库布齐沙漠水冲植柳效益的分析

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目录1前言⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．11．1研究的目的与意义．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯．11．2国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯⋯．．11．2．1国内外在荒漠化土地利用及防治方面的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2．2国内外在沙柳特性及造林方面的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．21．2．3库布齐沙漠治理研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．42研究区概况⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．．．．⋯．．⋯⋯．．．⋯．．．⋯⋯⋯．．52．1地质与地貌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．52．2气候．⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯．⋯．．⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯．．．．．52．3土壤⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．62，4水资源⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯．⋯⋯⋯⋯．62．5植物资源．．⋯⋯．⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．，⋯．．⋯⋯63研究内容与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．73．1流动沙丘水冲植柳技术简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．．73．2研究内容．．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯⋯．⋯．83．2．1利用低压水冲植柳技术造林经济效益研究⋯．⋯．．⋯⋯．⋯⋯．83．2．1．1利用低压水冲植柳技术造林节约成本效益研究⋯⋯⋯⋯．⋯．83．2．1．2利用低压水冲植柳技术造林直接经济效益研究⋯⋯⋯⋯⋯．．83．2．1．3利用低压水冲植柳技术造林的薪炭效益研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯．83．2．2利用低压水冲植柳技术造林生态效益研究⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯·．83．2．2．1利用低压水冲植柳技术造林改良土壤效益研究⋯⋯⋯⋯．⋯．83．2．2．2利用低压水冲植柳技术造林防风效益研究⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．83，2．2．3利用低压水冲植柳技术造林固碳效益研究⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．93。3研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。。93．3．1试验样地选择⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．．⋯93．3．2试验样地布设．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．．⋯．．⋯．．．．⋯93．3．3试验材料选取及处理⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯93．3．4水冲植柳造林⋯⋯⋯⋯，⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯103．3．5沙柳基本指标的测定⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯lO3．3．6单株生物量的测定．．．．．．．⋯．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．103．3．7防风效果的测定⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯儿3．3．7．1风速的测定⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．1l3．3．7．2防风效能的计算⋯．．．⋯．⋯⋯．．⋯．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．11 3．3．7．3地表粗糙地的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．．113．3．8土壤性状的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123．3．8．1土壤容重的测定方法及过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．123．3．8．2土壤含水量的测定方法及过程⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．123．3．8．3土壤机械组成的测定方法及过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．123．3．8．4土壤有机质的测定方法及过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123．3．8．5土壤碱解氮的测定方法及过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．133．3．8．6土壤速效磷的测定方法及过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．143．3．8．7土壤速效钾的测定方法及过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．153．4技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．164．结果与分析⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．174．1利用低压水冲植柳技术造林经济效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯174．1．1利用低压水冲植柳技术造林成本效益⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．174．1．2利用低压水冲植柳技术造林直接经济效益⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．174．1．3利用低压水冲植柳技术造林的薪炭效益⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯184．