全 文 ：新疆阿勒泰平原荒漠罗布麻种植区的生态效益评价
平晓燕１，林长存１，白宇２，刘起棠２，卢欣石１
（１．北京林业大学草地资源与生态研究中心，北京１０００８３；２．戈宝绿业有限公司，广东 深圳５１８００１）
摘要：气候变化、过度放牧和盲目开垦等不合理的人类活动，导致了新疆阿勒泰地区的植被退化和生态系统服务功
能的减弱。为改善新疆阿勒泰地区的生态环境，本文选取在盐碱地和荒漠生境中生长良好的罗布麻为研究对象构
建灌草复合系统，基于野外调查取样和室内分析方法，以平原荒漠区的原生植被为对照，对比分析１年和２年生罗
布麻种植区与平原荒漠区的固碳增汇、防风固沙和水土保持等生态系统服务功能。结果表明，罗布麻植株相比对
照平原荒漠的优势植物无叶假木贼，能显著提高植被的净光合速率和水分利用效率。２年生和１年生罗布麻样地
的固碳量相比对照平原荒漠，分别增加了２３．２１％和２１．５６％；土壤风蚀模数分别降低了７０．８７％和８８．７２％，差异
均显著；土壤可蚀性Ｋ值相比对照平原荒漠分别降低了１３．５０％和１８．３３％。本研究证明在新疆阿勒泰平原荒漠
区种植罗布麻，构建灌草复合系统，能显著改善研究区的群落结构，提高植被的水分利用效率，增强平原荒漠区的
生态系统服务功能，能很好地实现阿勒泰地区生态效益和经济效益的双赢。
关键词：平原荒漠；罗布麻；固碳增汇；防风固沙；生态效益
中图分类号：Ｓ８１２．２９；Ｓ５６７．９　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００４５７５９（２０１４）０２００４９１０
犇犗犐：１０．１１６８６／ｃｙｘｂ２０１４０２０６　　
　　如何合理有效地恢复和管理退化生态系统，提高生态系统服务功能和实现可持续发展是近年来困扰全球土
地管理者和资源保护者的一个核心问题［１２］。阿勒泰地区作为新疆乃至全国的重点牧区之一，近年来由于气候变
暖和人类活动的共同影响，已有８７％的草地植被发生了退化［３］。其中，平原荒漠类草地占阿勒泰地区草地总面
积的６６％，是该区主要的冬春季放牧场，该类草地的载畜量水平很低，但却负担着阿勒泰地区总载畜量的３５％，
过度放牧导致平原荒漠草原的生态环境非常脆弱［４５］。平原荒漠区由于降水稀少，蒸发强烈，导致盐碱化和风蚀
现象尤为严重，近年来人口的增加促使阿勒泰地区的家畜数量急剧上升，放牧利用的季节不平衡、人类不合理的
乱垦和过度放牧等行为引发了平原荒漠区的植被退化、生态系统服务功能的减弱和荒漠化进程加剧等一系列生
态环境问题，进而导致草场生产力的下降，牧草品质的降低和有毒有害植物的增加，这会显著阻碍当地畜牧业的
发展并引发生态环境的恶性循环［６９］。因此，如何合理有效地利用平原荒漠区的光热资源优势，优化植被配置模
式，恢复和增强平原荒漠区的生态系统服务功能和提高生态效益成为当前急需解决的问题，但阿勒泰地区水资源
的短缺使得在平原荒漠区进行植被恢复相比其他区域要更为困难［１］。
水分是影响干旱区群落结构、生态系统功能和稳定性的最主要因子，水资源的开发利用与区域社会经济的可
持续发展之间的矛盾在新疆地区显得尤为突出［１０］。人口的剧增使新疆地区的灌溉绿洲面积从１２１×１０４ｈｍ２ 增
加到４２０×１０４ｈｍ２，继而引发土地荒漠化、土壤次生盐碱化和湖泊锐减等一系列环境问题，严重威胁了当地的经
济、社会和生态的稳定性［１１］。同时，气候变化包括温度升高和降水格局的改变也严重影响着阿勒泰地区的生态
环境，近５０年来阿勒泰地区强降水量和降水日数的增加引起平原荒漠区水蚀强度的增加［１２］。水资源的不合理
利用、土壤盐碱化和植被退化、以及强烈的风蚀和水蚀作用，导致阿勒泰地区的荒漠化进程日益加剧［１３］。合理规
划和高效利用阿勒泰地区的水资源是实现该区生态环境保护和经济发展双重目标的唯一可行方案。
罗布麻（犃狆狅犮狔狀狌犿狏犲狀犲狋狌犿）为夹竹桃科多年生宿根草本植物，在我国广泛分布于西北、华北、华东和东北地
第２３卷　第２期
Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．２
草　业　学　报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ 　　
４９－５８
２０１４年４月
收稿日期：２０１３０５３１；改回日期：２０１３０９０５
基金项目：北京林业大学新教师科研启动基金（ＢＬＸ２０１１００１）和十二五国家科技支撑计划项目（２０１１ＢＡＤ１７Ｂ０１０５）资助。
作者简介：平晓燕（１９８５），女，河南平顶山人，讲师，博士。Ｅｍａｉｌ：ｐｉｎｇｘｙ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｌｕｘｉｎｓｈｉ３０４＠１２６．ｃｏｍ
