固沙措施对流动沙丘植被和土壤特性的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00021

摘要/Abstract

摘要：

沙漠化是科尔沁沙地土地退化的主要原因，科学合理的治沙措施能够有效控制风沙侵害，有助于植被-土壤系统的重建与恢复。本研究以科尔沁沙地高大流动沙丘和平缓流动沙丘为研究对象，通过分析自然恢复、种植差不嘎蒿（Artemisia halodendron）和设置草方格沙障3种固沙措施下植被群落特性和土壤理化性质的变化趋势，从而为该类型沙丘固沙措施的筛选提供科学指导。结果表明：（1）不同固沙措施下平缓流动沙丘植物物种丰富度为设置草方格沙障（20种）>种植差不嘎蒿（18种）>自然恢复（15种）；高大流动沙丘植物物种丰富度为设置草方格沙障（14种）>种植差不嘎蒿（8种）>自然恢复（5种）。（2）高大和平缓流动沙丘土壤理化性质差异不显著；设置草方格沙障显著增加土壤有机碳、全氮含量（P<0.05）；随着恢复年限延长，土壤养分含量显著增加（P<0.05）。（3）高大和平缓流动沙丘中土壤有机碳含量、全氮含量与物种丰富度呈显著正相关关系（P<0.05）。综上所述，草方格沙障能够显著改善植物群落物种丰富度，增加土壤养分以改善土壤质量，是最有利于科尔沁沙地流动沙丘生态系统恢复的措施。生态恢复是一个相对漫长的过程，随着固沙年限增加，自然恢复、种植差不嘎蒿和设置草方格沙障均有利于科尔沁沙地流动沙丘的生态恢复。

关键词: 固沙措施, 流动沙丘, 植物群落特征, 土壤理化性质

Abstract:

Desertification constitutes the primary catalyst for land degradation in the Horqin Sandy Land. Implementing scientifically sound measures to mitigate sand erosion can effectively curb wind-borne sand encroachment， thereby facilitating the restoration and rehabilitation of the vegetation-soil system. This study， focusing on the high and flat mobile dunes in the Horqin Sandy Land， investigates the vegetation community characteristics and soil physical and chemical properties under three sand-fixation measures， namely natural restoration， Artemisia halodendron planting， and grass checkerboard sand barriers. The findings aim to provide scientific guidance for selecting appropriate sand-fixation measures for this specific type of dunes. The results showed that：（1） Under different sand-fixation measures， the plant species richness of flat sand dunes was grass checkerboard （20 species） > planting A. halodendron （18 species） > natural restoration （15 species）； the plant species richness of high mobile dunes was grass checkerboard （14 species） > planting A. halodendron （8 species） > natural restoration （5 species）. （2） There was no significant difference in soil physical and chemical properties between the high and flat moblie dunes. Setting grass checkerboard sand barriers significantly increased soil organic carbon and total nitrogen contents （P <0.05）； with the extension of restoration years， soil nutrient content increased significantly （P <0.05）. （3） There was a significant positive correlation between soil organic carbon and total nitrogen contents and species richness in the high and flat sand dunes （P <0.05）. Establishing straw checkerboard sand barriers could significantly improve the species richness of plant communities and increase soil nutrients to improve soil quality， which was one of the most beneficial measures for the ecological restoration of mobile dunes in the study area. Ecological restoration is a relatively long process. With the extension of sand fixation years， natural restoration， planting A. halodendron and establishing straw checkerboard sand barriers were all beneficial to the ecological restoration of mobile dunes in Horqin Sandy Land.

Key words: sand fixation measures, mobile dunes, plant community characteristics, soil physical and chemical properties

中图分类号:

S153

程莉, 宁志英, 杨红玲, 李玉霖. 固沙措施对流动沙丘植被和土壤特性的影响[J]. 中国沙漠, 2024, 44(2): 273-282.

