全 文 ：第 14 卷第 3 期 水土保持研究 Vo l. 14 No . 3
2007 年 6 月 Research of Soil and Water Conserv ation Jun. , 2007*
白刺属植物现状 、生态功能及保护策略
王彦阁1 ,杨晓晖2 ,于春堂2 ,胡哲森1
(1. 福建农林大学 ,福州 350002;2. 中国林业科学研究院林研所 ,北京 100091)
摘 要:对白刺属植物的分类 、分布 、特性以及现状等方面作了系统的整理和总结 , 以唐古特白刺为例 , 从资源异质
性的角度论述了其生态功能 ,并指出白刺沙堆的发生和发展机制对土地退化和恢复有重要意义。分析了白刺属植
物退化的原因 ,并据此提出了相应得保护策略 ,
关键词:白刺属;生态功能;保护
中图分类号:Q948 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2007)03-0074-06
The Actuality , Ecological Function and Protective Measures of Genus Nitraria
WANG Yan-ge1 ,YANG Xiao-hui2 , YU Chun-tang 2 , HU Zhe-sen1
(1. Fuj ian Agriculture and Forestry University , F uzhou 350002 , China;
2. Chinese Academy of Forestry , Bei jing 100091 , China)
Abstract:The classifica tion , distribution , characteristics and actuality of genus N it raria are settled and summarized through sys-
tema tic studies . T aking Nitraria tangutorum in sand dune as an example , discussed the ecolog ical function from the point o f
resource hete rog eneity , and pointed out tha t the happening and developing mechanism of Nitraria tangutorum shrub have im-
po rtant meaning s to soil degener ation and comeback. The causation of re trog ression is analy sed and some sugge stions of pro tec-
tive measures a re propo sed acco rding to it.
Key words:Nitraria;eco log ical function;protection
1 引 言
白刺属(Nitraria)为蒺藜科(Zygophy llceae)的一个古
老小属 ,属于旱生或超旱生灌木或小灌木 , 是一个较进化的
类群 ,属第三纪孑遗植物。广布荒漠和沙漠地域 , 具有高度
耐盐碱 、抗干旱 、固沙改土的性能 , 常形成白刺沙堆 , 为抗盐
碱防风固沙的优良植物。白刺沙堆的发生和发展机制以及
白刺群落的维持 ,对土地退化和恢复有极其重要的意义。为
