沙棘種子的生態解碼：在華北濕地與山地中防止水土流失的機理探索

白春旭

（北京市密云水庫管理處，北京 101500）

在華北地區，水土流失成為了一項嚴峻的生態挑戰，影響著區域的可持續發展與生態平衡。面對這一問題，沙棘因其獨特的生態功能而被科學界關注。沙棘作為一種耐寒耐旱植物，具有顯著的環境適應性和優良的土壤固持能力。本研究旨在解讀沙棘如何在華北多樣生態環境中，通過其種子的特性及植株的生長行為，為抵御水土流失提供天然屏障，促進生態恢復，為區域的生態修復提供科學依據和實踐指導。

1 沙棘種子特性

1.1 沙棘種子形態與生理特性概述

沙棘種子外形通常為扁橢圓形，大小為3～4 mm，其顏色隨成熟度的不同，從淺黃色漸變至深褐色，表面粗糙且呈現出特定的紋理。種子外殼堅硬、質地緊密，旨在保護內部脆弱的胚胎不受外界物理、生物因素的侵擾，如微生物侵蝕、昆蟲啃食以及哺乳動物咀嚼等。種殼的堅韌有助于種子在惡劣的環境條件下保持休眠，等待適宜的生長條件出現。

在生理特性方面，沙棘種子屬于高油料種子，其含油量可達12%～20%，且這些油脂主要分布在種子的胚乳和胚芽部分。沙棘油特別富含多種不飽和脂肪酸，如亞油酸和亞麻酸，這些脂肪酸對人體健康至關重要，且人體無法自行合成，需通過攝取來獲得。沙棘油中的維生素E、胡蘿卜素以及類黃酮等抗氧化成分不僅為種子自身提供了保護，避免了種子因長期暴露在自然環境中而氧化損傷，同時為種子萌發和幼苗的生長發育提供了重要的營養支持[1]。

沙棘種子中至少含有18 種氨基酸，包括多種人體必需的氨基酸，如賴氨酸、色氨酸等，對種子的蛋白質合成和新陳代謝至關重要。微量元素如Fe、Zn、Se 等含量也比較高，這些元素對于酶系統的活性和幼苗的抗病性均有顯著影響。沙棘種子中還含有多種生物活性物質，如酚酸、類黃酮等，這些物質在植物抵御病原體侵襲、適應環境壓力中發揮著重要作用。

沙棘種子的這些形態與生理特性共同構成了其在自然環境中成功生存與繁衍的基礎，也是其作為植物資源被廣泛開發利用的重要原因之一。

1.2 發芽與生長環境適應性

沙棘種子的發芽過程受多種環境因素影響，其中，溫度和濕度是其發芽成功的關鍵。適宜的溫度對沙棘種子萌發至關重要，研究表明，在20～30 ℃溫度范圍內，沙棘種子的發芽率最高。這一特性決定了沙棘種子主要在春末至早夏間萌發，此時不僅溫度適宜，而且通常濕度也較高，有利于種子吸水和胚胎生長。

沙棘種子對土壤類型的適應性較強。沙棘植物能夠在沙質、壤土和黏土等不同土壤質地中順利生長。其根系既強又深，不僅能夠在疏松的沙質土壤中扎根以增強土壤穩定性，還能在密實的黏土質土壤中深入，通過其根系的物理作用提高土壤通氣性，并通過根系分泌物增加土壤的有機質。

沙棘根系與土壤微生物的共生固氮作用也是沙棘生態價值的一個重要體現。這種共生關系能夠顯著提升土壤中的氮素含量，從而促進植物生長，并有助于提高土壤肥力。沙棘的這種生態功能在華北地區濕地和山地的水土保持工作中發揮著重要作用，不僅能夠通過調節水分平衡來適應不同的濕度條件，還可以通過根系的固土作用防止水土流失，進而提升土壤的肥力和生產力[2]。

在華北多變的濕地和山地環境中，沙棘憑借其獨特的生長模式和生態適應性，在改良土壤質地、防止水土流失、提升土壤肥力以及維持區域生態平衡方面發揮著至關重要的作用。沙棘的這些特性不僅說明了其在自然界中的生存能力較強，也體現了其在生態保護和土地修復工作中的巨大潛力。

