莫高窟顶防风固沙林带群落结构及防风固沙功能演变特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00132

摘要/Abstract

摘要：

为探究风沙环境下防护林带的结构演变及其对文物保护的长期效益，本文以莫高窟顶典型防护林带为对象，采用“空间代时间”方法，系统调查了建植于1993年（建植31 a）、1999年（建植25 a）、2011年（建植13 a）的林带及对照流沙区（以建植0 a计），评估其群落结构、防护效益与植被特征的时序演变规律。结果表明：（1）随着建植年龄延长，林带结构趋于复杂，灌木多样性增加，草本植物呈先增后减趋势，群落多样性（Shannon-Wiener指数）依次为31 a > 25 a > 13 a > 0 a；（2）林带高度、盖度、多度表现为先升后降，以建植25 a林带最优，疏透度则持续下降，表明其防风能力增强；（3）防护效益呈先强后弱趋势，建植25 a林带在小气候改善、防风能力和抑沙效果方面表现最佳；（4）主成分分析显示林带高度与盖度与防护效益正相关，疏透度与积沙高度负相关，表明林带结构对生态功能的决定作用。研究揭示了防护林演替过程中的关键转折点，应依据建植年龄和结构特征，优化物种配置，适时开展抚育管理，以延缓退化、增强稳定性和持续性。

关键词: 莫高窟, 防护林演变, 林带结构, 防风固沙效益

Abstract:

This study investigates the structural evolution of protective forest belts and their long-term benefits in safeguarding cultural relics within wind-sand environments. Focusing on the protective forest belt atop the Mogao Grottoes， the research employs the "space-for-time substitution" method to systematically examine forest belts and their quicksand control areas established in 1993， 1999， and 2011. The study evaluates the temporal evolution of community structure， protective benefits， and vegetation characteristics. The findings revealed several trends in the development of the forest belt over time. （1） As the planting years increased， the forest structure became more complex， with an increase in shrub diversity and a pattern of initial increase followed by a decrease in herbaceous plant diversity. The community diversity， as measured by the Shannon-Wiener index， was highest in the 31-year-old forest， followed by the 25-year-old， 13-year-old， and shifting sand areas. （2） The height， coverage， and abundance of the forest belt first increased and then decreased， with the 25-year-old forest exhibiting the optimal characteristics. The porosity of the forest belt continued to decrease， suggesting an enhancement in its wind-blocking capabilities. （3）The protection benefits exhibited a temporal pattern of initial strength followed by diminished effects. The 25-year-old forest belt demonstrated the most robust performance in enhancing microclimate， providing windbreak， and suppressing sand movement. （4）Principal component analysis revealed that the height and coverage of the forest belt were positively associated with the protection benefits， while porosity was negatively correlated with the height of sand accumulation. These findings underscore the critical role of forest belt structural characteristics in determining its ecological functions. The study identified pivotal moments in the succession of shelter forests and suggested optimising species allocation based on planting years and structural traits. It emphasised timely management to delay degradation and enhance stability and sustainability.

Key words: Mogao Grottoes, evolution of shelter forest, shelterbelt structure, effect of wind-breaking and sand-fixation

中图分类号:

S718.5

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图/表 8

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建植年龄/a	灌木树种	科	属	种	草本物种	科	属	种
0	梭梭、沙拐枣、泡泡刺	3	3	3	羽状三芒草、沙蒿	2	2	2
13	梭梭、柠条、花棒、沙拐枣	3	4	4	羽状三芒草、河西菊、鹅绒藤、沙蒿	3	4	4
25	梭梭、柽柳、柠条、泡泡刺、花棒、沙拐枣	5	6	6	羽状三芒草、河西菊、鹅绒藤、沙蒿、盐生草、苦苣菜、虎尾草、雾冰藜、甘青铁线莲、骆驼刺、狗尾草、假苇拂子茅、赖草、沙生针茅	6	14	14
31	梭梭、柽柳、柠条、泡泡刺、花棒、沙拐枣	5	6	6	鹅绒藤、沙蒿、盐生草、苦苣菜、虎尾草、雾冰藜、甘青铁线莲、骆驼刺、狗尾草、假苇拂子茅、刺沙蓬、肉苁蓉、乳苣	6	13	13