了更好地保护和开发利用白刺属这一宝贵的荒漠植物资源 ,
本文对白刺属植物的分类 、特性 、分布 、现状以及保护等方面
做了系统的论述和总结 ,并以唐古特白刺为例论述了其生态
功能 ,以期为白刺群落稳定性维持与荒漠生态系统恢复提供
科学依据。
2 白刺属植物的分类及特性
2. 1 白刺属在分类系统中的地位
对于白刺属在分类系统上的位置 , 长期以来颇有争论。
一些学者主张建立科下等级 , 属于蒺藜科中;不少学者根据
白刺属不同方面的研究结果主张将白刺属从蒺藜科中分出 ,
成立白刺科(Nitrariaceae)[ 1 、2、3、4 、5 、6、7、8 、9] 。这些观点到目前
为止未曾达成共识. 在已出版的《中国沙漠植物志》(第二
卷)和《中国植物志》(第四十三卷)中均作为蒺藜科内一属。
关于白刺属下的分类系统及亲缘关系 ,也有不少学者作了研
究和总结[ 9、10、11 、12] 。
2. 2 白刺属植物的特性
白刺属植物为落叶灌木 , 寿命长达 30 年以上。属多浆
旱生植物 , 在降水量少 、蒸发量大的荒漠干旱地区分布很广。
种子休眠期长[ 12] ,沙藏可打破休眠提高发芽率。主根粗壮 ,
入土较浅;侧根发达。枝通常具刺 ,茎灰白色;不同植物形态
差异很大 , 野外发现 , 即使相邻的植株 , 果实的大小 、形状 、
颜色 、味道等性状的变异也极大。属于盐土植物 ,稀盐并泌
盐。具有耐干旱 、耐高温 、耐严寒 、耐盐碱 、耐贫瘠 、抗风沙等
特性。
3 白刺在我国的分布及现状
3. 1 分 布
白刺在我国广布于北方和西北的湖盆沙地 、绿洲外围沙
地 、山前平原 、盐渍化沙地等干旱地带 , 西起塔里木盆地西
沿 , 东至东北三省的西部 ,南达青海共和盆地的河卡 ,北至准
格尔盆地的北缘 , 大致介于东经 76°05′～ 116°55′、北纬 35°
53′～ 45°50′, 中间有大距离的间断[ 13] 。在内蒙古 、宁夏 、甘
肃 、陕西 、青海 、新疆 、西藏 、华北 、东北等地都有分布[ 14] 。
3. 2 现状及发展趋势
由于白刺生长环境较为严酷 ,群落层次结构比较单一 ,
物种较少 , 盖度较低 ,因此 , 种内和种间相互作用强度都不
大。白刺种群空间分布格局的形成主要依赖物种的生态适
* 收稿日期:2006-06-30
基金项目:国家自然科学基金:鄂尔多斯高原北缘白刺沙堆空间格局及其生态功能(30571529)
作者简介:王彦阁(1983 -),女 ,内蒙古人 ,在读硕士 ,研究方向为景观生态学与荒漠化防治;通讯作者:杨晓晖。
应性和繁殖对策及其与小生境斑块的耦合性 , 在生境没有
很大扰动的前提下 , 是具有暂时的稳定性的[ 15] 。但是随着
自然环境的严重恶化和人为的大幅度破坏 ,白刺资源量已经
在逐渐的减少 ,在极度干旱的自然条件下 , 多年生的白刺地
上部分逐渐老化 , 萌发新枝的能力随之减弱 ,生长衰退 , 结
果量减少 , 防风固沙保土能力降低。据孙继周等(2003)研
究显示 ,宁夏中卫沙坡头国家级自然保护区中 ,白刺灌丛面
积减少了 7. 5 hm2 ,群落盖度下降 24%, 白刺大片枯死形成
凸沙包[ 16] 。据冯金朝等(2002)对西北地区植被调查结果 ,
50 年代在民勤固定沙丘上封育面积为 7. 07×104 hm2 白刺
灌丛已有 64%退化[17] 。
4 白刺沙包的生态功能
由于唐古特白刺在我国分布较为广泛 ,且多形成白刺沙
包 ,故有关生态功能的论述均以唐古特白刺为主。
4. 1 防风固沙
白刺根系发达 ,分枝多 , 有大量的纤维组织 , 近地面匍
