生态毯对川西北流动沙地生态恢复的影响

张 利， 罗 麟， 朱欣伟， 唐小强， 康 英， 任君芳， 何建社， 刘千里*

(1. 阿坝州林业科学技术研究所， 四川 汶川 623000； 2. 若尔盖县环境保护和林业局， 四川 若尔盖 624500)

生态毯也叫生态植被毯，生态垫[1]等。生态毯最早在德国开始使用，目前在欧美得到广泛应用，具有施工快、保水固土、防尘、生态可降解等特点。国内生态毯研究与应用起步于20世纪80年代末，主要集中于生态毯对土壤侵蚀的防护作用，而对其有效控制击溅侵蚀、促进植被恢复和改良土壤方面的研究则相对有限[2]。

川西北高寒草地地处青藏高原东部边缘半湿润地区，属我国长江、黄河两大水系的源头，是长江、黄河流域重要的生态安全屏障[3]。近年来由于自然和人为因素，川西北高寒草地退化及沙化日趋严重，截止到2010年，该地区沙化面积占四川全省沙化土地面积的89.9%[4]，直接影响长江流域和西部地区生态安全，制约了该区域经济可持续发展，草地沙化治理仍迫在眉睫。目前对高寒沙化草地治理的研究多集中在沙化机理、治理模式、植被特征、土壤特征等方面[5-6]。因此本研究选取川西北流动沙地为研究对象，采用生态毯覆盖、种植红柳等植被恢复措施，探讨生态毯覆盖后对沙化草地植被恢复和土壤改良效果。以期为川西北沙地植被恢复模式筛选提供参考。

1 研究区概况

研究区位于四川省阿坝州若尔盖县(32°20′～34°05′ N，102°00′～103°30′ E)，属于大陆性高原寒温带季风气候，长冬无夏、霜冻期长、干雨季分明。年平均气温0.7～1.1℃，1月气温-10.5～-7.9℃，7月气温10.9～11.4℃，年平均降水量为650～750 mm，湿润系数1.26～1.93[7]。研究地点位于若尔盖县阿西乡阿西村，距离县城约14公里，该地土壤以流沙为主，砂砾含量在95%以上，有机质含量低于2 g·kg-1，且仅有少量的莎草科、蔷薇科等植物生长，盖度低于10%。

2 研究方法

2.1 试验设计与样品采集

2014年4-5月在流动沙地上施撒牛羊粪(15 000 kg·hm-2)和混合草种(120 kg·hm-2)，混合草种为一年生燕麦和多年生老芒麦，混合比例为3∶7。然后实施铺设生态毯(稻草)、栽植柳树、铺遮阳网3种治理措施，在附近设置对照，试验地均设置网围栏。生态毯及遮阳网的规格均为1 m×1 m。 2年后，每种治理措施分别设置3块样地进行调查，大小为10 m×10 m，每个样地内选取3个大小为1 m×1 m的样方，记录样方内的物种数和植被盖度，在样方沿对角线方向选3个点，进行土壤理化性质的测定，每个样点按0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm 3个土层采集样品，一次性取到60 cm的深度，每层数据为3个点的平均值，并用环刀在对角线上3个点进行土样采集，每个点采集2个，分别用于测定土壤容重、土壤含水率。

2.2 测定方法

2.2.1土壤理化性质的测定 土壤容重和土壤含水率采用环刀法，土壤理化性质分析采用常规方法测定[8]，测定内容包括：有机质、全氮、全磷、全钾和pH值。

2.2.2物种多样性的测定 物种多样性主要采用群落物种丰富度、Shannon-Wiener信息指数、Simpson多样性指数和均匀度指数(Pielou指数)等，物种的优势度由其重要值表示，计算方法[9]如下：

(1)重要值(IV)=(相对多度+相对盖度+相对频度)/3

相对多度(RA)=(A/∑A)×100%

相对盖度(RD)=(D/∑D)×100%

相对频度(RF)=(F/∑F)×100%

上式中：A-某物种的多度，F-某物种的频度，D-表示某物种的盖度。

(2)群落的物种丰富度

Margalef 指数： R=(S-1)/lnN

(3)物种多样性

(4)物种均匀度

上式中，Ni为第i种的个体数，N为所有种的个体总数，Pi为物种i的个体数Ni占所有个体总数N的比例，即Pi=Ni/N，i=1,2,3……S，S为物种总数。

2.3 数据分析

采用Excel 2007软件进行数据处理与制图，采用SPSS 17.0软件对不同治理措施进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，Levene方差齐性检验后，符合方差齐性的用LSD 法进行多重比较，方差非齐性的用Tamhane′s T2法进行多重比较。

