青海湖湖东沙地人工植被恢复对风蚀的影响

Impact of artificial vegetation restoration on wind erosion in the eastern sandy land of Qinghai Lake

摘要

青海湖湖东沙地是青藏高原风沙活动最为严重的地区之一，威胁着区域生态系统的稳定性。通过分析不同类型和恢复年限的人工植物群落，探讨植被恢复对风沙活动的抑制效果。结果表明，植被恢复能够降低风速，减少风沙活动。固定沙地上的“沙蒿-沙棘群落”和半固定沙地上的“沙蒿-乌柳群落”在降低风速方面效果较好，优于流沙地。此外，群落结构和多样性在防风固沙过程中发挥了重要作用，物种和功能多样性的增加提升了生态功能。研究还发现，人工群落恢复改善了土壤粒度分布，增加了细粒和粉粒含量，提高了土壤抗风蚀能力。总之，人工植被恢复在提高生态功能和防治风沙活动方面具有重要意义。

Abstract

The eastern sandy land of Qinghai Lake is one of the most severely affected areas by wind-blown sand activities on the Qinghai-Xizang Plateau， threatening the stability of the regional ecosystem. This study analyzes different types and restoration ages of artificial plant communities to investigate the effects of vegetation restoration on suppressing aeolian activities. The results show that vegetation restoration reduces wind speed and decreases aeolian activity. The “Artemisia desertorum-Hippophae rhamnoides community” on fixed sandy land and the “Artemisia desertorum-Salix cheilophila community” on semi-fixed sandy land were more effective in reducing wind speed compared to shifting sands. Additionally， the structure and diversity of plant communities played a crucial role in wind erosion control， with increased species and functional diversity enhancing ecological functions. The study also found that artificial community restoration improved soil particle size distribution， increasing the content of fine and silt particles， thereby enhancing soil resistance to wind erosion. In summary， artificial vegetation restoration significantly improves ecological functions and mitigates aeolian activities， providing theoretical and practical guidance for ecological restoration in cold sandy areas.

Graphical abstract

关键词

人工植物群落 / 植被恢复 / 防风固沙 / 青海湖

Key words

artificial plant communities / vegetation restoration / windproof and sand-fixation / Qinghai Lake

青海湖是我国最大的内陆咸水湖，位于青藏高原的东北部，是全球气候变化的敏感区和生态系统脆弱区^［1-6］。青海湖湖东沙地是该地区最严重的风沙堆积区之一，对青海湖的生态平衡具有显著影响^［7-8］。长期以来，沙漠化在湖东沙地日益加剧，风沙活动愈加频繁，再加上土地退化和植被覆盖减少，进一步威胁湖区生态系统的稳定性^［7-11］。因此，针对这一地区的沙漠化防治和植被恢复已成为该区域生态环境治理的重点^［9-12］。

自20世纪70年代起，国家和科研机构投入大量资源，针对青海湖湖东沙地沙漠化进行了综合治理^{［8，12-13］}。在国家科技支撑计划的支持下，青海省与北京师范大学合作建立湖东沙地试验示范区，探索沙化土地综合治理技术的集成与示范，制定科学的治理策略^［12-14］。这些措施包括设置麦草方格沙障，种植耐寒耐旱的固沙植物如沙棘（Hippophae rhamnoides）、柽柳（Tamarix chinensis）和乌柳（Salix cheilophila）等，通过结合机械和生物措施，抑制风沙活动，促进流沙固定与土壤稳定，遏制沙漠化扩张趋势^［9-16］。

当前研究和实践表明，综合应用多层次的防治措施，如围封、植物种植和沙障设置等，有助于减少人类活动干扰，创造适合植被生长的条件，显著提升高寒沙地的生态恢复效果^［13-14］。本研究系统分析青海湖湖东沙地人工植被群落恢复对风沙活动的影响，重点探讨不同类型的人工植物群落恢复对风沙活动的抑制效果，揭示群落功能特征与风沙活动之间的关系。研究结果将为高寒沙地的植被重建和生态系统功能优化提供理论依据。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

本研究的试验示范区位于青海湖湖东沙地，该示范区自2007年起由青海省海晏县林业局与北京师范大学合作实施区域围封，总面积超过1万亩（6.67 km²）。示范区内采用不同类型的人工生物技术和机械技术进行植被恢复并固定流动沙丘^{［12，14］}。2007—2011年间，针对流动沙丘，采取机械固定与生物恢复相结合的措施：设置麦草方格沙障并种植原优质沙生耐寒植物；对半固定和固定沙丘实施苗木补植和种子直播措施；对退化严重的半固定沙丘，同样采用机械与生物相结合的治理方式；对部分流动沙地仅设置围栏封育，未进行其他人工管理措施^［14］。

