我国治沙技术措施分为工程和生物治沙两类,工程治沙技术通常也称为机械固沙,是采用各种工程手段,防治风沙危害的技术体系。为此,工程技术措施则成为防治风沙危害不可替代的风沙危害防治措施之一。沙障是最早应用于防治风沙危害的工程治沙技术之一,是生物治沙的前提和保证。风沙危害治理中,虽然栽植防风固沙林是一项持续有效的风沙危害治理措施,但是在干旱缺水或自然条件恶劣地区,生物措施经常无法实行,或强行应用植物治沙,不仅效果不理想,而且耗水量大,成为导致植被退化、土壤风蚀、环境恶化的隐性因素,在这种环境条件下,机械沙障就成为植物治沙的前提和必要条件。由于设置沙障的材料不同、功能多样,从而形成了复杂多样的沙障分类,国内依建立沙障的材料将其分为柴草沙障、黏土沙障、塑料沙障和其他化学材料的沙障。防治风沙危害时,有些地区往往由于气候极端干旱而不具备植物固沙条件,或者虽有植物固沙的可能性,但在初期,为防止风蚀或沙埋,改善植物生长环境,需要设置机械沙障。
本文根据毛乌素沙地丰富的沙柳资源,研究设置沙柳沙障后对沙丘土壤理化性质的影响,以期为今后沙障的设立提供参考依据,为相应的研究提供借鉴。
1 研究区自然概况
研究区位于陕西省榆阳区牛家梁镇和巴拉素镇,地处毛乌素沙地南缘。区内地貌类型主要由少量流动沙丘、大量固定、半固定沙丘等构成。属温带大陆性气候,年平均温度为8.2℃,极端最高温度为41.3℃,最低为-28.5 ℃。年均降水量465mm,主风向为西北风。研究区由于沙丘或覆沙地的广泛分布及人为活动的干扰,植物种类很少,主要天然植物种为沙蒿和沙米等。人工树种主要有沙柳、紫穗槐、旱柳等。
2 研究方法
选择立地条件基本相同的沙丘作为调查样地。沙障于2006年栽植,规格为3m×4m,栽植的沙柳枝条长为50~70cm,其长度的1/2埋入地下,沙柳沙障有少量成活。土样采集:沿垂直沙丘脊线的中线,在沙丘迎风坡的上、中、下部分别挖土壤剖面取样,土样分为0~35cm、35~70cm两层。
室内分析:采用K2Cr2O7—H2SO4溶液外加热常规法测定土壤有机质含量,主要仪器为1/10 000的分析天平、电沙浴、大试管、弯颈漏斗、孔径0.25mm铜丝筛等;采用半微量凯氏法测定土壤全N含量,主要仪器设备为土壤样品粉碎机、土壤筛、1/10 000分析天平、BüCHI B-339全自动凯氏定氮仪及其消煮设备;采用HClO4—H2SO4法测定土壤全P含量,主要仪器为721型分光光度计和LNK-872型红外消化炉;采用NaOH熔融-火焰光度法测定土壤全K含量;采用比重计法和筛分法测定土壤机械组成,主要仪器为土壤甲种比重计、土壤筛等。
3 结果分析
3.1 沙障沙丘土壤物理性状变化
3.1.1 沙障沙丘土壤剖面特征在土壤调查中发现,设有沙柳沙障后沙丘土壤发生了一定的变化,土壤表皮形成结皮。与对照地相比,在0~10cm,沙障沙丘土壤有较明显的团粒结构;在10~35cm内,沙障沙丘的土壤出现明显的团粒结构,并分布有较多的沙柳细根;在35~70cm内,设有沙障的沙丘内有沙柳直根分布。
3.1.2 沙障沙丘土壤机械组成土壤机械组成的变化使其物理性状发生改变。试验通过采样定量分析了沙柳沙障沙丘土壤与对照地土壤机械组成中4个粒级,详见表1。
