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防风固沙与水土保持植物综述

   日期:2018-03-30     浏览:2234    
防风固沙与水土保持植物
1 基本概念
1.1防风固沙与水土保持植物
多为较高大的乔、灌木植物和少数多年生草本植物~具有防风固沙~水土保持功能~以及耐干旱、盐碱、抗风沙作用。
1.2乡土植物
是指经过长期的自然选择及物种演替后~对某一特定地区有高度生态适应性(包括引入物种经驯化后~已成为当地生栽的物种)的自然植物区系成分的总称。在丰富的园林植物中~乡土植物是最能适应当地自然生长条件的~并且具有抗逆性强、资源广、苗源多、易栽植的特点~不仅能达到适地适树~满足于城市水土保持的要求~而且还代表了一定的植被文化和地域风情。
1.3防风林
是在干旱多风的地区~为了降低风速、阻挡风沙而种植的防护林。防风林的主要作用是降低风速、防风固沙、改善气候条件、涵养水源、保持水土~还可以调节空气的湿度、温度、减少冻害和其他灾害的危害
要达到最好的防风效果~应由:10行以上的树组成~选择具有抗风性能强、根系发达的树种种植成行、成网、成带、成片的防风林~能起到抗风、护岸、防风固沙、降低风速、增加空气温度、调节水源~改善环境和维持生态平衡。
1.4土壤侵蚀
指土壤和成土母质在外营力作用下被分离、破坏和移动的过程。
1.5风侵蚀
由于风的吹东带走土壤颗粒而形成的侵蚀。
1.6水土保持植物措施
是水土保持三大措施之一~与工程措施、农耕措施组成一个有机的水土流失综合防治体系。水土保持植物措施是在林草植被遭到破坏的水土流失地区~实施人工植树种草或通过封禁实现自然恢复的措施~以增加地面有效植被覆盖~实现涵养水源、保持水土、防风固沙、改善生态的目标。植物措施不仅是一种生态治理措施~更是一种农民改善生产生活条件措施~它能很好地解决水土流失治理与水土资源配置及高效利用、农民就业机会增加与收入提高及生活质量改善、区域生态安全与经济振兴及可持续发展等一系列问题。因此~要加快水土流失治理步伐~必须加强水土保持植物措施建设。
2 资源分布
水土保持植物没有特定的界限~几乎在全国大部分地区都有分布。其主要分布于二大区域。一是“三北”戈壁沙漠及沙地风沙区。主要分布于长城沿线以北地区~该区域气候干旱少雨~风力侵蚀强烈~荒漠化严重~沙漠蚕蚀绿洲~直接危害农、林、牧业。包括新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西等省、自治区的沙漠及沙漠周围地区。面积187.6万km2~约占全国总面积的19.0%。其特点是在本区气候干旱少雨~大部分地区年降水量在200mm以下~风力强劲~风沙活动频繁而强烈。二是沿河、环湖、滨海平原风沙区。该区域主要是江、河、湖、海岸边沉积的泥沙~干燥遇大风形成并逐步扩大~造成掩埋各类生产用地的危害。
3 特殊的利用
3.1 沙棘,Hippophae rhamnoides Linn.,
沙棘之所以受到社会各界广泛、持久的关注~是由于其具有巨大的生态和经济效益以及广阔的市场前景。
,1,沙棘具有较强的生态防护功能~是我国造林绿化、国土整治和建立比较完备的林业生态体系的主要先锋树种。沙棘有发达的根系~抗旱性强~在防风固沙和水土保持方面被称为是吹不倒的“挡风墙”~冲不垮的“生物堤坝”。沙棘的生态防护功能主要表现在涵养水源、保持水土、护堤护坝、防风固沙、治理盐碱地、保护和改良草牧场、生物围栏。
,2,沙棘生物量大~燃烧值高~是我国农村优质薪柴。沙棘每隔4-5 年可以平茬一次~平茬物可作为燃料。一公顷4年生的沙棘林~大约可收干柴 6000公斤。沙棘枝叶繁茂~耐平茬和畜啃~具有较广的饲用价值。沙棘叶含蛋白质达20. 6%~脂肪6.56%~高于饲料之王紫花苜蓿。沙棘根系发达~固氮能力强~是改良土壤的有效植物。
