風蝕荒漠的荒漠特性及防治措施

風蝕荒漠的荒漠特性及防治措施

沙漠是指由各種因素引起的干旱、半干旱和干旱地區(qū)的土壤侵蝕。風蝕荒漠化是荒漠化的一種類型,在我國分布約160萬km2。人為干擾是其發(fā)生發(fā)展的主要因素。黑龍江省西部荒漠化面積14781.76km2,其中風蝕荒漠化土地面積為8705.04km2,占荒漠化總面積的58.89%。本文通過定位研究與大面積調查相結合的方法,研究荒漠化區(qū)土壤風蝕的基本特征及其防治技術,對于促進該地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,加強農(nóng)業(yè)基礎設施建設,保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境會具有重要意義。1風蝕荒化區(qū)51628荒漠化區(qū)域位于黑龍江省西部松嫩平原,地理位置:東經(jīng)122°24′-125°53′,北緯45°15′-48°27′,該區(qū)域位于我國東部季風區(qū),屬于溫帶亞干旱-亞濕潤氣候,是我國受夏季風影響最大的荒漠化區(qū)域,風蝕荒漠化區(qū)位于黑龍江省西部荒漠化發(fā)生核心區(qū)域,重點分布在杜蒙、泰來、大慶、齊齊哈爾、肇源等市縣,另外龍江、甘南、富裕等縣也有零星分布,見圖1。2風蝕沙漠特征的研究2.1不同風蝕期土壤肥力的變化風蝕可使土壤物質流失,土壤物理、化學和生物特性退化,同時風蝕也可導致地表土壤機械組成變粗,出現(xiàn)類似沙質的土壤,從而使土壤肥力下降,嚴重影響糧食產(chǎn)量。從表1中可以明顯看出隨著風蝕程度的加重,土壤養(yǎng)分含量逐漸減少,輕度侵蝕與重度侵蝕相比較,有機質含量與水解氮含量的下降比例分別達到了63%和93%,其侵蝕程度的加大,土壤養(yǎng)分的流失狀況顯而易見。研究表明經(jīng)過人為干擾后的風蝕區(qū),年復一年的風蝕過程將導致土壤養(yǎng)分難以估量的損失。2.2砂粒級與地表蓋度的關系及地表風蝕厚度關系風速是風蝕的起動力,風速增加時,其剝蝕,搬運地表土壤的能力也就隨之增加。使土壤顆粒在風流中開始流動的風速值叫風蝕臨界值,只有大于這個風速值的風速才能產(chǎn)生風蝕。臨界起沙風速值取決于土壤粒徑及地表的植被狀況。1982-1996年在項目區(qū)內選擇地勢平坦而又比較開闊的自然狀態(tài)下的耕作風沙土地面做為觀測場地,利用SFY-1型四道數(shù)字電風速儀測定了距離地面2m和0.5m高處的風沙土砂粒開始起動的臨界風速和不同顆粒(>0.25mm、0.25～0.1mm、0.1～0.07mm、<0.07mm)砂粒起動的臨界風速。共觀測到25次資料,經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計檢驗結果得出在粗糙度(Z0)為0.41cm,0-5cm土壤含水量為3.76%條件下,距地面2m和0.5m的起沙風速分別為6.04m/s和4.69m/s。顆粒的粒度特征決定其力學性質與強度,最終影響風蝕強度。因此,風蝕強度與地表物質粒度特征的關系一直受到風沙學界的廣泛關注。經(jīng)過對典型風沙土取樣風干后,將砂粒人工篩選成>0.25mm、0.25～0.1mm、0.1～0.07mm、<0.07mm4種粒級,將各級土樣分別置于平放在耕地表面的人造革面上,經(jīng)觀測得出4種粒級在距地面2m高處的起動風速分別為4.78,5.25,3.39,3.03m/s?；旧吓c粒級大小呈負相關關系。影響起沙風速的因素除了顆粒粒徑外,還有土壤水分、地表粗糙度及地表植被覆蓋等,地表有作物或者作物殘余物覆蓋,其起沙風速大大增加,從而減輕了風蝕。圖2,圖3為1999年,2000年觀測的地表植被蓋度與剝蝕土層厚度的關系。