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低覆盖度治沙理论及其在干旱半干旱区的运用探讨
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2016/11/10 10:18:28  

1 低覆盖度治沙理论

1. 1 低覆盖度治沙的植被格局理论

由于水分制约,在干旱半干旱地区,只能营造接近自然分布密度的稀疏固沙林。因此,以防风固沙、修复退化土地为目标,从提高水分利用率、植被稳定性和加快修复速度出发,按照当地自然林地的覆盖度,营建固沙林( 植树占地15% - 25%,空留70% - 85%土地为自然修复带) ,在确保完全固定流沙的条件下,形成能够促进土壤与植被、微生物快速修复的乔灌草复层植被结构,构成低覆盖度防沙治沙体系。低覆盖度行带式配置的防风固沙林其防风固沙效果明显提升,充分发挥其生物沙障的作用,促进带内自然植被快速修复和土壤发育,直到人工固沙林" 寿终正寝" 后,确保空留的自然植被修复带的植被接近地带性植被,同时能够继续稳定生长发育。这样,行带式人工生态林或者灌丛能够较好的实现人工植被向自然植被的和谐过渡,达到可持续防风阻沙的最终目标,这是低覆盖度治沙的理论内涵。

1. 2 低覆盖度治沙的风沙物理学理论

低覆盖度行带式固沙林具有显著的阻碍和改变风速的作用,形成相对规整、波浪状的风速流场结构,其基本规律是在带后2H - 3H 处、下一带带前2H 处出现一个风速显著降低区,而在两个带间的中央地带出现一个风速微弱降低区,出现" 凹月" 形沙面,对于带间距较宽的模式带间能够出现多个风速显著降低区和风速微弱降低区,进而形成随林带而波浪变化的流场特征,连续的行带式分布对风速的阻碍和降低表现出明显的累加作用[3 - 4]。非常有效地制约了疏林内局部风速的抬升现象[3,5],行带式配置模式先在林带前发生风蚀,随着吹风时间延长,在林带处或林带后发生堆积,即沙子越过林带而后移的过程; 同时,行带式配置固沙林内的地表粗糙度和摩阻速度较高,风蚀规律稳定,有较好的抑制风蚀作用[5 - 6]; 这是低覆盖度治沙理论的外延之一。

1. 3 低覆盖度治沙的水文学理论

干旱半干旱区自然原生植被状况下,有降雨渗漏补给,地下水是处于一种动态平衡的[7],低覆盖度行带式固沙林从边行向外侧形成一个由低向高的含水量梯度,这个梯度一直延伸到土壤含水量稳定不变的地段,明显地出现了一个土壤水分主要利用带及其外侧的高含水率土壤水分渗漏补给带; 其中土壤水分主要利用带成为林分形成边行优势的重要水分条件。而后者为土壤水分渗漏补给带,这个补给带因无树冠截留,确保降雨中较多的水量到达土壤表层,加上较高的土壤含水率,从而有利于降水在土壤中的渗透,确保有降水渗漏补给深层或者地下水,确保地下水是处于一种动态平衡的。而且行带式这种水分空间格局在极端干旱年份,水分渗漏补给带保存的较多的土壤水分,通过侧向渗透或者林木根系的水平扩展供给固沙林木的根系吸收利用,保证固沙林在极端干旱年份对水分的需求,避免极端干旱年份水分对林木的严重胁迫[8 - 9]。这也是在低覆盖度格局理论下形成的低覆盖度外延水文学理论。

1. 4 低覆盖度治沙的复合理论

低覆盖行带式固沙林配置模式实际上是形成了在占地仅15% - 25%的林带保护下,促进占地75% -85%的以地带性植被自然恢复的复合性固沙植被。宽带间距固沙林起到沙障的作用,同时也确保了自然植物能够定居; 疏林形成的林间小气候又促进带间自然植被快速修复和土壤的形成,而植被的生长又为林带提供了养分和水分补给,达到林草复合植被优势互补,相互衔接持续发育,具有重要的促进生态系统恢复功能。适宜的带宽和配置格局将使固沙林充分发挥长效沙障作用,充分发挥边行优势和界面效益,加快植物与土壤的反馈作用,为带间植被的自然恢复提供稳定而持续源动力与适宜生境,提高种群竞争能力,在固沙林达到生理寿命之前,带间植被自然恢复成稳定群落,形成稳定持续的原初植被[10 - 13]。这就是在低覆盖度格局理论下,外延出最重要的复合理论,即林学边行优势与生态学界面效益组合,形成的人工修复与自然修复有机结合的生态修复理论。

2 低覆盖度治沙在干旱半干旱区的应用

2. 1 低覆盖度治沙体系应用原则

在极端干旱、干旱及半干旱区,主要根据区域水分条件及环境立地特点,选择乔灌木固沙树种,通过调节行带式固沙林的带间距及设置不同的乔灌组合,以形成适合区域环境特点的低覆盖度防风固沙体系,从而达到防风固沙体系的长期、稳定和可持续发展。近十几年的探索,在低覆盖度治沙的范畴内初步提出了" 单行一带"、" 两行一带"、" 多行一带"、" 网格模式"、" 生态林业模式" 等5 类模式。阔叶乔木" 两行一带" 配置是理想模式; 针叶乔木更加喜欢群居," 三行一带" 更加理想," 两行一带" 或者" 四行一带" 均可以; 灌木或半灌木都是根系比较发达的植物,其理想组合是" 单行一带" 或" 两行一带"。对于单风向地区采用低覆盖度行带式分布格局,对于两项或者两项以上害风的地区采用低覆盖度网格布局,其中行带式格局能够形成良好的乔灌混交结构和林草垂直层片结构,稳定性显著增加。所以,低覆盖度固沙林又是一种长寿命的生物沙障,能够长久固碳、提高生物生产力,当人工固沙林" 寿终正寝" 后,人工植被已向自然修复植被稳定过渡。

在固沙林中间空留的自然植被修复带,当沙面稳定后,植物、微生物等就会自然繁育,随着造林年限的延长,带间自然修复的植被多样性增加、多年生植物种增多,向着原初地带性植被的方向演替( 图1) ,生物量增加,这个过程伴随着土壤和微生物的发育。

根据土壤物理、化学及生物因子,植物物种多样性因子,林草界面效应等的综合评价得出,初步提出低覆盖度固沙林优化的带间距为: 半灌木5 - 10m、灌木12 - 28m、阔叶乔木15 - 36m、针叶乔木15 - 40m。在实际工作中,我们要根据不同的树种、不同的模式,选择适宜的带间距,这样才能实现低覆盖度治沙的最优效益。

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