区。我国野生罗布麻的分布面积约为１３４×１０４ｈｍ２，其中新疆是主要的分布区（５３×１０４ｈｍ２）［１４１５］。野生罗布麻
具有耐旱、耐寒、耐贫瘠、耐盐碱和再生性强等特性，在植被难以生长的盐碱地和荒漠等恶劣环境中都具有很好的
适应性，因此具有很高的生态价值，近年来得到了较多研究者的关注，并被广泛用于荒漠区的生态环境恢复和水
土保持［１６１７］。众多研究者从罗布麻的生长特性、地理分布格局、生态适应性、光合生理特征及其生态效益等方面
开展了研究工作［１８２０］。阿勒泰地区面临水资源匮乏和土壤高度盐碱化等严酷生境，因此要恢复平原荒漠区的生
态环境，必须选择适宜的物种组成。罗布麻由于较强的生态适应性和较高的经济价值成为阿勒泰平原荒漠区植
被恢复的首选物种，但当前很少有研究关注罗布麻种植区的生态环境和生态系统服务功能，这将限制我们对罗布
麻种植区生态效益的准确理解。
为此，本研究以新疆阿勒泰地区的退化平原荒漠为研究对象，对比分析了不同年限的罗布麻种植区相比对照
平原荒漠在固碳增汇、防风固沙和保持水土等方面的生态效益，为恢复平原荒漠区的生态环境和提高平原荒漠区
的生态效益提供科学依据。
１　材料与方法
１．１　研究区概况
阿勒泰地区位于北纬４５°５９′３５″～４９°１０′４５″，东经８５°３１′５７″～９１°０１′１５″，地处新疆北部，阿勒泰山南麓，额尔
齐斯河北岸，北与蒙古人民共和国毗邻，全区总面积１１８０．４万ｈｍ２，草地面积９８５．２５万ｈｍ２，可利用草地面积
７２４．８万ｈｍ２，占新疆草地面积的１４．４％。研究区位于阿勒泰市以西６０ｋｍ的山前平原，气候属北温带大陆性
寒冷气候，春季多风，夏季炎热，秋季凉爽，冬季寒冷漫长。年平均气温４．５℃，年均降水量１２６．７ｍｍ，年均蒸发
量１７３９．３ｍｍ，无霜期１５５ｄ左右，年日照时数２９５０．７ｈ，气温年较差和日较差均较大。研究区终年放牧，草地畜
牧业是研究区的主导产业，对草地资源的依赖性很强，草地类型为平原荒漠类，植被以超旱生的无叶假木贼（犃
狀犪犫犪狊犻狊犪狆犺狔犾犾犪）、盐地碱蓬（犛狌犪犲犱犪狊犪犾狊犪）为优势种，伴生种包括乌拉尔甘草（犌犾狔犮狔狉狉犺犻狕犪狌狉犪犾犲狀狊犻狊）、骆驼蓬
（犘犲犵犪狀狌犿犺犪狉犿犪犾犪）、钠猪毛菜（犛犪犾狊狅犾犪狀犻狋狉犪狉犻犪）和乳浆大戟（犈狌狆犺狅狉犫犻犪犲狊狌犾犪）等，植被生产力较低，土壤为棕
钙土。
１．２　样地设置与样方调查
本研究通过野外调查取样法，对比分析不同年限的罗布麻种植区与相邻平原荒漠的群落学特征与植被和土
壤碳储量，定量评估罗布麻种植区在植被恢复、固碳增汇、防风固沙和防止水土流失等方面的生态效益。
在研究区内由东到西依次设置２０１０年罗布麻种植区、２０１１年罗布麻种植区和对照平原荒漠区３个调查样
地。２０１０年罗布麻种植样地的面积为２５０ｋｍ２，２０１１年罗布麻种植样地的面积为４０６ｋｍ２，罗布麻种植样地的
株行距为３．０ｍ×１．５ｍ。为充分、高效的利用水资源，提高水分利用效率，在２个罗布麻种植样地均采用滴灌处
理。于２０１２年９月分别对３个样地进行取样和调查，在每个样地随机设置３个４ｍ×４ｍ的灌木调查样方，在每
个灌木调查样方内随机选取３个１ｍ×１ｍ的草本样方，分别进行群落学调查，记录样方的立地条件、经纬度、海
拔、坡度、坡向和坡位等信息。
１）植被群落调查
在２０１０年罗布麻种植样地、２０１１年罗布麻种植样地和对照平原荒漠样地内，开展植被群落调查。首先，测
定样方内所有罗布麻植株的株高和密度，其次，在样方内沿对角线方向每隔５０ｃｍ测定植株的高度和盖度，每个
样方测定３０次，取其平均值后得到群落高度和群落盖度。
２）生物量取样
在２０１０和２０１１年罗布麻种植样地的每个样方内各选择３株罗布麻，利用收获法测定罗布麻植株的地上生
物量，利用土柱法（０．５ｍ×０．５ｍ×０．７ｍ）测定罗布麻植株的根系生物量，平均得到罗布麻的单株地上和根系生
物量，结合密度可以得到单位面积罗布麻的生物量，每个样地３次重复。在２０１０、２０１１年罗布麻种植样地和对照
平原荒漠内利用收获法和土柱法（１．０ｍ×１．０ｍ×０．４ｍ，分为３层）测定草本群落的地上和根系生物量，每个样
地３次重复。所有样品带回实验室于６５℃烘箱中烘干４８ｈ至恒重后，测定其干重。
０５ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１４） Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．２
３）土壤碳储量测定
生物量取样结束后，在２０１０和２０１１年罗布麻种植样方与对照平原荒漠样方的根系周围挖掘土壤剖面，随机
布点采集土壤混合样。罗布麻样地土壤的取样深度为６０ｃｍ，分为４层（０～１０ｃｍ、１０～２０ｃｍ、２０～４０ｃｍ和