2利用低压水冲植柳技术造林生态效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯184．2．1利用低压水冲植柳技术造林固碳效益研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．184．2．1．1沙柳林基本情况调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．184．2．1．2沙柳各器官生地上物量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯194．2．1．3沙柳地下各器官生物量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．194．2．1．4沙柳各器官碳储量及年吸收C0：量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．204．2．2利用低压水冲植柳技术造林改良土壤效益研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯2l4．2．2．1土壤物理性状分析⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2l4．2．2．2土壤化学性状分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．234．2．3利用低压水冲植柳技术造林防风效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．264．2．3．1坡底部水冲植柳林防风效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．264．2．3．2坡中下部水冲植柳林防风效益分析⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．284．2．3．3坡中上部水冲植柳林防风效益分析⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．304．2．3．4不同坡位水冲植柳林风速廓线和防风效能对比⋯⋯⋯．⋯⋯325讨论与结论⋯⋯．⋯⋯⋯．．⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯335．1讨论．⋯．．．．．⋯．．⋯．．．．．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．335．2结论．．．．⋯．．．．⋯．．⋯⋯．．⋯．⋯．．⋯．⋯⋯．．．．．⋯．．．．．35致谢．⋯⋯．．．．⋯．．．⋯．．．⋯⋯．．⋯．．⋯⋯⋯⋯．．．⋯．．．．．37参考文献．．．．．．⋯．．．．．．⋯．．⋯．⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．38作者简介．．．⋯⋯⋯．．．．⋯．⋯⋯．．．⋯⋯．⋯．．⋯．⋯．．．．．43 插图和附表清单1．图l造林现场．．．⋯．．．．．⋯⋯．．．⋯⋯．⋯．．⋯．．⋯⋯．．．．．．⋯．．．．．⋯．．82．图2试验地示意图．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．．93．图3插条剪裁制作⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．104．图4指标测量照片，．．⋯⋯．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．．．．．．．⋯⋯105．图5风速测定图．⋯．⋯⋯．．⋯⋯．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯．．⋯⋯．1l6．图6土壤机械组成的测定⋯．⋯⋯．．．⋯．．⋯．．．．⋯．．．⋯．．．．．⋯．．⋯．⋯127．图7土壤有机质的测定．⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯．．．．．．⋯⋯．．．138．图8土壤碱解氮的测定．．⋯．．⋯．．⋯⋯．．⋯．．⋯．．⋯．．．⋯．．．⋯⋯．⋯．139．图9一f：壤速效磷的测定⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯．⋯．．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯1410．图lO土壤速效钾的测定⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯．．．．．．．．．．⋯．⋯1511．图11沙柳单株碳储量各器官所占比例图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2012．图12水冲植柳林与裸沙丘士壤含水率对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯2213．图13水冲植柳林与裸沙丘二I：壤容重对比⋯．．⋯．．⋯．．．．．．．．⋯．．⋯．⋯．⋯2314．图14水冲植柳林与裸沙丘土壤有机质含量对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．2315．图15水冲植柳林与裸沙丘土壤碱解氮含量对比⋯⋯．⋯．．⋯．⋯．．⋯⋯．⋯．2416．图16水冲植柳林与裸沙丘二L壤速效磷含量对比．．．．．⋯．．．．．．⋯．．．．．．⋯．．⋯．2517．图17水冲植柳林与裸沙丘，I：壤速效钾含量对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．2618．图18裸沙丘和沙柳林风速廓线．⋯⋯⋯．．⋯．⋯．．⋯．⋯．．⋯．．⋯．．．．．．．2719．图19沙柳林不同高度处植株防风效能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．⋯．⋯．⋯2820．图20裸沙丘和沙柳林风速廓线⋯．⋯⋯．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯2921．图21沙柳林不同高度处植株防风效能．．．⋯．⋯．．⋯．．．．．．⋯．⋯⋯⋯．⋯．3022．图22裸沙丘和沙柳林风速廓线⋯．．．．．．．．．⋯．⋯．．⋯．⋯．．⋯．⋯．．⋯．．．3l23．图23沙柳林不同高度处植株防风效能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯3224．图24不同坡位水冲植柳林风速廓线比较⋯．．⋯．⋯．⋯．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯3225．图25不同坡位水冲植柳林风速廓线比较⋯．．⋯．．⋯．⋯．⋯．．⋯．⋯．．．．．．．3326，表l低压水冲植柳与传统栽植速度对比27．表2沙柳地上各器官生物璺．．．⋯．．．28．表3沙柳薪炭效益计算表⋯⋯⋯．．29．表4沙柳生长状况基本情况调查表⋯30．表5沙柳地上各器官生物量．，．．⋯．．31．表6沙柳地下各器官生物量．．．．．．．．．．171819 32．表7沙柳含碳率及碳储量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2033．表8水冲植柳林土壤粒径分析⋯⋯⋯．．．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯2l34．