匐丛生 , 形成低矮的灌丛株形 , 对多风环境具有良好的适应
能力。果实含有黏液质 ,使其附着于沙地 , 生根发芽 , 扩展灌
丛。白刺有耐沙埋的特点 , 萌生能力强 , 被沙土埋覆后能迅
速产生大量不定根 , 从而形成新的植株 , 使灌丛不断扩大 ,
形成固定和半固定的白刺灌丛沙包 , 可拦蓄和固定大量流
沙[ 18] , 沙包高度一般在 1 ～ 3 m , 最高可达 5 m 以上 ,白刺沙
包小则几吨 ,几十吨 , 大则上千吨 , 有的单个独立 , 有的连绵
起伏如山峦。风蚀对白刺影响较小 , 在严重风蚀和人为破
坏的情况下 , 大量根系外露 , 仍不致死亡 , 可见白刺抗风蚀
的能力是相当强的[ 19] 。由于沙埋使植株随沙包增高可形成
较大的灌丛沙堆 , 不仅迅速地使流沙得以固定 , 而且还有效
地降低了近地面的风速[ 20] , 是荒漠系统良好的防风固沙植
物。
4. 2 保护生物多样性的功能
资源异质性(植被 、土壤)是干旱生态系统的重要特征。
受水分 、地形地貌 、土壤侵蚀 、人类活动等诸多因素的影响 ,
干旱生态系统的资源在时空分布上存在着异质性。有关干
旱区植被异质性的研究始于 20 世纪 50 年代末以Worral为
代表的科学家对非洲植物种群进行的研究[ 21] 。此后的干旱
区生态系统植被两相结构理论认为两相植被格局是由高盖
度的植被斑块和低盖度的土壤基质或裸地镶嵌而成[ 22] 。关
于干旱生态系统中的土壤空间异质性 , Garcia - Moya 和
McKell首次用“肥岛”这一术语来描述上述现象[ 23] 。由于以
沙漠灌木群落的研究为最多 ,有时也被称为“灌木岛” [ 24] 。
由于白刺适应沙埋能力很强 , 随着地下水位下降 , 许多
湿生系列群丛如拂子茅 、赖草 、芦苇等逐步衰亡 , 白刺在种
群中的比例增大 ,成为荒漠植被的建群种。在干旱生态系统
中形成比较稳定群落的过程中 , 基于斑块的资源异质性(植
被 、土壤)也相应地形成并发育。
白刺在荒漠上定植后 ,由于白刺枝条密集且带刺可有效
的拦截风沙 ,风蚀搬运荒漠的细颗粒物质在白刺下堆积 , 白
刺无性繁殖这一属性使其更有利于在风沙沉积区生存[ 25] ,
枝条沙埋后产生不定根而形成灌丛 ,荒漠地表粗化和灌丛沙
堆发育同时发生[ 26] 。同时其周围的微环境也随之发生变
化 ,如林冠能降低雨滴的有效能量从而使入渗率的提高 , 水
分和养分的水平运移减少[ 27] ;沙地降水下渗速率随距灌丛
茎干距离的增加而迅速下降[ 28] ;土壤水分异质性的加强又
有利于植物侵入 ,另外土壤物理性黏粒增加 、大量枯落物等
的聚集等均有利于斑块中植被的建立 , 使得荒漠土壤资源在
景观内重新分布 , 斑块面积逐渐缩小 , 形成固定的白刺沙堆
格局。
随着白刺沙堆格局的形成 , 土壤资源的空间异质性增
加[ 29] 。肥岛的形成机制包括生物过程和非生物过程两大方
面[ 30] ,在白刺群落中 , 为了应对水分和养分的缺乏 , 白刺对
土壤氮的利用效率提高[ 31] , 其生长过程中发达的根系从土
壤中吸收大量养分(N 、P、K 等), 由于它枝叶茂密 , 能积累
大量枯枝落叶和腐殖质 , 通过枯落物的分解将养分积累在
灌层下的土壤中 , 一些含营养元素的的水分通过干流进入冠
层下的土壤中[ 32] 。土壤元素异质化的过程首先表现为土壤
有机碳的异质化过程 , 土壤有机碳主要来源于枯死植物的分
解 , 说明异质化过程首先表现为植物的异质化 , 植物的异质
化导致土壤某些元素的异质化[ 33] 。白刺固定流沙的过程伴
