全 文 ：第 ws卷 第 t期
u s s w年 t 月
林 业 科 学
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¤±qou s s w
土壤 p植被系统演变对生物防沙工程的影响
肖洪浪 李新荣 宋耀选 李守忠
k中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 兰州 zvssssl
摘 要 } 包兰铁路横穿腾格里沙漠的沙坡头段 o全长近 xs ®° o这里年降水量 t{y °° o流动沙丘相对高度 us °以
上 o以 w °#¤pt的速度向东南方向移动 ∀无灌溉条件下 !工程措施与生物措施相结合的防沙固沙工程体系始建于
t|xy年 o近半个世纪以来该体系确保了包兰铁路的畅通无阻 o累计经济效益逾百亿人民币 ∀虽然当初的建设者充
分考虑了耐旱的乡土树种 !有效的工程固沙系统 o但很难想到几十年后的土壤 p植被系统的演变会危及整个防护
体系的稳定性 ∀植被在从人工系统向自然系统的演变中经历了覆盖度从增加到减少的自疏过程 !从灌木到半灌木
到草本的变化 o其降低风速和防风的功能减弱 ~土壤从流动风沙土发育成钙积旱成土 o地表生物结皮发育 o增加了
表土的抗风蚀的能力 ~土壤 p植被系统的演变使得降水在生态系统中的再分配过程已经彻底改变 o并由于防护林
体系配置不完善 o在 xs ∗ xss ¦°的土层深度一个生物成因的干旱层逐渐形成 o新的水分平衡格局明显威胁到现有
的防风固沙体系 ∀
关键词 } 土壤 p植被系统 o水分平衡 o干旱层 o生物结皮 o防沙治沙工程 o干旱区
中图分类号 }≥u{{ 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusswlst p ssuw p sz
收稿日期 }ussu p sw p tt ∀
基金项目 }中国科学院重要方向项目/干旱区雨养生物防风固沙体系的水环境研究0kŽ≤÷wl和/黑河中下游近 ysss年来水环境演变研究0
kŽ≤÷ l¯ !中国科学院寒区旱区环境与工程研究所创新项目kutssu{l资助 ∀
Ιµ παχτ οφ Εϖολϖεµεντ οφ Σοιλ2πλαντ Σψστεµ ον Ενγινεερινγ οφ Μοβιλε Σανδ ∆υνεσ Χοντρολ
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k Χολδ ανδ Αριδ Ρεγιον Ενϖιρονµενταλανδ Ενγινεερινγ Ινστιτυτε o ΧΑΣ Λανζηουzvssssl
Αβστραχτ } ׫¨ …¤²p ¤±µ¤¬¯º¤¼ ¦µ²¶¶¨¶·«¨ ≥«¤³²·²∏¶¨¦·¬²±oxs ®¬¯²°¨ ·µ¨¶¯ ²±ªo²©·«¨ × ±¨ªª¨µ¶¤±§§¨¶¨µ·oº«¨µ¨·«¨µ¨ ¬¶
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Κεψ ωορδσ} ≥²¬¯p³¯¤±·¶¼¶·¨°o • ¤·¨µ¥¤¯¤±¦¨ o⁄µ²∏ª«·¯¤¼¨ µo…¬²p¦µ∏¶·o∞±ª¬±¨ µ¨¬±ª²©¶¤±§¦²±·µ²¯ o„µ¬§½²±¨
干旱半干旱地区生物固沙和生态建设的关键是水分平衡的技术问题 o依据气候 !土壤 !植被等资料 o结合
野外观测数据估算生态系统的水平衡模式已经不再是技术难题 ∀然而 o生态系统水分平衡模式的动态研究
仍然是人工生态系统深入研究的领域 ∀我国干旱地区流沙的生物工程固定技术在世界上享有盛誉 o包兰铁