,3,沙棘具有较高的药用医疗保健价值。沙棘药品用在我国有着悠久的历史。公元 8 世纪~我国的藏医经典《四部医典》、《中国药典》、《中药大辞典》中记载沙棘果具有活血散瘀、止渴化痰、平喘健胃、生津止渴、消食化滞、清热止泻之功效。沙棘之所以能有这样奇特的医疗功能~是由它所含的成分决定的。沙棘除含有丰富的维生素A、B、C、E、K、P外~
还有人体所需的微量元素锌、铁、钙、铜及各种对人体有益的活性物质180 多种。
,4,研制生产沙棘化妆品具有十分广阔的前景。由于沙棘果汁和油含有极其丰富的生物活性物质~国内研制的沙棘美容霜对皮肤黄褐斑、黑色素沉着、皮肤皱纹、角质硬化、脱皮、老年斑等均有疗效~且皮肤普遍变得白净、细嫩。沙棘通过综合利用~不但可以产生可观的经济效益~而且有益于人类健康
3.2 雪狐
雪狐抗旱、抗寒性极强, 耐瘠薄~耐盐碱,产草量较高,适应性广~抗逆性强,长寿型~持久性极好,适于高寒干旱和半干旱地区建立永久草地、退化草地补播改良和水土保持、防风固沙、植被恢复。
适应性及利用:“雪狐”扁穗冰草属旱生、沙生植物~适应性广~抗逆性强~耐瘠薄~耐盐碱~具有很强的抗旱性和抗寒性~能在年降水量230~380 mm的地区良好生长。适宜干燥寒冷的气候~是高寒、干旱和半干旱地区的优良牧草。“雪狐”扁穗冰草在适应区域寿命极长~适宜在我国东北、西北(包括青藏高原)、华北和西南地区种植建立永久草地。“雪狐”抽穗期刈割~营养价值高~延期收割~茎叶变粗硬~饲用价值降低。一般每年可刈割2~3次~鲜草产量30~40〃5t/hm2。“雪狐”扁穗冰草质地柔软~是优良牧草之一~在干旱草原区把它作为催肥牧草~反刍家畜采食后的消化率和可消化成分高。“雪狐”扁穗冰草种子产量高~易于收集~发芽力强,既可以放牧又可以刈割~既可以单播又可以与豆科牧草混播建立永久草地或退化草地补播改良。“雪狐”扁穗冰草的须根密生、具砂套、入土较深~也是一种良好的护坡、水土保持和固沙植物品种。
3.3 乡土植物
乡土植物尤其是乡土树种真正体现了一个国家、一个地区植物区系的特色~由于乡土植物的应用大多历史较长或悠久~许多植物被赋予一些民间传说和典故~具有丰富的文化底蕴。因此~城市水土保持应首选乡土植物~要以乡土植物为主~引进植物为辅~以新优稀特为点缀的百花齐放的综合发展格局~充分体现城镇绿化植物的多样性和发挥最佳生态效益。用丰富的乡土植物创造有鲜明地方特色的最佳人居环境。以下列出几点乡土植物在城市绿化中的应用。
3.3.1道路绿化
道路绿化可以选择国槐、红花刺槐、刺槐、馒头柳、垂柳、旱柳、银中杨、新疆杨、小叶杨、臭椿、栾树、暴马丁香等~这些树种生态功能强、观赏价值高、景观效果也好~更为重要的是~这些树种树冠大、树形优美、抗病虫害能力强、抗风性能也好~既能提供市民所需要的绿荫~也方便园林部门管理。
3.3.2公园绿化
公园绿化可以选择观花、观形、观叶、观果等各类乡土植物~带有浓厚的本土气息~野趣天成、千姿百态~如国槐~高大古朴、冠大荫浓~花开时清香扑鼻~应用这些植物构建城市园林~可为居民区提供一个近似于自然林地和开阔田野的环境。诸如山桃稠李、江南槐、樱花、海棠花、月季、丁香、绣线菊、太平花、迎红杜鹃、黄刺玫、红刺玫、馒头柳、龙爪槐、桃叶卫矛、金银忍冬、鸡树条荚迷、银杏、蝴蝶槐、五角枫、火炬树等。
3.3.3庭院、居住区绿化
庭院、居住区绿化可以利用的乔木树种有:新疆杨、银中杨、加杨、旱柳、刺槐、臭椿、暴马丁香、蝴蝶槐、桃叶卫矛、龙爪桑、碧桃、圆冠榆、辽梅杏、槐树、白蜡、垂柳、馒头柳、栾树、假色槭、火炬树、五角枫等,灌木树种有连翘、榆叶梅、黄刺玫、紫丁香、锦带、太平花、金银忍冬、接骨木、绣线菊、白娟梅、白刺玫、紫叶李、紫叶碧桃、紫叶小檗、砂地柏、铺地柏、丰花月季、金山绣线菊等,藤本植物有:五叶地锦、爬山虎、紫藤、蛇葡萄、葡萄、啤酒花、杠柳等。这些树种的合理配植、远近结合、速慢生搭配~常绿、落叶按比例栽植~讲究季相变化~可以为人们提供一个良好的工作、学习、居住环境。
3.4 香根草,Vetiveria zizanioiaes,
