34梭梭林在沙漠化地区的生态作用概述

梭梭林在沙漠化地区的生态作用概述甘肃省治沙研究所甘肃省荒漠化防治重点实验室2009.9.25目录梭梭林在沙漠化地区的生态作用概述/2梭梭属与梭梭概述/2梭梭林的防风作用/3梭梭林的固阻沙作用/5梭梭林的调节、改善小气候作用/6梭梭林的改良土壤作用/8梭梭林的维持生物多样性作用/9小结/12科技报告之二/131梭梭林在沙漠化地区的生态作用概述甘肃省治沙研究所&甘肃省荒漠化防治重点实验室1梭梭属与梭梭概述梭梭属（Haloxylon），英文名为Saxaul，属于藜科植物，文献检索到该属植物包括梭梭Haloxylonammodendron(C.A.Mey.)Bge、关节梭梭HaloxylonarticulatatumBoiss、柽柳梭梭HaloxylontamariscifoliumPau、扫帚梭梭HaloxylonscopariumPomel、多花梭梭HaloxylonmultiflorumBge、白梭梭HaloxylonpersicumBge.exBoiss.etBuhse、下弯梭梭HaloxylonrecurvumBge（Haloxylonstocksii）、盐角梭梭HaloxylonsalicornicumBonn.etBarr、施米特梭梭HaloxylonschimittianumPomel、施氏梭梭HaloxylonschweinfurthiiAsch、黑梭梭Haloxylonapphyllum(Minkw)、吉伏特梭梭(Haloxylongriffithii)等12种。由于在分类上比较混乱，如黑梭梭Haloxylonapphyllum(Minkw)是否是梭梭Haloxylonammodendron(C.A.Mey.)Bge的变种，柽柳梭梭HaloxylontamariscifoliumPau和扫帚梭梭HaloxylonscopariumPomel是否属于关节梭梭HaloxylonarticulatatumBoiss等等，因而各国具体种类统计有一定差异。国内刘瑛心等学者不认可黑梭梭Haloxylonapphyllum(Minkw)，认为我国沙漠地区只有梭梭Haloxylonammodendron(C.A.Mey.)Bge和白梭梭HaloxylonpersicumBge.exBoiss.etBuhse2个种。但是，也有众多学者持不同意见，并申请立项从中亚、西亚引进黑梭梭Haloxylonapphyllum(Minkw)材料及其栽培技术。梭梭属中以白梭梭、黑梭梭、梭梭和盐角梭梭的分布范围较广、面积较大，但是在过度放牧与砍伐薪柴的影响下，国内外梭梭属植物遭到严重破坏。梭梭（Haloxylonammodendron(C.A.MeyBge.)，又称为梭梭柴、梭梭树、琐琐、锁锁、盐木等，是一个比较古老的种，在区系地理上属于戈壁—吐兰种。其植株高度、冠幅度变易很大，高度1~5m不等，最高达10m。通常具有明显的主干，其主干扭曲粗糙，基径可达70cm，呈小乔木或丛生灌木状。主干多分枝，当年生嫩枝呈绿色，光滑，多汁，具关节。叶退化为鳞片，仅用绿色嫩枝进行正常的光合作用和同化作用。4月下旬至5月初开放小花，花期10~15d左右，子房暂不发育，处于休眠状态，以度过漫长的夏季干旱，直至8~9月，天气变得凉爽，子房开始发育，逐步形成果实，10月底或11月初果实成熟；种子胎生，寿命一般只有几个月时间，最长不超过2年，因而自然繁殖的成功率很低；垂直根系一般深为5m，水平根系一般伸展达10m。在国外，天然梭梭林分布于土耳其斯坦地区（里海以东地区），包括伊朗、土库曼斯坦、吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦、俄罗斯、蒙古等中亚国家，除哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、蒙古三国外，其他国家的天然梭梭呈零星分布，分布面积不大，发挥生态保护的作用有限。