４０～６０ｃｍ）；对照平原荒漠样地土样的取样深度为４０ｃｍ，分为３层（０～１０ｃｍ、１０～２０ｃｍ和２０～４０ｃｍ）。在实
验室内测定土壤结构组成、土壤容重（环刀法）和土壤有机质（Ｋ２ＣｒＯ７ 外加热法）含量，每个处理３次重复。
４）光合生理特征测定
选择晴天无云的上午（北京时间：１１：００－１４：００），利用ＬＩ６４００便携式光合仪（美国，ＬＩＣＯＲ公司制造），对
比测定罗布麻植株和对照平原荒漠优势种无叶假木贼的净光合速率（犘ｎ，μｍｏｌＣＯ２／ｍ
２·ｓ），蒸腾速率（犜ｒ，
ｍｍｏｌＨ２Ｏ／ｍ２·ｓ），光合有效辐射（犘犃犚，μｍｏｌ／ｍ
２·ｓ），胞间ＣＯ２ 浓度（犆ｉ，μｍｏｌＣＯ２／ｍｏｌ），气孔导度（犌ｓ，
ｍｏｌＨ２Ｏ／ｍ２·ｓ）和水分利用效率（犠犝犈，μｍｏｌＣＯ２／ｍｍｏｌＨ２Ｏ）等光合生理指标。测定时选择长势相近的健
康植株的向阳叶片，每个样地各测定５株植物。
１．３　测定指标
１）碳储量
罗布麻种植区和对照平原荒漠生态系统的碳储量主要储存于植被和土壤中，植被碳储量又包括地上和地下
（根系）组分。
其中，植被碳储量通过以下公式计算：
犆犫＝α犕 （１）
式中，犆犫 为植被碳密度（ｇＣ／ｍ２）；α为植被生物量的含碳量，罗布麻和平原荒漠植被均取值０．４３［２１］；犕 为植被生
物量（地上和根系生物量，ｇ／ｍ２）。
土壤碳储量的计算依据以下公式：
犆狊＝１００∑（犇犻×犱犻×犗犻）×０．５８ （２）
式中，犆狊为土壤碳密度（ｇＣ／ｍ２）；犇犻 为土层深度（ｃｍ）；犱犻 为土壤容重（ｇ／ｃｍ３）；犗犻 为土壤有机质含量（ｇ／ｋｇ）；
０．５８为土壤有机质转换为土壤有机碳的系数。
２）抗风蚀能力
为分析罗布麻种植区相比对照平原荒漠的抗风蚀能力，本研究采用风蚀模数来表征植被盖度和地表粗糙度
对土壤风蚀的抵抗能力，风蚀模数的计算参照第一次全国水利普查水土流失普查技术细则（草、灌，２０１０）：
犙犳犵＝０．０１８×（１－犠）×∑
犼＝１
犜犼×ｅｘｐ［犪２＋犫２犞２＋犮２／（犃×犝犼）］ （３）
式中，犙犳犵为草、灌地的风蚀模数（ｔ／ｈｍ２·ａ）；犠 为表土湿度因子（％）；犜犼为一年内风蚀发生期间各风速等级的累
计时间（ｍｉｎ）；犞 为植被盖度（％）；犃为风速修订系数，无量纲；犝犼为风力因子，无量纲；犪２、犫２ 和犮２ 是与土壤类型
相关的常数，分别取值２．４８６９，－０．００１４和－５４．９４７２。
３）抗水蚀能力
本研究通过土壤可蚀性系数（Ｋ值）来比较罗布麻种植区相比对照平原荒漠的抗水蚀能力。该指标是评价土
壤被降雨侵蚀力分离、冲蚀和搬运难易程度的一项重要指标。美国通用流失方程（ＵＳＬＥ）中对Ｋ值的计算依据
以下公式：
犓＝［２．１×１０－４犕１．１４（１２－犗犕）＋３．２５（犛－２）＋２．５（犘－３）］／１００ （４）
式中，犓 为土壤可蚀性系数，犕 为土壤颗粒组成系数，计算公式为犕＝犖１（１００－犖２）或者 犕＝犖１（犖３＋犖４）；犖１
为粒径在０．００２～０．１ｍｍ之间的土壤颗粒含量的百分比；犖２ 为粒径小于０．００２ｍｍ的土壤粘粒含量的百分比；
犖３ 为粒径在０．００２～０．０５ｍｍ之间的土壤粉砂含量的百分比；犖４ 为粒径在０．０５～２ｍｍ 的土壤颗粒含量的百
分比；犗犕 为土壤有机质含量（％）；犛为土壤结构系数，查表获取；犘为土壤渗透性等级，查表获取。
１．４　数据分析方法
利用ＳＰＳＳ１５．０软件对２０１０和２０１１年罗布麻种植样地和对照平原荒漠样地的群落高度和群落盖度、碳储
１５第２３卷第２期 草业学报２０１４年
量、光合生理特性、抗风蚀和水蚀能力等数据进行了方差齐次性检验、单因素方差分析和多重比较，对比分析罗布
麻种植区相比对照平原荒漠区的生态效益。
２　结果与分析
２．１　罗布麻种植区与对照平原荒漠的光合生理特性比较
２０１１和２０１０年罗布麻种植样地相比对照平原荒漠的优势植物无叶假木贼显著提高了植被的净光合速率，
虽然蒸腾速率也显著增加，但净光合速率的增加幅度要高于蒸腾速率（图１），从而导致２０１１和２０１０年罗布麻种
植样地的水分利用效率相比对照平原荒漠分别提高了６０％和３５％，差异显著（犉２，１１９＝３８．６，犘＜０．００１）（图１和
图２）。相比对照平原荒漠，２０１１和２０１０年罗布麻种植样地的叶片相对湿度分别提高了１６０％和５０％，表明种植
罗布麻后显著改善了样地周围的微气候（犉２，１１９＝５０４７．２，犘＜０．００１）（图２）。
图１　２０１０和２０１１年罗布麻种植区相比对照平原荒漠的净光合速率和蒸腾速率
犉犻犵．１　犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狊狅犳狀犲狋狆犺狅狋狅狊狔狀狋犺犲狊犻狊狉犪狋犲（犘狀）犪狀犱狋狉犪狀狊狆犻狉犪狋犻狅狀狉犪狋犲（犜狉）犪犿狅狀犵狆犾犪犻狀犱犲狊犲狉狋