香根草作为一种非常理想的水土保持植物~受到世界银行的广泛推荐。世界银行选定香根草作为水土保持的有效生物措施~已在除南极洲以外的世界各洲建立了示范推广点~迄今为止~全世界已有30多个国家利用香根草作为水土保持植物~并取得了非常显著的效益。我国浙江、广东、福建、海南等地曾把香根草作为香料植物栽培过。1988年以来~在世界银行的极力支持下~闽浙赣川湘粤滇黔数省也把推广香根草作为水土保持措施。专家们预言~二十一世纪将是香根草用作水土保持的一个既实用又经济的时代。除了将其主要作为水土保持植物外~香根草也正被利用来治理污染、开发荒地、培育食用菌~等等。目前它的应用领域主要有以下几方面:
,1,旱坡地种植园的水土保持。将香根草呈篱笆状等高种植在旱坡地种植园边或行间~宽度约50cm左右~当迳流泥水流经草丛时~速度减缓、分散~泥沙49资料荟萃大部分滞留下来~水分一部分渗入土内~一部分从草丛中慢慢流出~侵蚀能力大为减弱~久之~草丛
根部随泥沙淤积慢慢提高~逐渐形成梯田~进一步减少水土流失。目前国内外在果园、茶园、橡胶园中应用香根草来取代工程措施已成为研究热点。
,2,道路、堤堰、水利工程的护坡。道路两旁、水库的堤坝、以及其它水利工程设施~都有非常陡峭的坡面~崩塌滑坡现象十分普遍。采用工程设施费用昂贵~且需要经常维护~难以取得理想的效果。香根草在这方面具有广阔的应用前景。广东省公路局与华南植物所合作~在105国道从化路段开展应用香根草篱治理公路滑坡试验~结果令人满意。
,3,河岸、渠埂、水田埂的保护。香根草具有耐水湿的特点~非常适合于作河岸、渠埂、水田埂的保护植物~可减少长时间的流动水对土壤的冲刷。
,4,污水池、废弃垃圾场的治理。香根草对许多处重金属元素具有很强的抵抗能力~在污染严重的地方都有生长良好~可将其种植于污水池、废弃垃圾场等地~既治理了环境~又可繁殖大量种苗。
,5,防风固沙。滨海地区风沙的侵蚀是农作物生长的主要障碍因子~种植香根草作风障可减缓风速~制止或减轻风蚀现象的发生~保证作物的正常生长。
,6,天然防火线。鲜活的香根草植株不易燃烧~在田间~香根草篱是天然的防火线。
,7,提取香根草油。香根草根中含有3%的香根油~化学成分为岩兰草醇~是一种天然的香料~可作为化妆品工业等的原料~每公斤价格40美元左右。但以水土保持为目的而种植的香根草不能挖根取油~否则就达不到保持水土的目的。
,8,培养食用菌。香根草是一种优质的菌草~它的茎叶是培制香菇、毛木耳、黑木耳、平菇、金针菇、猴头菇等食用、药用菌的优质原料。
,9,开发荒地的先锋植物。香根草由于适应性广、抗逆性强~在开发荒地时是非常理想的先锋植物。非洲的Sahel和印度北部的Bharatpur在火山和干旱等特殊地区种植香根草已有几百年的历史。
,10,其它用途。香根草可编织工艺品~也可作为茅屋、棚舍顶的材料~还可作为牲畜的垫栏材料和燃料~以及作为种植园的地面覆盖材料。
3.5 蓑草
蓑草根系长度及其在土壤剖面中的分布在120 cm×90 cm土体内~蓑草根系总长98 714. 8cm~平均根长0. 91cm/cm3~在土壤表层高达9.42cm/cm3。研究土体周长420 cm~根系总长度相当于缠绕整个土体235圈~正是根系的这种缠绕固结作用显著提高了土壤抗侵蚀的能力。在土壤剖面的横向分布上~蓑草根系随着距蓑草中心距离的增加而减少~且集中分布在蓑草植株左右40~50cm左右的土体内~其中近50%的根系分布在植株左右20cm以内~近65%分布在左右30cm以内~ 80%分布在左右40 cm内~近90%分布在50 cm左右在土壤剖面纵向分布上随土层深度增减而递减~且集中分布在40cm以上土体内~其中60%分布在20 cm以上土体内~ 80%分布在40 cm以上土体内~ 90%分布在60 cm以上土体内。因此~蓑草根系对表层尤其是40cm以内相对肥沃土壤的渗透性、抗冲性和抗剪性的提高具有重要意义~对防止因土壤侵蚀引起的土壤质量退化具有重要作用~且其提高土壤抗侵能力的有效性也势必随土层深度的增加而逐渐减弱。