在我国，天然梭梭林的分布范围西起东径76º10′的新疆塔里木盆地西端，东至东径107º30′的内蒙古乌拉特中旗西北部巴音杭盖苏木的图古日格；南自北纬36º的青海柴达木盆地东部，北到北纬46梭梭林在沙漠地区的生态作用2º50′的新疆准噶尔盆地北部乌伦古湖。重点分布在准噶尔盆地、塔里木盆地、库姆塔格、巴丹吉林、腾格里和乌兰布和四大沙漠中的湖盆低地和砾石戈壁西部。按行政区划，分布于我国内蒙的西部、新疆、甘肃的西部和青海的北部，重点分布在新疆的准噶尔盆地和塔里木盆地，内蒙的阿拉善盟和巴彦淖尔盟以及甘肃的河西走廊西端。因此，梭梭荒漠林是干旱荒漠区“绿色生产线”的主体，既是干旱荒漠区重要的草场资源，更是该地区的天然生态屏障，在防风固沙、改良沙区土壤、改善区域环境、维护荒漠区生物多样性等方面起着重要作用。2梭梭林的防风作用2.1梭梭林降低风速作用黄丕振(1987年)对人工梭梭林5a的效益观测表明，梭梭林有明显降低风速的作用，造林第2年可降低风速15%，而到第5年降低风速可达到70~80%，对近地层气流阻力增加1.2~6.6倍，降低风速12~60%，阻截风沙流含量70~95%。其他研究表明，人工梭梭林灌草林带降低风速的作用随带宽增加而增加，这是因为随灌草带宽度的增加，下垫面粗糙度在整个灌草带内粗糙度增加1.9~120倍，对近地层气流的阻力增加1.2~6.6倍。如以空旷地的风速为100%，在30m测点降低风速12.5％~16.7%；在60m测点降低14.7%~29.2%；在120m测点降低风速20.6%~33.3%；在180m测点降低38.5%~45.8%；在240m测点降低52.9%~59.4%。近地层风速与带宽间呈明显的直线负相关，而且随着梭梭植株年龄和覆盖度的增加，梭梭林对风速的影响将进一步加强。梭梭疏林地尽管覆被率只有10%，也具有一定的防风效果，其林冠层以下的风速较之空旷地仍降低34.1%~56.9%。对于带宽约为200m，最大密度为276.8株/hm2的非均匀梭梭林带，当外界风速达到8.0~10.0m/s时，林带内0~400cm高度范围内风速降幅在41.44%~72.22%。天然梭梭林也具有明显的降低风速作用。据观测计算，天然梭梭密林地粗糙度为1.6506cm，较空旷地提高217.2倍，因而对近地层风速产生明显的影响，梭梭密林林冠层以下的风速为0.53~2.5m/s，较空旷地相应高度的风速4.25~7.2m/s降低了82.6%~87.5%，使起沙风速降低为微风状态。2.2退化梭梭林＋机械沙障降低风速作用严重衰退梭梭林（疏林）中布设塑料沙障、麦草沙障和粘土沙障后，地面粗糙度由0.058cm增加到4.05cm，4.90cm和1.42cm，较对照梭梭林分别增大70、84和24倍，而较对照流沙增大1687、2040和590倍（表1）。下垫面粗糙度显著增加，大大增大了对近地面层风沙流的阻力，三种机械沙障相比，塑料沙障和麦草沙障改变下垫面的作用更大，粘土沙障较小。表1布设机械沙障后林地下垫面粗糙度变化阿拉善SEE生态协会“乌兰布和沙漠天然梭梭林科学考察”项目科考报告之一3类型退化梭梭林区流沙区塑料沙障麦草沙障粘土沙障CK塑料沙障麦草沙障粘土沙障CK粗糙度(cm)4.05cm4.901.420.0581.5021.5170.5610.0024CK的倍数70842416266322341在退化梭梭林中布设机械沙障后，林内风速特别是近地面层的风速值明显降低。在2m高度风速在6m/s风速下，退化梭梭林+塑料沙障区近地面层10cm、20cm、30cm的风速为1.55m/s、2.30m/s、3.14m/s，仅占到对照梭梭林的39%、56%和77.1%；退化梭梭林+麦草沙障区为1.55m/s、2.10m/s、2.78m/s，仅占到39%、51%和68.2%；退化梭梭林+粘土沙障区为2.52m/s、2.74m/s、3.37m/s，占到63.6%、66.6%和682.7%；风速达到8m/s时，对照梭梭林内的风速已经达到或超过当地的起沙风速；而布设机械沙障后，在风速达到10m/s时，还没有达到起沙风速。