（犃．犪狆犺狔犾犾犪），犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１０犪狀犱犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１１
　图中不同字母表示不同样地间差异显著（犘＜０．０５），下同。Ｖａｌｕｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓｍｅａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（犘＜０．０５）ａｍｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｐｌｏｔｓ，ｔｈｅｓａｍｅａｓｂｅｌｏｗ．
　
图２　２０１０和２０１１年罗布麻种植区相比平原荒漠的水分利用效率和叶片相对湿度
犉犻犵．２　犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狊狅犳狑犪狋犲狉狌狊犲犲犳犳犻犮犻犲狀犮狔（犠犝犈）犪狀犱犾犲犪犳狉犲犾犪狋犻狏犲犺狌犿犻犾犻狋狔（犚犎）犪犿狅狀犵狆犾犪犻狀犱犲狊犲狉狋
（犃．犪狆犺狔犾犾犪），犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１０犪狀犱犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１１
　
２．２　罗布麻种植区与对照平原荒漠的固碳增汇功能比较
２．２．１　罗布麻种植区相比对照平原荒漠的植被碳储量　在平原荒漠区种植罗布麻，构建灌草复合系统，不仅显
著提高了群落生物量，也显著增加了草本层生物量（图３）。２０１０和２０１１年罗布麻种植样地的草本层生物量分别
为３７３．６２和６６２．５６ｇ／ｍ２，相比对照平原荒漠（１６４．９９ｇ／ｍ２）分别增加了１２６％和３０１％（犉２，６＝１１．８３，犘＝０．００８）；
２５ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１４） Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．２
图３　２０１０年和２０１１年罗布麻种植区相比对照平原荒漠的草本层和群落生物量
犉犻犵．３　犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狊狅犳犺犲狉犫犪犮犲狅狌狊犪狀犱犮狅犿犿狌狀犻狋狔犫犻狅犿犪狊狊犪犿狅狀犵狆犾犪犻狀犱犲狊犲狉狋，犃．狏犲狀犲狋狌犿
狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１０犪狀犱犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１１
　
群落总生物量分别为７２８．９２和９３２．０８ｇ／ｍ２，比对照
图４　２０１０和２０１１年罗布麻种植区相比
对照平原荒漠的植被碳密度
犉犻犵．４　犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳狆犾犪狀狋犮犪狉犫狅狀犱犲狀狊犻狋犻犲狊犪犿狅狀犵狆犾犪犻狀
犱犲狊犲狉狋，犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１０犪狀犱
犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１１　
平原荒漠（１６４．９９ｇ／ｍ２）分别增加了３４０％和４６０％
（犉２，６＝６１．０１，犘＜０．００１），差异均达到极显著水平。
对照平原荒漠、２０１０和２０１１年罗布麻种植区的植被
碳储量分别为８２．４９，３６４．４６和４６６．０４ｇＣ／ｍ２（图４）。
２．２．２　罗布麻种植区相比对照平原荒漠的土壤有机
碳储量　２０１０年罗布麻种植区相比对照平原荒漠显
著增加了表层土壤（０～２０ｃｍ）的有机碳含量（犉２，６＝
２４．１８，犘＝０．００１），增加幅度达到了３１％。２０１０和
２０１１年罗布麻种植样地的土壤有机碳总量与对照相
比无显著差异。随种植年限的增加，罗布麻样地土壤
有机碳的输入量也随之增加，包括地上凋落物输入量
和地下根系输入量。从而导致２０１０年罗布麻种植样
地的表层土壤有机碳含量显著高于２０１１年罗布麻样
地和对照平原荒漠（表１）。
表１　２０１０和２０１１年罗布麻种植样地相比对照平原荒漠的土壤有机碳密度
犜犪犫犾犲１　犛狅犻犾狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀犱犲狀狊犻狋狔（犛犗犆犇）狅犳狆犾犪犻狀犱犲狊犲狉狋犪狀犱犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１０犪狀犱２０１１ ｇＣ／ｍ２
