蘭州南部山區坡耕地與荒草坡地森林植被恢復技術及模式

蘇永祥，魏 強，凌 雷，柴春山，張廣忠，于洪波

(甘肅省林業科學研究院，甘肅蘭州730020)

蘭州市地處我國黃土高原、青藏高原和蒙新高原三大高原的接壤地帶，屬黃土高原的最西端，為甘肅黃土高原隴中北部黃土丘陵、河谷盆地類型區。本區深居內陸，遠離海洋，且不少山脈走向與來自海洋的暖濕氣流相垂直，致使暖濕氣流不易到達，因此降水稀少，氣候干旱，自然植被稀疏，生態環境脆弱。

特殊的地形與氣候條件，致使蘭州市大氣污染十分嚴重，長期以來一直位于全國大氣污染嚴重的城市之列［1－2］。近年來，雖然蘭州市政府已采取有效措施進行了治理，但目前還難以得到緩解。

蘭州市的大氣污染，除因工廠排放污染物較多之外，蘭州南北區域間存在著截然不同的植被類型也是導致大氣污染嚴重的另一重要因素。南部地區擁有大面積天然森林，形成區域“冷湖效應”;北部為大面積荒漠化植被，形成區域“熱島效應”。由于這種溫度效應差的存在，從而形成了蘭州市區域間的風場。蘭州南部山區林緣線在環城的南北兩山綠化圈之間形成了一條5～15 km寬的森林斷帶，而這條斷帶卻隔斷了森林及森林環境向城市延伸的路徑，如能擴大南部山區森林面積，將南部天然林區與市區森林綠地對接起來，加強區域“冷湖效應”，增大南北區域間溫度場差，進而強化區域風場，加快城市污染物擴散速度，將從根本上減輕蘭州市的大氣污染［3］。

1 研究區域概況

蘭州南部山區在地理位置上屬于祁連山的余脈，主要包括蘭州市榆中縣、城關區、七里河區和西固區的30多個鄉鎮，南北寬5～15 km，東西長100 km左右，面積112295.75 hm2，總人口18.7萬人。研究區域為中溫帶半濕潤半干旱氣候，受地形與海拔影響，氣候差異較大，海拔＜1800 m區域年降水量為350 mm，海拔1800—2600 m 區域年降水量400～600 mm［4－6］。地帶性植被為森林草原，主要由青杄(Picea wilsonii)、青海云杉(P.crassifolia)、山楊(Populus davidiana)、白樺(Betula platyphlla)、遼東櫟(Quercus liaotungensis)、甘肅山楂(Crataegus kansuensis)、虎榛子(Ostryopsis davidiana)、黃刺玫(Rosa xanthina)、水栒子(Cotoneaster multiflorus)、中國沙棘(Hippophae rhamnoidesL.subsp.sinensisRousi)、甘肅小檗(Berberis kansuensis)、檸條錦雞兒(Caragana korshinskii)、長芒草(Stipa bungeana)、甘青針茅(S.przewalskyi)、細裂葉蓮蒿(Artemisia gmelinii)、大針茅(S.grandis)、鐵桿蒿(A.sacrorum)、賴草(Leymus secalinus)、阿爾泰狗娃花(Heteropappus altaicus)等組成［4－6］。地形地貌以石質山地和山間谷地為主要特征;土壤由亞高山草甸土、灰褐土、栗鈣土、新積土、黃綿土組成［6］，其中黃綿土是坡耕地和荒草坡地最主要的土壤類型。

2 研究方法及內容

本文依據2009年環境減災小衛星影像資料，結合蘭州南部山區土地利用現狀和植被狀況，參照可以解譯的詳細程度，利用“3S”技術對蘭州南部山區景觀類型進行了劃分。2009年8月對蘭州南部山區天然林區與荒草坡地植被狀況、農耕區社會經濟情況進行了調查，調查因子為森林優勢樹種及建群種組成、林分結構、林木生長狀況、林分生存環境、荒草坡地建群種及優勢種組成、植被生長狀況、植被生存環境、農耕區種植業結構、土地面積、≥25°耕地面積、農作物收入和經濟來源等，調查樣方為喬木20 m×20 m、灌木2 m×2 m、草本1 m×1 m?；谝陨险{查與查閱相關資料［6］，對本區域坡耕地和荒草坡地森林植被恢復與重建進行了深入研究與分析，并結合提高當地群眾經濟收入和脫貧致富的主要目標，集成提出了蘭州南部山區陡坡耕地退耕還林技術及模式和荒草坡地森林植被恢復技術及模式，以期為擴大蘭州南部山區森林面積提供技術支撐。