Li Cheng, Zhiying Ning, Hongling Yang, Yulin Li. Effects of different sand-fixation measures on vegetation and soil characteristics of high and flat mobile dunes[J]. Journal of Desert Research, 2024, 44(2): 273-282.

图/表 9

参考文献 48

1	欧阳志云，崔书红，郑华.我国生态安全面临的挑战与对策［J］.科学与社会，2015，5（1）：20-30.
2	赵其国，黄国勤，马艳芹.中国生态环境状况与生态文明建设［J］.生态学报，2016，36（19）：6328-6335.
3	傅伯杰.国土空间生态修复亟待把握的几个要点［J］.中国科学院院刊，2021，36（1）：64-69.
4	昝国盛，王翠萍，李锋，等.第六次全国荒漠化和沙化调查主要结果及分析［J］.林业资源管理，2023（1）：1-7.
5	张凤荣，周建，徐艳，等.基于地学规律的科尔沁沙地土地整治与生态修复规划方法［J］.地学前缘，2021，28（4）：35-41.
6	刘帅飞，曲海华，高广磊，等.中国履行《联合国防治荒漠化公约》：行动、问题与对策［J］.中国沙漠，2023，43（6）：229-236.
7	王涛朱震达.我国沙漠化研究的若干问题：1.沙漠化的概念及其内涵［J］.中国沙漠，2003，23（3）：3-8.
8	李新荣.干旱沙区土壤空间异质性变化对植被恢复的影响［J］.中国科学（D辑：地球科学），2005（4）：361-370.
9	于凤龙，谭瑞虹，李成喜.生物沙障治沙造林技术研究［J］.农业与技术，2013，33（6）：47-48.
10	苗仁辉，郭美霞，刘银占.不同生物沙障对科尔沁流动沙丘植被恢复及土壤湿度的影响［J］.生态环境学报，2018，27（11）：1987-1992.
11	张文军，刘德义，李泽江，等.科尔沁沙地植物再生沙障人工群落结构特征［J］.中国水土保持科学，2007（5）：56-99.
12	胡小龙，薛博，刘莉莉，等.科尔沁沙地杨柴生物沙障平茬复壮技术研究［J］.内蒙古林业科技，2011，37（4）：8-12.
13	李爽，纪晓林，黄选瑞，等.冀北沙漠化土地黄柳生物沙障防风阻沙与土壤改良效益分析［J］.河北农业大学学报，2010，33（1）：12-16.
14	曹银贵，荆炎幸.自然恢复的认知体系［J］.中国土地，2023 （12）：29-31.
15	邓汉文.长期围封对退化草原植被、土壤理化及土壤微生物特征的影响［D］.山东烟台：鲁东大学，2021.
16	李佳秀，张青松，吴勇，等.围封对草地植被生长和土壤特性的影响研究进展［J］.中国草地学报，2023，45（5）：137-150.
17	李玉霖，孟庆涛，赵学勇，等.科尔沁沙地流动沙丘植被恢复过程中群落组成及植物多样性演变特征［J］.草业学报，2007（6）：54-61.
18	王旭洋，李玉强，罗永清，等.科尔沁沙地不同生境植被凋落物年际及年内动态［J］.应用生态学报，2018，29（5）：1494-1502.
19	吴丹丹，蔡运龙.中国生态恢复效果评价研究综述［J］.地理科学进展，2009，28（4）：622-628.
20	李玉强，赵哈林，赵学勇，等.科尔沁沙地沙漠化过程中土壤碳氮特征分析［J］.水土保持学报，2005（5）：75-78.
21	杨红玲，李玉霖，宁志英，等.添加混合凋落物对沙丘草地土壤有机碳矿化的影响［J］.生态学报，2019，39（7）：2510-2519.
22	Fan S Y， Zhou L H.Desertification control in China：possible solutions［J］.Ambio，2001，30（6）：384-385.
23	苏永中，赵哈林，张铜会，等.科尔沁沙地不同年代小叶锦鸡儿人工林植物群落特征及其土壤特性［J］.植物生态学报，2004（1）：93-100.
24	王新源，马立鹏，程小云，等.不同治沙措施对荒漠绿洲过渡带植物群落与土壤因子的影响［J］.生态学报，2022，42（14）：5869-5883.
25	王新源，兰芳芳，马仲武，等.治沙措施通过植物群落的质量效应驱动土壤因子变化：以玛曲高寒草甸沙化区为例［J］.生态学报，2023，43（1）：70-81.
26	Zuo X A， Zhao X Y， Zhao H L，et al.Spatial heterogeneity of soil properties and vegetation-soil relationships following vegetation restoration of mobile dunes in Horqin Sandy Land，Northern China［J］.Plant and Soil，2009，318（1）：153-167.
27	Miao R， Jiang D， Musa A，et al.Effectiveness of shrub planting and grazing exclusion on degraded sandy grassland restoration in Horqin sandy land in Inner Mongolia［J］.Ecological Engineering，2015，74：164-173.
28	Zhu G Y， Deng L， Zhang X B，et al.Effects of grazing exclusion on plant community and soil physicochemical properties in a desert steppe on the Loess Plateau，China［J］.Ecological Engineering，2016，90：372-381.