土层
Ｓｏｉｌｄｅｐｔｈ
２０１０罗布麻样地
犃．狏犲狀犲狋狌犿ｐｌａｎｔｅｄｉｎ２０１０
２０１１年罗布麻样地
犃．狏犲狀犲狋狌犿ｐｌａｎｔｅｄｉｎ２０１１
对照平原荒漠
Ｐｌａｉｎｄｅｓｅｒｔ（ＣＫ）
０～２０ｃｍ １０１６．８８±２０４．２３ａ ６６０．２５±９５．２８ｂ ７７３．０９±２３２．９４ｂ
２０～４０ｃｍ ４０８．０３±７２．２０ ６３３．４４±２３．７３ ５９６．７５±１４２．７４
０～４０ｃｍ １４２４．９２±２０２．３６ １２９３．６９±８５．３３ １３６９．８４±１５４．２１
　注：表中数值为平均值±标准误（狀＝３），同行数值后面不同的字母表示不同样地差异显著（犘＜０．０５）。
　Ｎｏｔｅ：Ｖａｌｕｅｓａｒｅｍｅａｎｓ±ＳＥｏｆｔｈｒｅｅｒｅｐｌｉｃａｔｅｓ（狀＝３），ａｎｄｖａｌｕｅｓｗｉｔｈｉｎｔｈｅｓａｍｅｒｏｗｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓｍｅａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（犘＜
０．０５）ａｍｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｌｏｔｓ．
２．２．３　罗布麻种植区相比对照平原荒漠的总碳储量　相比对照平原荒漠，种植罗布麻后能显著增加生态系统的
碳储量。２０１０和２０１１年罗布麻种植样地的总碳储量（１７８９和１７８０ｇＣ／ｍ２）相比对照平原荒漠（１４５２ｇＣ／ｍ２）
３５第２３卷第２期 草业学报２０１４年
分别增加了２３．２１％和２１．５６％，差异显著（图５）。这
图５　２０１０和２０１１年罗布麻种植区
相比对照平原荒漠的总碳储量
犉犻犵．５　犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳狋狅狋犪犾犮犪狉犫狅狀狊狋狅狉犪犵犲犪犿狅狀犵狆犾犪犻狀
犱犲狊犲狉狋，犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１０犪狀犱
犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１１
　
主要归结于种植罗布麻后群落和草本层植被碳储量的
增加，土壤碳储量的增加效果不明显。
２．３　罗布麻种植区相比对照平原荒漠的防风固沙效
益
罗布麻植株的空间构型为丛生型灌木，具有分枝
多、根系发达、繁殖力强等特点，相比对照平原荒漠，罗
布麻种植区具有更强的防风固沙能力。罗布麻种植区
相比对照平原荒漠显著提高了群落高度和群落盖度，
２０１０和２０１１年罗布麻种植区的群落高度比对照平原
荒漠分别增加了３００％和４１０％，群落盖度分别增加了
１８０％和３００％，差异均达到显著水平（群落高度：
犉２，６＝８．９８，犘＝０．０２；群落盖度：犉２，６＝２８．９８，犘＝
０．００１，图６）。
２．３．１　抗风蚀能力　２０１０和２０１１年罗布麻种植样
地的土壤风蚀模数（３７．６５，１４．５８ｔ／ｈｍ２·ａ）相比对照平原荒漠（１２９．２３ｔ／ｈｍ２·ａ）分别降低了７０．８７％和
８８．７２％，差异显著（犉２，６＝９．２６，犘＝０．０２，图７）。风蚀模数与植被盖度之间存在显著的正相关关系。其中，２０１０
和２０１１年罗布麻种植样地的群落盖度都达到了５５％以上，对照平原荒漠的群落盖度仅为２０％。人工种植罗布
麻后，在平原荒漠区构建了布局合理的灌草复合系统，使群落的冠层分布更加合理，覆盖度更高，更能有效抵抗风
力侵蚀，这会有利于改善平原荒漠区的生态环境并促进植被恢复。
图６　２０１０和２０１１年罗布麻种植区相比对照平原荒漠的群落高度和群落盖度
犉犻犵．６　犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狊狅犳犮狅犿犿狌狀犻狋狔犺犲犻犵犺狋犪狀犱犮狅犿犿狌狀犻狋狔犮狅狏犲狉犪犵犲犪犿狅狀犵狆犾犪犻狀犱犲狊犲狉狋，
犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１０犪狀犱犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１１
　
２．３．２　抗水蚀能力　２０１０和２０１１年罗布麻种植样地的土壤可蚀性 Ｋ值（０．２５和０．２３）相比对照平原荒漠
（０．２９）分别降低了１３．５０％和１８．３３％（图８）。研究区２０１０和２０１１年罗布麻种植样地的植被盖度分别为
５６．６２％和６１．２１％，地面坡度均不超过５°。当灌草丛植被盖度大于６０％时，即使坡度达到４０°也能有效防止土壤