3 土地利用與植被類型分布狀況

通過調查，可將蘭州南部山區土地利用類型劃分為6類，即林地、草地、農地、水域、荒地、居民用地。由表1、表2可以看出:①在研究區域內林地所占面積最大，為57075.03 hm2，占50.83%，主要由灌木林、寒溫性針葉林、落葉闊葉林和針闊混交林組成;②旱地39433.08 hm2，占35.11%，其中坡耕地面積很大，≥25°的有 3643.69 hm2，15°—25°的有12345.74 hm2;③草地 7158.99 hm2，占 6.37%，其中約有 4553.57 hm2分布于≥15°區域;④荒地 1874.40 hm2，占 1.67%，各坡度均有分布。

表1 研究區各土地利用類型面積及百分比［3］

4 脫貧致富途經探討

蘭州南部山區大多位于蘭州市的邊遠地區，文化落后，經濟不發達，人民生活貧困。當地群眾主要靠種地維持生計，但由于耕地坡度較大，加之降水較少，靠天吃飯，因此產出很低，僅靠廣種薄收獲得一些微薄收成，經濟收入主要靠外出打工獲得。針對這種現狀，筆者認為調整產業結構是解決當地群眾生活貧困問題的當務之急。通過對當地現狀和自然條件深入分析，認為:高海拔地區年降水量較高(≥400 mm)，發展林草業可帶來較多經濟收入，因此對于坡度較大的耕地應退耕還林(草)，種速生用材樹種和人工牧草，并大力發展家庭養殖業;低海拔地區溫度較高，對于坡度較大的耕地應進行退耕還林(草)，種植經濟林和人工牧草，并大力發展林果業和家庭養殖業;對低海拔坡度較小的耕地，可采用雙壟溝播技術種植產量較高的農作物(如玉米、馬鈴薯等)，提高糧食單產，為當地群眾提供口糧和為家庭養殖業提供大量牧草，從而增加群眾經濟收入;對低海拔溫度較高的耕地，以雨水集流措施大力發展溫室大棚，種植蔬菜，從而提高群眾經濟收入。

表2 按坡度劃分的土地利用類型面積分布 hm2

5 陡坡地退耕還林技術及模式

5.1 喬木—人工牧草結合型植被建設模式

5.1.1 適用范圍

該種模式主要適用于蘭州南部山區陰坡及半陰坡坡度≥25°的坡耕地。

5.1.2 主要技術措施

(1)物種組成。該模式所選物種為青海云杉、華北落葉松、側柏、紫花苜蓿、紅豆草等。①青海云杉，為鄉土樹種。生長在陰坡及半陰坡，較耐寒、耐旱、耐瘠薄，淺根性樹種，易風倒［7］。②華北落葉松(Larix principis－rupprechtii)，為外來樹種。喜光性強，幼苗喜群生，不耐側方庇蔭，喜濕潤涼爽氣候［7］。③側柏(Platycladus orientalis)，為鄉土樹種。能適應干冷及暖濕的氣候，能耐－35℃的絕對低溫，對土壤要求不嚴格，在低山干旱瘠薄的土壤條件下或石縫中均能正常生長［7］。④紫花苜蓿(Medicago sativa)，即紫苜蓿，為鄉土草種。喜溫暖和半干燥、半濕潤的氣候，適應性強，能耐－30℃低溫;抗干旱，能吸收土壤深層水分［7］。⑤紅豆草(Onobrychis viciaefolia)，為鄉土草種。喜干燥，耐旱力超過紫花苜蓿，抗寒性不如紫花苜蓿;最喜在石灰性土壤、沙壤土和干旱貧瘠砂礫土上生長;強陽性，不耐陰［7］。

在海拔≥2600 m的陰坡及半陰坡，喬木為青海云杉和華北落葉松，牧草為紫花苜蓿;在海拔2000—2600 m的陰坡及半陰坡，喬木為側柏，牧草為紅豆草。

(2)植被建植方式。①青海云杉選用3～5年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，秋季造林;株距3 m，行距8～10 m。②華北落葉松選用2～3年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，秋季造林;株距3 m，行距8～10 m。③側柏選用3～5年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，秋季造林;株距2 m，行距6～8 m。④紫花苜蓿和紅豆草采用撒播方式春季播種。

(3)整地方式。①對造林地，在造林前一季節采用穴狀方式整地，長、寬、深分別為 2.0、1.0、0.8 m，樹穴面低于地平面0.2 m，使其形成長、寬、高分別為 2.0、1.0、0.2 m 的集水坑。②對牧草播種地，在播種前用犁深翻一遍，深度為20 cm，打碎土塊，用耙子拉平地面，然后撒播種子，最后用耙子再拉一次。