29	Dai L， Guo X， Ke X，et al.Moderate grazing promotes the root biomass in Kobresia meadow on the northern Qinghai-Tibet Plateau［J］.Ecology and Evolution，2019，9（16）：9395-9406.
30	Hu Y F， Shu X Y， He J，et al.Storage of C，N，and P affected by afforestation with Salix cupularis in an alpine semiarid desert ecosystem［J］.Land Degradation & Development，2018，29（1）：188-198.
31	Li X R， Xiao H L， He M Z，et al.Sand barriers of straw checkerboards for habitat restoration in extremely arid desert regions［J］.Ecological Engineering，2006，28（2）：149-157.
32	许永利，马树彪，马文喜.沙柳沙障对土壤水分和养分的影响［J］.安徽农业科学，2013，41（33）：12866-12869.
33	高菲，高永，高强，等.沙柳沙障对土壤理化性质的影响［J］.内蒙古农业大学学报（自然科学版），2006（2）：39-42.
34	黄巍，杨涛，石长春.设置沙柳沙障对沙丘土壤理化性质的影响［J］.防护林科技，2014（8）：5-7.
35	王丽英，李红丽，董智，等.沙柳沙障对沙丘沙粒度组成与特征的影响［J］.中国水土保持科学，2013，11（4）：53-59.
36	张婷，翁月，姚凤娇，等.放牧强度对草甸植物小叶章及土壤化学计量比的影响［J］.草业学报，2014，23（2）：20-28.
37	许雪贇，曹建军，杨淋，等.放牧与围封对青藏高原草地土壤和植物叶片化学计量学特征的影响［J］.生态学杂志，2018，37（5）：1349-1355.
38	王国华，任亦君，缑倩倩.河西走廊荒漠绿洲过渡带封育对土壤和植被的影响［J］.中国沙漠，2020，40（2）：222-231.
39	Su Y Z， Wang X F， Yang R，et al.Effects of sandy desertified land rehabilitation on soil carbon sequestration and aggregation in an arid region in China［J］.Journal of Environment Management，2010，91（11）：2109-2116.
40	苏永中，刘婷娜.流动沙地建植人工固沙梭梭林的土壤演变过程［J］.土壤学报，2020，57（1）：84-91.
41	李从娟，雷加强，高培，等.人工防护林作用下风沙土成土过程的研究进展［J］.土壤学报，2012，49（6）：1227-1234.
42	Hooper D U.The role of complementarity and competition in ecosystem responses to variation in plant diversity［J］.Ecology，1998，79（2）：704-719.
43	Wang G， Zhao W， Liu H，et al.Changes in soil and vegetation with stabilization of dunes in a desert-oasis ecotone［J］.Ecological Research，2015，30（4）：639-650.
44	Zhang G， Zhao L， Yang Q，et al.Effect of desert shrubs on fine-scale spatial patterns of understory vegetation in a dry-land［J］.Plant Ecology，2016，217（9）：1141-1155.
45	Li Y， Cui J， Zhang T，et al.Effectiveness of sand-fixing measures on desert land restoration in Kerqin Sandy Land，northern China［J］.Ecological Engineering，2009，35（1）：118-127.
46	Fan B， Zhang A， Yang Y，et al.Long-term effects of xerophytic Shrub Haloxylon ammodendron plantations on soil properties and vegetation dynamics in Northwest China［J］.Plos One，2016，11（12）.
47	Zhang G， Zhao W， Zhou H，et al.Extreme drought stress shifts net facilitation to neutral interactions between shrubs and sub-canopy plants in an arid desert［J］.Oikos，2018，127（3）：381-391.
48	Ffolliott P F， Gottfried G J， Rietveld W J.Dryland forestry for sustainable development［J］.Journal of Arid Environments，1995，30（2）：143-152.