侵蚀［２２］。因此，通过人工种植罗布麻，构建布局合理的灌草复合系统，能显著增加平原荒漠区的抗水蚀能力，有
效控制水土流失。
种植罗布麻后研究区的抗风蚀和水土流失的能力均有了很大程度的提高，其中，罗布麻灌草复合系统对风蚀
的拦截效率要高于水蚀。２０１１年罗布麻种植区的群落高度和群落盖度均高于２０１０年，导致２０１１年罗布麻灌草
复合系统的抗风蚀和水蚀能力要更加突出。
４５ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１４） Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．２
图７　２０１０和２０１１年罗布麻种植区相比
对照平原荒漠的风蚀模数
犉犻犵．７　犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳狑犻狀犱犲狉狅狊犻狅狀犿狅犱狌犾狌狊犪犿狅狀犵狆犾犪犻狀
犱犲狊犲狉狋犮狅犿犿狌狀犻狋狔，犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１０
犪狀犱犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１１　
图８　２０１０和２０１１年罗布麻种植区相比
对照平原荒漠的土壤水蚀系数
犉犻犵．８　犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳狊狅犻犾狑犪狋犲狉犲狉狅狊犻狅狀狏犪犾狌犲犪犿狅狀犵狆犾犪犻狀
犱犲狊犲狉狋犮狅犿犿狌狀犻狋狔，犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１０
犪狀犱犃．狏犲狀犲狋狌犿狆犾犪狀狋犲犱犻狀２０１１　
３　讨论
罗布麻植株相比对照平原荒漠的无叶假木贼和盐地碱蓬具有更高的光饱和点和光补偿点，能更好的适应研
究区的强光照环境［２３］，张永霞等［１９］研究表明一年生大田罗布麻叶片的净光合速率为１１．２８μｍｏｌ／（ｍ
２·ｓ），水分
利用效率为３．７５μｍｏｌＣＯ２／ｍｍｏｌＨ２Ｏ。研究区２０１０和２０１１年罗布麻种植区叶片的净光合速率分别为４．７５
和５．７９μｍｏｌ／（ｍ
２·ｓ），水分利用效率分别为２．６１和３．２７μｍｏｌＣＯ２／ｍｍｏｌＨ２Ｏ，由于测定期接近生长季末，同
时研究区的生境较为严酷，导致罗布麻的净光合速率没有达到大田水平，但水分利用效率却与大田相当。以上结
果表明罗布麻植株相比平原荒漠区的原生植被，能在充分利用强光照、提高植被净光合速率的同时，提高植株的
水分利用效率，在研究区具有很好的适应性和生态效益。研究区所属的平原荒漠具有气候恶劣、植被盖度和生产
力低、土壤肥力差等特点。并且，研究区常年作为冷季型放牧场，放牧时间长、利用强度大，草地植被遭到严重的
破坏，这些因素导致了研究区域的荒漠化进程进一步加剧。同时，研究区地表的盐碱化程度随地下水位的抬升逐
渐加剧，进而形成盐渍化荒漠［８］。土壤盐碱化程度非常高，ｐＨ值达到了９．０以上，且３个样地的电导率均低于
１．５ｍｓ／ｃｍ，表明土壤碱性较强。而罗布麻植株对碱性土壤具有较强的适应能力，因此在研究区种植罗布麻灌
丛，构建结构良好的灌草复合系统，能很好地促进平原荒漠区的植被恢复和改善平原荒漠区的生态环境。
自工业革命以来，ＣＯ２ 等温室气体排放的增加引起全球变暖和降水格局的改变已成为不争的事实。因此，
如何减缓温室气体特别是ＣＯ２ 的排放和降低大气中温室气体含量是当前政府和研究者所致力解决的问题［２４２５］。
其中，农林复合系统的固碳潜力近年来引起了科学家的广泛关注，农林复合系统特别是林草复合系统被认为是减
缓ＣＯ２ 排放的一种最适宜的土地管理措施［２６］。研究区种植罗布麻后，罗布麻灌丛与相邻草本植物构成了结构
合理，配置良好的灌草复合系统，灌草复合系统相比对照平原荒漠能分级多层次地利用光照、水分和养分资源，较
大程度地提高系统的光能利用率和生产力，进而提高系统的固碳潜力［２７］。生态系统固碳增汇功能的增加也会带
来其他生态效益，如改善区域环境，增加生物多样性和改良退化土壤等［２８］。林草复合系统的固碳潜力会受气候
条件、样地年龄、物种组成、林木密度、土壤特性和管理措施等诸多因素的影响。其中，物种组成会通过改变木本
和草本植物的生长速度、凋落物的产量和质量来影响林草复合系统的固碳潜力。因此，要提高林草复合系统的固
碳潜力，就必须充分考虑研究区的自然条件和社会经济状况，针对当地的气候条件，选择适宜的物种组成［２９］。罗
布麻植株能较好地适应研究区的盐碱化、干旱和贫瘠的生长环境［１７］；同时，较高的茎秆纤维含量和叶片榭皮素含