随着养分 、水分异质性的加强 , 也伴随着微生物异质性的复
杂化[ 29] 。同时由于土壤有机质含量的增加 , 导致土壤微生
物的增加和土壤中氮素的增加[ 34] , 土壤微生物的活动 ,植物
根系呼吸作用放出的 CO2 溶于水后形成碳酸 , 对土壤难溶
物质的溶解起到促进作用 , 促进 P、K 、Ca 盐等的溶解 , 全面
改善土壤肥力。此外 , 一些昆虫 、鸟类 、啮齿类动物或其它动
物在采食植物或利用其所形成的微生境时所带来的物流输
入也有助于肥岛的形成[ 35] 。肥岛是土壤养分的生物运输过
程大于物理运输过程所致[ 36] 。沙包间的裸露地表由于缺乏
植被保护 , 在水流和风力的作用下 ,局地土壤风蚀和水蚀 , 也
会引起土壤中细颗粒物质和养分的水平搬运 , 增加了群落和
土壤物质水平分布的空间异质性[ 29、35] ;非生物过程对肥岛
形成的贡献目前尚不十分清楚 , 研究表明 ,由于灌木的存在 ,
改变了景观内土壤侵蚀过程的分布格局 , 降低风力或水力在
冠层下的侵蚀过程增加土壤颗粒的沉积过程 , 从而加速了肥
岛的形成[ 37] 。此外 , 植被两相镶嵌体的形成和发展将会影
响到生态系统的水分动态 、养分循环以及生物间的相互作
用[ 38] 。总体说来 ,植被异质性与土壤异质性之间存在正反
馈效应 , 彼此相互促进 ,并且随着两者的逐渐发展 ,灌木冠幅
下土壤肥岛的形成和灌木的扩散对于环境的扰动具有更强
的抵抗力 , 从而逐步促进它们在生态系统中的存在[ 39] 。
关于资源异质性和植物群落生物多样性的关系 ,有学者
认为物种的多样性与资源异质性呈正相关 , 植被的空间异质
性可以提高α和 β 多样性[ 40] , 张全发等(1995)认为群落的异
质性与生态位之间是一种正向的关系 , 群落异质性可以增加
生态位。异质性可通过对生态位数量的影响和生态位空间
的亚划分来影响群落中物种的丰富度[ 41] 。异质性的变化可
能会导致生态系统中生物多样性的丧失 , 它作为一种原因又
作为一种结果在植物群落中广泛存在 , 并影响着植物群落的
结构 、功能及动态。荒漠化的形成可能是由异质性引起的一
种反馈机制[ 42] 。基于上面的论述 , 绘制了白刺群落保护生
物多样性功能机制略图(见图 1)。
随着荒漠化日益严重 , 白刺作为荒漠生态系统的主要建
群种 , 对其进行的科研也越来越多。开展荒漠群落建群种种
群维持的研究 , 对了解荒漠生态系统维持与演化的基本规
律 、进行荒漠化治理的实践活动提供科学依据。
4. 3 碳汇功能
在荒漠生态系统中 , 绿色植物通过光合作用吸收大气中
的 CO2 合成有机物 , 植物枯死后枝叶等在土壤表面形成凋
落物层 , 一部分凋落物经过腐殖化作用变成有机碳在土壤中
固定 , 经过动物和微生物的矿化作用 , 部分分解产物被植物
75 第 3 期 王彦阁等:白刺属植物现状 、生态功能及保护策略
再次利用 ,构成生态系统内部碳的生物循环。此外 , 植物光
合作用固定的有机碳还有一部分通过植物自身的呼吸作用
(自养呼吸)、凋落物层的异养呼吸以及土壤的呼吸代谢作用
将碳重新释放到大气中 ,构成了系统与大气间的生物地球化
学循环过程[ 43 、44] 。植物 、凋落物和土壤腐殖质构成了生态
系统系统的碳库[ 45] 。 因此 , 土壤有机质(含凋落物)的分解
速度和植物向土壤的输入速度是支配整个系统碳循环功能
的最关键的变量。
图 1 白刺群落保护生物多样性功能机制
与荒漠生态系统中其它的一年生植物相比 ,在固定的白
