甘肃省半干旱区植被修复方法研究

成昌国，赵陟峰，刘 敏

（甘肃省水土保持科学研究所，甘肃 兰州730020）

甘肃省半干旱区植被覆盖率低，生态环境脆弱，植被修复技术含量较低，措施配置不科学，林种单一，树种单调，适地适树等问题还没有从根本上得到解决。以治理水土流失为目的的植被修复方法研究，科学有序地修复治理，促进植物群落向多样性发展，建立稳定、高效的林分群落，不仅必要，而且紧迫。

1 研究区概况

研究区为甘肃省中部的兰州、定西等地区，地貌是以梁峁为主的丘陵沟壑，属大陆性温带半干旱气候区，总土地面积3 468km2。平均气温6～9℃，年均降水量为230～500mm，年蒸发量为988.8～4 610mm。人工乔木树种主要有白榆（Ulmus pumila L.）、杏 树 （Armeniaca vulgaris Lam.）、河 北 杨（Populus hopeiensis Hu et Chow）、旱柳（Salix matsudana Koidz.）、花 椒 （Zanthoxylum bungeanum Maxim.）等，灌木有甘蒙柽柳（Tamarix austromongolica Nakai）、柠条（Caragana korshinskii Kom.）、沙棘 （Hippophae rhamnoides Linn.）、杞 柳 （Salix integra Thunb.）等。常见的草本植物有长芒草（Stipa bungeana Trin.）、冷 蒿 （Artemisia frigida Willd.）、骆 驼 蓬 （Peganum harmala Linn.）、针 茅（Stipa capillata Linn.）等。

2 研究方法

样地选在甘肃省兰州市榆中县孙家岔流域，其面积为42.08km2。黄河中游管理局于1983年将该流域列为试点小流域，1989年通过鉴定，并获甘肃省省科技进步二等奖。调查样地为生长势较好的杨树和油松林，28年生，植苗造林。荒坡封禁从2008年3月开始，调查时间为当年3月至2011年3月。通过采用现场调查与定位试验，以及定量分析相结合的方法，研究甘肃省半干旱区各种植被修复途径的效果。其中，土壤含水量采用烘干法测定。植被生长状况采用样方调查法，乔木样方面积为20m×20m，对样地内乔木进行每木检尺，测定树高、胸径、冠幅、株数等项目。灌木样方面积为10m×10m，调查记录样地内灌木的株高、地径、冠幅等项目。草本样方为1m×1m，调查记录样方内草本的高度、盖度等项目。封禁后的鲜草量采用全部收获法（选择典型草本样方，将其内草本的地上部分收获称鲜重）。

3 植被修复方法与实证分析

本研究根据对杨树、油松和花椒等林地的调查分析发现，3个树种的高生长与胸径（地径）生长量均随密度的加大而减小，反之，则生长量增加。封禁可提高土壤含水量，促进植物生长，提高植被覆盖率。据此提出“以封禁优先，先封后植；先疏后补；以灌木为主，乔灌草结合”的甘肃省半干旱区植被修复方法，并对其“修复方法”从水分平衡，抗旱保墒和林木生长等方面进行合理性认证论述。

3.1 封禁优先，先封后植

封禁保护是利用植物的自我恢复能力，恢复被破坏了的植被，逐步复原或接近原有的生态系统。选择距村庄较远，人为干扰较少，有利封禁管理的“三荒地”进行封禁保护，使其自然演替与恢复，增加植物种类，提高生物产量和植被覆盖率。通过封育保护，停止了外界因素的破坏，同时还能有效地保护新增造林成果，使植被覆盖率稳步提高，地表及土壤结构得以改善，水土保持功能增强，从而促进生态系统结构和功能的稳定和加强。因此，封禁保护是改善生态系统功能的有效措施之一。

所谓先封后植，是指先将宜林地封禁，防止外界干扰和破坏，依靠天然植物自身的演替恢复能力，使植被和环境条件逐步恢复到一定程度时再进行人工造林。其主要作用是：（1）封禁后，经过自然演替，植物种类不断增加，植被覆盖率得到有效恢复，地表得到植被保护，从而减轻降雨对地面的直接打击和冲刷，使水土流失得到有效控制。（2）在植被恢复过程中，土壤得到自然改良，生态环境得到改善，使土壤理化性质及土壤微生物向有利于植物生长的方向转化［1］。（3）由于植物种类的增加和植被的恢复，枯落物增多，形成地表保护层，增加土壤入渗，减少土壤水分蒸发，使植物生长所需水分的保证率增大。