(4)撫育管理。對所造喬木林帶，從造林第2年起對未成活樹穴進行補植，直到每穴成活為止。對牧草，播種第2年在密度較小區域進行補播;牧草一年刈割2次，第一次應早刈割，每次刈割留茬5 cm左右，刈割后及時施有機肥。

5.1.3 模式特點

云杉、華北落葉松和側柏可形成防護林帶，具有降低風速、阻止地表徑流產生的作用;在林帶間播種人工牧草，既有減少地表徑流的作用，又可為家庭養殖業提供大量牧草。因此，該種模式既能防治水土流失，又能帶動地方經濟發展。

5.2 灌木—人工牧草結合型植被建設模式

5.2.1 適用范圍

該種模式主要適用于蘭州南部山區陽坡及半陽坡坡度≥25°的坡耕地。

5.2.2 主要技術措施

(1)物種組成。該模式所選物種為檸條、中國沙棘、山杏、紫穗槐、紫花苜蓿、紅豆草等。①檸條，即檸條錦雞兒，為鄉土樹種。喜光，蔭蔽處生長不良并影響結實;抗高溫，地面溫度達55℃時不見傷害;耐寒，能適應－32.7℃低溫;耐干旱，在年降水量350 mm以下的黃土丘陵山地、土壤含水量6%的荒坡上均能正常生長［7］。②中國沙棘，為鄉土樹種。喜光，不耐遮陰;耐大氣干旱，但要求土壤有一定濕度;根系有根瘤，對土壤質地適應性較強;耐寒，能抵抗－50℃的極端低溫［7］。③山杏(Armeniaca sibirica)，為鄉土樹種。喜光、耐寒、耐旱、耐瘠薄，適應性強;喜在中性或石灰性、排水良好的輕沙壤和壤質土上生長［7－8］。④紫穗槐(Amorpha fruticosa)，為引進樹種。陽性樹種，喜光，極不耐蔭;適應性強，生長幅度寬，具有耐干旱、耐水淹、耐寒、耐高溫、耐瘠薄、耐鹽堿等特性［7］。

在海拔≥2600 m的陽坡及半陽坡，灌木為中國沙棘和山杏，牧草為紫花苜蓿;在海拔2000—2600 m的陽坡及半陽坡，灌木為檸條和紫穗槐，牧草為紅豆草。

(2)植被建植方式。①中國沙棘、紫穗槐選用2年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，春季造林;株距2 m，行距6～8 m。②山杏選用1～2年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，春季造林;株距3 m，行距6～8 m。③檸條采用春秋季直播造林，每穴種子10～15粒，覆土3～4 cm;株距2 m，行距6～8 m。④紫花苜蓿和紅豆草采用撒播方式春季播種。

(3)整地方式。①在造林前一季節，采用穴狀方式整地，長、寬、深分別為 2.0、1.0、0.8 m，樹穴面低于地平面 0.2 m，使其形成長、寬、高分別為 2.0、1.0、0.2 m 的集水坑。②對直播造林地，可在播種時先整地，后播種，整地深度在20 cm以上。③對牧草播種地，在播種前用犁深翻一遍，深度為20 cm，打碎土塊，用耙子拉平地面，然后在其上撒播種子，最后用耙子再拉一次。

(4)撫育管理。對所造灌木林帶，從第2年起對未成活樹穴進行補植，直到每穴成活為止;每隔5～10年平茬一次。對牧草，播種第2年在密度較小區域進行補播;牧草一年刈割2次，第一次應早刈割，每次刈割留茬5 cm左右，刈割后及時施有機肥。

5.2.3 模式特點

檸條、中國沙棘、山杏、紫穗槐可形成一條灌木林帶，具有降低風速、阻止地表徑流產生的作用;在林帶間播種人工牧草，既有減少地表徑流的作用，又可為家庭養殖業提供大量牧草。因此，該種模式既能減少水土流失，又能帶動地方經濟發展。