表9裸沙丘和沙柳林地表粗糙度⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2635．表10裸沙丘和沙柳林地表粗糙度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．．．．．⋯⋯2836．表11裸沙丘和沙柳林地表粗糙度⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．．．⋯⋯⋯．．⋯29 内蒙古农业大学硕士学位论文1前言，1．1研究的目的与意义当今世界，荒漠化已成为直接威胁人类生存与发展的最为严重的生态环境问题之一。不合理的人为活动、巨大的人口压力以及水资源的不合理利用都是导致土地荒漠的原因。目前，全球有65％的土地面积存在不同程度的沙化，并且每年还在以5x104～7x104km2的速度蔓延，土地荒漠化导致了极其严重的后果，如：土地及生物群落的退化、气候、水温状况的恶化等，从而造成荒漠化地区的十几亿人口仍处于贫困和饥饿之中，受到各国政府和国际社会的普遍关注n~53。我国荒漠化现状也十分严重，为世界上荒漠化严重的国家之一，我国的荒漠化土地主要分布在西北、东北和华北地区等13个省市区，累计荒漠化面积达2．62xlOgkm2。占整个国土面积的27．4％，全国近4亿人口受到荒漠化的影响，每年因荒漠化造成的直接经济损失高达6．42×10m元，平均每天损失近1．76×108元∞1，沙漠的治理迫在眉睫。沙柳(Salixpsammophila)Y．．名北沙柳、西北沙柳，杨柳科柳属灌木，广泛分布于鄂尔多斯、东阿拉善、陕西北部及宁夏东部n·⋯。作为干旱区造林，尤其是沙地造林的首选树种，沙柳具有抗风蚀，耐沙埋，插条造林初期生长迅速，萌芽力强等特点。不论是单独栽植的沙柳纯林，还是与其它树种搭配的混交林，沙柳都以其优良的生理生态学特性在种植区发挥着其不可替代的作用。此外，沙柳还是其所在分布区重要的生物经济资源之一，既可用作燃料，又是纤维板、刨花板、纺织、造纸的重要原料，是沙区重要的工业用材林和固沙树种，具有较高的经济和生态效益旧1。鉴于此，研究在库布齐沙漠利用低压水冲植柳技术造林的经济效益，生态效益以对于当地生态及经济建设有着极为重要的意义。本文研究了库布齐沙漠水冲植柳造林后的经济、生态效益，旨在为库布齐沙漠今后的治理及当地经济、生态建设提供数据支撑。1．2国内外研究现状1．2．1国内外在荒漠化土地利用及防治方面的研究19世纪末，人们开始把环境因素植物的抗旱性联系在～起研究。随着新兴学科植物生态学的诞生，通过研究人们对植物抗旱性有了更多的研究。而沙生植物的生态、生理适应性首先见丁．1972年前苏联出版的《干旱地区生态系统生产力的生理生态基础》(InternationalsymposiumUSSR，1972)一书。书中十分详细的分析了水分利用、蒸腾作用、呼吸作用、光合作用等几个不同侧面对生长在自然干旱环境下的荒漠植被的情况。．A．Makchmof幂I]Zakharyantsd曾分别提出抗旱性研究方法，研究了库祖库姆沙漠中的荒漠植物。从20世纪50年代开始，世 2库布齐沙漠水冲植柳效益的研究界各国陆续开展并且不断重视和普及防沙治沙工作，而治沙事业也开始出现在广泛的国际交往舞台，并且迅速的成为不断的学术活动中的宠儿。在美国，保护当地植被种类防沙治沙工作的重中之重，该项工作多以封育天然植被为主要措施。在上世纪50～60年代，Spechit，Glover和Slatyer等人研究得出，根系并非是荒漠植被吸收水分的唯一方式，研究发现根系的水分还能靠叶片、茎聚集的雨水补给，这对荒漠化植物生存和生长具有重要的生态意义。原苏联沙区开发的重点是以水资源开发为目的模式。而以色列的研究重点则是节水技术的开发，并以此创造了举世闻名的水资源高效利用、荒漠化防治和经济发展三者共赢的节水农业技术。《防治沙漠化行动计划》旨在应用高新科技治理、阻止沙漠化土地及其发展，把适当荒漠化地区资源开发与荒漠化防治相结合，在生态可能性的范围内保证和发展荒漠化地区的生物生产量，提高当地居民的生活水平。该行动计划由1977年的肯尼亚国际沙漠化会议制定并推广。高永“们等经过研究分析得出，当沙丘的植被覆盖度不足15％时，输导沙流是林分的主要防护作用。当流动沙丘的植被覆盖度达到25％左右时，林分的防护效果通常是以固定和阻截风沙流活动相结合为主。当流动沙丘的植被覆盖度可以达到60％左右时，流沙就能成功的被林分固定形成固定沙丘。但是从林分的整体长势和生物产量等多种综合因素考虑，例如在兼顾防治效果的前提下，同时要考虑到当地特色工、农业用材对沙柳苗木枝条粗细、生物产量的要求，流动沙丘植被相对适宜的覆盖率为25％～45％。有人通过对沙丘风沙流运移规律进行研究，研究得出：通过控制沙柳生长地区的风蚀、沙埋情况可以有效的促进沙柳的生长。通过区分不同的沙丘高度以及坡度而采取的分区造林模式，适地造林，使植被的生长环境尽量适合其生长，以适度恢复沙地植被。“”1。1．2．2国内外在沙柳特性及造林方面的研究杨峰等在“毛乌素沙地不同地貌下沙柳根系分布特征研究”中对毛乌素沙地不同地貌下沙柳根系分布特征进行了详细的研究，并且揭示了干旱地区不同地貌下植物的适应机理“4一侧；也有人研究了在相同规格沙障措施下，从坡面风速和风蚀这两个角度对沙丘地形因子对造林成效的影响方面进行了分析”7～例；对固定沙地最理想的沙柳培育立地类型方面也已有研究，其结果是半固定沙地背风坡和丘问低地都比较适合沙柳生长，而半固定沙地迎风坡则不宜开展沙柳推广种植陋“2⋯，不同坡位的沙柳林土壤含水量与沙柳叶片含水量之间有相当密切的关系，2008年就已有人对其进行了分析研究，其结果是迎风坡坡底叶片含水量最高为61．98％，较迎风坡中部高1．96％，而背风坡中部和坡底部叶片含水量的差异不显 内蒙古农业大学硕士学位论文3著。沙柳实生苗、当年平茬苗和未平茬苗的叶片含水量最大的是当年生苗，最小的是实生苗，同时叶片含水量与叶片面积也存在着一定的关系。柳湾林内沙柳叶片含水量与表层土壤含水量存在相关性乜5q引。杨埃清凹“3幻等在毛乌素沙地对当地的主要造林树种～沙柳研究发现，雨季造林成活率高于春季。王耀武口““1等通过对沙柳混交林的研究得出，1m长的沙柳插穗，在流动、半流动沙地上且地下水位<3m的时，为了大幅提高造林成活率，插穗埋深至少为80cm以上。薛凤英口“删等分析研究了库布齐沙漠对合作杨、沙柳的造林密度和当地气象因素对造林效果的影响，指出合作杨和沙柳的造林效果显著地受制于其造林密度。研究表明，气象因子通过综合作用对造林效果产生影响，主要包括春季大风日数和年大风日数，年降水量、年均相对湿度。其中，春季大风日数和年大风日数对合作杨和沙柳的造林成活率和保存率的影响为负相关关系，与年降水量和年均相对湿度的作用相反，年降水量和夏季降水量对合作杨和沙柳的造林效果呈现正相关关系m埔1。米志英等m1等对沙柳的各项生长指标做了研究，结果表明，未被风蚀面的扦插沙柳的平均枝条数、枝条的平均直径以及枝条长度都比风蚀面的大，此结果表明：风蚀会对沙柳造成伤害阻碍其生长。王治国，辛在柱H5~4刀研究发现：适宜沙柳造林的立地条件有如下几种：流动沙地中下部、平缓覆沙地、沙埋区。安保等呻1在造林之前对沙柳插条进行了浸泡处理，造林后调查发现：沙柳的成活率、保存率以及沙柳的各项指标都得到了明显提高。原鹏飞，丁国栋等m’∞1研究表明：沙柳枝条具有萌发新的不定根的能力。沙柳在适度沙埋后，会形成新的根系，从而增强了沙柳的根系系统，使沙柳汲取了更多的水分和养分。因为适度沙埋，根系的发展，沙柳的地上部分的覆盖面积和生物量都有了明显的增加喳“册1。荆涛对毛乌素沙地沙柳的生长进行了研究，他在毛乌素沙地对沙柳天然林分的资源现状、生长情况、分布特点、林分结构、年龄结构；人工林的生长情况，植株的含水率和生物量及其在各构件中的分配旧“”；沙柳的萌生能力和抗沙压能力：在沙柳人工林内、外土壤含水率和养分的差别及防风固沙能力等进行研究，有七个值得我们注意的结果，分别是：①沙柳天然林分分布，主要在湿润的低洼丘问低地、水分条件充足，但不能有时问较长的积水的湿滩地n””1。