基于防风固沙功能的退化人工梭梭林修复模式

一、模式背景

由于受人为活动和气候变化的影响，我国西北干旱区土地荒漠化较为严重。利用植被建设是干旱区荒漠化防治的重要手段，为促进干旱区生态恢复与重建，多年来在我国西北地区营造了大面积的梭梭林。梭梭作为我国防风固沙植被的优良树种，发挥了巨大的生态效益。但是，由于造林密度过大、地下水位下降等原因，营造在绿洲边缘的人工梭梭林出现大面积退化，防风固沙功能显著降低，难以发挥有效的生态屏障作用，对干旱区绿洲生态安全造成严重威胁[1-2]。

梭梭（Haloxylonammodendron），属黎科梭梭属灌木，抗干旱、抗寒冷，耐瘠薄、耐盐碱，对风蚀沙埋的生态适应性较强，是一种典型的荒漠植物。因其具有防风固沙、改善小气候、改良土壤、保护生物多样性和增加碳汇等多种生态功能，自20世纪60年代起我国干旱荒漠区开展了大面积的梭梭造林工程[3]。经过60多年的发展，人工梭梭林已成为西部沙区分布最广、面积最大的人工固沙林，在保护绿洲生态安全中发挥了关键作用。但是，随着时间的推移，人工梭梭林出现不同程度的衰亡，其防风固沙功能衰减，引起局部沙丘活化，导致荒漠化蔓延，威胁到干旱区绿洲的生存与发展[4-5]。近年来，低覆盖度治沙理论的提出，支撑修订了《国家造林技术规程》，为降低固沙林的密度和造林治沙规程提供了理论依据与标准[6]，低覆盖度的旱区造林技术规程的发布，为提升梭梭固沙林的稳定性、多样性和可持续性提供了可能。因此，人工梭梭林及其防风固沙功能的恢复显得尤为重要与紧迫，对绿洲边缘生态防护体系的稳定性至关重要，对区域农业经济可持续良性发展意义重大。

二、模式要点

根据以下5项指标变化：①梭梭光合强度减弱，生产力降低；②梭梭林群落盖度降低，梭梭优势度下降；③枯株、枯枝比例增加；④林地土壤含水率降低，生境旱化；⑤防风固沙功能减弱，将人工梭梭林划分为轻度退化人工梭梭林、中度退化人工梭梭林和重度退化人工梭梭林。并基于林地水分平衡、生物多样性、生态功能等生态学理论，以及多年在民勤治沙综合试验站的实践总结，提出退化人工梭梭林修复模式[4-7]。

轻度退化人工梭梭林多出现在造林后10年或地下水位下降后（<7m）的早期阶段，具有较高的林分密度，且机械沙障完好。针对恢复区域，根据土壤水分年际动态变化曲线，参考就近流动沙地土壤水分，测算不同林龄最佳林分密度，建立回归模型。对于密度过大林分，进行逐年调控择伐，及时清除病弱株和枯死木以调控密度，促进梭梭生长。通过梭梭种群密度调控，使种群空间分布合理，林地水分达到相对平衡，防风固沙功能得以保证。梭梭种群参考密度：降水量110mm修复区梭梭保存密度40株/亩、降水量150mm修复区梭梭保存密度80株/亩、降水180mm修复区梭梭的保存密度110株/亩标准[7-8]。

中度退化人工梭梭林在地下水位7~10m。根据沙障的破坏程度分为沙障完好的退化梭梭林和沙障破坏的退化梭梭林。在沙障完好的中度退化梭梭林实施平茬复壮，可以有效促进衰败梭梭植株新枝萌发数量和新生枝条生长，适当增强了其防风固沙功能。平茬宜在初冬季节进行，树干留茬高度为60cm左右，平茬强度为100%，按照行带式分年度实施，对较大的平茬伤口涂抹保护剂（保护剂：用动物油1份、松香0.7份、蜂蜡0.5份，加热溶化拌匀）。平茬后次年，伐桩萌芽更新为100%，每桩萌发17~22条。在实际推广应用中，应根据林相及林分密度设计合理的平茬周期[9]。在沙障破坏的中度退化梭梭林内实施平茬复壮，并补设草沙障或黏土沙障等机械沙障，以增加地表粗糙度，提高防风固沙功能。补设机械沙障后，退化梭梭林地表粗糙度提高，林内风速特别是近地面层的风速值降低，0~20cm层输沙量大幅度下降，在有限的承载密度下实现防风固沙功能[10-11]。若林地沙面稳定，还有利于林地内草本植物的萌发定居。其中，草沙障选用小麦或稻草秸秆，设置成1.5m×1.5m方格；黏土沙障选用丘间低地淤积黏性土壤，铺设高度为25cm，底部宽度45cm，行距2~3m。在实际推广应用中，可根据立地条件、造价成本、防护功能等选择合理的沙障类型及铺设方式。         