1.2 数据来源及处理

在青海湖湖东沙地的试验示范区中，选择5块地理位置独立、生态恢复时间跨度较大、恢复程度呈现明显梯度、植被覆盖有较大差异的固定沙地和半固定沙地作为实验数据的采集地。此外，还选择了1块未经任何人工干预的流动沙地作为对照样地。6块样地南北长约100 m，东西宽约50 m，分布在湖东沙地不同位置，相互间隔超过50 m，高程差不超过20 m。其中，样地编号ZG恢复25a，位于固定沙地，建群物种为沙棘，采用实生苗栽植方法，株距1 m，未采取机械措施；样地编号SJB恢复13 a，位于半固定沙地，建群物种为沙棘，采用实生苗栽植方法，株距1 m，未采取机械措施；样地编号SHG和SWB恢复时间均为6 a，前者位于固定沙地，后者位于半固定沙地，都采用了麦草方格沙障作为机械措施（1.5 m×1.5 m），SHG栽植沙棘，株距1.5 m，SWB采用乌柳和沙棘的混栽，株距1.5 m；样地编号WLB恢复4 a，位于半固定沙地，采用乌柳、金露梅和沙棘混合栽植，株距1 m，设置麦草方格沙障的机械措施（1.5 m×1.5 m）；此外，样地LS为一个未进行任何恢复措施的流沙地，未种植任何植物。在这些样地进行现场样方调查、取样和观测，收集必要的原始数据，并以流沙样地LS为对照，比较不同样地人工植物群落恢复措施对风蚀的影响。

1.2.1 人工植被群落特征数据来源

根据之前对青海湖湖东沙地人工植被群落特征的研究^［14］，在每块样地采用典型抽样法进行样方调查，在不同地势分别设置5个灌丛样方（5 m×5 m），并在灌丛样方内按对角线设置5个草本样方（1 m×1 m）。对样地进行植被种类调查统计，并测量其中植物的生长指标，如高度、株数和盖度等。根据群落特征将青海湖湖东沙地人工植被划分为3个群落：“沙蒿-沙棘群落”“沙蒿-乌柳群落”和“沙棘-沙蒿群落”。并分别计算各样地植物群落的物种多样性指数和功能多样性指数。根据所有样地内植物在高寒沙地的生长特性和生态适应性，选取9个功能性状指标作为本次研究的物种功能特征：生活史、生活型、叶片质地、根系类型、被毛特征、光合途径、固氮类型、水分适应性和平均高度。通过量化描述后的功能性状指标测算各样地植物群落的物种多样性指数，包括Simpson指数D，Shannon-Wiener指数H，Pielou均匀度指数E和Margalef丰富度指数S。功能多样性指数通常划分为：功能丰富度指数、功能均匀度指数和功能离散度指数。选用FRic、FEve、FDiv、FDis、RaoQ这5个指标作为人工植物群落功能多样性的衡量指标。其中，FRic是多维功能丰富度指数，表示群落功能性状的丰富程度；FEve是多维功能均匀度指数，用于测量物种在功能空间的均匀程度，反映物种性状在所占据空间的分布规律；FDiv是多维功能离散度指数，描述群落中的物种多度沿功能性状轴向分布的情况；FDis是功能分异度指数，即各个物种到基于所有物种重要值所求得的重心的距离的平均值；RaoQ是通过Rao二次方程测量种群内和种群间的多样性和差异性的功能离散度指数，它可以计算两两物种间不相似性的多度权重的离散度。

根据青海湖湖东沙地人工植被群落特征的研究结果，青海湖湖东沙地不同样地的优势物种及其平均高度和总盖度、物种多样性指数和功能多样性指数如表1~表3所示。

1.2.2 风速廓线数据

在几个样地内设置多个移动观测点，样地外设置1个基准点，使用梯度风速仪观测不同人工植被恢复样地垂直4个梯度（从地面向上0.25、0.5、1、2 m）的风速分布。参照点与流动点位置不在同一风向，互不干扰。在进行风速廓线研究时，要对不同观测点不同时间的风速数据进行标准化处理，使其风速在同一时段进行比较。之后再使用标准化后的数据绘制风速廓线，计算与防风效能相关的几个重要指标（粗糙度、垂直方向风速增幅、防风作用等）。