路穿越腾格里沙漠 wx ®°的以灌木为主体的防风固沙体系是最成功的例证 ∀由于水分平衡动态研究的不
够 o该体系的一些脆弱本质逐渐显露出来 ∀
该区土壤 !植被等相关研究及数据资料的积累开始于 us世纪 ys年代 ozs年代末以来在土壤水分 !植被
动态 !地貌形态 !风沙物理等专业领域进行了较为深入的研究 o布设了许多长期监测样地 o监测工作经不断充
实和完善 o一直持续至今 o积累了大量的数据和研究成果 o为今天研究工作的深入奠定了坚实的基础k中国科
学院兰州沙漠研究所沙坡头沙漠科学研究站 ot||tl ∀从 {s年代中后期开始 o建立在土壤水分动态和植被演
替长期监测基础上的土壤 ) 植被 ) 大气连续体的水分平衡成为防护体系稳定性研究的核心问题k÷¬¤² ετ
αλqot||{l o≥°„≤ 水分平衡k¬ ετ αλqousstl !植物耗水规律 !土壤条件变化k张继贤等 ot||v ~⁄∏¤± ετ αλqo
usssl !群落演变动力机制等得到了广泛地研究k石庆辉等 ot||x ~李新荣等 ousssl ∀
本文旨在通过对流沙进行生物固定后土壤 ) 植被系统的演变过程研究 o揭示防护体系生态水文过程的
变化 o探讨其对防风固沙体系的影响 ∀
t 研究区概况和方法
研究区位于腾格里沙漠东南缘 !宁夏回族自治区中卫县境内 o包兰铁路沙坡头段 ∀地理坐标 tswβxzχ∞o
vzβuzχ‘~海拔 t vts ∗ t vxs °∀气候干旱而多风 o年均气温 | qy ε o年均风速 u q{ °#¶pt o多年平均降水量 t|t
°° o{s h集中在 x ) |月份 ∀是黄土高原与阿拉善高原 !荒漠草原与草原化荒漠的过渡带 ∀固沙植被建立之
前 o沙丘相对高差 z ∗ us ° o以 v ∗ w °#¤pt左右的速度向东南方向往复摆动前移 ∀无灌溉的人工植被构成的
防沙工程体系以灌木 !半灌木为主 o分区分批先后于 us世纪 xs ) {s年代建植 ∀植被建立后 o区内禁止樵 !采
和放牧 ~随着地表固定 !粉尘积累k肖洪浪等 ot||zl o沙丘表面逐渐形成结皮层 o大量的微生物 !藓类和草本植
物的发展日益完善了防风固沙体系k肖洪浪等 ot||yl ∀
土壤和植被的野外调研分别在 t|xy !t|yw !t|zu !t|{t和 t|{z年的无灌溉人工植被防风固沙体系内进
行 ∀植被的长期监测样方位于各年代的迎风坡中下部 o各年代 v个重复 ∀每个样方 ts ° ≅ ts °为灌木调
查 o大样方内设 v个 t ° ≅ t °的小样方为草本调查 ∀每月调查物种数量 !生长量 !高度 !冠幅和覆盖度等 ∀
并在 t|zv !t|{w !t||u和 t|||对固沙区做了比较全面的植被调查 ∀
土壤水分的多年监测于每月的 x日 !tx日和 ux日在各年代固沙区对应于植被样方所在的沙丘部位 o分
别在各沙丘迎风坡 !背风坡和丘间地 o用土钻以 s ∗ t ot ∗ x ox ∗ ts ots ∗ tx otx ∗ us ous ∗ ws ows ∗ ys oys ∗ {s o{s
∗ tss otss ∗ tus otus ∗ tys otys ∗ uss ouss ∗ uws ouws ∗ u{s ou{s ∗ vus ovus ∗ vys ovys ∗ wss owss ∗ wxs owxs ∗ xss
¦°的深度取样 o每样 v个重复 o室内 tsx ε 烘干称重 o计算土壤含水量 ∀并根据研究需要在降雨后和植被类
型的差异增加观测次数 ∀土壤养分样品于 t||{年在不同固沙年代的植被长期监测样方附近 !在不同沙丘部