从表1可知,在0~35cm,与对照相比,沙障沙丘土 壤的上部、中部、下 部 粗沙 含量 分别降 低了43.5、65.1、47.79g·kg-1,细沙含量分别提高了96.7、106.8、71.0g·kg-1,粉沙含量分别提高了14.03、4.96、2.92g·kg-1。虽然沙粒含量没有明显的规律性变化,但可以说明设置沙障能够增加沙丘土壤表层细颗粒含量。在35~70cm,成活沙柳沙障沙丘不同部位沙粒含量无变化规律。设置沙柳沙障的沙丘0~70cm粉沙总含量是对照地的2.02倍,这表明设置沙障有利于沙丘表层形成结皮,改善土壤环境。【表1】
3.2 沙障沙丘土壤的化学性状
土壤有机质是土壤固相重要组成成分,包括土壤中各种动物、植物残体、微生物体及其分解和合成的所有含碳有机化合物,对土壤形成、土壤肥力等都有极其重要的作用。虽然含量仅占土壤总量的很小部分,却含有植物生长所需要的各种主要营养元素,如N、P、K等,而且是土壤N、P最重要的营养库,也是土壤营养和土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源,对土壤物理、化学、生物学性质以及重金属、农药等各种污染物有显着的影响。
植物吸收的氮素有50%~70%是来自土壤,其含量在不同土壤中差异很大,土壤有机质的积累和分解作用相对强度决定了土壤氮素含量,对土壤肥力、植物生长、养分的有效性等均有影响。【图1】
由图1可以看出,与对照相比,在0~35cm内,设有沙障的沙丘有机质含量高出1.71~1.82倍;在35~70cm,设有沙障的沙丘有机质含量高出1.39~1.73倍。这说明设置沙障后有效地减缓风速,降低了沙粒流速,导致浮尘、风沙流等携带的营养成分大量沉积,再加之沙柳成活后枯枝落叶也促进了土壤有机质含量的逐年增加。【图2】
从图2表明,与对照地相比,设有沙障的沙丘全N含量,在0~35cm内高达2.05~2.1倍;在35~70cm土壤深度达到1.11~1.84倍。这充分说明设有沙障的土壤全N含量明显高于对照地;但是随土壤深度的增加成降低趋势,而对照地土壤含N量基本没有明显的变化。【图3】
图3表明,与对照相比,设有沙障的沙丘土壤全P含量,在0~35cm范围内高出1.82~2.07倍;在35~70cm范围内高出1.18~1.81倍,这说明设有沙障的土壤全P含量总体上高于对照地土壤含P量,有助于土壤中P的积累,但随土壤深度的增加出现降低趋势,而对照地土壤含P量变化不明显。【图4】
图4表明,设有沙障的沙丘土壤全K含量,0~35cm内高于对照地含K量1.08~1.32倍,35~70cm范围内仅高于对照地含K量1.01~1.11倍,变化幅度不大,对照地土壤含K量随土壤深度增加几乎没有变化。
4 结论
4.1 与对照相比,在0~35cm内,设有沙障的沙丘土壤细沙含量提高了71.0~106.8g·kg-1;粉沙含量提高了2.92~14.03g·kg-1,结果表明,设置沙障有利于增加沙丘细沙、粉粒的含量。设置沙障后粉沙含量增加,由于粉沙是结皮形成的主要因素,说明沙障有利于形成沙丘结皮,从而为沙区治理和沙尘暴的防治起到积极的作用。
4.2 在0~35cm内,设置沙障后沙丘土壤有机质含量、全N、全P、全K分别是对照地的1.7倍、2倍、1.51倍和1.03倍以上,表明设置沙障有利于N、P、K等含量的增加,有助于改善沙丘土壤养分状况,改善土壤的理化性质,促进沙丘土壤环境良性发展。因此,设置沙柳沙障是治理流动沙丘的主要方法,沙柳又是当地适生树种和治沙先锋树种,为沙漠的治理提供充足的机械沙障原料。
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