甘家湖国家级自然保护区防风固沙功能初步评估

雷春英,吴明,宁虎森,吴圣华,沈飞

(1.新疆林科院治沙造林研究所,新疆乌鲁木齐830063;2.新疆治沙办,新疆乌鲁木齐830000)

甘家湖国家级自然保护区防风固沙功能初步评估

雷春英1,吴明2,宁虎森1,吴圣华2,沈飞2

(1.新疆林科院治沙造林研究所,新疆乌鲁木齐830063;2.新疆治沙办,新疆乌鲁木齐830000)

根据甘家湖国家级自然保护区林地资料,参照三北风沙区土壤类型相同或土壤可蚀性接近区域的土壤侵蚀模数,对该区域的防风固沙功能进行初步评估。结果表明:该区域年固沙量为1 939 609.52 t,各林地防风固沙能力由大到小依次为灌木林地＞沙生灌丛＞有林地＞疏林地,灌木林地面积仅占55.26%,年固沙量却占71.81%,单位面积年固沙量为4 610.74 t km-2a-1,是区域平均值的1.27倍,灌木林地防风固沙功能较其他林地尤为突出。

甘家湖国家级自然保护区;防风固沙;侵蚀模数;土壤可蚀性;林地

风沙天气的形成是风力驱动与丰富而干燥的沙源共同作用的结果。阿拉山口年平均大风日数远远大于下风向的乌苏,而年平均沙尘暴天气远低于乌苏,充分说明了艾比湖周边地区过境来的沙尘暴很少[1,2]。处在阿拉山口大风通道下的博尔塔拉河下游及精河、奎屯河、古尔图河、四棵树河中下游的冲洪积细土平原,植被覆盖度低,裸露于地表干燥而疏松的土质,遇大风天气极易就地起沙,每年风蚀耕地浮土1～2 cm,风蚀表土90～195 m3hm-2[3]。处于阿拉山口下风向,位于艾比湖西岸的甘家湖国家级自然保护区不仅是我国研究荒漠生态系统的重要基地,也是防风固沙抑制艾比湖流域风沙天气的前沿阵地。

1 研究区概况

甘家湖国家级自然保护区位于准噶尔盆地西部,地跨精河东北、乌苏西北交界地带。地理坐标44°50′57″—45°05′N,83°20′15″—84°07′E,总面积546.67 km2。年均风速为2～3 m s-1,年风日50～100 d,风速可达4～5 m s-1。年均气温6.7℃,年降水量不足167 mm,年蒸发量1 500 mm以上[]。

2 研究材料与评估方法

2.1 研究区林地资料

根据精河县与乌苏市森林资源二类调查资料,从中获取甘家湖国家级自然保护区林地资料。保护区主要树种为梭梭、胡杨和柽柳,土壤类型为风沙土、灰漠土、盐碱土和棕钙土。林地面积534.371 2 km2,其中有林地39.730 7 km2、疏林地10.831 8 km2、灌木林地302.103 6 km2、苗圃地0.073 7 km2、宜林地96.659 9 km2、沙生灌丛84.971 5 km2。有林地最高郁闭度为0.5,灌木林地最高覆盖度为65%。根据《森林资源规划设计调查主要技术规定》判定,中郁闭度(0.40～0.69)的有林地面积为1.393 9 km2,仅占有林地面积的3.51%;疏覆盖度(50%～69%)的灌木林地面积27.197 km2,仅占灌木林地面积的9.00%。

2.2 土壤侵蚀模数

土壤侵蚀模数参照三北风沙区土壤类型相同或土壤可蚀性接近区域的土壤侵蚀模数。

表1 三北风沙区几种土壤侵蚀模数

表1中所涉及的几种土壤可蚀性(K值)见表2。由表2可知棕钙土、灰棕漠土、盐碱土平均K值接近,棕钙土、灰棕漠土K值变化范围小于盐土大于漠境盐土。灰漠土与风沙土K值范围接近,平均K值接近,且大于棕钙土、灰棕漠土、盐碱土。

表2 几种土壤的可蚀性

由表1、表2可见,当无植被覆盖时土壤侵蚀模数与K值变化方向一致,而有植被覆盖时变化方向不一致,郭雨华等人曾测定风蚀率随灌木林盖度的增大呈指数减少[12],即随着植被盖度的增大,土壤侵蚀模数降低。因此,无植被覆盖情况下以K值选取土壤侵蚀模数,低覆盖度情况下,综合K值与覆盖度选取土壤侵蚀模数,中覆盖度以植被覆盖度选取土壤侵蚀模数。因棕钙土、盐碱土、灰棕漠土K值接近,土壤类型为棕钙土或盐碱土的宜林地土壤侵蚀模数参照内蒙古四子王旗无植被覆盖的棕钙土、栗钙土区域,即6 214.7 t km-2a-1;土壤类型为棕钙土或盐碱土的疏林地土壤侵蚀模数参照甘肃玉门植被稀疏的灰棕漠土、风沙土区域,即3 030 t km-2a-1;土壤类型为棕钙土低郁闭度的有林地与土壤类型为盐碱土的沙生灌丛土壤侵蚀模数参照新疆哈密乔灌草覆盖度25%～30%的盐碱土区域,即2 540 t km-2a-1。因灰漠土与风沙土K值接近,土壤类型为风沙土的宜林地土壤侵蚀模数参照新疆达坂城无植被的砾石沙土、风沙土区域,即6 700 t km-2a-1;土壤类型为灰漠土或风沙土的覆盖度20%～30%的沙生灌丛与灌木林地,土壤侵蚀模数参照新疆独山子灌草覆盖度约为25%的灰漠土区域,即2 009 t km-2a-1。中郁闭度的有林地土壤侵蚀模数参照河北黄羊滩覆盖度50%的新疆杨林地,即360.8 t km-2a-1。疏覆盖度的灌木林地土壤侵蚀模数参照覆盖度40%的侧柏林地,即992.7 t km-2a-1。中覆盖度的灌木林地参照中覆盖度的沙枣与刺槐林地的均值,即760 t km-2a-1与440 t km-2a-1的均值600 t km-2a-1。

