不同规格芦苇沙障生态保护成效研究_田美荣.pdf

不同规格芦苇沙障生态保护成效研究田美荣1，田雨欣2，杨伟超3，冯朝阳1，高吉喜4*，王世曦11.环境基准与风险评估国家重点实验室，中国环境科学研究院2.郑州大学生态与环境学院3.山东省人民政府人工影响天气办公室4.生态环境部卫星环境应用中心摘要沙障是减缓地表风蚀、保护地表植被的重要措施之一，为筛选适宜呼伦湖流域沙地风沙防治的芦苇沙障设置模式，试验按照行距 1、1.5、2 m 的带状以及 1 m1 m、1.5 m1.5 m、2 m2 m 的方格状共设置 6 种不同规格芦苇沙障，选取防风效能、表层土壤含水量、地表蒸发量、沙障内修复物种生长情况 4 个指标评估不同规格芦苇沙障生态保护成效。结果显示：方格状芦苇沙障生态保护成效高于带状芦苇沙障，其中方格状芦苇沙障平均防风效能、表层土壤含水量及地表蒸发量由高到低依次为 1m1 m1.5 m1.5 m2 m2 m；对 6 种芦苇沙障模式内冰草Agropyron cristatum(L.)Gaertn.、披碱草(Elymus dahuricus Turcz.ex Griseb.in Ledeb.)和小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.)的植被生长情况分析显示，冰草在 1 m1 m 方格状芦苇沙障生长较好。合理的沙障设置，不仅能够防风固沙，并且可减少土壤水分的流失。关键词芦苇沙障；防风效能；保护成效；沙地；呼伦湖流域中图分类号：X37 文章编号：1674-991X（2023）02-0753-07doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20220522Study on conservation effectiveness of reed sand barrier with different typesTIAN Meirong1,TIAN Yuxin2,YANG Weichao3,FENG Chaoyang1,GAO Jixi4*,WANG Shixi11.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment,Chinese Research Academy of Environmental Sciences2.School of Ecology and Environment,Zhengzhou University3.Weather Modification Office of Shandong Province4.Satellite Application Center for Ecology and Environment,Ministry of Ecology and EnvironmentAbstractSand barrier is one of the important measures to mitigate the surface wind erosion and protect the surfacevegetation.In order to select the suitable mode of reed sand barrier for controlling wind and sand in Hulun LakeBasin,six types of reed sand barriers were set up including three belt sand barriers with the banded row spacing of 1m,1.5 m,2 m and the square sand barriers of 1 m 1 m,1.5 m 1.5 m,2 m 2 m.Four indexes including windprevention efficiency,soil moisture content,surface evaporation,and the growth of ecological restoration species insand barriers were selected to evaluate the ecological protection achievement of six types of reed sand barriers.Theresults showed that the ecological protection achievement of square reed sand barriers were higher than that of beltreed sand barriers.The average windbreak efficiency,soil surface moisture content and surface evaporation ofsquare reed sand barriers from high to low were:1 m 1 m 1.5 m 1.5 m 2 m 2 m.The analysis of the abilityvegetation growth of Agropyron cristatum(L.)Gaertn.,Elymus dahuricus Turcz.ex Griseb.in Ledeb.,andCaragana microphylla Lam.in the six types of reed sand barrier showed that Agropyron cristatum grew well in the1 m1 m square reed sand barrier.The preferred measure of sandy land control in Hulun Lake basin was the 