1）风速的标准化

测定风速时，将梯度风速仪设置在固定基准测量点处，以该点4个梯度高度的风速作为对照；另外通过手持式风速仪在流动测量点测量垂直4个梯度的风速，并记录测量时间。每点测量10 min并取平均风速值，然后根据对照点相应时段的平均风速将所有测点风速都进行标准化换算为同一时段的平均风速^［17］。

具体换算方法为

U^{\text{'}}\left(z\right)=\frac{U_{\mathrm{对照}}\left(t_{\mathrm{0}},z_{\mathrm{0}}\right)}{U_{\mathrm{对照}}\left(t,z_{\mathrm{0}}\right)}\times U\left(t,z\right),（1）

其中，U^{\text{'}}\left(z\right)是z高度的标准化风速；U_对照（t₀，z₀）是基准点t₀时刻z₀高度的风速；U_对照（t，z₀）是基准点t时段z₀高度的风速值；U（t，z）是t时段某一高度z的风速^［17］。

2）粗糙度、风速增幅和防风作用

粗糙度Z₀

\mathrm{l}\mathrm{g}{Z}_{\mathrm{0}}=\frac{u_{\mathrm{1}}\mathrm{l}\mathrm{g}{z}_{\mathrm{2}}-u_{\mathrm{2}}\mathrm{l}\mathrm{g}{z}_{\mathrm{1}}}{u_{\mathrm{1}}-u_{\mathrm{2}}},（2）

风速增幅γ

\gamma =\frac{u_{\mathrm{2}}-u_{\mathrm{1}}}{z_{\mathrm{2}}-z_{\mathrm{1}}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}，（3）

防风作用E_x

E_x=\frac{U_{\mathrm{0}}-U}{U_{\mathrm{0}}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}，（4）

其中，u₁、u₂分别是z₁、z₂高度处的风速值；U₀是流动沙丘对照点高度2 m处的平均风速，U是移动观测点的平均风速^［18］。

1.2.3 表层土壤的机械组成

在湖东沙地的人工植被恢复样地内，选择不同位置（裸地、草本下方、灌木下方等）采集地表（0~10 cm）土壤样品，每块样地采集5个样品。带回实验室进行处理，测定土壤样本的机械组成。

1.3 分析方法

1.3.1 风速廓线图

在中性大气环境下，近地面气流的运动速度会随高度增加呈现对数递增的变化规律。这种风速沿高度的分布状况在风沙科学中称为风速廓线，是研究风沙运动、风沙地貌和风沙危害的理论基础和有效途径^［19］。本研究使用标准化后的平均风速绘制风速廓线图，标出风速与高度的对数拟合方程和拟合系数R²。

1.3.2 相关性分析

将不同样地的优势物种平均高度、群落总盖度、不同高度的防风作用、平均风速、物种多样性指数与功能多样性指数两两做皮尔逊相关分析，分析彼此之间的关系。

1.3.3 土壤粒度分析

对所采集的土壤样本的粒度组成进行测定时，确保每个样品100 g，在室内风干后充分混匀。土样去除枯落物后过2 mm筛，然后每块样地的每个样品取土4.5 g后混合。先用双氧水去除样品中的有机质，再用盐酸除去钙质，之后用蒸馏水对样品溶液清洗至中性。使用北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室的Mastersize 2000型激光粒度分析仪对处理后的样品按照粒度等级0.002~2.00 mm的范围进行测量。并按美国ASTM标准将砂土粒径等级划分为：黏粒（<0.002 mm）、粉粒（0.002~<0.05 mm）、极细砂（0.05~<0.1 mm）、细砂（0.1~<0.25 mm）、中砂（0.25~<0.5 mm）、粗砂（0.5~<1.0 mm）、极粗砂（1.0~2.0 mm）这7个类别 ^［20-21］。

2 结果分析

2.1 人工植物群落影响下的风速垂直分布

理想的风速廓线模型在风洞实验中获得，但在野外复杂地表条件下，风速的垂直分布呈现不完全的对数规律^［21］。对于有植被覆盖的沙地，气流受地面植物的影响而抬升，风速廓线也会相应地发生偏移，其偏移的高度与地上植被格局有一定的对应关系^［22-23］。另外，不同类型沙地的表面空气动力学粗糙度也会影响风速在垂直方向的分布^［24］。