实验研究区内，天然分布的沙柳林面积最大的可近3000m2，最小的只有十几m2。天然沙柳的林龄通常在一年到八年之间，其中一年到四年的沙柳植株占总数的八成以上；②沙柳的造林方式选择扦插法，其方法简单，生长良好，最主要的是成活率较高，沙柳人工林的根系分布主要在地表下60cm之内，部分深度也可达到1m，沙柳根系呈横向发展，侧根较粗，须根发达，但其冠幅较小；在沙柳人工林中，含水率以及生物量占根的比例最大，这正是沙柳适应干旱贫瘠的沙地环境的主要 4库布齐沙漠水冲植柳效益的研究原因n4川”；③沙柳被沙埋以及砍伤后，生长变的更旺盛，主要是由于它的萌蘖力强№1；④沙柳人工林下的土壤含水率随土壤深度的变化幅度较大，沙柳根生长旺盛的60cm以上含水量较空地小，而以下的部分却又比空地大∞3“引；⑤土壤中的速效P和速效K在土壤表层也有一定的表现，上层多于空地及下层少于空地；六、沙柳根系较大，枝条较多，具有良好的防风固沙能力；七、沙柳的生态价值和经济价值都非常高，前景广阔暗8~9割。1．2．3库布齐沙漠治理研究现状伴随着我国治沙历史的发展，库布齐沙漠的治理也逐步发展。19世纪清代至民国时期外国传教士对鄂尔多斯考察报告中多次谈到库布齐沙漠。1844年法国传教士格尤克与加别，以包头为起点，途中穿越了鄂尔多斯西北部；1871年俄国旅行家普尔哲瓦尔斯基在描述鄂尔多斯北部的自然特征中提到了库布齐沙漠；俄国旅行家波坦宁在考察鄂尔多斯东南部后于1891年在其论文中论述了鄂尔多斯流沙的详细情况口6“⋯。20世纪50年代，国人主导实施的库布齐沙漠治理是随着此时大规模群众治沙造林运动的发展。从1950年～1960年，在国家对防沙治沙工作相当重视的建国初期阶段，国家投入了大量人力物力对库不齐沙漠进行治理。库布齐沙漠地区在该阶段的主要工作是建设治沙、固沙实验点，广泛的总结群众知识经验，并且在“土埋沙丘”、“旱柳高杆造林”等技术在条件相对较好的地段得到广泛采用，营造了小面积点状或片状以乔木为主的固沙林。1958年在黄河南岸，也即库布齐沙漠北部边缘成立规划面积达280km2的达拉特旗白土梁机械林场。1959年，在库布齐沙漠东南缘准格尔旗境内成立规划面积为140km2的布尔陶亥治沙站；1959年在库布齐沙漠境内分别先后成立了规划面积为250km2的格根召治沙站，规划面积为86km2的什拉召治沙站，在库布齐沙漠和南缘毛乌素沙地中间地带规划面积为97km2的阿日柴达木治沙站。同期，群众性的治沙造林发展迅速，并涌现了不少治沙典型。1960～1970年，国家转移了生产建设重点，库布齐沙漠的防沙治沙工作在这期问几乎停滞。70年代末到90年代初，是该区域防沙治沙工作的又一个良好发展的重要时期“””“。90年代末，在国家发展战略的再次转移及“西部大开发”战略决策的时代背景下，库布齐沙漠及周缘地区，开始以绿色植被恢复与建设为目标，以生态环境保护与治理为目的地综合治理与保护阶段，并取得了不小的成绩。从库布齐沙漠形成的历史上来看，在第四纪晚更新世时期，河湖相沉积物所覆盖了库布齐沙漠，之后，在全新世出现了两次湿润期和沙漠形成期。在湿润期湿热的环境下，该地区植被得已大面积恢复，流沙被固定，甚至广泛发育形成肥 内蒙古农业大学硕士学位论文5沃的黑垆土。尽管该地区具有形成沙漠的客观物质条件，但现在库布齐沙漠的扩张发展主要是人为过度开发的结果“”1053。因此，库布齐沙漠具有适宜于沙生植物生存繁衍的条件，虽然不能恢复到库布齐沙漠原始的植被状态，但是完全有可能减缓甚至遏制住库布齐沙漠的扩张，改善库布齐沙漠的植被、气候等条件。沙柳作为荒漠化防治及荒漠化地区经济来源的首要树种，许多因素的结合造成了它的退化，因此在利用沙柳造林治理库布齐沙漠时，不能只考虑单一因素，要多方面综合考虑。库布齐沙漠的综合治理目标是尽可能使得沙柳得到繁殖，方法多样，并且有机结合，如：营养繁殖、种子繁殖，和现有林的复壮更新都能纳入中。2研究区概况2．1地质与地貌库布齐沙漠是中国第七大沙漠，位于内蒙古黄河河套南部，鄂尔多斯高原脊线的北部，除南面以外都以黄河为界，地势南部高，北部低，由南向北缓慢倾斜，横跨内蒙古自治区鄂尔多斯市杭锦旗、达拉特旗和准格尔旗，是中国境内距北京最近的沙漠。长400km，宽50km，总面积约为1．45X106hm2，海拔1000～1619m。沙丘高10～60m，流动沙丘约占61％，形态以沙丘链和格状沙丘为主。梁外区以草原和天然林保护区为主，草原辽阔，草质优良，并盛产多种野生绿色食品，是自治区重要的草原生态畜牧业基地，位于库布齐沙漠和毛乌素沙漠的中间地带，东部为沟壑纵横的丘陵区，南、中、西部为荒沙波状高原地区。因下伏地貌、淤积物厚度等不同，沙丘高度、形态和流动程度等也有差异。在河漫滩分布着一些零星低矮的新月形沙丘及沙丘链，高度多数在3m以上，移动速度较快；流动沙丘占沙漠总面积的81％，形态以沙丘链和格状沙丘为主，其次为复合型沙丘；半固定沙丘占12．59％，有固定和半固定沙丘多分布于沙漠边缘，并以南部为主。沿河区紧靠黄河南岸，系黄河与库布齐沙漠之间东西狭长的冲积平原，地势平坦，水源充沛，土壤肥沃，水源充足，是自治区高效农牧业基地。2．2气候库布齐沙漠气候属大陆性沙漠气候，冬季严寒而漫长，春季干旱少雨且风沙大，每年大风天数为25～35d，年平均气温为5．5℃～8．O。C，一月平均气温一12．6℃，极端最低气温为32．1℃，七月平均气温21．7。C，极端最高气温达38．7。C。平均降水为144．5～366mm，年蒸发量为2100～2955mm，一年内蒸发量最大值一般出现在5-6月份，月平均可达375mm以上。相对湿度45％～52％。年平均日照时数在3040～3300h，日照百分率为69％～72％。最长日照时数1965年为3421．1h，最短日照时数1961年为2890．6h。从东到西日照时数逐渐增加，年太阳总辐射量为 6库布齐沙漠水冲植柳效益的研究139．4kCal／cm2143，3kCal／cm2。无霜期为122～144d，作物生长期1573．8-1921．5h。年平均风速为4．4m／s，最大风速24m／s，风向多为偏西风。大风日数多年平均为55d，最多77d。该区气温高、温差大，年目照时数为3000～3200h，≥10℃有效积温2613．2～3221．1℃。降水特征：春季平均降水量仅占年降水量的11．2％。历年4月份出现兰lOmm的降水只有9次；5月份出现≥lOmm的降水只有16次。平均积雪日数为26d，最多103d(1967～1968)，最少5d(1958年)。最大积雪深度为38cm(1957年)。2．3土壤库布齐沙漠主要土壤是风沙土，但集中分布于沿滩的南部边缘地区及梁外的北半部，呈东西连续带状分布，有部分灰漠土。河漫滩上，主要分布着不同程度的盐化浅色草甸土。2．4水资源库布齐沙漠范围内水资源总量为4．5l×108m3，占鄂尔多斯市水资源总量的19．1％，人均占有量约1640m3，每hm2平均占有量约5070m3。境内八大孔兑(蒙古语：意为沟、J11)年均径流总量1．55x108m3，黄河过境年径流量多年平均为2．475～3．10×108m3。沿黄河242km灌区经国家黄委批准的用水量为4．1x108m3，通过实施节水工程年可置换工业用水1．38xlOSm3。每年降水期仅3个月(7～9月)，年平均降水量仅240-一360mm，而且由东向西逐渐减少，形成东部多、西部少，夏秋季多，冬春季少，阵雨少的降水特点。由于库布齐沙漠南北地形地势的不同，降水区域的差异，形成了不同的水文区域：南部丘陵区域、中部沙漠区域和北部平原区域，南部丘陵区域和中部沙漠区域地表水少，地下水埋深度厚(中部沙漠区域尤其如此)，而北部平原区域则地表水多，地下水埋深度浅。地下水年开采储量为3．15x108m3。年可利用2．9×lOSm3，不同地区的产水量为：北部平原区4．404x104m3／km2；中部库布齐沙漠区为4．402x104m3胁2：南部丘陵区2．932x104m3／km2。全旗地下水日开采储量为89．29x104m3。