3 结果与分析

3.1 生态毯的保水效益

如表1所示，3种治理措施下，流动沙地60 cm深度土壤的平均含水率均显著高于对照组。较对照处理，铺设生态毯的土壤平均含水率提高了39.77%，栽植植物样地的土壤平均含水率提高了21.61%，铺遮阳网的土壤提高了18.16%。

表1 不同治理措施下土壤含水率的变化Table 1 The change of mean soil moisture contents with different vegetation restoration measures

注：不同字母表示不同治理措施间差异显著(P<0.05)

Note: Different letters indicate significant difference between control methods at the 0.05 level

3.2 生态毯对土壤的改良效果

由表2可知，土壤平均砂砾含量和平均容重均表现为铺设生态毯<栽植植物<铺设遮阳网<对照。铺遮阳网、栽植植物、铺设生态毯3种治理措施样地土壤平均有机质含量较对照组分别增加了4.66%，12.95%和27.98%，铺设生态毯样地土壤有机质含量显著高于其余2种治理措施。铺设生态毯样地土壤的全N、全P 、全K含量与对照样地相比，分别提高了50%，22.22%和2.76%，与其余2种治理措施相比，全N、全P 含量差异均达到显著性差异(P<0.05)。

表2 不同治理措施土壤理化性质Table 2 The soil properties under different vegetation restoration measures

3.3 生态毯对植被恢复的影响

3种治理措施实施后，植被盖度大小表现为铺设生态毯>栽植植物>铺遮阳网>CK(图1)。铺设生态毯样地物种丰富度指数、物种多样性指数较高，且均匀度指数最大(表3)。结果表明采取的3种治理措施均能促进流动沙地植被恢复，但铺设生态毯的促进效果最好。

图1 不同治理措施植被盖度的变化Fig.1 Change of vegetation covers under different vegetation restoration measures

表3 不同治理措施物种多样性指数的变化Table 3 The change of diversity indexes under different vegetation restoration measures

治理措施Control measures丰富度指数Richness indexSimpson指数Simpson indexShannon-Wiener 指数Shannon-Wiener indexPielou均匀度指数Pielou index铺生态毯With mat2.414±0.056a0.822±0.013a2.081±0.020a0.856±0.007a栽植植物Planting plants1.902±0.005b0.713±0.005b1.766±0.013b0.733±0.006b铺遮阳网With shade net1.021±0.019c0.621±0.010c1.041±0.005c0.702±0.013b对照(CK)0.649±0.040d0.592±0.008d1.032±0.004d0.669±0.007b

4 讨论与结论

有研究表明，植物纤维毯可以有效控制水土流失，平均土壤含水率可增加9.6%～25.4%[10]。本研究结果表明，覆盖生态毯样地土壤含水率增加幅度为39.77%，增幅最大。与其他研究结果相似[10]。但低于杨越等[11]对河北流动沙地土壤温湿度和养分的研究结果，这可能是由于研究区环境条件和植被类型存在差异。本研究只通过土壤含水率的变化来探索覆盖生态毯的保水效益，在今后研究其水土保持效益时还应增加径流量、产沙量等指标，综合分析覆盖生态毯的保水效益。

有研究发现，覆盖植物纤维毯后，土壤的理化性质也趋于有利成土作用的方向发展[11-12]。本研究表明，覆盖生态毯后，土壤结构得到有效改善，这与张科利等[12]对人工防蚀生草膜改良土壤作用的研究结果一致。但杨越等[11]对河北流动沙地土壤温湿度和养分的影响研究结果表明，铺设生态垫后土壤有机质、全N等化学指标的含量变化不明显，这可能与生态垫的材料和区域的环境因素有关。

本研究发现，铺设生态毯样地与栽植植物样地植被恢复效果明显，且铺设生态毯样地物种多样性显著高于对照和其余2种治理措施，群落逐渐趋于稳定。这主要是由于生态毯可通过接触保护表土稳定性，阻挡雨滴，减缓径流，避免种子受到风、雨滴打击和径流冲刷而被带走，使植被得到顺利恢复。