2.1.1 人工植物群落对风速的影响

通常状况下，风速廓线在流沙地也能比较好地拟合出风速随高度呈对数增加的变化规律，且底层风速随高度的增幅往往大于中上层风速，到一定高度后风速的变化则趋于平缓^［18］。本节通过对各人工植物群落样地内的垂直风速进行观测，将不同时间不同观测点的风速进行标准化处理，使得各风速能够在同一时段进行比较。

表4显示了在标准化对照点2 m高度某一时段内平均风速为5 m/s时，各群落样地在4个高度的平均风速。数据显示，流沙地具有最高的风速，说明无植被覆盖的区域风速较大，而沙蒿-沙棘固定沙地群落、沙蒿-乌柳半固定沙地群落和沙棘-沙蒿半固定沙地群落的风速明显较低，表明植物群落能明显减缓风速。风速随高度的增加而增加，但植被的存在使得风速增长得到有效控制。特别是在较高的高度，固定沙地群落展现出更明显的减风效果。可见人工植物群落降低了风速，尤其是在较高的高度。这一效果对于防风固沙和改善沙地环境非常重要。植物群落的类型和植被的密度可能会影响其减风的效率。固定沙地群落可能由于具有更高或更密集的植被，其减风效果更为明显。

2.1.2 植物群落影响下的风速廓线拟合分析

湖东沙地人工植物群落样地的风速在垂直方向的分布都展现出风速从近地面向上随高度增加而增大的变化。通过绘制风速廓线图，采用标准化后的风速作为横轴，高度作为纵轴，进行对数曲线拟合，以拟合系数R² 分析不同类型群落样地的风速廓线特征。

如图1所示，各样地的风速廓线较好地体现出风速随高度对数函数变化的规律，其中ZG样地、SHG样地、WLB样地和LS样地的拟合系数均超过90%（P<0.05），SWB样地和SJB样地的拟合系数也都超过85%。风速廓线拟合方程中风速对数值lnx的系数可以体现出各样地对地表风速的减缓能力，在同等风力条件下系数越小的样地反映出越强的风速抑制作用。比较不同样地的系数，呈现出ZG<SHG<SJB<WLB<SWB<LS，表明在减缓风速方面植被的存在对风速具有明显影响，固定沙地的减缓作用强于半固定沙地，半固定沙地中恢复时间最长的SJB样地风速减缓作用最强。

2.1.3 粗糙度和防风作用

空气动力学粗糙度（简称粗糙度）是流体力学中的核心概念，用于描述风速降至0的高度，从而揭示地表与大气流动的相互作用。它在大气边界层理论、风沙科学和流体力学中是关键参数，反映了下垫面对风速的影响^［25-26］，可以体现下垫面抵抗风蚀的能力。提升地表的空气动力学粗糙度是防止风蚀的有效方法^［27-28］。根据各样地风速廓线图中风速对数值与高度较好的线性拟合关系，可以通过2 m和0.25 m高度层的风速关系计算近地面粗糙度（表5）。

防风作用可以直观地展示不同人工植物群落样地在降低风速方面的效果。通过这种对比，可以清楚地看到人工植被群落对风速的抑制能力，进一步理解植被覆盖对于风蚀防治的重要性。

如表5所示，粗糙度指标显示出在湖东沙地的各人工植物群落样地中，固定沙地群落（如ZG和SHG样地）具有较高的粗糙度。半固定沙地群落（SWB、WLB 和 SJB）中，WLB样地的粗糙度最高，这可能与其较高的物种丰富度有关。

整体上，人工植物群落越接近地面的防风作用越强。其中，ZG样地上的沙蒿-沙棘群落在各个高度均具有较强的防风作用。WLB样地的沙棘-沙蒿群落防风作用在各高度均最强。同是恢复6 a的SHG和SWB样地相比，SHG除0.5 m的防风作用略高外，其余高度的防风作用均低于SWB。恢复13 a的SJB样地沙棘-沙蒿群落的防风作用在各高度均最弱。

2.1.4 防风作用与群落盖度和优势种高度的相关性

将不同样地的优势物种平均高度、群落总盖度与不同高度的防风作用做两两相关性分析。分析人工植物群落的优势种、总盖度和防风作用之间的关系。

如表6所示，防风作用与群落盖度及平均高度之间的相关性具有统计学意义。平均高度与0.25、0.5、1和2 m高度处防风作用的皮尔逊相关系数分别为0.861、0.854、0.763和0.751，显著性水平分别为0.028、0.031、0.078和0.085。在0.05显著性水平（双尾）下，前两者相关性显著，表明平均高度对防风效果具有正向影响，特别是在0.25 m和0.5 m高度处的防风作用显著。