從圖2可以明顯看出1999年觀測的8d中植被蓋度在<10%的情況下剝蝕土層平均達到了0.4cm,而蓋度40%～50%的剝蝕土層為0.29cm,植被蓋度越大其剝蝕土層厚度越小。圖3加入了裸露沙丘的對比觀測,同時觀測時間也增加了6d,兩圖比較明顯看出裸露沙丘的剝蝕厚度基本都在>1cm以上,最大達到了6.5cm,從兩圖中都可以看出植被蓋度越高,剝蝕土層厚度越小,從而大大減少了土壤的剝蝕量,減輕了風蝕程度。安萍莉等人研究表明保護性耕作比其它農(nóng)作制度能夠顯著地減小風速,降低土壤緊實度,提高地表覆蓋度,增加地表粗糙度,從而有效減輕土壤風蝕,防止土壤荒漠化。常旭紅的研究表明作物留茬高度對地表風速的影響程度不明顯,僅與地面有無留茬有關。3風蝕荒漠化的防治技術研究3.1泰來縣沙荒地低產(chǎn)農(nóng)田輕度風蝕區(qū)地處嫩江下游右岸沙丘覆蓋的沖積平原,治理區(qū)總面積10km2,其中耕地2.6km2,全部為沙荒地低產(chǎn)田。行政區(qū)歸泰來縣街基鄉(xiāng)管轄。治理前年風蝕強度為1560t/(km2·a),屬輕度風蝕潛在荒漠化區(qū)。(1)主林沙棘與耕作栽培以植物措施為主,耕作栽培措施為輔,提高地力。植物措施是在治理區(qū)的主害風風向即風口處營造農(nóng)田防護小黑楊固沙林網(wǎng)格。規(guī)格為250m×300m～300m×350m,林帶占地70hm2,有效防護面積800hm2,主林帶寬16m,5行楊樹,邊行混交大果沙棘;楊樹株行距為3m×3m,沙棘株行距1m×1m,形成疏透結構林帶。耕作栽培措施主要有:①錯期播種,躲過旱風期。此栽培措施是根據(jù)每年的刮風時間錯開播種時期,選擇超早熟品種,密集種植,亦可獲得高產(chǎn);②改良風沙土,增強土壤抗蝕能力。通過增施農(nóng)家肥,增加荒漠化土壤的肥力,使風蝕土壤物理性黏粒含量增高,而物理性沙粒相對減少,從而提高土壤抗蝕力;③種植牧草,改良土壤,發(fā)展畜牧業(yè)等措施。主要是在沙化較嚴重的地塊、低產(chǎn)田種植沙打旺、草木樨、紫花苜蓿等豆科牧草,種植3～5a后,再種植作物,既防風蝕又提高作物產(chǎn)量。(2)土地利用比例2002-2004年根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況設計建造了以菜田為主,以草糧為輔,糧林草相結合的治理開發(fā)模式。其中土地利用比例分別是菜田占46%,糧田占11%,林地占18%,牧草占15%,經(jīng)濟作物占10%。通過上述措施有效地控制了沙源,控制了風蝕程度的加大,同時耕作栽培等措施的配套進行,更加強了風蝕地面的粗糙度,從而起到了改良土壤,提高沙荒地低產(chǎn)田的土地生產(chǎn)能力并防止風蝕潛在荒漠化發(fā)展的作用。3.2沙障與林分的關系中度風蝕區(qū)位于泰來縣城東5km處,行政歸泰來縣泰來鎮(zhèn)管轄,是泰來鎮(zhèn)轄區(qū)內最大的沙地,治理前(1986年)區(qū)內風蝕面積為8km2,其中中度風蝕區(qū)為4.4km2,占總面積55%,為正在發(fā)展的荒漠化土地。治理原則是以植物為主,工程措施為輔;在治理順序上,先治流動,后治固定沙地。沙障可以增加氣流的摩擦阻力,削弱貼地風速和提高地面粗糙度及降低氣流輸沙能力等作用,沙障設置后可以通過障埂的占位控制風沙流的吹蝕起點;通過障埂間距和障埂高度控制風沙流的吹蝕深度;通過障埂間距控制風沙流的吹蝕長度。因此本研究在流動沙地上,沿著垂直主害風方向,設置高立式沙障3道,總長1500m,在沙障背風處營造錦雞兒灌木林,防風固沙帶30條,帶寬10m,總長度1500m,林帶占地1.5hm2。帶間距30m,有效防護面積60hm2。使這一流動沙地穩(wěn)定下來,當3,4a沙障因腐朽失去功能后,其后的錦雞兒、杠柳片林正生長繁茂,起到永久性固沙屏障。半固定沙地采取營造林、田、草相結合的開發(fā)模式。