北部平原区单井涌水量可达100～800ffd，中部沙漠区100～500ffd，南部丘陵区为10～100讹。实验地地下水位较浅，经过人工挖掘，坡底120cm时以经开始有地下水渗出现象。天鹅湖岸边可看到明显的白斑，可见湖水的盐碱浓度较高。2．5植物资源据调查资料表明，杭锦旗有野生植物374种，其中木本野生植物稀少，除霸王(Zygophytlumxanthoxylum)、沙冬青(Ammopiptanthusmongolicus)、四合木 内蒙古农业大学硕士学位论文7(Tetraenamongolica)、蒙古扁桃(Amygdalusmongolica)等珍稀植物外，主要有小叶杨(PopulusSimonii)，沙枣(Elaeagnusanguelifolia)，沙柳(Salixmongolicals)，沙棘(Hippohaerharanoic)，小红柳(Salixmiorostchga)，灰榆(Ulmuegelrllis)，柽柳(Tamarixranosisima)，长叶红砂(Reaumareatrigyhel)。饲用植物309种，现有柠条保存面积15．9万hm2。境内有药用植物139种，以甘草(RadixGlycyrrhizae)、枸杞(Lyciumchinense)、苦参(Sophoraflavescens)储量最大，其中现有野生甘草保存面积15．9×104hm2，人工甘草4．3×104hm2，总储量1．95x108kg，是驰誉中外的甘草之乡，特别是梁外甘草，以其皮色红、粉性足、酸质多被誉为“中药之王”。天然草场饲用植物中菊科有41种、23属，禾木科有25种、18属，豆科有32种、12属。菊科、禾本科、豆科有98种、53属。此外，还有藜科、唇形科、蔷薇科、百合科、毛莨科、旋花科、石竹科、莎草科、十字花科等植物。库布齐沙漠的植物种类多样，植被差异较大。东部为草原植被，多年禾本植物；西部为荒漠草原植被，半灌木植物居多，西北部为草原化荒漠植被，丘间低地碱生植物，以及在沙丘上生长的沙生植物；在北部的黄河成阶地地区，多泥沙淤积土壤，土质肥沃，水利条件较好，是黄河灌溉区的一部分，粮食产量较高。七星湖处于库布齐沙漠的北部，主要沙生物为沙柳。．实验地范围内有大量的芦苇，临近湖边有比较高大的多年沙柳，公路两侧各种植两排人工植被以及少量不规则种植的梭梭。3研究内容与方法3．1流动沙丘水冲植柳技术简介“流动沙丘低压水冲植柳造林技术”是利用有压水流在流动沙丘上打孔扦插沙柳的造林技术，它是在总结流动沙丘造林的传统方法的基础上发明的一种省时高效的造林技术。它利用柴油机为水泵提供动力来抽取地下水，水泵出水口安装三孔转换头将水流分为三股，每股水流通过塑料软管与长度为1．5m、直径为2～3cm的硬质管连接。在造林过程中，以硬质管作为水枪，利用有压水流冲击在沙丘上形成栽植孔，插入沙柳插条，一次性完成造林及灌溉工作。 国库布齐沙漠水冲植柳效益的研究图1造林现场Fig．1Forestationsite3．2研究内容3．2。1利用低压水冲植柳技术造林经济效益研究3．2．1．1利用低压水冲植柳技术造林节约成本效益研究以沙柳条为材料，2009年4月在库布齐沙漠试验样地利用低压水冲植柳技术栽植沙柳，栽植同时计算单株沙柳栽植时间，结合当地劳动力价格与传统栽植方式对比，分析利用低压水冲植柳技术造林节约成本效益。3．2．1．2利用低压水冲植柳技术造林直接经济效益研究以沙柳条为材料，2009年4月在库布齐沙漠试验样地利用低压水冲植柳技术栽植沙柳，栽植4年后利用刈割法抽样采集沙柳生物量、结合刨花板产业的沙柳市场单价推算利用低压水冲植柳技术造林直接经济效益。3．2．1．3利用低压水冲植柳技术造林的薪炭效益研究以沙柳条为材料，2009年4月在库布齐沙漠试验样地利用低压水冲植柳技术栽植沙柳，栽植4年后利用刈割法抽样采集沙柳生物量、计算每亩沙柳林沙柳产量，结合沙柳条的热值推算利用低压水冲植柳技术造林的薪炭效益。3．2．2利用低压水冲植柳技术造林生态效益研究3．2．2．1利用低压水冲植柳技术造林改良土壤效益研究以沙柳条为材料，2009年4月在库布齐沙漠试验样地利用低压水冲植柳技术栽植沙柳，栽植4年后利用环刀法采集沙柳林土壤样品，分析土壤理化性质，研究利用低压水冲植柳技术造林改良土壤效益。3．2．2．2利用低压水冲植柳技术造林防风效益研究以沙柳条为材料，2009年4月在库布齐沙漠试验样地利用低压水冲植柳技术栽植沙柳，栽植4年后利用HOBO风速测定仪，测定沙柳林距地表10cm、30cm、 内蒙古农业大学硕士学位论文950cm、100cm以及200cm高度风速，分析沙柳林地表粗糙度，风速廓线及防风效能等参数，研究利用低压水冲植柳技术造林防风固沙效益。3．2．2．3利用低压水冲植柳技术造林固碳效益研究以沙柳条为材料，2009年4月在库布齐沙漠试验样地利用低压水冲植柳技术栽植沙柳，栽植4年后利用采用全挖法，收集标准样株沙柳的单株生物量，室内测定沙柳各个器官含碳率，结合沙柳栽植密度及造林面积推算水冲植柳林的碳储量，研究利用低压水冲植柳技术造林固碳效益。3．3研究方法3．3．1试验样地选择试验样地选在鄂尔多斯杭锦旗库布齐沙漠腹地七星湖地区，亿利职工宿舍南500m左右的链状沙丘，地理坐标40031’～40041，N，108019’～108。32’41’E。试验样地地貌类型为波状裸沙丘，样地的植被覆盖度<5％，沙丘坡度<20。。3．3．2试验样地布设’●'／＼／ABCA迎风坡坡底B迎风坡中下部C迎风坡中上部图2试验地示意图Fig．2Testinggrounddiagram在对库布齐沙漠土地利用现状及当地植被情况充分调查的基础上，结合试验造林及生产造林的实际情况，为研究出在库布齐沙漠利用沙柳造林适宜的造林地理条件，所以选择主风向垂处的流动沙丘，在沙丘上进一步划分了坡中上部、坡中下部及坡底部3种沙柳造林立地，见图2。3．3．3试验材料选取及处理选取2～3年生、生长健壮、组织发育充实且无病虫害、直径8．0mm左右的沙柳枝条，将其裁剪成长度为110cm的插条，要求：下端裁成马蹄形、上端平 10库布齐沙漠水冲植柳效益的研究滑且无裂伤。将插条直立放入水中浸泡，要求：水面没过插条长度的2／3，浸泡时问为三天。图3插条剪裁制作Fig．3ProductionofCutting3．3．4水冲植柳造林在裸沙丘三个坡位铺设好的各种沙障障格内利用低压水冲植柳造林技术扦插沙柳造林，造林时，要求造林密度为2x2m、插条外露高度为10cm。不同坡位的每种沙障内扦插植柳480株。3．3．5沙柳基本指标的测定图4指标测量照片Fig．4Measuringphoto(1)测定时间及基本指标：在造林半年后对不同沙障防护下水冲植柳进行各项生长指标的测定。生长指标：成活率及株高、冠幅、枝条长度、枝条直径、平均枝条数等。(2)测量方法及工具：成活率、保存率和总枝数采用计数法；株高、冠幅和枝条直径采用卷尺测量，精度为：0．1cm：枝条直径使用电子游标卡尺测量，精度为0．01IIIlTI。3．3．6单株生物量的测定单株沙柳采用全挖称重法测定单株沙柳生物量。 内蒙古农业大学硕士学位论文13．3．7防风效果的测定3．3。7．1风速的测定于2013年4月份对库布齐沙漠水冲植柳林的风速情况进行测定。将库布齐沙漠利用低压水冲植柳技术造林的沙丘的迎风坡分为三个坡位，分别是迎风坡中上部、迎风坡中下部和迎风坡底部，在三个坡位分别架设HOBO小型移动气象站风杯设置五个高度，分别是10em、30cm、50em、100cm和200em。测定时分别在裸沙丘相应的坡位上架设仪器作为对照。每一个坡位的定15分钟，风速读取时间间隔2秒。图5风速测定图Fig．5Measufingwindspccdphoto3．3．7．2防风效能的计算防风效能计算公式：E=(圪。一％)／圪。×100％式中：Eh代表高度为h处防风效能(％)；Vho代表裸沙丘高ho处平均风速(ms。1)；Vh代表沙柳林内h处平均风速(ms_)。3．3．7．3地表粗糙地的计算地表粗糙度计算公式：logZ0=(109U2一AlogUi)／(1-A)式中：zo地表平均粗糙度(cm)；U1表示高度为10cm处风速(ms’1)；U2表示高度为200cm处风速(ms_)；A=U2／ul 12库布齐沙漠水冲植柳效益的研究3．