位 !分别按发生层次和生物结皮 !s ∗ x !x ∗ ts !ts ∗ vs !vs ∗ xs !xs ∗ zs !zs ∗ tss ¦°层取样至 t °深度 ∀所有
土壤 !植物样品的理化分析主要由中国科学院寒区旱区环境与工程研究所的分析测试中心完成 ∀
u 结果与讨论
2 .1 土壤水分分配过程变化
土壤表面因其特殊的成土环境 o经常形成一层壳状的不连续层称为土壤结皮 ∀其中因生物过程的强弱
不同又将微生物 !藻类 !苔藓等低等植物富集程度较高的表层结皮称为生物结皮 ~生物结皮年年沉积 !发展 o
底层的生物特征减弱 o表层的生物特征增强 o逐渐形成一定厚度 !且明显区别于下伏流沙的新生土层称为结
皮层 ∀流沙固定后粉尘的不断积累改变了土壤物质平衡和机械组成 ∀按 t||t ) t||{年研究区年均粉尘沉
积速率 w {yy ®ª#«°pu计算k肖洪浪等 ot||zl o粉尘年沉积厚度约 s1v ∗ s1w °° o并且占结皮层机械组成的
us h ∗ vs h o每年可形成结皮在 t ∗ u °°k成土厚度l ∀随着固沙年代的推移 o藻类 !苔藓等低等植物和土壤
微生物的繁衍 o生物结皮发育 o加速了成土过程 ∀固沙 us ∗ vs年后结皮层的厚度可发展到 tx ∗ us ¦°以上 o
土壤剖面从单一的风成沙演变成结皮层和风成沙的二元构型 o可分出结皮层 !过度层和原始流沙层k图 tl ∀
以粉砂为主的粉尘沉积极大地改变了以细砂为主的流沙的机械组成 o表土吸湿性 !持水性明显改善 ∀首
先表现为结皮层持水能力的提高 o流沙条件下渗透 ts ¦°的沙层 o需要 y qx °°的降水 o而要渗透相同厚度的
结皮层至少需要 uy °°的降水 o这样强度的降水每年仅有 s qw §!占年降水量的 y qy h o因此大多数的降水很
难补给到结皮层以下的土层 ∀其次 o土壤有效水分k毛管吸附水与凋萎湿度之差l从流沙的 x qxt h增加到结
皮层的 ut q|y h k表 tl o这也意味着大部分的降水都集中在结皮层 o最终被浅根系植物利用和耗于土壤蒸发 o
xu 第 t期 肖洪浪等 }土壤 p植被系统演变对生物防沙工程的影响
作为防沙工程主体的灌木得到的水分日益减少 ∀
图 t 不同固沙年代和不同沙丘部位的土壤剖面特征
ƒ¬ªqt ≤«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦²©¶²¬¯ ³µ²©¬¯¨ ¶¤·√¤µ¬²∏¶³²¶¬·¬²±¶²©§∏±¨ ¶¤±§·¬°¨ ¶²©§∏±¨ ¶¶·¤¥¬¯¬½¤·¬²±
t|{t指 t|{t年的固沙区 o下同 ∀t|{t ° ¤¨±¶·«¤·§∏±¨ ¶º µ¨¨ ¶·¤¥¬¯¬½¨ §¬± t|{t1׫¨ ¶¤°¨¥¨ ²¯º q
表 1 表层土壤物理常数对比
Ταβ .1 Τηε χονσταντ οφ σοιλ πηψσιχσ οφ συρφαχε ηοριζονσ
土壤类型
≥²¬¯·¼³¨
最大吸湿水
¤¬¬°∏°
«¼ªµ²¶¦²³¬¦¬·¼Πh k√Π√l
凋萎湿度
• ¬¯·¬±ª
°²¬¶·∏µ¨Πh k√Π√l
毛管吸附水
≤¤³¬¯¯¤µ¼ ¤§¶²µ¥¨§
º¤·¨µΠh k√Π√l
孔隙率
°²µ²¶¬·¼Πh
容重
…∏¯® §¨±¶¬·¼
Πkª#¦°pvl
比重
≥³¨¦¬©¬¦ªµ¤√¬·¼
Πkª#¦°pvl
流沙 ≥«¬©·¬±ª¶¤±§ s1zv s1|| y1xs ws1sz t1yu u1zs
结皮 ≤µ∏¶· u1us w1tu uy1s{ wx1ts t1vy u1wz
另一方面 o在固沙 vs ¤以上的人工植被地段 o由于表土水分入渗速率减小k¬ετ αλqousstl开始了降水的