2 沙棘種植在華北濕地中的水源涵養研究

2.1 華北濕地的環境挑戰概述

華北地區以其獨特的地理特征和復雜的氣候條件形成了豐富多樣的濕地生態系統。該區域的濕地正面臨前所未有的環境挑戰，其根源有多方面，包括自然因素和人為活動的雙重影響。

1)水資源短缺。華北地區屬于我國半干旱和干旱氣候區，降水量季節分配不均，加之近年來氣候變化影響，極端氣候事件的頻率和強度均有所上升。尤其是降水量減少和蒸發量增加，導致濕地水體補給不足，水位下降，濕地面積逐漸縮小[3]。2)人類活動增加。農業灌溉、工業用水以及城市化進程中的水資源需求不斷增加，導致地下水位不斷下降。地下水位的下降不僅影響到濕地生態系統的水分平衡，還會引發土地沉降和鹽堿化等一系列環境問題。3)生物多樣性喪失。濕地是許多水生和陸生物種的棲息地，其生態價值不可估量。但濕地面積減少和生態環境惡化導致生物多樣性急劇下降，許多依賴濕地生存的物種數量大幅減少，甚至面臨滅絕。4)污染問題。隨著工業化和城市化的推進，濕地受到了嚴重的污染壓力。工業廢水、農業面源污染和生活污水的排放增加了濕地生態系統的負荷，影響了水體的自凈能力，對濕地生態系統的健康造成了嚴重的負面影響[4]。

2.2 沙棘種植策略及其適應濕地環境的機制

1)沙棘的生態適應機制。沙棘之所以在濕地環境中具有優越的適應性，源于其獨特的生理和生態特性。其根系深厚，能夠在水分較少的環境中深入土層，有效利用地下水源。沙棘的根部與固氮細菌共生，能夠提高土壤的氮含量，進而促進周圍植被生長，提高土壤質量。

2)沙棘的水源涵養功能。沙棘對于水源涵養的貢獻在于其獨特的水分調節機制，其葉片的蒸騰作用能夠調節周邊環境的濕度，而根系則能在濕潤季節儲存水分，在干旱季節釋放，這種“儲水—釋水”的能力對于維護濕地生態平衡至關重要。

3)種植策略。在沙棘種植策略方面，要考慮到濕地的具體條件，例如土壤質量、水分狀況及其他植物的生長狀況等。一般建議采用與濕地生態系統相協調的混合種植方式，既能保持生物多樣性，又能提高生態系統的穩定性和抗逆性。在沙棘種植早期階段，需要合理安排灌溉，以促進其根系發展和適應新環境。

4)監測與評估。為確保種植策略的有效性，需要對沙棘在濕地中的生長狀況、環境適應性以及水源涵養能力進行持續監測與評估。通過收集和分析相關數據，可以適時調整種植策略，以優化其在濕地水源涵養中的作用[5]。

2.3 沙棘在助力濕地水源涵養中的作用

1)土壤改良和水土保持。沙棘根系的改良作用主要表現在其強大的固土能力，其根部能滲透土層，形成一張復雜的根網，有效防止土壤侵蝕，濕地地區由于水流的沖刷力較大，因此沙棘根系的這種特性尤為重要。此外，沙棘根部還能促進土壤通氣性和滲水性提升，改善土壤結構，有利于其他植物的根系生長。這種土壤改良作用在降水期間尤為明顯，沙棘能有效減緩雨水沖刷的速度，降低表層土壤被沖走的風險。

2)豐富生態多樣性。沙棘果實的營養價值高，豐富的維生素和礦物質吸引了大量的野生動物。在食物鏈中，沙棘提供的食物資源是連接植物與高等動物的重要紐帶。這不僅使濕地的食物鏈更加完整，也增加了生物種群的數量和多樣性。例如，沙棘果實豐富，會引來鳥類，不僅直接食用果實，還可能攜帶其他植物種子到達沙棘林，進一步豐富了濕地的植被。

3)微氣候的調節。沙棘對濕地微氣候的影響可通過其蒸騰作用體現。沙棘葉片的蒸騰作用可以釋放大量水蒸氣到周圍空氣中，增加了空氣濕度，降低了地表溫度，不僅有利于沙棘自身生長，也為其他植物提供了良好的生長環境。沙棘林作為風的屏障，減緩了風速，降低了風蝕的風險，對于保持濕地微氣候穩定具有重要作用。

4)生態平衡的維護。沙棘對濕地生態平衡的維護不僅體現在其“儲水—釋水”的功能方面，沙棘的引入還可能改變土壤的化學性質，影響濕地中的微生物群落結構，這種改變有助于抑制某些有害微生物生長，同時促進有益微生物繁衍，對濕地生態系統的健康運轉至關重要。沙棘通過提供生態位，增加了生物多樣性，從而提升了濕地生態系統的抵抗力和恢復力，這在面對自然災害和人為干擾時尤為重要。