在農(nóng)田嵌塊體中間有住宅(引進承包戶)、果園、藥園、苗圃等嵌塊體,并配有機井一眼,形成了以承包戶為中心的糧、果、菜、藥相結合的園田式治理開發(fā)模式,各承包戶土地利用比例是:林地占試區(qū)總土地面積37.9%,農(nóng)耕地占21.9%,人工種草占17.4%,“三園一圃”(菜園、果園、藥園和苗圃)占22.8%。這種先設置沙障,再利用成活的灌木治理流動沙地的方法,具有防治速度快,效果好,操作簡單,成本低等特點,長期有效地控制了流沙的擴張蔓延。3.3風蝕劣地情況此類型區(qū)在泰來縣寧姜流動沙地重度風蝕區(qū),該區(qū)行政歸屬泰來縣寧姜鄉(xiāng)管轄,面積12km2,主要分布有風蝕劣地,固定與半固定沙丘,以及流動的新月沙丘、沙丘鏈、沙壟、沙帶等。其中風蝕面積6.9km2,占總土地面積的60%,集中分布在居民區(qū)中;半固定沙地占18.8%,固定沙地16.2%。此治理區(qū)地貌形態(tài)比較復雜,根據(jù)不同類型不同荒漠化程度,實施各不相同的防治技術。(1)管理原則前期以工程措施為主,植物與工程措施相結合,后期以林業(yè)措施為主,固定沙地。(2)從干部地區(qū)造林法此低地一般水土條件比沙丘好,風蝕輕,可不必設置沙障,直接造林治沙。在丘間低地較大的地段,多采用沙灣造林法。此法是利用丘間低地人工林促進風力拉削沙丘,導沙入林,在退出來的沙地,逐年造林使流動沙丘逐漸消滅在林內。在丘間低地造林,增加了地表粗糙度,促使流沙逐步擴散到林內,沙丘變成起伏不大的波狀沙地,流沙被固定在林中。(3)沙區(qū)典型近自然大變形案例“前擋后拉”是治理流動沙丘最有效的辦法之一。一般沙丘高差在3m以下為小型沙丘,3～7m為中型沙丘。這部分沙丘,在沙地中流動性很快,一般一年可位移1～2m,是流動沙地最為活躍部分。應用“前擋后拉”法治理沙丘,“前擋”是在沙丘背風坡后的沙丘低地上栽植喬木(樟子松)以阻擋沙丘前移;“后拉”是在沙丘迎風坡下部栽植灌木(錦雞兒或大果沙棘),固住迎風坡下部沙面,并在灌木作用下造成不飽和氣流,拉削丘頂。典型的前擋后拉為高(喬)前擋,低(灌木)后拉。此法可削掉沙丘頂,沙丘迎風坡形成梯狀地形,使沙丘趨向平緩和固定。(4)丘頂設置沙障新月型沙丘,其形狀為彎月,一般采用行列式方式配置沙障。特別是在單向起沙風為主的地區(qū),多用行列式沙障。在新月形沙丘迎風坡設置時,丘頂空出一段,先劃出一道壓沙障的范圍界線,然后在迎風坡正面中部,自上而下,按所需間距向兩翼劃出設置沙障的線道,并逐一加設一道道垂直主風又稍向兩翼撇出的平行沙障,使沙障微呈弧形。在沙壟上設置沙障時,壟頭部分與新月沙丘迎風坡的配置相同。壟身有迎風坡和背風坡之分的,先在迎風坡離脊相當距離處設一道沙障并與沙壟走向大致平行,然后再從這里順坡稍撇向下前方加設一道道行列式沙障。(5)緩慢沙區(qū)的處理該類型沙地采取“攆、擋”等技術措施進行防治。沙區(qū)封沙育草生態(tài)修復此法可引沙入林,以林固沙,可以把沙丘地變成以林為主的農(nóng)牧結合地基地。其具體措施:一是在沙丘迎風坡基部犁耕,人工促進風蝕。二是在丘間地造林,封沙育草加大地面粗糙度。再引沙入林使沙子在林內堆積,上源不斷攆沙騰地,必然造成沙丘以不同形式進入下源人工林內,待林地面積擴大后,沙丘趨向平緩,將沙固定,如圖4所示。沙障擋風型采用格式沙障擋住風沙流入侵。在沙障網(wǎng)格中栽植沙生植物錦雞兒或沙棘。這樣形成沙障擋風,經(jīng)3,4a后沙障枯爛,灌木叢生長繁茂,郁閉成林,詳見圖5。不同的沙地類型就必須采取不同的治理措施,根據(jù)沙地的特點逐一治理,從而達到治理一個成功一個,治理一面成功一面的良好效果。4防治技術研究通過對風蝕區(qū)的土壤物理性質,機械組成的研究,確定了距離地面2m和0.5m高處的風沙土砂粒開始起動的臨界風速和不同顆粒砂粒起動的臨界風速,通過觀測得出地表植被蓋度。在防治技術研究中,利用植物措施、栽培措施為