再分配过程 o暴雨形成地表径流携带坡面的细土物质和养分等在丘间地沉积k段争虎等 ot||y ~肖洪浪等 o
t||yl ∀这种物质平衡的分异加大了水分的空间分异 ∀
表土水分保持 !入渗过程的巨大变化导致的土壤水分再分配过程的变化 o终止了土壤水分的下渗 oxs ¦°
以下土层逐渐丧失了水分的补给 ∀土壤水分监测显示k图 ul流沙固定后 o随人工植被的生长 o土壤水分经历
着一个逐渐衰竭的过程 ∀尽管流沙的持水能力比较低 o但却保持着较高的水分含量 ou °以下深度土壤水分
接近饱和 ∀固沙 ty ¤后在灌木根系集中的 t ∗ v °深度逐渐丧失了水分的补给而干旱化 ~但因结皮尚不深
厚 os ∗ t°土层仍得到降水补给 ∀固沙 vw ¤后 o一个生物成因的干旱层在 us ¦°深度以下逐渐形成 o土壤含
水量已接近凋萎湿度 o受害者主要是深根系的灌木 ∀固沙 wu ¤后土层中有效水分甚微 ots ¦°深度处相对较
高的含水量实际上是流沙和结皮层之间质地不同的结果 o最初种植的灌木基本上退出了防沙工程体系 ∀
2 .2 植被演变
生物防护体系建植前 o点缀于腾格里沙漠中的零星灌木覆盖度在 t h以下 ∀us世纪 xs年代中期开始 o
先后从中国北方引种了数十种耐旱 !抗风沙的灌木和半灌木品种k中国科学院兰州沙漠研究所沙坡头沙漠科
学研究站 ot||t ~赵兴梁 ot||tl o目前生长较好的主要有油蒿k Αρτεµισια ορδοσιχαl和柠条k Χαραγανα κορσηινσκιιl
两种 o在几十年的生态演变中植被变化明显地表现在覆盖度和物种两个方面 ∀
最初的十几年人工种植的灌木层有一个较快的发展 o草本层几乎不存在 o植被覆盖度很快达到 us h左
右 o高者可达到 ux h ∗ vs h ∀人工的固沙灌木维持了 ts ¤的繁盛期后开始衰落 ∀灌木仅有油蒿能够天然更
新 o在流沙固定后的第 | ¤侵入并定居 o定居后的 { ∗ ts ¤进入繁盛期 o并维持 | ¤左右 ∀其后随降水量的变
化有一个 z ∗ { ¤的波动期 o但整体呈现下降趋势 ∀固沙 ws ¤后灌木覆盖度降低到 y h ∗ | h的范围时 o有暂
yu 林 业 科 学 ws卷
图 u 不同年代固沙区 z ) ts月土壤水分平均含量
ƒ¬ªqu „√¨ µ¤ª¨ º¤·¨µ¦²±·¨±·©µ²° ∏¯¼·² ≥ ³¨·¨°¥¨µ¬±
§¬©©¨µ¨±·©¬¬¬±ª¶¤±§·¬°¨ ¶
) ) ) 流沙 ≥«¬©·¬±ª¶¤±§op p p ty ¤op 2 p 2vw ¤o wu ¤
时稳定的迹象k图 vl ∀
草本层完全是天然进入 o并基本上是持续稳定的增长 ∀
固定样方监测显示大部分天然物种的进入在 y ∗ us ¤之间 o
并明显以草本为主 ∀ux ¤后天然物种可达 ts种左右 o而且再
无明显的增加 ∀草本中绵蓬k Χορισπερµυµ πατελλιφορµεl是最早
进入并定居的天然物种 o出现在固沙后的第 v年 ∀比绵蓬晚
两年进入的小画眉草k Εραγροστισ ποαεοιδεσl历经 t{ ¤的发展后
方才进入繁盛期 o但时至今日它已是草本的建群种 ∀在灌木
层达到最盛期之前k{ ∗ ts ¤l o草本的覆盖度不超过 x h ~其
后 o虽然草本植物的覆盖度随降水的变化而有较大的波动 o但
实质上却是一个不断发展的过程 o而且正好与灌木的退化相
反 o覆盖度逐渐增加到 vs h以上 o草本植物的覆盖度保持在
图 v 灌木和草本植物覆盖度随固沙年限的变化
ƒ¬ªqv ≤²√ µ¨¤ª¨ √¤µ¬¤·¬²± ²©¶«µ∏¥¶¤±§«¨µ¥¤ª¨¶º¬·«©¬¬¬±ªp¶¤±§·¬° ¶¨