2.3 固沙量估算

参照《荒漠生态系统服务评估规范》(LY/ T2006-2012)中的公式来计算固沙物质量。

式中:G固沙为荒漠生态系统总固沙量,单位为t a-1;A有植被为有植被覆盖或结皮的荒漠生态系统面积,单位为km2;Q有植被为有植被覆盖或结皮的荒漠生态系统单位面积输沙量,单位为t km-2a-1;Q无植被为无植被覆盖或结皮的荒漠生态系统单位面积输沙量,单位为t km-2a-1。

无植被覆盖区,棕钙土、盐碱土Q无植被为6 214.7 t km-2a-1,风沙土、灰漠土Q无植被为6 700 t km-2a-1。

3 结果与分析

表3 甘家湖梭梭林国家级自然保护区不同林地固沙量

甘家湖国家级自然保护区年固沙量1 939 609.52 t,单位面积年平均固沙量3 629.7 t km-2a-1。不同林地单位面积年固沙量(见表3)由大到小依次为灌木林地＞沙生灌丛＞有林地＞疏林地,说明灌木林地防风固沙能力大于有林地,与黑河下游重要生态功能区防风固沙能力(有林地＞灌木林地＞中覆盖度草地＞低覆盖度草地[13])不同。这是由于该区域有林地整体郁闭度不高,最高郁闭度为0.5,且中郁闭度的有林地面积仅占有林地面积的3.51%。而灌木林地最高覆盖度为65%,中覆盖度灌木林地占灌木林地面积的9%,即灌木林地平均盖度高于有林地,从而使灌木林地固沙能力大于有林地。植被覆盖度仅为20%的沙生灌丛防风固沙能力却大于有林地,这是因为99.79%有林地分布于棕钙土或盐碱土区域,55.85%的沙生灌丛分布于风沙土或灰漠土区域,而无植被风沙土、灰漠土区域土壤侵蚀强度大于无植被棕钙土、盐碱土区域,即同等盖度下风沙土、灰漠土区域的(Q无植被-Q有植被)值大于棕钙土、盐碱土区域的,且有林地郁闭度偏低,致使有林地防风固沙功能偏弱。

4 结论与讨论

几乎无植被生长的哈密沙山扰动区虽然有草方格沙障的保护,在大风季节相对于未经扰动的沙垄,土壤侵蚀量仍然有所增大,扰动区土壤侵蚀模数209 845.08 t km-2a-1,是对照区127 154.6 t km-2a-1的1.65倍[14],充分说明人为扰动增大了自然状态下裸地的土壤侵蚀强度。因此,本文土壤潜在侵蚀模数即Q无植被参照内蒙古四子王旗与新疆达坂城原始状态下的土壤侵蚀模数,而未采用同属冲洪积细土平原的风蚀耕地浮土1～2 cm。本文所参照的土壤侵蚀强度或许与该区域存在真实的差异,但初步评估结果仍能反映出甘家湖梭梭林国家级自然保护区防风固沙功能,以及不同林地防风固沙功能间的差异。

由于中盖度灌木林地占比(9.00%)大于中郁闭度有林地占比(3.51%),致使该区域灌木林地防风固沙功能大于有林地,说明提高中高盖度林地占比有利于促进林地防风固沙功能的提升。灌木林地面积仅占55.26%,年固沙量却占71.81%,单位面积年固沙量(4 610.74 t km-2a-1)是区域平均值(3 629.7 t km-2a-1)的1.27倍,灌木林地防风固沙功能较其他林地尤为突出。因此,宜采取更加有效的生态恢复措施,促进宜林地向灌木林地演替,扩大灌木林地面积,以提高保护区整体的防风固沙功能。

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Function of Sand Fixation and Wind Break in Ganjiahu National Nature Reserve

Lei Chunying1,Wu Ming2,Ning Husen1,Wu Shenghua2,Shen Fei2
(1.Institute of Afforestation and Sand Control,Xinjiang Academy of Forestry Sciences,Urumqi 830063,China; 2.Xinjiang Desertification Control Office,Urumqi 830000,China)

Based on forestland data of Ganjiahu National Nature Reserve,soil erosion modulus of the region with same soil types and soil erodibility in the sand-fixing function of forestland in northwest,north China and northeast China were evaluated preliminarily.Result shows that the annual sand fixation amount of forestland is 1 939 609.52 t,the descending order of the sand fixation ability is that shrub forestland＞sandy shrub＞forest land＞open forest land.The area of shrub forestland only occupied 55.26%,the annual occupied 71.81%.The annual sand-fixing amount in the unit area is 4 610.74 t km-2a-1,which is 12.7 times than the regional annual value.The function of sand fixation and wind break in shrubs is particularly prominent than that of others.

Ganjiahu National Nature Reserve;sand fixation and wind break;soil erosion modulus;soil erodibility; forest land

S759.9

:A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.11.001

1005-5215(2015)11-0001-03

2015-09-18

“十二五”农村领域国家科技计划项目(2012BAD16B0305)

雷春英(1979-),女,新疆巩留人,硕士,工程师,现从事荒漠化防治研究.

宁虎森(1966-),男,新疆焉耆人,教授级高级工程师.