物种	重要值
	自然恢复			种植差不嘎蒿			设置草方格沙障
	2017年	2018年	2019年	2017年	2018年	2019年	2017年	2018年	2019年
蒺藜								0.010
大果虫实					0.008		0.038	0.016	0.028
地锦								0.021	0.007
锋芒草									0.015
狗尾草	0.058	0.046	0.097	0.072	0.048	0.025	0.070	0.054	0.370
画眉草				0.014	0.030		0.014	0.028
苦荬菜							0.013
毛马唐			0.059			0.009	0.065	0.059	0.053
沙蓬	0.942	0.763	0.807	0.351	0.447	0.223	0.792	0.706	0.443
砂蓝刺头							0.008
雾滨藜			0.020					0.047
猪毛菜						0.006		0.060	0.014
猪毛蒿									0.017
一年生植物	1	0.808	0.984	0.438	0.535	0.263	1	1	0.947
白草									0.035
扁蓿豆									0.003
差不嘎蒿		0.192	0.016	0.514	0.465	0.737			0.009
达乌里胡枝子				0.048					0.115
多年生植物	0	0.192	0.016	0.562	0.465	0.737	0	0	0.163
物种丰富度	2	3	5	5	5	5	7	9	12

物种	重要值
	自然恢复			种植差不嘎蒿			设置草方格沙障
	2017年	2018年	2019年	2017年	2018年	2019年	2017年	2018年	2019年
蒺藜								0.010
大果虫实					0.008		0.038	0.016	0.028
地锦								0.021	0.007
锋芒草									0.015
狗尾草	0.058	0.046	0.097	0.072	0.048	0.025	0.070	0.054	0.370
画眉草				0.014	0.030		0.014	0.028
苦荬菜							0.013
毛马唐			0.059			0.009	0.065	0.059	0.053
沙蓬	0.942	0.763	0.807	0.351	0.447	0.223	0.792	0.706	0.443
砂蓝刺头							0.008
雾滨藜			0.020					0.047
猪毛菜						0.006		0.060	0.014
猪毛蒿									0.017
一年生植物	1	0.808	0.984	0.438	0.535	0.263	1	1	0.947
白草									0.035
扁蓿豆									0.003
差不嘎蒿		0.192	0.016	0.514	0.465	0.737			0.009
达乌里胡枝子				0.048					0.115
多年生植物	0	0.192	0.016	0.562	0.465	0.737	0	0	0.163
物种丰富度	2	3	5	5	5	5	7	9	12