灌木的 v ∗ x倍以上 ∀固沙 ws ¤后以草本为主的天然植被实际上已经取代以灌木为主的人工植被 ∀由于灌
木比例的减少 o地面粗糙度降低 o防沙工程体系削弱风速的能力下降 ∀
广泛用于测度群落结构 !植被演变和种群差异的生物多样性指数k¬¦«¤¨¯ot||xl研究表明k李新荣等 o
usssl }植被多样性指数变化显示出物种多样性随固沙年代的增加而增加 o在 t|{z ) t|{t年和 t|yw ) t|xy年
之间指数差异最大 o即植物种在组成上有较大的差异和群落结构发生了较大的变化k表 ul ~前者对应于人工
种植灌木的繁盛期 o而后者却代表了大量草本植物取代灌木的过程 o这完全对应于上述覆盖度变化的 v个阶
段 ∀值得注意的是自从 t|xy年人工植被建立以后 o区内的年降水量基本上围绕 t|t °°的年平均降水量在
tys ∗ uus °°之间波动k图 wl o这对植被演替的影响较小 ∀
表 2 不同时期固沙区植物多样性指数( Α , Β)比较
Ταβ .2 Χοµ παρισον οφ Α2ανδ Β2διϖερσιτιεσιν αρεασ οφ διφφερεντ ψεαρ οφ φιξινγ σανδ
固沙年代 ≠ ¤¨µ²©©¬¬¬±ª¶¤±§ t|xy t|yw t|zv t|{t t|{z
≥¬°³¶²±指数 s1zyz s1zxu s1y|y s1ztt s1xv|
≥«¤±±²±p• ¬¨±¨ µ指数 t1ywu t1xtx t1v{x t1v|s s1{x|
°¬¨ ²¯∏均匀度 s1zst s1zzx s1ywy s1zwx s1xvw
≥²µ¨±¶²±指数 s1{st s1yxz s1xv{ s1{t|
…µ¤¼p≤∏µ·¬¶指数 s1uty s1t{| s1svw s1vvu
²µ¬¶¬·¤p‹²µ±指数 s1{wx s1vsz s1uwu s1|vx
2 .3 土壤 −植被演变的生态水文效应
生物防护体系建立前 o土壤 p植被系统的水分平衡主要是降水补给和沙面的蒸发 ∀正常降水年份年降
水量的 ys h ∗ zs h消耗于土壤蒸发 o干旱年份土壤蒸发量可达年降水量的 |s h k冯金朝等 ot||yl o每年约有
zu 第 t期 肖洪浪等 }土壤 p植被系统演变对生物防沙工程的影响
图 w 人工植被建植以来区内降水变化
ƒ¬ªqw ≤«¤±ª¨ ²©³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ¶¬±¦¨ ³¯¤±·¬±ª¤µ·¬©¬¦¬¤¯ ¶«µ∏¥¶
图中曲线为 z ¤平滑线 ∀ ׫¨ ¦∏µ√¨ ¬¶¤¶°²²·«¨ §
¶¨µ¬¨¶º¬·«zp¼¨ ¤µq
us h ∗ vs h的降水量可补给土壤水分储存 o因此 u ∗ v°
以下土层土壤含水量通常接近田间持水量的水平 ∀当人
工植被建立 ts ¤以后 o土壤的蒸发并没有减少 o但植物蒸
腾却要消耗年降水量的 us h ∗ ws h o因此土壤水分逐年
亏缺 o干早年份明显入不敷出 o水循环在一个新的模式下
运行 ∀
新的土体构型k图 tl导致了降水再分配过程的本质
变化 ∀流沙固定后 ux ∗ vs ¤即可形成 y ∗ { ¦°厚的结皮
层 o因此 {s h以上的降水k小于 ux °°l集中在结皮层中耗
于土壤蒸发 !浅根系植物和低等植物的蒸腾 o即使每年有
一次 ws °°左右的降雨 o其补给到 xs ¦°深度以下土层的
水也仅几毫米 ∀可见 o人工植被发展的过程实质上是 xs
¦°深度以下土层的水分耗竭过程k图 xl ∀