5.3 經濟林—人工牧草結合型植被建設模式

5.3.1 適用范圍

該種模式主要適用于蘭州南部山區海拔≤2600 m、土壤厚度≥50 cm、15°≤坡度 ＜25°的區域。

5.3.2 主要技術措施

(1)物種組成。該模式所選物種為毛榛、文冠果、仁用杏、花椒、核桃、蘋果、紫花苜蓿、紅豆草等。①毛榛子(Corylus mandshurica)，即毛榛，為鄉土樹種。喜光，光照不足對其生長和結果不利，一般要求年均日照時數為2100 h以上;抗寒性強，有雪覆蓋下可耐－48.2℃低溫;喜肥沃、腐殖質豐富、濕潤的微酸性土壤(pH 值 5.5～6.8)［7－8］。②文冠果(Xanthoceras sorbifolia)，為鄉土樹種。喜光，適應性強，耐寒、耐熱、耐瘠薄，不耐水濕;適生于降水適中、土壤濕潤肥沃、通氣良好、地下水位低于2 m的地方;在年均氣溫3～18℃，極端溫度－33.9℃和38.9℃，中性、堿性或微酸性土壤上均能正常生長［7－8］。③仁用杏，指以利用杏仁為主的甜仁杏，品種主要有龍王帽、小龍王帽、豐仁等。適應性強，耐瘠薄，抗旱耐寒，能適應－36℃低溫，在干旱地區生長良好［7］。④花椒(Zanthoxylum bungenum)，為鄉土樹種。喜光，適宜在溫暖濕潤及土層深厚肥沃的壤土、沙壤土上生長;耐寒、耐干旱、耐瘠薄，適應性強;不耐澇，短期積水可致死亡［8］。⑤核桃(Juglans regia)，為外來樹種。深根性，根系強大，分布廣，喜水、喜光、喜肥，不耐澇，不耐瘠薄;對土壤適應性較強，不論丘陵、山地還是平原都能生長。核桃屬喜鈣植物，在石灰性土壤上生長結果良好［8］。⑥蘋果(Malus pumila)，為鄉土樹種。喜光，最適于土層深厚、富含有機質、通氣排水良好的沙質土壤;在年均溫度7.4～14℃地區均可栽培;較抗旱，年降水量達540 mm即可滿足其生長與結果需要［8］。

在海拔2200—2600 m，陰坡及半陰坡經濟林為毛榛子，牧草為紫花苜蓿;陽坡及半陽坡經濟林為文冠果，牧草為紅豆草。在海拔2000—2200 m，陰坡及半陰坡經濟林為核桃，牧草為紫花苜蓿和紅豆草;陽坡及半陽坡經濟林為仁用杏，牧草為紅豆草。在海拔1800—2000 m，陰坡及半陰坡經濟林為蘋果，牧草為紫花苜蓿;陽坡及半陽坡經濟林為花椒，牧草為紅豆草。

(2)植被建植方式。①毛榛子、文冠果、仁用杏、花椒選用2年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，春季造林;株距為3 m，行距為6～8 m。②核桃選用2年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，春季造林;株距4 m，行距8～10 m。③蘋果選用2年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，春季造林;株距3 m，行距6～8 m。④紫花苜蓿和紅豆草采用撒播方式春季播種。

(3)整地方式。①在造林前一季節，采用穴狀方式整地，寬、長、深分別為 1.5、3.0、0.8 m，樹穴面低于地平面 0.2 m，使其形成寬、長、高分別為 1.5、3.0、0.2 m 的集水坑。②對于牧草播種地，在播種前用犁深翻一遍，深度為20 cm，打碎土塊，用耙子拉平地面，后在其上撒播種子，最后用耙子再拉一次。

(4)撫育管理。對于所造經濟林，從第2年起對未成活樹穴進行補植，直到每穴成活為止;每年進行施肥、修剪、病蟲害防治等。對于牧草，播種第2年在密度較小區域進行補播;牧草一年刈割2次，第一次應早刈割，每次刈割留茬5 cm左右，刈割后及時施有機肥。

5.3.3 模式特點

毛榛子、文冠果、仁用杏、花椒、核桃、蘋果形成一條經濟林帶，具有降低風速、阻止地表徑流產生的作用，同時還可獲得較好的經濟收入;林帶間播種人工牧草，既可起到減少地表徑流的作用，又可為家庭養殖業提供大量牧草。因此，該種模式既能減少水土流失，也能帶動地方經濟發展。

6 荒草坡地森林植被恢復技術及模式

6.1 灌木—天然草地植被建設模式

6.1.1 適用范圍

該種模式主要適用于蘭州南部山區陽坡及半陽坡的荒草坡地。

6.1.2 主要技術措施

(1)物種組成。該模式所選物種為檸條、山杏、花棒、白刺、梭梭等。①花棒(Hedysarum scoparium)，即細枝巖黃芪，鄉土樹種。喜光，耐旱，根系發達;生于荒漠、半荒漠和干旱草原地帶的沙地、戈壁和殘丘坡地［7］。②白刺(Nitraria tangutorum)，為鄉土樹種。天然分布于干旱缺水、風大沙多、土壤瘠薄和鹽堿較重的嚴酷環境，為旱生耐鹽的荒漠帶常見樹種［7］。③梭梭(Haloxylon ammodendron)，為鄉土樹種。根系龐大，垂直根系深達5 m以上，水平根系也極為發達，長達10 m以上，是我國西北干旱荒漠地區固沙先鋒樹種［7］。