3．8土壤性状的测定3．3．8．1土壤容重的测定方法及过程本研究采用称烘干法重法测定土壤容重，将取回的原状土放入烘箱后，使其温度控制在103～105。C范围内，待12h烘干后，冷却至室温，再用电子天平称重，最后进行计算。称重后得出的土壤干重比环刀的体积即为土壤的容重值。即：土壤容重(g／cm3)=环刀内土壤千重(g)／环刀体积(cm3)3．3．8．2土壤含水量的测定方法及过程本研究采用烘干法测定土壤含水量。将采回的原状土样称出潮湿样品的重量，然后使烘箱温度控制在85。C范围内，经12h烘干后，冷却至室温，用电子天平再次称重，最后进行计算。加热而失去的重量代表潮湿样品中的土壤水分的重量。W2(Wl—Wg／W2x100％式中：W为样品含水量；wl为潮湿样品重量(g)：W2为烘干后样品重(g)3．3．8．3土壤机械组成的测定方法及过程利用粒径分析仪测定土壤机械组成。图6土壤机械组成的测定Fig．6Determinationofthesoilmechanicalcomposition3．3．8．4土壤有机质的测定方法及过程采用重铬酸钾．硫酸溶液．油浴法，测定土壤有机质的含量。用分析天平准确称取过孔筛的土样0．29左右，放入干燥的硬质试管中；用滴 内蒙古农业大学硕士学位论文13定管准确加入0．069mol／IK2Cr207溶液10ml，轻轻摇动试管，使管内土样分散；在试管口加一小漏斗，以冷凝蒸出之水汽；把试管插入铁丝笼中并放入温度保持在170～180℃的油浴锅中；当试管内溶液开始沸腾时，计时煮沸5分钟：取出试管，稍冷后擦净管外油液；将试管内溶液用蒸馏水洗入三角瓶中，加入2～3滴邻菲罗啉指示剂，使三角瓶内溶液总体积小于其容积的l／3；用0．2mol／IFeS04滴定，溶液颜色由橙黄变绿再突变到棕红色即为终点，记录读数。同时做空白试验，试管内加石英砂以防止暴沸。图7土壤有机质的测定Fig．7Determinationofsoilorganicmatter3．3．8．5土壤碱解氮的测定方法及过程图8土壤碱解氮的测定Fig．8Determinationofsoilavailablenitrogen称取烘干土样(过70目筛)2．009，置于扩散皿外室，加入1．Og硫酸亚铁粉末，旋转扩散皿使待测土样与FeS04均匀铺平；取2mlH3803溶液于扩散皿内室，然后 14库布齐沙漠水冲植柳效益的研究在外室边缘涂碱性胶液，盖上毛玻璃旋转使皿边与毛玻璃完全黏合；再渐渐转开毛玻璃一边，使扩散mr#l"室露出一条狭缝，迅速加入1．Omol／L的NaOH溶液10．0ml，立即盖严后轻轻旋转扩散皿，使碱液盖住全部土样；再用皮圈套住使毛玻璃固定；随后小心放在40-士1℃恒温箱中，碱解扩散24士0．5h后取出(内室呈蓝色)；用0．01mol／L(1／2H2S04)标准溶液滴定内室吸收液中的NH3；溶液由蓝色变为微红色为滴定终点，记录所耗硫酸标液的体积(V)。在样品测定同时进行空白试验，记录所耗硫酸标液的体积(Vo)。碱解氮含量(mg／kg)=C(V--Vo)x14．Oxl03／m式中：c珈．Olmol／L(1／2H2S04)标准溶液浓度(mol／L)：V一样品滴定时用去的0．Olmol／L(1／2H2S04)标准溶液体积(m1)；Vr空白试样滴定时用去的0．01mol／L(1／2H2S04)标准溶液体积(m1)：14．旺氮原子的摩尔质量(g／m01)；m一烘干土壤样品质量(g)：103一换算系数3．3．8．6土壤速效磷的测定方法及过程图9土壤速效磷的测定Fig．9Determinationofsoilavailablephosphorus称取通过20日筛子的风干土样2．59于250mlZ_角瓶中，J][1),．50m10．5mol／L的NaHC03溶液，在振荡机上振荡30分钟后，立即用不含磷的滤纸过滤，滤液承接于三角瓶中；吸取5ml滤液、5ml浸提液于150mlj．角瓶中，再准确加入35ml蒸馏水，用移液管加入5ml钼锑抗试剂，充分摇匀后用水定容；在高于15℃的条件下 内蒙古农业大学硕士学位论文15放置30分钟后，在分光光度计上用波长700rim进行比色，用空白试验的溶液作为参比液调零点，读出待测液的吸收值。标准曲线绘制：分别吸取5ug／mlP标准液0、1．0、2．0、3．0、4．0、5．0ml于50ml容量瓶中，加入0．5mol／LNaHC03溶液10ml，再加铝锑抗试剂5ml，摇匀定容。同待测液一样进行比色，绘制标准曲线。最后溶液中磷的浓度分别为0、0．1、0．2、0．3、0．4、0．5ug／mlP。测定土壤速效磷含量的分光光度计见图2．7。土壤中速效磷含量(mg／kg)=pxVxtsxl000／mxRxl03式中：r从标准曲线上查得P的质量浓度(ug／m1)；v-一显色时定容体积(m1)：ts_一分取倍数，浸提液总体积／吸取浸提液体积；m一风干土质量(g)：103—将ug换算f戎mg；R-将风干土换算成烘干土的系数(1／1+吸湿水)；l000一换算成每蝇含P量3．3．8．7土壤速效钾的测定方法及过程图10土壤速效钾的测定Fig．10Determinationofsoilavailablepotassium称取通过20目筛子的风干土样5．09于250ml三角瓶中，力111mol／LNH40Ac溶液50ml，振荡30分钟后过滤，滤液盛于小三角瓶中，同钾标准系列溶液一起在火焰光度计上进行测定。记录读数，然后从标准曲线上求得其浓度。测定土壤速效钾含量的火焰光度计见。土壤速效钾(mg／kg)=待测液(mg／kg)xV／m 16库布齐沙漠水冲植柳效益的研究式中：v_一加入浸提剂的体积(m1)；m一烘干土样的质量(g)3．4技术路线 内蒙古农业大学硕士学位论文174．结果与分析4．1利用低压水冲植柳技术造林经济效益分析4．1．1利用低压水冲植柳技术造林成本效益人工传统穴状整地造林，一个人平均每4分钟栽种一株沙柳。每天按8小时工作制，一天可栽植沙柳120株，而低压水冲种植扦插沙柳的造林速度是传统穴状整地造林的14倍，一个人每天可栽植1680株。lkm2栽种1650沙柳。按传统造林法一个人造林1650株沙柳需要造林14d；而按照低压水冲种植扦插沙柳造林技术，一个人造林1650株沙柳仅仅需要ld。每个劳动力按80元厌·人，这样造林lkm2可节省劳动力成本为1040元。造林lkm2可节省劳动力成本=(传统造林方法需要造林的天数一低压水冲种植扦插沙柳造林法造林天数)×劳动力日工资利用低压水冲植柳技术栽植沙柳较传统栽植方法造林lkm2可节约劳动力成本1040元。表1低压水冲植柳与传统栽植速度对比Tab．1ComparisonoftheplantedspeedofthewayoftheforestationunderthetechnologyoftheHydrodynamicShockandthetraditionalway．4．1．2利用低压水冲植柳技术造林直接经济效益表2单株沙柳地上各器官生物量Tab．2Organbiomassliveweightofthesalixabovethesoillayer器官名称鲜重(g)叶枝条根茎合计沙柳生长4年后可以通过平茬得以复壮，平茬F来的沙柳条可以制造刨花板。鄂尔多斯地区沙柳生长状况调查结果表明，沙柳生长4年后生物量可达3．947kg。根据对沙柳的化学组成和纤维状态研究，沙柳中综纤维含量为75．83％，比杨木低1．17％，比稻草高13％：沙柳中木素含量为23．56％，接近于桉木(含量26．53％1，较芦苇木素含量(18～22％)高。总体上，沙柳近似于杨木，尚属制浆。每千克刨花板原料市场价格0．80元。加佑B剪"博法钉M础m卿 18库布齐沙漠水冲植柳效益的研究沙柳的直接经济效益=沙柳林现有面积×单位面积的产出柳条量×沙柳条损失率×刨花板原料价格=lkm2×3．947kg／株×1650；I眯x70％×0．8元,／kg=3．65x103元利用低压水冲植柳技术造林四年后lkm2沙柳林可直接收益3．