由于防风固沙需要的固沙植物均为灌木 o其根系集中在 us ∗ uss ¦°深度土层中 ∀固沙 ts年之后结皮层
达到 v ∗ ts ¦°厚度 o基本上阻断了降水对深层土壤的补给 o灌木的生长主要依靠土壤前期储存的水分 ∀随
着土壤水分的减少 o物种间的水分竞争使得数十种灌木仅有根系相对较浅的油蒿得以保存下来 ∀而且植物
追溯可利用的土壤水资源 o使得干旱层向 x °以下深度扩展 ∀
深根系的灌木对土壤干旱层的形成做出了重要贡献 o干旱层的形成又迫使深根系的灌木逐渐退出了防
护体系 o个别浅根系的灌木暂时得以成活下来 ∀低等植物和草本是干旱层的得益者 o而且它们的发展更加剧
了干旱层的发展 ∀值得注意的是低等植物和草本的水分竞争已经显露出来 ∀尽管防护体系的建设者和管理
者也曾考虑了水分平衡问题 o但土壤植被系统的演变及中低等植物和草本的进入 !定居和演替确实是难以预
测的 o因此 o水分平衡问题实际上至今并没有搞清楚 ∀
图 x vx年固沙区不同降雨强度的入渗过程
ƒ¬ªqx Œ±©¬¯·µ¤·¬²±¶²©³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± º¬·«§¬©©¨µ¨±·¬±·¨±¶¬·¬¨¶
¬±·«¨ vxp¼¨ ¤µ©¬¬¬±ªp¶¤±§¤µ¨¤
图 y 生物结皮厚度与植被覆盖度的变化
ƒ¬ªqy ∂¤µ¬¤·¬²± ²©¥¬²p¦µ∏¶··«¬¦®±¨ ¶¶¤±§³¯¤±·¦²√¨ µ¤ª¨
生物结皮因低等植物种类的不同其厚度变化在几毫米到几十毫米不等 o许多低等植物只需几毫米的降
水便可从休眠状态中恢复生长 o它和草本植物一样拦截和消耗大量降水 ∀由于生物结皮高的有机物 !生物胶
等含量 o较之整个结皮层 o它具有较好持水性 ∀加上生物的利用 o通常 v ∗ x°°的降水才可能渗透 t °°的生
物结皮 ∀也就是说对 v ∗ x °°厚的生物结皮而言 ov ∗ tx °°的降水草本植物根系利用的可能性也不大 o因
此一些前期的研究把 x ∗ y °°以下的降水称为无效降水k赵兴梁 ot||t ~陈文瑞 ot||tl ∀生物结皮中众多的
低等植物利用 x °°以下降水的能力无疑是提高了土壤 p植被系统的降水利用率 ∀
{u 林 业 科 学 ws卷
生物结皮除了无机部分外 o微生物 !藓 !藻类 !地衣等是其主要成分 o它们的生存与发展也是需要水分支
撑的 ∀野外调查显示 o随着低等植物的发展 o生物结皮的厚度不断增加 o与此同时灌木和草本植物的覆盖度
却不断减少k图 yl ∀这类似于草本植物与灌木之间水分竞争的结果 o但这些低等植物的发展是否可能取代
草灌层尚待进一步的研究 ∀
2 .4 生态水文过程变化对防护体系的影响
沙坡头的铁路防护体系已走过半个世纪的历程 o从植物群落变化看 o经历了从最初的花棒k Ηεδψσαρυµ
σχοπαριυµl n柠条 n油蒿人工灌木群落向油蒿 n雾冰藜k Βασσια δασψπηψλλαl n小画眉草的半天然群落的演变 o
在此过程中深根系的群落逐渐为浅根系群落所取代 o草本倾向于淘汰灌木 o低等植物的水分竞争又威胁着草
本植物水资源的保障 ∀流沙固定后干旱砂质新成土四十多年的演变倾向于一种区域性的土壤类型 ) ) ) 简育
正常干旱土 o而且在结皮层较深厚的背风坡已见碳酸钙的白色沉积 ∀土壤 p植被系统怎样朝向地带性的景
观尚需进一步的监测 ∀
表 3 不同时期固沙区生态环境的演变特点
Ταβ .3 Εϖολυτιϖε χηαραχτεριστιχ οφ εχολογιχαλ ενϖιρονµεντ ιν αρεασ οφ διφφερεντ φιξινγ−σανδ τιµεσ
固沙年代