总盖度与0.25、0.5、1和2 m高度处防风作用的皮尔逊相关系数分别为0.845、0.824、0.813和0.823，显著性水平分别为0.034、0.044、0.049和0.044，均在0.05显著性水平（双尾）下显著。这说明，群落总盖度越大，其防风效果越显著，尤其在较低高度处更为明显。

总之，平均高度和总盖度与各高度层面的防风作用均表现出显著的正相关关系。结果表明，植物群落的结构特征在防风效果中起重要作用。在青海湖湖东沙地的人工植被恢复过程中，优化群落覆盖度并选择适宜的植被高度将提高防风效果。

2.2 人工植物群落的生物多样性与其影响风沙活动的生态功能的关系

群落生物多样性的各指标综合描述了群落的结构组成特征和功能性状特征，通过比较人工植物群落的生物多样性指标与风沙活动的特征指标分析人工植物群落和影响风沙活动的生态功能之间的内在联系。

2.2.1 群落物种多样性与风沙活动生态功能指标的相关分析

将人工植物群落的物种多样性指数（Simpson指数、Shannon-Weiner指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数）与风沙活动特征指标（防风作用、平均风速）之间做相关分析。

如表7所示，物种多样性指数与风速及防风作用之间存在显著的相关关系。Simpson指数与0.25、0.5、1和2 m高度处的风速呈显著负相关关系，皮尔逊相关系数分别为-0.967、-0.973、-0.905和-0.954，显著性水平分别为0.002、0.001、0.013和0.003。同时，Simpson指数与这4个高度处的防风作用呈显著正相关关系，相关系数分别为0.985、0.986、0.970和0.953，显著性水平均在0.01级别下显著。

Shannon-Wiener指数与0.25、0.5、1和2 m高度处风速的皮尔逊相关系数分别为-0.963、-0.966、-0.964和-0.971，显著性水平分别为0.002、0.002、0.002和0.001，均在0.01显著性水平下显著。此外，Shannon-Wiener指数与相应高度的防风作用呈显著正相关关系，相关系数分别为0.939、0.946、0.981和0.971，显著性水平分别为0.005、0.004、0.001和0.001，均在0.01显著性水平下显著。

Pielou均匀度指数与0.25、0.5和2 m高度处风速的皮尔逊相关系数分别为-0.862、-0.884和-0.817，显著性水平分别为0.027、0.019和0.047，在0.05显著性水平下呈显著负相关关系。同时，Pielou均匀度指数与全部高度的防风作用呈显著正相关关系，相关系数分别为0.943、0.939、0.853和0.816，显著性水平分别为0.005、0.005、0.031和0.047，均在0.05显著性水平下显著。

Margalef丰富度指数与0.25、0.5、1和2 m高度处风速的皮尔逊相关系数分别为-0.913、-0.882、-0.978和-0.956，显著性水平分别为0.011、0.020、0.001和0.003，均在0.05显著性水平下显著。此外，Margalef丰富度指数与上述高度的防风作用呈显著正相关关系，相关系数分别为0.823、0.825、0.932和0.957，显著性水平分别为0.044、0.043、0.007和0.003，均在0.05显著性水平下显著。

综上所述，物种多样性指数与各个高度层面的风速和防风作用均表现出显著的相关关系，特别是风速对多样性指数呈显著负相关关系，而防风作用对多样性指数呈显著正相关关系。这些结果对于研究和理解青海湖流域沙漠化土地的植被恢复策略具有重要参考价值。

2.2.2 群落功能多样性与风沙活动生态功能指标的相关分析

将人工植物群落的功能多样性指数（FRic、FEve、FDiv、FDis、RaoQ）与风沙活动特征指标（防风作用、平均风速）之间做相关分析。

如表8所示，功能多样性指数与风速及防风作用之间的相关性具有统计学意义。

FRic与0.25、1和2 m高度处风速的皮尔逊相关系数分别为-0.813、-0.928和-0.817，显著性水平分别为0.049、0.008和0.047。与0.25 m和0.5 m高度处防风作用的皮尔逊相关系数分别为0.835和0.818，显著性水平分别为0.039和0.047。FRic与风速呈显著负相关，与防风作用呈显著正相关。

