下均为稳定湿沙层 ,见
图3。沙丘中部 60 cm深处 ,含水量异常升高 ,与
观测前少量降雨有关 ,而活化沙丘下部 240 cm
深处 ,水分异常降低为仪器读数异常所致。
活化沙丘的不同部位含水量变化也各不相
同。比较而言 ,沙丘上部由于地势较高 ,受风的
影响较中部和下部大 ,导致水分蒸发较中部和下
部强烈 ,所以各层含水量也较中部和下部低 ,不
同深度含水量变化规律性不明显 ,只是在沙丘下
部随深度的增加 ,含水量大体呈增加趋势 ,与沙
坡头地区观测的结果一样[ 7] 。而在 60 ～ 120 cm
范围内水分变化则非常明显 ,极值也大多出现于
该深度范围内。
2.2 自然条件下不同积雪厚度样地梭梭 、白梭
梭萌发状况
自然条件下 ,梭梭 、白梭梭种子萌发受气候
影响较大 ,外界对其影响也比室内复杂 。在积雪
融化过程中梭梭和白梭梭就已经开始萌发 ,且从
积雪融化完成后到沙丘表面干燥之前一直在萌
发 ,但因为在积雪融化过程中气温和地温都较
低 ,所以整个萌发过程可以持续二周左右 ,且有
些种子在胚根伸长后未能及时扎入沙土中 ,在气
温升高后由于缺水而干枯致死 。部分幼苗虽然
胚根能够伸入沙土中 ,但由于生长速度太慢 ,无
法到达湿沙层而因干旱死亡。由于梭梭和白梭
梭种子在成熟后直接掉落在沙丘表面 ,种子萌发
时所需的水分主要来自沙丘表面 ,因而沙丘表
面 ,特别是地表到 10 cm 深度的范围内 ,水分状
况直接影响梭梭和白梭梭种子的萌发。根据观
测 ,由于不同样地覆盖的积雪厚度不同 ,导致积
雪融化的时间不同 ,由此造成地表保持湿润的时
间各不相同 ,积雪较厚的样地表层保持湿润的时
间较长 ,能够为种子萌发提供的水分也相应较
多 ,使种子萌发的时间略有延长 ,由此造成种子
萌发数量增加 ,即随着样地积雪厚度的增加 ,种
子萌发率也增加 ,见图 4。但并非所有发芽的种
子都能长成幼苗继续存活 ,在 4 、5 月间 ,由于降
水较少 ,且风速超过 10 m s的大风较为频繁 ,导
致活化沙丘表面风蚀严重 ,绝大部分的幼苗死
亡 ,保存率与萌发率相差较大 , 萌发率最低
23%,最高 58%,保存率最低仅为 3%,最高为
23%。从 22 cm厚积雪的样地开始 ,保存率基本
保持稳定 ,梭梭和白梭梭的保存率分别保持在
10%和8%左右 ,见图 5。根据对活化沙丘的观
测 ,活化沙丘幼苗的死亡主要是由风蚀造成的 。
2.3 梭梭 、白梭梭垂直根系生长状况
梭梭 、白梭梭种子在萌发后随着气温和地温
的升高 ,沙丘水分蒸发量增大 ,由于蒸发所发生
的上升运动可减少表层土壤的含水量 ,活化沙丘
表面基本没有植被覆盖 ,在这种有利于迅速蒸发
的条件下 ,水的蒸发超过了水向表面移动的速
率 ,从而使表层土壤变干。沙土最容易出现这种
情况 ,因为它们每单位容积的土壤含水量比粘土
·155·第 3期 张世军 准噶尔盆地南缘活化沙丘植被自然恢复初探
少 ,每单位断面的水流途经比粘土小。土壤表面
变干后蒸发作用便大大减弱 ,因为以水汽通过表
层的运动比以液体通过表层的运动缓慢得多[ 8] 。
因此 ,表面的沙土变干之后 ,就形成了一层保护
层 ,使干燥的表层沙土以下沙土的水分蒸发减
少 ,变化也更缓慢 ,随着气温和地温的不断升高 ,
沙丘表面的干沙层逐渐变厚 ,尤其是遇到大风天
气 ,由于强烈的空气流动使沙丘表层蒸发加速 ,
使干沙层迅速增厚 ,在活化沙丘干沙层达一定厚
度时 ,沙层毛管水断裂 ,成为干沙层下土壤水和
地下水免受强烈蒸发的保护层 。因此可以说在
沙漠中 ,蒸发主要是在干 、湿沙层的界面进行 ,在
地表面的蒸发实际上近乎为零[ 9] ,根据对活化沙
丘不同深度的含水量的监测表明 ,在沙丘表层形
成一定厚度的干沙层 ,在积雪融化后 ,气温升高 ,
地温也不断升高 ,蒸发量不断增大 ,干沙层形成
速率受温度和风的影响较大 ,随着温度的升高 ,