蓑草根系平均直径0. 20 mm~0. 50 mm~ 95%的根系平均直径小于0. 40 mm。土体根系总体积85. 13 cm3~根系总表面积10139. 68
cm2~约为土体表面积的39%~在土壤表层根系表面积高达土体表面积的2~3倍。]在研究黄土高原草地植被恢复对土壤腐殖质及水稳性团聚体的影响时发现~0. 1 mm~0. 4 mm毛根对于团聚体的形成除了“缠绕、串联”作用外~根系的网络及根土界面的粘结作用可能也有重要意义,毛根的作用主要体现在大型团聚体(>2mm)的形成上~根系表面积指标与团聚体的相关性比毛根长度要好~他认为~用毛根表面积分析评价其提高土壤水稳性团粒、强化抗冲性的作用比用有效根密度或根系生物量更能揭示其固结土壤的作用机制。由于蓑草根系极
为丰富且以0. 25~0. 35 mm的细根为主~表面积大~粘接作用明显~故其改善土壤抗侵蚀性能的有效性显著~对提高50 cm以内土体的土壤抗侵蚀能力尤为突出。
监测结果表明~在12度坡度情况下~坡改梯后净作蓑草(PECC)年径流量仅为49. 90 m3/hm2~年土壤流失量为155. 78 kg/hm2~而未坡改梯且农作情况下(FNC)~年径流量314.29 m3/hm2为前者的6. 30倍~年土壤流失量3322. 50 kg/hm2为前者的21. 33倍。在24度坡度情况下~坡改梯后土埂及边坡种植蓑草、坡面农作(PERBC)年径流量248.04 m3/hm2~年土壤流失量612. 00 kg/hm2~坡改梯后净作蓑草 (PECC)径流量42. 44 m3/hm2~土壤流失量153.75kg/hm2~而未坡改梯且农作(FNC)情况下年径流量高达785. 73m3/hm2~分别为处理1的3. 17倍~处理2的18. 52倍~年土壤流失量高达37503 kg/hm2~分别为处理1的61. 33倍~处理2的244. 12倍。由此可见~蓑草的水土保持效益十分突出~蓑草是长江上游丘陵地区重要的水保草种资源~蓑草植物篱农作技术体系是坡耕地保护利用的重要技术措施。
根据2003到2004年径流监测结果~按降雨量大小排序~以降雨量为x~径流量为y~在不考虑降雨强度的情况下做直线回归趋势分析~结果表明~径流量与降雨量具有显著的线性相关关系~可以认为蓑草通过地表覆盖、丰富的根系与土壤的相互作用过程对改善土壤抗侵蚀环境的效益十分显著~蓑草不仅对小降雨量、小强度的降雨径流具有显著的防止作用~而且对降雨量和降雨强度大、持续时间长的降雨径流也具有显著的防止作用。蓑草植物篱减少径流的效益随坡度增大而增加.
4(开发潜力
按照在巴黎签署的联合国防治荒漠化公约中的定义~“荒漠化系指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化”。
我国政府已将水土保持生态建设确立为21世纪经济和社会发展的一项重要的基础工程~水土保持生态建设的资金投入已经大幅度稳
定增加~水土保持规模、速度已远远超过以往任何时期。为适应这种需求~2005年~由水利部、中国科学院、中国工程院联合组织的由20余位院士、几百名专家参加“中国水土流失与生态安全综合科学考察”,2007年5月~国家将“中国主要水蚀区土壤侵蚀过程与调控机制研究”列入国家重大基础研究计划。这表明我国水土保持科技事业遇到了前所未有的发展机遇~将对水土保持科学发展产生历史性巨大的促进作用。
项目拟解决的三个关键科学问题:
,1,主要水蚀区土壤侵蚀的发生发展过程与驱动机制。复杂的自然条件、巨大的人口压力和悠久的农业开垦历史~使我国成为世界上土壤侵蚀类型最多、分布面积最广、侵蚀程度最严重的国家。所以~研究中国土壤侵蚀的发生发展过程与驱动机制就是解决世界土壤侵蚀科学的难题
,2,复杂环境下土壤侵蚀模型构建的理论与方法。由于我国土壤侵蚀环境因子复杂~国际上流行的~如美国、欧洲的侵蚀模型在我国难以应用~考虑到区域差异和尺度的影响~急需研究建立适合我国自然环境的土壤侵蚀模型理论与方法.