在海拔 2200—2600 m，灌木為檸條和山杏;在海拔1800—2000 m，灌木為花棒、白刺和梭梭。

(2)造林技術。①不同樹種以帶狀方式進行混交，每帶2～5行。②山杏選用1～2年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，春季造林;株行距3 m×3 m，品字形配置。③花棒、白刺、梭梭選用1～2年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，秋季造林;株行距2 m×3 m，品字形配置。④檸條采用春秋直播造林，每穴種子10～15粒，覆土3～4 cm;株行距2 m×3 m，品字形配置。

(3)整地方式。①在造林前一季節，采用魚鱗坑方式、穴狀方式整地，坡度≥25°時采用魚鱗坑方式，坡度＜25°時采用穴狀方式，深度在40 cm以上。②對于直播造林地，可在播種時先整地，后播種，整地深度在20 cm以上。

(4)撫育管理。對于所造林分，進行完全封育，嚴禁人為破壞;從造林第2年起，對保存率未達到85%的造林地進行補植;對于檸條，5～10年平茬一次。

6.1.3 模式特點

檸條與山杏以帶狀方式混交，可充分利用不同土壤層次的水分，并可加強根系對地表土壤的固持和改良作用;花棒、白刺、梭梭耐旱性極強，通過與當地天然草本植物結合，可形成較穩定的植物群落結構，不斷增強植被的水土保持功能。

6.2 喬—灌—天然草地植被建設模式

6.2.1 適用范圍

該種模式主要適用于蘭州南部山區陰坡及半陰坡的荒草坡地。

6.2.2 主要技術措施

(1)物種組成。該模式所選物種為青海云杉、油松、刺槐、側柏、檸條、紫穗槐、中國沙棘、文冠果等。①油松(Pinus tabulaeformis)，為外來樹種?？购詮?，能耐－25℃低溫;在年降水量300 mm以下地區均能正常生長;喜光，在全光條件下能天然更新［7－8］。②刺槐(Robinia pseudoacacia)，為引進樹種。在年均氣溫8～14℃、年降水量500～900 mm的地方生長最好;生長迅速，根系發達，適應性強;在沙土、壤土、黏土和石礫沙壤土上均能生長［7－8］。

在海拔2200—2600 m的陰坡及半陰坡，青海云杉與中國沙棘、紫穗槐混交，油松與中國沙棘混交;在海拔1800—2000 m的陰坡及半陰坡，刺槐與文冠果混交，側柏與檸條混交。

(2)造林技術。①不同樹種以帶狀方式進行混交，每帶2～5行。②云杉、油松選用3～5生的Ⅰ、Ⅱ級苗，秋季造林;株行距3 m×4 m，品字形配置。③側柏選用3～5生的Ⅰ、Ⅱ級苗，秋季造林;株行距3 m×3 m，品字形配置。④刺槐選用1～2年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，春季造林;株行距3 m×4 m，品字形配置。⑤中國沙棘、紫穗槐選用2年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，春季造林;株行距3 m×3 m，品字形配置。⑥文冠果選用2年生的Ⅰ、Ⅱ級苗，春季造林;株行距3 m×3 m，品字形配置。⑦檸條采用春秋直播造林，每穴種子10～15粒，覆土3～4 cm;株行距2 m×3 m，品字形配置。

(3)整地方式。①在造林前一季節，采用魚鱗坑方式、穴狀方式整地，坡度≥25°時采用魚鱗坑方式，坡度＜25°時采用穴狀方式，整地深度在40 cm以上。②對于直播造林地，可先整地，后播種，整地深度在20 cm以上。

(4)撫育管理。對于所造林分，進行完全封育，嚴禁人為破壞;造林第2年，對保存率未達到85%的造林地進行補植;對于檸條和紫穗槐林，5～10年平茬一次。

6.2.3 模式特點

采用豆科與非豆科植物、常綠與落葉樹種、針葉與闊葉樹種、深根性與淺根性樹種相結合進行帶狀混交，在培肥土壤、水分利用、凋落物分解、水土保持、群落穩定性等方面明顯要好于原有天然草地和單一喬木或灌木所組成的植被類型。

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