65x103元。4．1．3利用低压水冲植柳技术造林的薪炭效益表3沙柳薪炭效益计算表Tab．3Computationsheetofthec盯bonbenefitofthesalix沙柳平茬下来的大量枝干是很好的薪炭材，而且沙柳枝条平均热值为17090幻／kg。每lkm2沙柳可生产枝条近6．513x103kg，4年为一个轮茬期计算，每年可产平茬沙柳1．628x103kg。沙柳薪炭效益=沙柳林现有面积×单位面积产出沙柳条量×沙柳平均热值2lkrn2×1．628x10’kgxl7090kj／kg+4-4．182+1000=1．664×103kCaI试验示范区低压水冲植柳技术造林，平均每年薪炭效益1．664×103kCaI。4．2利用低压水冲植柳技术造林生态效益分析4．2．1利用低压水冲植柳技术造林固碳效益研究4．2．1．1沙柳林基本情况调查表4沙柳生长状况基本情况调查表—-．=———z—坐业竖型地盟坐型型篮竺生二竺幽竺i!!!!!型：—塑．墨株高(cm)冠幅(cm×cm)基径(mm)根深(cm)根幅(cm×cm)281．12392×37949．51×2230．84340×31642．97×3249．96377×35940．12×标准木254．65372×34944．20127．21399×375沙柳是生长迅速的一种灌木，在沙漠里的长势也很好。在库布齐沙漠沙柳防护林试验地内随机布设100×lOOm样方3个，对样方内的标准植株进行株高、冠幅、基径等生长指标的调查和测定，根据测定数据的平均值选取一株标准株，为 内蒙古农业大学硕士学位论文19了实验的顺利完成，．将标准株伐倒进行各项指标的测定。如表4所示，3株沙柳的平均株高为254．65cm，冠幅为372x349cm，基径为44．20n埘，根深为127．21cm，根幅为399×375cm。4．2．1．2沙柳各器官生地上物量将沙柳标准株伐倒后收集地上部分(叶、枝条、根茎)，将其装袋后立即称重，样品带回实验室烘干(75℃)至恒重，称各部分的干重。测定结果如表5所示，沙柳叶鲜生物量为1477．20g，枝条鲜生物量为2318．16g，根茎鲜生物量为152．03g，地上总鲜生物量为3947．39g，其中叶、枝条和根茎鲜生物量分别占总鲜生物量的37．42％、58．73％、3．85％。叶、枝条、根茎干生物量分别为818．49g、1229．519、104．69g，占总干生物量的百分比依次为38．02％、57．12％、4．86％。含水率分别为44．59％、46．96％、31．14％。干鲜比可通过以上数据测得数据进行计算，叶干／鲜为o．55，枝条干／鲜为o．53，主干干／鲜为0．69，沙柳标准株单株地上部分于／鲜为0．59。表5单株沙柳地上各器官生物量Tab．5Organbiomassliveweightofthesalixabovethesoillayer4．2．1．3沙柳地下各器官生物量表6单株沙柳地下各器官生物量Tab．6Organbiomassliveweightofthesalixbelowthesoillayer通过对伐倒的标准株进行地下生物量的测定，其测定结果如表6所示。沙柳主根鲜生物量为873．929，侧根鲜生物量为493．11g，分别占地下总鲜生物量的 20库布齐沙漠水冲植柳效益的研究63．93％、36．07％⋯沙柳标准株主根、侧根干生物量分别为464．60g、190．94g，主根是侧根的2．43倍。含水率分别为46．84％、61．28％。干鲜比可根据以上数据计算，主根干／鲜为0．53，侧根干／鲜为0．39，沙柳标准株单株地下部分干／鲜为0．46。4．2．1．4沙柳各器官碳储量及年吸收C02量沙柳含碳率、碳储量及最终干物质量的计算结果如表7以及图ll所示，沙柳标准株叶含碳率46．63％，枝条45．14％，根茎47．26％，根系44．34％，平均含碳率为45．31％。沙柳各器官碳储量为枝条>根系>叶>根茎。通过计算得出沙柳单株干物质总量为2808．23g，叶碳含量占全株的29．15％，枝条占43．78％，主干占3．73％，根系占23'34％。表7沙柳含碳率及碳储量Tab．7Soilparticaldiameteranalysisofcarboncontentrateofcarbonstorageofthesalix50．OO40．00装≥30．00冬20．00皿10．00O．OO}闺I图一I阏l叶枝条根茎根系图11沙柳单株碳储量各器官所占比例图Fig．11Thecarboncontentproportionofdifferentorgansofthesinglesalix碳原子量与C02分子量比值为12／44，也就是说每固定129碳需要吸收C02449，每株沙柳平均碳储量为1339．519，那么平均每株沙柳吸收C024911。549，试验示范区lhm2沙柳林共有沙柳1650株，共吸收C028．104×103kg。平均每年吸收C022．026×103kg 内蒙古农业大学硕士学位论文214．2．2利用低压水冲植柳技术造林改良土壤效益研究4．2．2．1土壤物理性状分析(1)土壤粒径分析土壤的机械组成是土壤非常重要的物理性质之一，它反映了不同粒径土壤颗粒的百分含量，粒径>0．01mm的土壤为沙性土，粒径<0．01mm的土壤为粘性土，两种土粒的含量直接影响着土壤的保水、保肥、通气的能力。库布齐沙漠土壤粘性粒含量几乎为0，细砂粒土壤占整个土壤的80％以上。在库布齐沙漠栽植沙柳后，植物根系、微生物和水分等的耦合作用使得土壤得以改良，土壤粗砂粒含量降低，细砂粒含量增加，有的土层甚至出现了粗粉粒土壤。由表8可以看出：库布齐沙漠0-60cm层土壤，四年生沙柳林的土壤粗砂粒含量均小于裸沙地，差值在30-40cm层达到最大值12．11％，细砂粒含量均大于裸沙地的，差值同样在值在30-一40cm层达到最大值12．11％。四年生沙柳林0～30cm土层内出现了粗粉粒土壤，10～20cm层土壤改良程度最大，粗粉粒含量达到了3．19％。由此可以得知库布齐沙漠栽植沙柳对土壤物理性状有一点的影响，但是土壤改良是一个漫长的过程，短短几年水冲植柳造林对土壤影响不显著。表8水冲植柳林土壤粒径分析Tab．8Surfaceroughhessofthebaresanddunesandthesalix(2)土壤含水率对比分析土壤的容重和含水率是研究土壤的重要指标，它们改变的程度直接反映了土壤质地的改变程度，是反映士壤质量的重要因素。由图12可知：除0～10cm土壤外，其他土层含水率都是沙柳林地的小于裸沙丘的，沙柳是一种根系极为发达 库布齐沙漠水冲植柳效益的研究的耐早植物，四年生沙柳的冠幅直径可达7m，根生物量可达1．37kg，正是由于沙柳庞大的根系给土壤水分的向上运输提供了通道，加之植物呼吸蒸腾都需要水分，蒸腾拉力给土壤水分向上运输提供了动力，通道和动力并存的条件下，土壤水分会沿着植物体进入空气。此外，库布齐沙漠土壤几乎全是沙性土壤，沙土中毛细管极为匮乏，水分没有上升通道，表层干沙覆盖给下层土壤水分蒸发提供了屏障，上述原因使得沙柳林地20em以下土壤含水率低于裸沙丘的：由于库布齐沙漠气候属于大陆性沙漠气候，干旱少雨，昼夜温差大，在试验期(7月)最高气温可达40℃，地表沙子最高温度可达60℃，使得表层土壤水分被最大限度的蒸发，加之没有水分补给源，所以表层土含水率几乎为0，因此沙柳林地和裸沙丘0～10cm土壤含水率差异极为不显著，这种差异可以忽略。1．41．21一誊0．8嚣芒0．6札0．40．2010～2020～3030～4040～5050～60土层深度(cm)图12水冲植柳林与裸沙丘土壤含水率对比Fig．12ComparisonofsoilmoistureoftheforestationunderthetechnologyoftheHydrodynamicShockandthebaresanddune(3)土壤容重对比分析土壤的容重和含水率是研究土壤的重要指标，它们改变的程度直接反映了土壤质地的改变程度，是反映土壤质量的重要因素。