刺沙包格局中 ,白刺较高的地下生物量可以增加生态系统中
碳的输入量。影响土壤呼吸的因素主要是温度 ,水分 , 土壤
的养分状况 、有机质含量 、地表覆盖 、风速等[ 46] 。 由于白刺
生长季长 ,植物蒸腾作用导致大量水分散失 , 土壤含水量降
低 ,影响土壤微生物活性 , 抑制土壤呼吸 ,减少碳的输出[ 47] 。
植物的枯枝落叶有较高的反射率和热辐射性 ,使土壤表面温
度降低 ,影响到土壤微生物活性 , 影响土壤呼吸和凋落物的
分解 ,减少呼吸碳的输出[ 48 、49] 。 同时地表枯枝落叶的存在 ,
也影响地表的通透性 , 从而影响土壤呼吸;风蚀是影响中国
干旱 、半干旱地区脆弱生态系统碳循环的一个重要因素 , 且
随着土壤风蚀强度的增加 ,表层土壤有机碳侵蚀量呈现出一
种明显的逐渐增大的变化规律[ 50] , 白刺沙包格局可以有力
的阻挡风沙 , 减少土壤风蚀时携带走的土壤表层有机质 , 从
而减少生态系统中碳的输出量;土壤有机质的分解与转化过
程主要取决于土壤质地 , 土壤中含沙量越高分解速度越
快[ 43] ,白刺沙堆的存在可以增加土壤物理性黏粒 , 改善土壤
质地 , 降低有机质分解的速度 ,减少碳的输出。另外 ,白刺沙
堆可有效的降低风速 , 降低 CO2 从土壤向大气中的释放速
度[ 51] 。(见图 2)
近年来 , 大面积的白刺群落被开垦用来种田 ,使得土壤
结构受到严重的破坏 , 土壤含水量降低 ,机械破坏 、压实导致
气孔数量减少 , 土壤有机质的数量和多样性降低;耕作使土
壤通透性以及与残茬的接触增加 , 促进了碳的矿化[ 52] ;同
时 , 作物收获导致生态系统中大量有机碳的丧失。另外 , 农
田化肥的施用影响有机质的动态和碳贮量。
76 水 土 保 持 研 究 第 14 卷
据 FENG QI等(2001), 在过去的 40 年中 ,由于沙质荒
漠化导致有机碳的净损失量为 2 168 Tg , 而且如果沙质荒漠
化速率保持不变 , 到 2030 年土壤有机碳的损失量将增加
1 243 Tg[ 53] 。荒漠生态系统通过对陆地生态系统生物地球
化学循环 、水循环 、能量交换等的影响 , 进而对全球气候变化
产生着深刻的影响[ 54] 。因此 , 研究白刺沙堆在荒漠生态系
统中的碳汇功能 , 有极其重要的意义。
图 2 白刺沙堆的碳汇功能
5 保护以及人工促进其恢复
5. 1 白刺的退化原因
白刺灌丛退化的主要原因有:①作为天然灌丛草场放
牧:羊和骆驼喜食白刺幼嫩枝叶 ,泡果白刺对骆驼有促膘作
用。适当的放牧能促进白刺的更新 , 但牲畜过量啃食 , 超出
了植物可能繁衍更新的阈值 , 会破坏生态系统结构 , 导致白
刺群落退化[ 55] 。 ②砍伐:由于人们对白刺的生态保护缺乏
认识 ,而且目前在资源建设上还未得到充分的重视 , 粗放地
利用天然白刺资源 ,大量砍挖白刺的枝杆 、根 , 用其取暖 、烧
饭 、做网围栏 , 使大片白刺根系被受到暴晒而干枯。这种直
接的毁灭性的破坏 , 不仅使白刺群落的退化严重 , 也使该地
区的小气候受到严重影响 , 生态平衡受到破坏。 ③将白刺
沙堆上含有有机物的细沙土运到农田作改良土壤的肥料。
④采集寄生在白刺根上的锁阳供药用:白刺根部寄生的锁阳
是良好的中药材 ,为了经济利益 ,牧民对其进行掠夺性的挖
掘[ 56] , 虽然只是作为小农经济的有益的必要的补充 ,但因其
无序利用 ,导致了严重的生态后果。 ⑤开荒种田:由于过度
放牧和农垦 , 导致了水土资源的枯竭 、环境的恶化 , 土地的
生产能力降低 , 满足不了人口日益增长的需求 , 人们不得不