干沙层逐渐变厚 ,能够成活的幼苗根系的生长速
度均大于干沙层的形成速率 , 4 — 5月干沙层变
化很小 ,而与此同时 ,在活化沙丘上 ,幼苗根系下
扎深度均超过干沙层厚度 。见图 6 。同时 ,沙丘
的含水量变化也不相同 ,在积雪融化后 ,虽然沙
丘表面到 10 cm 范围内含水量低 ,但到 10 ～ 20
cm 深这一层次含水量很高 ,较高的沙土含水量
使幼苗的垂直根系生长受到影响 ,垂直根系在到
达可以提供水分的层次时其生长速率明显下降;
活化沙丘不同层次含水量不同 ,这在一定程度上
影响幼苗垂直根系的生长速度 ,根系有向水生长
的特性[ 10] ,这一特性可能导致根系在不同土壤
水分状况下生长速率的不同。
3 结果与讨论
3.1 活化沙丘具备植被自然恢复的水分基础
活化沙丘表面存在一定厚度的干沙层 ,但在
沙丘中部和下部 60 cm 深度存在一定厚度的湿
沙层 ,加之有积雪融水 ,能够提供梭梭 、白梭梭种
子萌发所需的水分 ,在积雪全部融化后沙丘表面
逐渐形成干沙层 ,并在 5月达到最大厚度 ,其中
顶部最大达 90 cm 厚 ,而沙丘中部和下部干沙层
厚度一般保持在 30 cm 。在干沙层以下有一稳定
湿沙层存在 ,且含水量能够满足当地主要植物种
梭梭 、白梭梭幼苗生存需求 。
3.2 植物根系生长速率必须大于干沙层形成速
率是活化沙丘上植物存活的关键
梭梭 、白梭梭种子利用积雪融水萌发后 ,随
着气温升高 ,沙丘表面逐渐变干 ,地表逐渐形成
干沙层 ,而梭梭 、白梭梭幼苗只有继续吸收水分
才能存活 ,其根系生长速率必须快于干沙层形成
速率才能保证水分的供给 。监测数据表明 ,存活
的幼苗根系竖直长度均大于干沙层厚度 ,部分死
亡的幼苗均是由于根系竖直长度小于干沙层厚
度 ,无法吸收水分而导致干旱致死 ,因此 ,幼苗根
系生长速率必须大于干沙层形成速率才能够存
活 。
3.3 活化沙丘上实现植被自然恢复对策
根据实验 ,选用当地植物种 ,且采取相应的
·156· 干旱环境监测 第 24 卷
防风固沙等人工辅助措施 ,可确保自然更新幼苗
存活 。实验中风蚀是造成幼苗死亡的主要原因 ,
在积雪融化后 ,随着气温的升高 ,风蚀作用也逐
渐明显 ,在北疆地区 , 3 — 5 月风力较大 ,极易导
致活化沙丘的风蚀 ,在风的作用下沙丘表层迅速
变干 ,当风速大于起沙风速后被吹蚀 ,幼苗根系
会暴露甚至直接脱离地表 ,造成死亡。在采取一
定的防风蚀措施后能够提高幼苗的保存率 ,必要
时还可采取灌溉措施以保证沙丘水分 ,尤其在 5
月 ,由于干沙层最厚 ,大风频繁 ,导致幼苗大量死
亡 ,采取灌溉措施可降低风蚀的危害 ,提高沙丘
表层的含水量 ,大幅提高幼苗保存率 ,促进幼苗
生长 。
根据本次研究 ,在活化沙丘上 ,具备植物生
长所需的水分条件 ,植被的自然更新是可行的 ,
但易受到风蚀及异常高温的影响 ,采取封育等人
工措施可保证其植被自然更新过程的正常进行 ,
若再采取灌溉等措施降低风蚀的危害 ,可大幅提
高幼苗保存率 ,使植被自然更新过程更加顺利 。
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(上接第 152页)
系统 ,对察布查尔县土壤侵蚀强度进行快速分级
评价 。该方法通过特征区域建立知识库后 ,可以
用同一标准进行全区域的土壤侵蚀信息提取 ,使
土壤侵蚀信息提取更加方便。但是该方法的适
用范围有限 ,主要是对区域面蚀强度及冻融侵蚀
强度进行评价 ,并未涉及风力侵蚀的评价 ,同时
该方法缺乏一些较为重要的土壤侵蚀影响因子
作为评价参数 。本方法简单快捷 ,易于推广 ,在
以面蚀为主的区域进行土壤侵蚀强度评价 ,具有
较强的实用性。
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