°¯ ¤±·¬±ª¼¨ ¤µ¶
植被盖度
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¦²√¨ µ¤ª¨Πh
群落生物量
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Π≈ª#ktss°ul p t 
优势种
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土壤微生物
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细菌
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放线菌
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真菌
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t|xy ux1t| tz sxu1z 油蒿 !雾冰藜 !小画眉草 Αq ορδοσι2χα oΒ q δασψπηψλλα oΕ q ποαεοιδεσ vu uss1{u w{1vv w1vw
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雾冰藜 !刺沙蓬 !中间锦鸡儿 !油蒿
Β qδασψπηψλλαoΣ q ρυτηενιχα oΧqιντερ2
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t|{t vy1vz vy wtu1t 沙米 !油蒿 Αγριοπηψλλυµ σθυαρροσυµ oΑqΟρδοσιχα u suv1z| ww1s| x1uu
t|{z vs1ss v| zwv1t 油蒿 !木蓼 Αqορδοσιχα oΑτραπηαξισβραχτεατα ) ) )
流沙 ≥«¬©·¬±ª¶¤±§  t1s s1s 沙米 !花棒 Αqσθυαρροσυµ oΗεδψσαρ2υµ σχοπαριυµ tx y|{1tu t1xz s1tt
在土壤 p植被系统演变的过程中 o微生物 !土壤养分等亦在不断地发展和积累k表 vl ∀裸露的流沙上已
有微生物存在 o并参与微弱的有机质积累过程 ∀人工植被建立后 o流沙逐渐固定 o不但导致一个稳定的环境
形成 o使得大气过程k如降尘 !降雨等l所携带的养分得以保存下来 ~而且植被系统每年提供枯枝落叶量逐渐
达到 vx ∗ ww ª#°pu ∀在 t|xy年建成的人工植被固沙区 o结皮层ks ∗ y ¦°l每克土中微生物含量 { q{s ≅ tsy o其
近 zs h由细菌组成 ~同深度的流沙仅 s qv{ ≅ tsy#ªpt o且 |{ h为放线菌 o反映出从流沙到结皮微生物类群得以
较大的发展 o并从低级向高级演化 ∀生物过程的增强 o土壤有机质的积累明显 o在 v|年固沙地迎风坡结皮层
有机质含量 |1us ª#®ªpt o较同厚度流沙的 s1{y ª#®ªpt高出 ts多倍 ∀
值得关注的是结皮层微生物和养分富集具有水分表聚同样的作用 o也就是加剧生物系统浅层化的过程 o
这种水分 !养分 !土壤和植被的表层化过程明显影响着整个防护体系的结构和功能 ∀
v 结论
粉尘的成土作用 o加上风沙和生物沉积 o每年可形成 t ∗ u °°厚的表土 ∀一个以粉沙和细沙的互层为主
组成的结皮层逐渐形成 o土体构型发生了明显的改变 ∀正是这种剖面构型改变了水分分配和平衡过程 o{s h