1.0m1.0 m reed sand barrier planting Agropyron cristatum,which could inhibit wind speed and reduce soil moistureloss,and provide theoretical basis and practical reference for the restoration of sandy grassland in this area.Key wordsreed sand barrier;windproof efficiency;conservation effectiveness;sandy land;Hulun Lake Basin 收稿日期：2022-05-26基金项目：国家重点研发计划项目(2021YFB3901104)作者简介：田美荣（1981），女，研究员，博士，主要从事生态保护与修复研究，*责任作者：高吉喜（1964），男，研究员，博士，主要从事环境科学与资源利用研究， Vol.13，No.2环境工程技术学报第 13 卷，第 2 期Mar.，2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 3 月田美荣，田雨欣，杨伟超，等.不同规格芦苇沙障生态保护成效研究 J.环境工程技术学报，2023，13（2）：753-759.TIAN M R,TIAN Y X,YANG W C,et al.Study on conservation effectiveness of reed sand barrier with different typesJ.Journal of EnvironmentalEngineering Technology，2023，13（2）：753-759.荒漠化是当今全球关注的重点生态问题之一1，各国积极探索治理技术及模式，并积累了丰富的经验。美国基于生态原理采用高新技术手段对沙化土地进行治理2-3；以色列制定了一套系统的防沙治沙方案，并将水资源列为国家战略资源以应对土地沙化荒漠化问题3，澳大利亚通过加强管理和制定相关法律法规，限量放牧并给予经济补贴以减少植被破坏带来的土地荒漠化风险4；我国是荒漠化严重的国家之一，自新中国成立以来实施了水土保持5、退耕还林还草6-7、京津冀风沙源治理8等多项工程治理土地沙化。在各种土地沙化治理研究之中，相关学者对封育模式、种草模式、植灌模式以及沙障模式9的问题研究较多，并根据不同的沙地类型采取相应的治理模式。国内外防沙治沙措施可分为沙障措施、生物措施和其他措施 3 种类型10-11，研究内容主要从沙障的材料及配置12、沙障间距与出露草头高度之间的对应关系13、沙障的防护机制14-15、沙障防风固沙成效16、沙障对生态恢复影响17等方面开展，其中采用沙障的侵蚀与沉积18、凹面特征19、风沙和近地表风况20-21等来评估其防护机制；采用输沙率、风速22、粗糙度23、土壤理化性质24、障壁单元内的内部侵蚀形式25等评估沙障的防风阻沙成效，采用土壤含水量、土壤粒径以及植被恢复状况等评估沙障对生态恢复的影响26。沙障材质主要包括生物质材料、矿物质材料、高分子化工材料和新型材料27-28，以芦苇秸秆等生物质为材料评判依据，无法定量筛选适宜的沙障模式，因此根据研究区立地条件，合理制定沙障保护成效评估指标的沙障是应用最普遍的机械沙障29，在形状30、大小28、孔隙度31及防风固沙效果等方面已有大量研究，具有积沙能力强、成本低廉等特点32-33。尽管沙障技术模式较成熟，但在沙障保护成效评估方面缺乏标准和方法。呼伦湖流域是我国北方重要的生态安全屏障34。近年来随着气候持续干旱，呼伦湖流域土地沙化明显，生态环境面临危机35，因此，呼伦湖流域沙地作为国家生态治理的重点区域，合理设置沙障对提高沙地治理成效具有重要意义。1研究区概况呼伦湖流域位于内蒙古呼伦贝尔市，面积831.6 万 hm236，属中温带半干旱大陆性季风气候，干旱少雨，多年平均温度为0.1，多年平均降水量243.3 mm。春季干旱，多大风，曾记载有 27 m/s 的极端风速37，多年平均风速为 4.28 m/s，是我国著名的大风区之一38。呼伦湖流域内优势种主要有贝加尔针茅（Stipa baicalensis Roshev.）、克氏针茅Stipasareptana var.krylovii(Roshev.)P.C.Kuo&Y.H.Sun、羊 草 Leymus chinensis(Trin.ex Bunge)Tzvelev和小叶锦鸡儿（Caragana microphylla Lam.）等39；人工修复主要物种有冰草Agropyron cristatum(L.)Gaertn.、披碱草(Elymus dahuricus Turcz.exGriseb.in Ledeb.)等40。2研究方法选取呼伦湖流域较平坦沙地作为试验区，参考当地主要沙障设置模式即行距带状与方格状沙障，沙障间距越大，成本越低，但阻沙效果也随之降低，越容易起沙。参考王振亭等13分析得出的出露草头高度与最大间距之间的对应关系，即芦苇沙障出露草头高度为 10 30 cm 时最大间距为 161.63 cm。综合沙障成本和出露草头与最大间距的对应关系，设置行距 1、1.5、2 m 的带状以及 1 m1 m、1.5m1.5 m、2 m2 m 的方格状 6 种规格芦苇沙障，芦苇地下部分高 20 cm，露出地表部分高 30 cm，疏透度约为 0.30，观测不同规格沙障防风效能、对表层土壤含水量、地表蒸发量和物种生长影响。防风效能测定。选取旷野(对照点)、芦苇沙障的背风面、中心点、迎风面共 4 类观测点（图 1），观测点高度按照不超过沙障高度，整数梯度设置原则，采用 Kestrel R4500 测定每个观测点距地面高度为10 和 20 cm 处的风速。每个观测点分 3 次测定风速，即 3 次重复，每次为 1 d，数据记录间隔时间为 10min。以 1 d 的风速平均值计算