物种	重要值
	自然恢复			种植差不嘎蒿			设置草方格沙障
	2017年	2018年	2019年	2017年	2018年	2019年	2017年	2018年	2019年
苍耳					0.013
刺蒺					0.006			0.006
大果虫实	0.043	0.007	0.015	0.019	0.017	0.038	0.055	0.019	0.031
地锦					0.004	0.007		0.011	0.006
狗尾草	0.176	0.108	0.204	0.129	0.096	0.189	0.232	0.127	0.381
画眉草	0.003				0.017	0.002	0.036	0.018	0.012
尖头叶藜							0.052
苦荬菜			0.002			0.003	0.008
牻牛儿苗								0.003
毛马唐	0.020	0.021	0.044	0.033	0.033	0.061	0.093	0.094	0.063
三芒草						0.005			0.047
沙地旋覆花	0.215	0.361	0.277				0.161	0.053
沙蓬	0.496	0.448	0.290	0.439	0.584	0.450	0.347	0.567	0.105
砂蓝刺头		0.002	0.025				0.014
菟丝子		0.009
雾滨藜			0.078		0.033	0.025		0.055	0.143
野菽						0.006
猪毛菜		0.010	0.010		0.042	0.004		0.024	0.004
猪毛蒿		0.001				0.031			0.015
一年生植物	0.954	0.968	0.944	0.621	0.845	0.823	0.996	0.977	0.806
扁蓿豆									0.017
差不嘎蒿			0.020	0.343	0.151	0.142		0.012	0.036
达乌里胡枝子				0.024	0.006	0.176	0.016	0.016	0.122
赖草									0.087
芦苇	0.046	0.032	0.032	0.018		0.014
小叶锦鸡儿			0.003			0.011
直立黄芪								0.004	0.020
多年生植物	0.046	0.032	0.056	0.385	0.157	0.342	0.016	0.032	0.282
物种丰富度	7	10	12	7	12	16	10	14	15

物种	重要值
	自然恢复			种植差不嘎蒿			设置草方格沙障
	2017年	2018年	2019年	2017年	2018年	2019年	2017年	2018年	2019年
苍耳					0.013
刺蒺					0.006			0.006
大果虫实	0.043	0.007	0.015	0.019	0.017	0.038	0.055	0.019	0.031
地锦					0.004	0.007		0.011	0.006
狗尾草	0.176	0.108	0.204	0.129	0.096	0.189	0.232	0.127	0.381
画眉草	0.003				0.017	0.002	0.036	0.018	0.012
尖头叶藜							0.052
苦荬菜			0.002			0.003	0.008
牻牛儿苗								0.003
毛马唐	0.020	0.021	0.044	0.033	0.033	0.061	0.093	0.094	0.063
三芒草						0.005			0.047
沙地旋覆花	0.215	0.361	0.277				0.161	0.053
沙蓬	0.496	0.448	0.290	0.439	0.584	0.450	0.347	0.567	0.105
砂蓝刺头		0.002	0.025				0.014
菟丝子		0.009
雾滨藜			0.078		0.033	0.025		0.055	0.143
野菽						0.006
猪毛菜		0.010	0.010		0.042	0.004		0.024	0.004
猪毛蒿		0.001				0.031			0.015
一年生植物	0.954	0.968	0.944	0.621	0.845	0.823	0.996	0.977	0.806
扁蓿豆									0.017
差不嘎蒿			0.020	0.343	0.151	0.142		0.012	0.036
达乌里胡枝子				0.024	0.006	0.176	0.016	0.016	0.122
赖草									0.087
芦苇	0.046	0.032	0.032	0.018		0.014
小叶锦鸡儿			0.003			0.011
直立黄芪								0.004	0.020
多年生植物	0.046	0.032	0.056	0.385	0.157	0.342	0.016	0.032	0.282
物种丰富度	7	10	12	7	12	16	10	14	15

项目	物种丰富度		植被盖度
项目	F	P	F	P
沙丘类型	48.25	< 0.001	4.926	0.029
固沙措施	12.93	< 0.001	2.601	0.080
年份	7.544	0.001	11.80	< 0.001
沙丘类型×固沙措施	1.010	0.406	0.525	0.717
沙丘类型×年份	0.573	0.566	8.081	0.001
固沙措施×年份	0.622	0.648	0.935	0.448
沙丘类型×固沙措施×年份	2.745	0.070	0.073	0.930