重度退化人工梭梭林的地下水位多大于10m。根据不同的林地类型分为沙丘活化的退化梭梭林和结皮覆盖的退化梭梭林，在沙丘活化的退化梭梭林内铺设机械沙障，推广应用中根据立地条件、造价成本、防护功能等选择设置PLA沙障、尼龙网沙障、草沙障或黏土沙障等。其中，PLA沙障为生物基可降解聚乳酸，设置成1.5m×1.5m方格；尼龙网沙障高度20cm，透风系数35％~45％，设置成1.5m×1.5m方格；草沙障和黏土沙障同中度退化人工梭梭林所述。同时，在沙障内人工撒播沙蒿等沙生植物种子。在结皮覆盖的重度退化梭梭林中进行一定强度结皮改造，结皮改造模式包括雨水集流和雨水下渗改造[12-13]。结皮会影响降水的入渗，且在干旱区较大降水事件发生后形成小范围的地表径流。利用结皮的这一特点，可以在梭梭植株根部周围人工建立一定面积集雨面。集雨面大小根据立地条件和年最大降水量设计。通过林地结皮改造的集雨试验后，土壤含水量明显提高。由于沙生植物需水少，很少的集流也能起到明显作用，退化梭梭林中结皮也为集流提供了条件，因而设置集雨面的恢复技术可作为补充措施在降水100mm以上地区应用。在实际推广应用中，可根据立地条件、结皮类型，细化设计集雨面大小、倾斜角度等。对于结皮覆盖严重影响降水下渗的梭梭林地，还可以采取雨水入渗模式改造结皮，对梭梭林内结皮进行50%的点状破坏或带状破坏等[14-15]。同时，林内人工种植红砂等适宜在有土壤结皮环境下生存的沙旱生植物，增加梭梭林的生物多样性，进而增加人工梭梭林群落的稳定性。在实际推广应用中，应根据立地条件、结皮厚度，细化设计结皮破坏的面积、破坏方式以及红砂种植密度。

图1  退化人工梭梭林修复模式示意图

三、模式效果及推广

（一）适宜区域

该模式适宜推广的区域是干旱区，针对防风固沙功能退化的人工梭梭林地，适用于不同降水条件、地下水位、立地类型、退化程度人工梭梭林。该模式是对现有退化人工梭梭林修复的多年研究成果和实践经验的总结，且该模式中机械沙障设置技术、平茬复壮技术、沙地种草造林技术成熟，在技术人员指导下一般都可掌握，易于操作，推广前景较好。

（二）运作模式

该模式符合《关于科学绿化的指导意见》《国家林业局关于做好退化防护林改造工作的指导意见》等政策要求。在推广应用中，成立技术实施协调领导小组，协调相关政府部门和各县、区全力配合项目实施，推动技术有效转化；成立技术专家组，对项目的实施进行科学指导和服务，并通过资料发放、培训班、现场观摩、示范区建设的实际参与等方式对周边农民及林业技术人员进行专业技术培训和宣传，提升技术转化应用的水平和成效。同时，结合发展林下肉苁蓉种植，引入社会资本参与人工梭梭林修复。

（三）示范推广情况

该模式在甘肃省民勤县示范10万亩。

1.生态效益

针对不同退化程度、不同造林时间、不同立地条件的退化人工梭梭林，采用不同的修复技术，平茬复壮技术实施后新枝生长能力（枝长、枝粗）、新枝萌发数量显著增加。铺设机械沙障后，退化梭梭林地表粗糙度提高，林内风速特别是近地面层的风速值降低，0~20cm层输沙量大幅度下降，沙障建设结合退化梭梭林修复恢复了防风固沙功能。结皮改造模式包括雨水集流和雨水下渗改造两种。雨水集流改造的第一年和第二年，梭梭植株根部的土壤含水率分别提高到1.77%、2.01%；雨水下渗改造后的第一年和第二年，行式黏土沙障区由对照的0.65%分别提高到0.77%、1.04%；方格黏土沙障区由对照的1%分别提高到1.41%和1.60%。

2.经济社会效益

该模式以实现人工梭梭林的防风固沙功能为目标，其应用能有效降低风沙危害，提高农田产量，从而产生间接的经济效益。同时，该模式可为干旱区固沙造林和退化植被修复工程提供理论和技术支撑，示范推广可提高当地居民生态建设的积极性和技术水平，增加了就业岗位和农民的收入，对保障绿洲生态安全和区域可持续发展具有重大意义。因此经济效益巨大。

作者：马全林、张剑挥（甘肃省治沙研究所）