以上的降水集中在 ts ¦°深度的结皮层中耗于土壤蒸发及浅根系植物和低等植物的蒸腾 ∀地表的生物结皮
具有较好的持水性 o它的出现提高了土壤 p植被系统的降水利用率 ∀
|u 第 t期 肖洪浪等 }土壤 p植被系统演变对生物防沙工程的影响
植被演变适应水分再分配过程的变化可以分成三个阶段 }人工植被建立后的前 tx ¤o覆盖度在 tx h ∗
ux h o以人工灌木为主 ∀在 tx ∗ vu¤期间 o覆盖度在 vs h左右 o是草本的覆盖度逐渐超过灌木覆盖度的过程 ∀
vu ¤以后 o群落覆盖度逐渐增加到 vx h以上 o人工灌木有被草本为主的天然植被取代的倾向 ∀群落结构在
两个时期发生了较大的变化 o即 }人工植被建立后的前 tx ¤) ) ) 灌木的繁盛期 ovu ¤后草本植物的繁盛期 ∀
土壤 p植被系统演变主要表现为 }花棒 n柠条 n油蒿人工灌木群落 p干旱砂质新成土演变为油蒿 n雾
冰藜 n小画眉草半天然群落 p简育正常干旱土 o实质是土壤 p植被系统趋于一个更薄的活动层 o其结果使得
在 xs ∗ xss ¦°的土层深度形成干旱层和在地表出现一个 v ∗ tx °°的生物结皮层 o前者使得深根系的人工
灌木退出了防护体系 o后者使得低等植物开始与草本植物争夺水资源 ∀
土壤 p植被系统的演变从两个方面明显地影响生物防沙工程 ∀其一 o植被从人工灌木到天然草本到低
等植物 !微生物等的过程中 o防沙工程体系抗风沙的能力逐渐减弱 ~其二 o土壤从流沙到结皮层形成到生物结
皮的发育 o土壤抗风蚀能力明显增强 ∀这一过程的驱动力主要是水环境的演变 ∀着眼于可持续的防沙工程
体系建设 o有必要考虑调控土壤 p植被系统 o以形成相对稳定的水环境 ∀
参 考 文 献
陈文瑞 q沙坡头地段铁路两侧 u|年人工植被区的水量平衡 q见 }中国科学院兰州沙漠研究所沙坡头沙漠科学研究站 q流沙治理研究k二l q银川 }
宁夏人民出版社 ot||t oyy p zx
段争虎 o刘新民 q沙坡头人工植被区营养元素循环研究 q中国沙漠 ot||y otyk≥∏³qtl }zy p z|
冯金朝 o刘立超 o李金贵等 q腾格里沙漠东南缘沙地凝结水的形成特点及其生态环境意义 q中国沙漠 ot||y otyk≥∏³qtl }zs p zx
李新荣 o张景光 o刘立超等 q我国干旱沙漠地区人工植被与环境演变过程中植物多样性研究 q植物生态学报 ousss ouwkvl }uzx p uyt
石庆辉 o刘家琼 q沙坡头铁路两侧人工植被区天然植被动态 q见 }中国科学院沙坡头沙漠科学试验研究站 q沙漠生态系统研究k第一集l q兰州 }甘
肃科学技术出版社 ot||x otsx p ttx
肖洪浪 o张继贤 o李金贵 q腾格里沙漠东南缘降尘粒度特征和沉积速率 q中国沙漠 ot||z otzkul }tuz p tvu
肖洪浪 o张继贤 o李金贵 q沙漠流沙固定过程中土壤肥力演变 o中国沙漠 ot||y otyk≥∏³qtl }yw p y|
中国科学院兰州沙漠研究所沙坡头沙漠科学研究站 q包兰铁路沙坡头段固沙原理与措施 q银川 }宁夏人民出版社 ot||t }x{ p yx outz p ut{
张继贤 o邸醒民 o王淑湘 q沙坡头地区防护体系建立过程中区域生态环境的变化特点 q中国科学院沙坡头沙漠试验研究站年报kt||t p t||ul q兰
州 }甘肃科学技术出版社 ot||v otu{ p tv{
赵兴梁 q沙坡头地区植物固沙问题的探讨 q见 }中国科学院兰州沙漠研究所沙坡头沙漠科学研究站 q流沙治理研究k二l q银川 }宁夏人民出版社 o
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