3 沙棘種植在華北山地中防治水土流失的機理

3.1 華北山地的特點及面臨的水土流失問題

華北山地地勢復雜多變，典型的地形以低山丘陵為主，地貌以山地和高原為主。這些地區通常由沙質土壤、石質土壤和黏土等不同類型的土壤組成，土層相對較薄，抗侵蝕能力較弱。由于地形的多樣性，華北山地氣候呈現出顯著的垂直分布特征，降水量隨著海拔的升高而增加，但總體而言，該區域降水稀少，蒸發量大，水資源短缺，植被覆蓋率不高，自然植物以耐旱灌木和草本植物為主。在這樣的地理和氣候條件下，華北山地面臨嚴重的水土流失問題。雨季來臨時，由于地表植被覆蓋不足，雨水難以有效滲透，地表徑流對土壤造成了直接沖刷，導致大量肥沃土壤被帶走，形成水土流失。由于人們過度放牧、砍伐森林和耕作方式不合理等，加劇了水土流失。特別是在坡度較大的地區，水土流失更加嚴重，使得原本貧瘠的土地更加難以恢復[6]。

水土流失不僅導致土地沙化、土地質量下降，還引發了一系列環境問題，如洪水、泥石流等自然災害頻發，生態環境惡化。如何有效地控制和治理華北山地的水土流失，已成為一個亟待解決的環境問題。

3.2 沙棘在山地的生態策略及生長適應性

沙棘植株能夠在貧瘠、干旱、低溫的條件下生存和繁衍，這得益于其強大的生存適應性。沙棘根系發達，既能深入土層吸取水分和養分，也能起到固土作用，減少水土流失。

在華北山地的生態環境中，沙棘適應了多樣化的生長條件，例如，在陽光充足的地方，沙棘能通過其光合作用高效地轉化太陽能；在陰翳地，沙棘能通過其葉綠體的結構適應弱光環境。沙棘的葉片和果實富含多種有機酸和維生素，不僅有助于其自身生長，也為野生動物提供了豐富的食物來源，進而增強了生態系統的穩定性和生物多樣性。

沙棘能在瘠薄的土壤中生長，與其淺根和深根相結合的根系結構不無關系。淺根固土抗侵蝕的能力強；深根則能到達較深的土層吸取水分，減少地表水的流失。同時，沙棘的葉片結構獨特，葉片表面的微毛能有效減少水分蒸發，提升雨水的截留和土壤的水分保持能力[7]。

3.3 沙棘種植對增強山地土壤的穩定性和抗侵蝕方面的作用

1)根系結構對土壤固持的作用。沙棘的根系結構對防止水土流失具有至關重要的作用，其根系不僅水平分布廣泛，而且能夠深入土壤，形成穩固的地下網絡，地下網絡在土壤中能夠形成一個堅固的框架，類似于一個地下的“安全網”，在水流沖刷時能夠有效鎖住土壤顆粒。沙棘根系能夠與土壤中的細小顆粒緊密結合，提高土壤的抗剪強度，即土壤顆粒之間抵抗外力而不被剪切開的能力，這一特性在防止坡面土壤流失中尤為重要。

2)改善土壤物理性質。沙棘通過其根系生長能顯著改善土壤的物理性質。例如，沙棘根系的穿透作用可以打破土壤的板結層，提高土壤層間的連通性，從而提高土壤的孔隙度和滲透性，有助于雨水的吸收和水分的垂直運動。增加土壤孔隙度還可以提高土壤的通氣性，為土壤中的微生物活動提供良好的環境。這些物理性質的改變能夠降低水蝕的可能性。

3)改善土壤化學性質。沙棘的根瘤菌可以將大氣中的N2轉化為植物可吸收的N 元素，這一過程稱為生物固氮。這種固氮能力能夠顯著提高土壤的N 元素含量，從而促進植物生長，尤其能促進沙棘周圍其他植物生長。植被的增加可加強對土壤的保護作用，減少水蝕和風蝕的發生。沙棘的落葉分解能夠增加土壤的有機質含量，提高土壤的保水能力和結構穩定性，從而增強土壤抵抗力，降低土壤被侵蝕的可能性[8]。

4)提升生態系統服務功能。沙棘種植的生態系統服務功能是多方面的。例如，沙棘的枝葉能夠為土壤提供遮陽環境，減少陽光直射，從而降低土壤溫度，減少水分蒸發，有助于保持土壤濕潤。沙棘作為一種快速生長的植物，其在生長過程中能夠吸收大量CO2并通過光合作用轉化為有機物，這一碳固定作用對于減輕溫室氣體效應具有重要意義。沙棘還能為野生動物提供食物和棲息地，有助于維持和提升生物多樣性。這些生態系統服務功能的提升不僅有助于防止水土流失，還能促進生態系統健康、可持續發展[9]。

4 結束語

沙棘以其獨特的種子特性和強大的生態適應性，在華北地區濕地與山地生態系統中扮演了重要角色。沙棘不僅在防止水土流失、水源涵養方面顯示出巨大潛力，更對生態恢復和提升生態系統服務功能具有顯著貢獻。未來的研究和實踐應繼續深化對沙棘生態作用的理解，探索其在全球變化背景下更廣泛的應用，為生態文明建設和可持續發展提供科學支撐。