为了生存和发展 , 开垦更多的土地 , 大面积的白刺群落被翻
耕用来种田 ,导致白刺资源量减少 , 生态系统受到严重破坏。
⑥随着农业的发展 ,农业灌溉用水大量超采地下水 , 导致地
下水位大幅度下降。对于地下水位下降对白刺生长的影响
观点不一 ,绝大多数学者认为地下水对白刺的生长至关重
要[ 57、58、59 、60 、61] ,地下水通过其水位埋深的变化而改变包气带
水分含量和影响土壤中盐份含量的变化 , 进而制约地表植
物生长状况 , 并指出白刺适宜的地下水位埋深是 1 ～ 25
m [ 57] 。也有学者认为地下水位下降在近期内不是白刺生长
的限制因素。以地下水位下降为主要驱动因素的旱化 ,会促
使白刺种群更加适应环境 , 生态位宽度增大 , 更趋旱生
化[ 62] 。 ⑦虫鼠害:近几年白刺遭到虫鼠害越来越严重 ,据张
惠玲等(2003)对武威市白刺草地调查研究发现以白刺夜蛾
(Leiometopon simyrides) 和白刺粗角萤叶甲( Diorhabda
rybakow i) 为主的虫害及以长爪沙鼠( Meriones unguicula-
tus) 、大沙鼠( Rhombomys opimus) 为主的鼠害面积达16. 6
万 hm2 ,其中虫害面积 14. 6 万 hm2[ 56] 。柴达木盆地白刺开
始受到了古毒蛾 (Orgy ia antiqua Linnaeus) 的严重危
害[ 63] ,虫鼠害影响了白刺正常的生长发育 , 降低了它的生物
量 , 甚至造成大片白刺干枯死亡 ,而且由于防治不足 ,仍呈蔓
延趋势。
5. 2 白刺的保护及人工促进其恢复
在自然环境和人为的破坏的影响下白刺群落日益退化。
必须找出其退化的原因并就其退化程度采取一定的保护措
施:①白刺经过多年生长地上部分老化后 , 可以有计划地进
行放牧或人工平茬 , 促进白刺灌丛当年生长发育 , 减少沙包
蓄水的消耗量 , 有利于白刺沙包的保存 , 可更好地发挥白刺
灌丛的防风固沙作用。 ②对砍挖白刺加以限制。在虫鼠害
猖獗的地方开展虫鼠害监测工作 , 防止虫鼠害的发生。对轻
度退化的白刺群落 , 可以对白刺群落进行封育 , 使其自然复
壮更新。封育实质是在自然条件下通过系统的自我调节的
植被恢复过程 , 在灌木死亡或消失但肥岛尚未完全消失时 ,
如果没有任何外来干扰 , 植被的自然恢复速率仍然较
快[ 64 、65] 。 ③对严重退化的白刺群落 , 肥岛已逐渐退化 , 其资
源时空变化由相对异质到相对均质 , 要在相对均质的系统中
77 第 3 期 王彦阁等:白刺属植物现状 、生态功能及保护策略
恢复植被 , 光靠系统的自我调节 , 其恢复速度将会十分缓
慢[ 66] , 必须通过一些人为的措施重建土壤异质性[ 67、68] 。输
入能量和养分 ,合理的利用水源。对白刺进行育苗造林 , 据
有关研究 , 唐古特白刺育苗移栽后 , 只灌水一次 , 成活率就
可高达 95%以上[ 69] 。有关白刺的栽培技术有不少学者作了
研究[ 69、70] , 都取得了一些可喜的成果。白刺的栽培作为生
态治理建设的一个突破口 , 将会在生态系统恢复过程中发
挥很大的作用。
总之 , 当务之急是改变观念 , 避免盲目开发 ,杜绝滥牧 、
滥挖和滥砍伐 , 控制农业开发规模 , 减少耕地面积 , 将有限
的水资源主要用于维护生态平衡的生态工程建设 , 保护和
恢复白刺这一重要植被。
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