量也使其具有很高的经济价值。因此，在新疆阿勒泰平原荒漠区种植罗布麻植株，能够实现生态效益和经济效益
的双赢目标，是促使该区域经济、社会和环境可持续发展的良好途径。
５５第２３卷第２期 草业学报２０１４年
新疆平原荒漠区的生态环境非常脆弱，不合理的人类活动也进一步导致草原的退化和沙化［３０］。因此，如何
合理有效地控制和治理研究区的荒漠化进程成为当前迫切需要解决的问题。植物措施是防风固沙和治理荒漠化
的基本方法之一［３１］，其中，物种的选择是沙漠化治理的关键。罗布麻种植区相比对照平原荒漠对风蚀和水蚀的
抵抗能力主要体现在两个方面：首先，罗布麻种植区的植被盖度要显著高于对照平原荒漠，加强植被覆盖是减少
风蚀和水土流失的有效措施，植被覆盖对风蚀地表的保护效应随植被盖度的增加而加强［３２］。实验区种植罗布麻
后显著增加了冠层高度和群落盖度，提高了地表粗糙度，增强了风蚀抵抗能力。其次，相比平原荒漠的草本植物
根系，罗布麻灌丛较深的植物根系能显著提高土壤的团聚体数量，有效改善土壤结构，进而增强研究区土壤的抗
水蚀能力［３３］。
４　结论
在阿勒泰平原荒漠区种植罗布麻灌丛，能显著改善研究区的群落高度和群落盖度，形成布局合理、结构完善
的灌草复合系统，群落高度和盖度的增加能显著提高系统的抗风沙能力。罗布麻植株相比平原荒漠的优势植物
无叶假木贼和盐地碱蓬具有更为发达的植物根系，能更好地吸收深层土壤水分；同时，罗布麻根系对土壤的固着
作用和对土壤结构的改善会提高系统的抗水蚀能力。种植罗布麻后也显著提高了平原荒漠区的植被生产力，其
中草本层的生产力也得到了很大程度的提高，进而提高了研究区的固碳潜力。本研究结果表明在阿勒泰平原荒
漠区种植罗布麻，具有很好的生态和社会效益，能在改善区域生态环境的同时，提高当地居民的经济水平，是促进
当地经济、社会和环境可持续发展的有效途径。
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７５第２３卷第２期 草业学报２０１４年
犜犺犲犲犮狅犾狅犵犻犮犪犾犲犳犳犲犮狋狊狅犳狆犾犪狀狋犻狀犵犃狆狅犮狔狀狌犿狏犲狀犲狋狌犿犻狀狋犺犲狆犾犪犻狀犱犲狊犲狉狋狅犳
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ＰＩＮＧＸｉａｏｙａｎ１，ＬＩＮＣｈａｎｇｃｕｎ１，ＢＡＩＹｕ２，ＬＩＵＱｉｔａｎｇ２，ＬＵＸｉｎｓｈｉ１
（１．ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＧｒａｓｓｌａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅ＆Ｅｃｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，
Ｃｈｉｎａ；２．ＧａｕｂａｕＧｒｅｅｎＩｎｄｕｓｔｒｙＬｔｄ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８００１，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅａｎｄｉｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｈｕｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｓｕｃｈａｓｏｖｅｒｇｒａｚｉｎｇａｎｄｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎｈａｓｌｅｄｔｏ
ｐｌａｎｔｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅＡｌｔａｙＲｅｇｉｏｎ，ＸｉｎｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ．
Ｈｏｗｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｓｔｏｒｅｔｈｅｄｅｇｒａｄｅｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｋｅｙ
ｐｏｉｎｔｓｆｏｒｒｅｓｏｕｒｃｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｌａｎｄｕｓｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｔｏｒｅｓｔｏｒｅｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ
ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ，ａｓｉｌｖｏｐａｓｔｕｒｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂｙｐｌａｎｔｉｎｇ犃狆狅犮狔狀狌犿狏犲狀犲狋狌犿ｉｎｔｈｅｐｌａｉｎｄｅｓｅｒｔ．
Ｂａｓｅｄｏｎｆｉｅｌｄｓａｍｐｌｉｎｇａｎｄｉｎｓｉｔｕｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｃｏｍｐａｒｅｄｓｅｖｅｒａｌｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅ
ｆｕｎｃｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｗｉｎｄａｎｄｗａｔｅｒｅｒｏｓｉｏｎｉｎｔｈｅｐｌａｉｎｄｅｓｅｒｔｕｓｉｎｇ犃．
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ｓｙｓｔｅｍｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｌｅａｆｎｅｔｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃｒａｔｅａｎｄｗａｔｅｒｕｓｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｆｏｒｂｏｔｈｐｌｏｔｓｐｌａｎｔｅｄｉｎ
２０１０ａｎｄ２０１１．Ｐｌａｎｔｉｎｇ犃．狏犲狀犲狋狌犿ｉｎｔｈｅｐｌａｉｎｄｅｓｅｒｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｐｌａｎｔｃａｒｂｏｎｄｅｎｓｉｔｙ（３４０％
ａｎｄ４６０％ｆｏｒ２０１０ａｎｄ２０１１ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｌａｉｎｄｅｓｅｒｔ），ｗｈｉｃｈｗａｓｌａｒｇｅｌｙｄｕｅｔｏｔｈｅｐｒｏｍｏ
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２１％，ｗｉｎｄｅｒｏｓｉｏｎｍｏｄｕｌｕｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ７０．８７％ａｎｄ８８．７２％，ａｎｄｓｏｉｌｗａｔｅｒｅｒｏｓｉｏｎｖａｌｕｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ
１３．５０％ａｎｄ１８．３３％ｉｎ犃．狏犲狀犲狋狌犿ｐｌｏｔｓｐｌａｎｔｅｄｉｎ２０１０ａｎｄ２０１１ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｐｌａｉｎｄｅｓｅｒｔ．
Ｏｕｒｒｅｓｕｌｔｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｉｌｖｏｐａｓｔｕｒｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｐｌａｉｎｄｅｓｅｒｔｃｏｕｌｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅ
ｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｎｃｒｅａｓｅｗａｔｅｒｕｓｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ，ａｎｄｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｒｅｓｉｓｔ
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ｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｐｌａｉｎｄｅｓｅｒｔ；犃狆狅犮狔狀狌犿狏犲狀犲狋狌犿；ｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ；ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｗｉｎｄｅｒｏｓｉｏｎ；ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ
ｅｆｆｅｃｔ
８５ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１４） Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．２