若按照6~10m/s平均风速下10cm高度层降低比例推算，退化梭梭林＋塑料沙障有效防护风速达到21m/s，退化梭梭林+麦草沙障达到22m/s，退化梭梭林+粘土沙障达到12m/s，而退化梭梭林仅为7.9m/s（图1，表2）。由于材料的不同，三种机械沙障在布设后的几年，防护作用均有一定的变化，其中塑料沙障变化很小，麦草沙障变化最大，一般5年后作用会消失，粘土沙障在布设后2~3年有变化，之后趋于稳定。表2不同风速下各退化梭梭林＋机械沙障近地面层风速值风速及其所占CK同层的百分率退化梭梭林+塑料沙障退化梭梭+麦草沙障退化梭梭林+粘土沙障退化梭梭林CK10cm20cm30cm10cm20cm30cm10cm20cm30cm10cm20cm30cm6m/s1.552.303.141.552.102.782.522.743.373.974.114.07百分率%39.056.077.139.051.068.263.666.682.71001001007m/s1.642.633.571.582.172.932.883.133.854.474.664.69百分率%36.656.576.035.346.662.664.367.282.11001001008m/s2.032.974.001.912.613.583.463.784.404.955.245.31百分率%41.056.775.338.749.867.469.872.182.91001001009m/s2.083.174.422.002.973.943.544.214.755.545.966.042134图1机械沙障＋退化梭梭林内风速1对照区2退化梭梭林+粘土沙障区3退化梭梭林+塑料沙障区4退化梭梭林+麦草沙障区梭梭林在沙漠地区的生态作用4百分率%37.653.173.136.149.965.363.970.678.610010010010m/s2.173.505.172.133.424.674.444.445.226.446.896.72百分率%33.650.876.933.049.669.469.064.577.7100100100平均风速%1.892.914.061.832.653.583.373.664.325.085.375.37百分率%37.354.375.636.149.466.766.468.180.5100100100占2m高度平均风速的百分率23.636.450.822.933.144.842.145.854.063.567.167.13梭梭林的固阻沙作用3.1梭梭林阻截流沙作用风沙流是一种近地层的沙粒搬运现象，而且风沙流输沙量与风速的三次方成正比。如前文所述，梭梭有明显的防风效益，因此随风速降低必然会导致气流含沙量减少。随着梭梭植株年龄和覆盖度的增加，下垫面的粗糙度随之增加，再加上植物本身的阻沙作用，便有效地阻截了外来流沙的前移，这对于保护绿洲，防止沙漠化扩展具有十分重大的意义。观测结果表明，在0~20cm高程内，如以空旷地的输沙量为100%，在30m宽梭梭灌草带即可阻截风沙流含量的70％左右；60m处阻截流沙量达到85％左右；至120m处之后，风沙流含沙量就仅剩得5％左右，因此要将流沙有效地阻截在绿洲外围，梭梭灌草带的宽度应不少于120m为宜。梭梭天然林也表现出同样显著的固沙、阻沙效益。天然梭梭林有效降低风速后，有力地阻止地面风蚀和风沙流的移动，使285m宽片林背风林缘的风沙流含沙量较迎风林缘减少95%。3.2退化梭梭林＋机械沙障固阻沙作用退化梭梭林（疏林）中设置不同机械沙障后，0~20cm各层的输沙量均有大幅度下降，在对照区2m高度处的平均风速为6.28m/s时，退化梭梭林＋塑料沙障0~20cm的总输沙率仅为1.752g/cm•h，占到对照梭梭林64.187g/cm•h的2.73%；退化梭梭林＋麦草沙障为0.0741g/cm•h，占0.11%；退化梭梭林＋粘土沙障为12.397g/cm•h，占19.3%。从0~20cm各层的输沙量分布来看，对照梭梭林主要分布在0~4cm层，占到总输沙量的70%，