由图13可知：除0h10cm土壤外，其他土层土壤容重都是沙柳林地的小于裸沙丘的。沙柳根系主要分布于lO～60cm土层之间，由于0～10cm层土壤内几乎没有沙柳根系的分布，因此沙柳根系不会对这层土壤容重造成影响，并且此层土壤含水率几乎一致，粒径组成基本‘致，并且土壤紧实度没有收到干扰，所以两种立地O～10cm层土壤的容重相互之间的差异极为微小，可以忽略。由于沙柳庞大的根系穿插于土壤之中，使得20cm以下土壤的孔隙度增加，导致单位体积内土壤质量降低，因此沙柳林地10cm以下土壤容重小于裸沙丘。 内蒙古农业大学硕士学位论文0～1010～2020～3030～4040～5050460f：层深度(cm)图13水冲植柳林与裸沙丘土壤容重对比Fig．13ComparisonofsoilvolumnoftheforestationunderthetechnologyoftheHydrodynamicShockandthebaresanddunes4．2．2．2土壤化学性状分析(1)土壤有机质含量^凹』凹目V]}托笸。忙O一1O10—2020—3030—4040—5050—60土层深度(cm)图14水冲植柳林与裸沙丘土壤有机质含量对比Fig14ComparisonofsoiIorganicmatteroftheforestationunderthetechnologyoftheHydrodynamicShockandthebaresanddunes土壤有机质是动植物的残体在动物和土壤微生物作用下形成的高分子有机物，是评价土壤肥力的最为重要指标，它不仅对植物有生长积极的影响，还能提高土壤的透气性、保肥能力及保水能力，改良土壤结构、促进成土发育。库布齐沙漠沙柳水冲植柳造林对土壤有机质含量有一定的影响，由图14可知：裸沙丘50～60cm层土壤有机质含量大于沙柳林的，但是此层土壤两种立地土壤有机质含量差值仅为0．15mg／kg，方差分析表明二者差异极不显著(P=0．8924)。0～50cm各层土壤有机质含量均是沙柳林的大于裸沙丘的，20～30cn、30～40cm两层土舟佰■明埔踮巧诣“踮1l1^cⅢu高v幡摊群_+ 24库布齐沙漠水冲植柳效益的研究壤有机质含量差距是由于沙柳根系和微生物的耦合作用产生，0～lOcm、10～20em层土壤有机质含量差距最为显著，产生这个效果的原因是，植物具有固定空气中碳的能力，栽植沙柳后，随着沙柳的生长，使得沙柳对空气中碳固定能力越来越强，因此植物秋冬枯死后对土壤碳素的补偿作用越来越强，此外在沙柳林防风固沙的作用下，沙柳基部发生适度沙埋，将枯枝落叶埋在了沙土上层，加上微生物和水分作用使得枯枝落叶部分分解，产生了肥岛效应。因此我们得出结论，在库布齐沙漠水冲植柳造林能增加土壤有机质含量，提高土壤肥力，改良土壤。(2)土壤碱解氮含量t02020—3030—4040—5050—60十层深度(cⅢ)图15水冲植柳林与裸沙丘土壤碱解氮含量对比Fig．15Comparisonofthcamountofsoilalkali-hydmlyzablenitrogenoftheforestationunderthetechnologyoftheHydrodynamicShockandthebaresanddunes氮是一切生命的构成元素，也是植物生长发育所需的重要元素，土壤中的碱解氮容易被植物吸收并且容易淋溶所以在土壤中的含量不高。由图15可以看出：在6层土壤内，沙柳林土壤碱解氮含量均大于裸沙丘的，植物具有固定空气中氮的能力，因此种植沙柳后，随着沙柳的生长其对空气中氮的固定能力越来越强，因此植物秋冬枯死后对土壤氮素的补偿作用越来越强，故此，随着沙柳林生长时间的延长，土壤碱解氮的含量均逐渐增加，0～10cm、10～20cm层土壤碱解氮含量差距最为显著，差值分别为4．2mg／kg、2．8mg／kg，产生这个效果的原因是，沙柳林有良好的防风固沙作用，使得沙柳基部发生适度沙埋，将枯枝落叶埋在了沙土上层，加上微生物和水分作用使得枯枝落叶部分分解，产牛了肥岛效应。因此我们得出结论，在库布齐沙漠水冲植柳造林能增加土壤碱解氮含量，提高土壤肥力，改良土壤。876543210一旦＼暑Ⅲ一r山．如滔甚苍 内蒙古农业大学硕士学位论文25(3)土壤速效磷含量土壤速效磷是衡量土壤肥力的一个重要指标，它直接反映了土壤的磷素供应能力，同时磷素也是植物生长不可缺少的微量元素，在库布齐沙漠水冲植柳造林对土壤速效磷含量有一定的影响，由图16可知：0～60cm深度6层土壤速效磷的含量都是沙柳林大于裸沙丘，表层土速效磷含量差异不显著，20cm以下的土壤速效磷含量差异明显，30～40cm层土壤速效磷含量差值最大，值为5．34mg／kg，有机阴离子可以减少土壤对磷的吸附、有机物分解产生的有机酸可以将固定态磷转化为可溶态、有机质分解产生的C02溶于水形成H2C03可以增加磷酸盐的溶解度，因此随着土壤有机质含量的增加，沙柳林由于枯枝落叶、水以及微生物作用使得土壤有机质含量增加，因此土壤速效磷含量也在增加。但是表层土壤含水率很低，有机质很难分解，C02很难形成H2C03存于土壤当中，这也使其溶解磷素的能力大大下降，故此上层土壤速效磷含量差异不明显。12．00—10．00瓷8．00挺6．00托醛4．00耧裂2．00O．OO十沙柳林+裸沙丘0一1010—2020—3030-4040—5050—60土层深度(cm)图16水冲植柳林与裸沙丘土壤速效磷含量对比Fig．16Comparisonoftheamountofsoilalkali·hydrolyzablenitrogenoftheforestationunderthetechnologyoftheHydrodynamicShockandthebaresanddunes(4)土壤速效钾含量土壤速效钾是衡量土壤肥力的一个重要指标，它直接反映了土壤的钾素供应能力；钾是植物体第三个大量元素，植物对钾的需求量很高，大约与氮相当，其功能主要是催化作用，与植物新陈代谢有关。而被植物吸收利用的钾全是土壤中的速效钾，由图可知：0-60cm各层土壤内速效钾的含量都是裸沙丘的大于沙柳林的。沙丘栽植沙柳几年后，土壤得以改良，为什么速效钾含量反而会降低，这要从速效钾的供支分析，钾是植物体内非常重要的大量元素，它参与植物生命中的各项活动。(1)植物体内几十种酶都需要钾来激活，(2)钾参与植株体内水分平衡，(3)钾参与植物蒸腾和光合作用，(4)钾参与植株吸收氮合成蛋白质的过程。由于钾在植物体内具有如此重要的作用，所以植物会大量从土壤中吸收钾(速 26库布齐沙漠水冲植柳效益的研究效钾)。土壤中速效钾的来源只有一个，就是土壤中的缓效钾，而缓效钾转化为速效钾效率极低，这样入少支多导致沙柳林内土壤速效钾含量降低。9080量70曹60。fi0囊40辰30蓄201000—1010-2020—3030—40405050—60土层深度(Cm)图17水冲植柳林与裸沙丘土壤速效钾含量对比Fig．17Comparisonoftheamountofsoilalkali-hydrolyzablepotassiumoftheforestationunderthetechnologyoftheHydrodynamicShockandthebaresanddunes4．2．3利用低压水冲植柳技术造林防风效益分析4．2．3．1坡底部水冲植柳林防风效益分析(1)不同立地地表粗糙度表9裸沙丘和沙柳林地表粗糙度Tab．9Surfaceroughnessofthebaresanddunesandthesalix下垫面对风速及风的结构的影响主要体现在几何方面，因此地表的形态的波伏以及波伏的程度可以划分到粗糙性的范畴当中去。地表粗糙度是表征下垫面粗糙性的一个最重要的指标，增加地表粗糙度可以有效减弱、控制风沙流。本实验对迎风坡底部不同立地(沙柳林和裸沙丘)地表粗糙度进行计算，距离地表200cm和10cm的风速计算。库布齐沙漠迎风坡底部利用低压水冲植柳技术造林对其地表粗糙度有很大的影响，沙柳林地表粗糙度明显大于裸沙丘的，其值是裸沙丘的4．28倍。方差分析表明：两种立地地表粗糙度差异极显著(P