,3,水土流失与水土保持环境效应评价理论与调控机理。严重的水土流失引起了严重的生态问题和社会问题~长期的水土保持活动也产生了明显的效益~建立科学的评价指标体系为指导全国水土保持提供科学依据~已经成为水土保持科学研究的重要任务。陵区、西北黄土高原区、西南紫色土山丘区等4个水力侵蚀区。前两个区是我国主要商品粮生产区,后两个区分别是我国黄河、长江两大河流中上游泥沙主要来源区。研究队伍集中了全国水土保持研究的主要力量~包括中科院7个研究所、8所大专院校及黄河、长江两大流域研究机构本学科领域主要骨干。李锐研究员介绍说~项目总体框架可用“1357”概括~即一个总课题~拟解决3个关键科学问题~包括了5个方面的研究内容。
5.特色种类
5.1 沙拐枣
别名:头发草
科:蓼科
产地分布:分布于中国甘肃、新疆、内蒙古等省区
形态特征:老枝灰白色~开展。1年生枝草质~绿色~有关节。叶条形~托叶鞘膜质~瘦果宽椭圆形。花期5~6月。
生长习性:极耐高温、干旱和严寒。萌芽性强~被流沙埋压后~仍能由茎部发生不定根、不定芽。多生于沙地、戈壁滩、干河床以及山前沙砾地。
景观用途:沙拐枣为防风固沙植物。花、果及老枝均有一定观赏价值~适宜点缀公园。也可盆栽。全株可入药。
培育繁殖:用种子或压条繁殖。
5.2 山荞麦
别名:木藤蓼、康藏何首乌
科:蓼科
产地分布:产于陕西、甘肃。内蒙、山西等省区也有分布。 形态特征:茎缠绕或近直立~初为草质~1-2年后变为木质或近木质~长达数米。叶互生或簇生~长圆状卵形~先端急尖~基部浅心形~两面光滑无毛。花序圆锥状~顶生。苞膜质~内含3-6朵花。花小~白色~花被5深裂。果实卵状三棱形~黑褐色。
景观用途:山荞麦开花时一片雪白~有微香。是良好的攀援和蜜源植物。
培育繁殖:可播种或扦插繁殖~发芽率很高。
5.3苎麻
科名:荨麻科
别名:家苎麻、白麻、圆麻
产地分布:湖南、湖北、四川、安徽、江西、广西、浙江、贵州、河南、陕西、江苏、云南、福建、广东和台湾等省(自治区)均有。以湖南、湖北和四川省为最多。
形态特征:半灌木~高1,2m,茎、花序和叶柄密生,短或长柔毛。
5.4沙棘
科:胡颓子科
形态特征:落叶灌木或乔木~高5,10m~具粗壮棘刺。枝幼时密被褐锈色鳞片。互生~线性或线状披针形~两端钝尖~下面密被淡白色鳞片,叶柄极短。花先叶开放~雌雄异株,短总状花序腋生于头年枝上,花小~淡黄色~雄花花被2裂~雄蕊4,雌花花被筒囊状~顶端2裂。果为肉质花被筒包围~近球形~橙黄色。花期3,4月~果期9,10月。生于河边、高山、草原。
生长习性:沙棘能适应不良的环境条件~沙棘适应性强~耐旱耐寒~不择土壤~无论干瘠、水湿及盐碱的地方都能生长。
产地分布:广泛分布于我国西北、华北以及西南地区。
用途:沙棘在荒山、荒坡、荒滩治理中成为了生态建设的造林先锋树种~在调节微气候、改良土壤、涵养水源、防风固沙、创造野生动物的生存条件等方面发挥着巨大的作用~有着无可比拟的重大生态价值。沙棘的防风固沙作用很强~当沙棘根系网络形成以后~当地的沙粒基本可以固着。一方面是地上枝叶部分的阻隔~另一方面是地表枯落层和密集的草本植物的覆盖。这样在风沙源地带种植沙棘~在控制沙尘暴源头的沙尘上~有着重大的作用。

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