3.1.1 封禁对土壤含水量的影响 封禁后，植被覆盖率提高，腐殖质层增厚，从而增加雨水入渗，减少土壤水分的蒸发，提高土壤含水量，使植物生长所需的水分保证率加大。封禁1a后最低土壤含水量提高2.9%。封禁与未封禁平均土壤含水量分别为8.40%和5.03%，提高3.4%。封禁对提高土壤水分含量，改善立地条件都有显著的作用。

3.1.2 封禁对植被生长的影响 甘肃省半干旱区实施封禁措施后，土壤含水量、覆盖度、产草量均有显著增加，改良土壤和改善造林地的生态环境作用明显，效果较好，是修复植被的重要途径。在半干旱地区封禁3a后，天然草类植物种群有所增加，植被覆盖度由封禁4个月的33.8%增加到封禁60个月的67.6%，草丛高度由7.2cm增加到30.3cm，鲜草产量由58.4kg／hm2提高到2 349kg／hm2。封禁10个月以内，26～30个月，37个月以上为不同的3个生长阶段，生长速度有明显差异。第1阶段的盖度、鲜草量、丛高分别为29.5%，61.1kg，12cm；第2阶段分别为57.8%，94.3kg，16.9cm；第3阶段分别为65.9%，185.0kg，17.7cm。未封禁地盖度在15%～30%，平均20.5%，与未封禁地比较，封禁第1阶段提高9%，第2阶段提高37.3%，第3阶段提高45.4%。

封禁可增加植物种类，提高植被覆盖率，提高生长量和生物产量，改良土壤，提高土壤肥力的作用显著。封禁3a左右植被盖度可达50%以上，宜林地的土壤、水分、植被等生态因子明显得到改善后进行造林，将有助苗木成活，促进生长，提高植被建设的成功率。

3.2 先疏后补

先疏后补就是先营造疏林，而后分批次补植达到设计密度。先疏，是针对半干旱地区土壤水分匮乏，避免林木个体之间水分的不利竞争导致成活率下降，甚至死亡而采取的必要措施。所谓补，是待前一批栽植的苗木生长稳定后，再通过补植完成设计密度，减轻因一次性完成设计密度而产生的树木对土壤水分的竞争程度，达到提高成活率，促进生长的目的。

一般的造林方法是初植密度较大，而且立地条件越差，初植密度越大，然后根据苗木质量进行合理间伐。但经对散生木与不同密度的生长量比较研究发现，散生木的生长量远高于所调查的不同密度地生长量。21～24a散生杨树高度为15.2m，较28a生密度为1m×1.5m，1.5m×2m，1.5m×3m的高度分别高出11.3m，9.5m，8.5m。21～24a散生杨树，胸径为28.3cm，与28年生密度1.5m×2m的胸径接近，比密度1.5m×3m，1m×1.5m的胸径分别大3.5cm，11.7cm。杨树密度为1.5m×3m的平均高生长（6.7m）较1m×1.5m（3.9m），1.5m×2m（5.7m）的分别高出2.8m，1.0m，提高71.8%，17.5%（图1）。造林密度1m×1.5m，1.5m×2m，1.5m×3m的平均胸径分别为16.6cm，28.4cm，31.8cm。密度为1.5m×3m的胸径较密度为1.5m×2m，1m×1.5m分别提高12.0%，91.6%（图2）。

图1 杨树树高与密度的关系

图2 杨树胸径与密度的关系

从图3可以看出，油松密度为2m×4m的高生长量较密度为2m×2m，2m×3m的高生长分别提高49.1%和13.9%。密度为2m×2m，2m×3m时，其胸径分别为35cm，45.2cm，而密度为2m×4m时，胸径为55.8cm，分别比密度为2m×2m，2m×3m时提高59.4%，23.5%（如图4）。此外，调查发现，密度为3.5m×3.5m，2.5m×6m的花椒林平均地径生长量分别为17.3cm，18.7cm，平均高生长分别为2.9m，3.2m，后者比前者地径生长提高8.1%，高生长提高13.0%。