建植年龄/a	灌木树种	科	属	种	草本物种	科	属	种
0	梭梭、沙拐枣、泡泡刺	3	3	3	羽状三芒草、沙蒿	2	2	2
13	梭梭、柠条、花棒、沙拐枣	3	4	4	羽状三芒草、河西菊、鹅绒藤、沙蒿	3	4	4
25	梭梭、柽柳、柠条、泡泡刺、花棒、沙拐枣	5	6	6	羽状三芒草、河西菊、鹅绒藤、沙蒿、盐生草、苦苣菜、虎尾草、雾冰藜、甘青铁线莲、骆驼刺、狗尾草、假苇拂子茅、赖草、沙生针茅	6	14	14
31	梭梭、柽柳、柠条、泡泡刺、花棒、沙拐枣	5	6	6	鹅绒藤、沙蒿、盐生草、苦苣菜、虎尾草、雾冰藜、甘青铁线莲、骆驼刺、狗尾草、假苇拂子茅、刺沙蓬、肉苁蓉、乳苣	6	13	13

植物种	生活型	不同建植年龄群落重要值/%
植物种	生活型	0 a	13 a	25 a	31 a
梭梭(Haloxylon ammodendron)	灌木	13.48	22.38	23.70	19.34
柽柳(Tamarix chinensis)		—	―	16.88	17.30
沙拐枣(Calligonum mongolicum)		16.84	17.41	22.25	17.78
泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)		9.97	―	23.59	13.34
柠条(Caragana korshinskii)		—	17.95	26.74	18.60
花棒(Hedysarum scoparium)		—	22.69	15.24	12.12
苦苣菜(Sonchus oleraceus)	多年生草本植物	—	―	3.21	6.17
乳苣(Lactuca tatarica)		—	―	―	3.05
河西菊(Launaea polydichotoma)		—	5.47	3.25	―
沙蒿(Artemisia frigida)		5.35	7.12	6.31	6.57
骆驼刺(Alhagi camelorum)		—	―	2.71	3.12
假苇拂子茅(Calamagrostis pseudophragmites)		—	―	4.21	3.89
赖草(Leymus secalinus)		—	―	3.08	―
羽状三芒草(Aristida pennata)		3.75	15.62	5.63	―
鹅绒藤(Cynanchum chinense)		—	6.21	13.55	14.31
甘青铁线莲(Clematis tangutica)		—	―	4.08	3.17
肉苁蓉(Cistanche deserticola)		—	―	―	3.97
沙生针茅(Slipa glareosa)	一年生草本植物	—	―	3.57	―
狗尾草(Setaria viridis)		—	―	4.11	7.21
虎尾草(Chloris virgata)		—	―	5.52	4.27
雾冰藜(Grubovia dasyphlla)		—	―	4.71	8.21
刺沙蓬(Salsola tragus)		—	―	―	4.98
盐生草(Halogeton glomeratus)		—	―	12.15	11.15

植物种	生活型	不同建植年龄群落重要值/%
植物种	生活型	0 a	13 a	25 a	31 a
梭梭(Haloxylon ammodendron)	灌木	13.48	22.38	23.70	19.34
柽柳(Tamarix chinensis)		—	―	16.88	17.30
沙拐枣(Calligonum mongolicum)		16.84	17.41	22.25	17.78
泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)		9.97	―	23.59	13.34
柠条(Caragana korshinskii)		—	17.95	26.74	18.60
花棒(Hedysarum scoparium)		—	22.69	15.24	12.12
苦苣菜(Sonchus oleraceus)	多年生草本植物	—	―	3.21	6.17
乳苣(Lactuca tatarica)		—	―	―	3.05
河西菊(Launaea polydichotoma)		—	5.47	3.25	―
沙蒿(Artemisia frigida)		5.35	7.12	6.31	6.57
骆驼刺(Alhagi camelorum)		—	―	2.71	3.12
假苇拂子茅(Calamagrostis pseudophragmites)		—	―	4.21	3.89
赖草(Leymus secalinus)		—	―	3.08	―
羽状三芒草(Aristida pennata)		3.75	15.62	5.63	―
鹅绒藤(Cynanchum chinense)		—	6.21	13.55	14.31
甘青铁线莲(Clematis tangutica)		—	―	4.08	3.17
肉苁蓉(Cistanche deserticola)		—	―	―	3.97
沙生针茅(Slipa glareosa)	一年生草本植物	—	―	3.57	―
狗尾草(Setaria viridis)		—	―	4.11	7.21
虎尾草(Chloris virgata)		—	―	5.52	4.27
雾冰藜(Grubovia dasyphlla)		—	―	4.71	8.21
刺沙蓬(Salsola tragus)		—	―	―	4.98
盐生草(Halogeton glomeratus)		—	―	12.15	11.15

指标	建植年龄/a
指标	0	13	25	31
Shannon-Wiener多样性指数	1.52	1.99	2.74	2.81