图3 油松树高与密度的关系

图4 油松胸径与密度的关系

在相同条件下，散生木的生长优势突出。林地的密度越大，生长量越小，成活率越低。其主要原因是土壤水分供给不足，无法满足植物生长所需的土壤水分，导致因水分严重匮缺使树木枯死或生长不良，而水分不足与造林密度密切相关［2－6］。

3.3 以灌木为主，乔灌草结合

为建立与当前技术经济相适应的生态建设模式，必须放弃以营造用材林为主的做法，营建水土保持生态林，建立以灌木为主，乔灌草相结合的新模式，加快植被恢复速度，建立安全可靠的生态系统。

半干旱地区的生态建设远没有跳出传统的以用材为目的造林模式，在生态环境治理中不管其“树”，也不论其“地”，不遵循自然规律，未按适地适树原则进行规划与修复［1］。其因有二：（1）经济欠发达被迫形成乔木的主导地位，一是为解决木材问题，二是为解决经济来源问题。（2）灌木的优势作用被忽略。灌木具有耐旱，耐瘠薄，适应性强，见效快的优势，而目前植被建设忽略了灌木的优势作用，种植比例明显偏少。

据定西水土保持研究所朱正军等［5］研究，乔木密度在1 600株以内，灌木在1 900株以内，它们要求水分营养面积分别为25m2／株，14m2／株，乔木要求水分营养面积较灌木大78.6%；乔木和灌木单株要求水分量分别为26m3／株，14m3／株，乔木保证单株水分量较灌木高85.7%。乔木要求水分保证面积和单株需水量均大于灌木，在干旱缺水的甘肃省中部地区，灌木在植被修复中优势突出。

4 结论

（1）杨树密度为1.5m×3m时，平均高生长和胸径均较密度为1.5m×2m和1.5m×1m时有所提高；油松和花椒有类似的现象。合理的植物群落结构使植物个体有充分的发育空间，最大限度地利用土壤水分，避免对营养和水分的竞争，各生态因子相互作用的优势得到充分发挥，使群落影响环境，达到林分稳定、高效的目的。先疏后补的修复方法是水分平衡，抗旱保墒，水分可持续利用的行之有效的途径，符合当地土壤干旱，水分匮乏的自然环境，是缓解植物生长发育水分不足的重要举措，是半干旱地区植被建设的重要保证。

（2）乔木要求水分营养面积大于灌木78.6%，单株要求水分量分别为26m3／株，14m3／株，乔木保证单株水分量高出灌木85.7%。灌木较之乔木，耐旱，耐瘠薄，适应性强，见效快，投资风险小，是植被修复的优势植物，是半干旱区植被修复成功的重要保障措施。

（3）植物群落被封禁后，恢复的能力来源于植物生态系统自然演替［1］。植物种群和生物产量增加，植被覆盖率得到有效恢复，增加腐殖层，保护地表减少蒸发。封禁措施以投资少，见效快，潜力大等优势，展现出强大的生命力［1］。只要停止人为干扰，封禁3a左右，覆盖度可达约50%，植物生态系统就会朝多样、稳定、复杂、高效的方向发展［1］。

（4）在立地环境条件得到全面改善后造林，既能提高造林成活率，促进植物生长，更重要的是提高保存率。但是，造林需分期分批进行，这样才不会因植物的生长，需水量的不断增加造成土壤干旱缺水，导致植物生长不良，形成 “小老树”。或因土壤水分继续亏缺到生长所需水量极限值以下时，造成植物死亡。

［1］张文辉，刘国彬.黄土高原植被生态恢复评价、问题与对策［J］.林业科学，2007，43（1）：103－104.

［2］孙鹏森，马李一，马履一.油松、刺槐林潜在耗水量的预测及其与造林密度的关系［J］.北京林业大学学报，2001，23（2）：1－6.

［3］刘晨峰，尹婧，贺康宁.林下植被对半干旱区不同密度刺槐林地土壤水分环境的指示作用［J］.中国水土保持科学.2004，2（2）：64－66.

［4］李世荣，张卫强，贺康宁.黄土半干旱区不同密度刺槐林地的土壤水分动态［J］.中国水土保持科学，2006，1（2）：28.

［5］朱正军，赵克荣.干旱半干旱区径流调控造林技术研究［J］.中国水土保持，2003（9）：27.

［6］刘国杉，杨勤科，许明祥，等，水保生态修复的若干科学问题［J］.中国水利，2004（16）：31－33.