FEve与0.25、0.5、1和2 m高度处风速的皮尔逊相关系数分别为-0.940、-0.925、-0.857和-0.952，显著性水平分别为0.005、0.008、0.029和0.003。与0.25、0.5、1和2 m高度处防风作用的皮尔逊相关系数分别为0.969、0.956、0.935和0.951，显著性水平分别为0.001、0.003、0.006和0.004。FEve与风速呈显著负相关，与防风作用呈显著正相关。

FDiv与0.25、0.5 m高度处风速的皮尔逊相关系数分别为-0.846、-0.871，显著性水平分别为0.034、0.024。FDiv与0.25、0.5和1 m高度处防风作用的皮尔逊相关系数分别为0.936、0.932和0.830，显著性水平分别为0.006、0.007和0.041。可见，近地面区域的FDiv与风速呈显著负相关，与防风作用呈显著正相关。

FDis与0.25、0.5、1和2 m高度处风速的皮尔逊相关系数分别为-0.893、-0.874、-0.863和-0.963，显著性水平分别为0.017、0.023、0.027和0.002。与0.25、0.5、1和2 m高度处防风作用的皮尔逊相关系数分别为0.893、0.884、0.904和0.963，显著性水平分别为0.017、0.020、0.013和0.002。FDis与风速呈显著负相关，与防风作用呈显著正相关。

RaoQ与0.25、0.5、1和2 m高度处风速的皮尔逊相关系数分别为-0.861、-0.834、-0.895和-0.960，显著性水平分别为0.028、0.039、0.016和0.002。与0.25、0.5、1和2 m高度处防风作用的皮尔逊相关系数分别为0.818、0.813、0.886和0.960，显著性水平分别为0.047、0.049、0.019和0.002。RaoQ与风速呈显著负相关，与防风作用呈显著正相关。

总之，各功能多样性指数均在不同程度下与风速呈显著负相关，与防风作用呈显著正相关。

2.3 人工植物群落样地表层（0~10 cm）土壤粒度分布特征

湖东沙地人工植物群落样地表层（0~10 cm）土壤粒度分布分析表明（图2），黏粒（粒径<0.002 mm）的含量在大多数样地中非常低，几乎不存在，仅在“沙蒿-沙棘固定沙地群落”的ZG样地和SHG样地中微量存在，其含量均不超过1%。这一现象表明该区域的土壤尚处于较为初级的发展阶段，土壤成熟度较低^［28］。

中砂和细砂构成这些样地中的主要粒度类别，占据了土壤总体粒度分布的主导地位。其中尤以中砂最为突出，表明该地区的土壤具有较高的透水性，适宜植被根系发育^［29］。这种粒度分布有助于快速的水分渗透和良好的空气交换，从而促进根部健康和植物生长。

粉粒含量的增加通常与土壤向更成熟的发展阶段过渡有关，这与土壤的养分含量和微生物活性增加有关^［29］。在“沙蒿-沙棘固定沙地群落”的ZG样地中，粉粒含量最高（7.66%），反映了较高的植被覆盖和生物活性可能促进了更细粒土壤的形成，增加了土壤的养分和有机质含量。较高的粉粒含量也表明土壤对风蚀有更好的抵抗力，因为细粒土壤更容易与有机物结合形成稳定的土壤结构。

总体来说，这些人工植物群落的土壤粒度结构虽然存在一定的相似性，但不同样地之间细粒和粉粒含量的差异揭示了土壤发育程度的异质性。这些差异可能受到样地恢复时间、植被类型及植被覆盖度的影响。充足的植被覆盖和较高的生物多样性可能有助于土壤细粒化过程，促进土壤的物理和化学性质改善，提高土壤的持水能力和抗侵蚀性。

3 讨论与结论

3.1 讨论

青海湖湖东沙地的地形和气候特征对人工植物群落恢复及其对风沙活动的影响具有重要意义。与中国西北部其他干旱及半干旱区相比，青海湖湖东沙地受湖泊影响，风速强、风频高，且风向具有明显的季节性变化^［8，15］。这种多变的风向减少了沙丘的单向迁移，与内陆大面积沙区的单一风向形成对比^［9，30］。研究显示，植物群落的生物多样性直接影响其生态功能，尤其在风蚀控制方面。物种多样性的提高，特别是功能性状的多样性（如根系深度、植被高度、叶面积等），可以显著增强植被的防风固沙能力^［13-14］。

本研究通过分析不同恢复年限和群落类型的人工植物群落对风速廓线、群落结构和土壤机械组成的影响，揭示了这些因素在生态恢复中的重要作用。结果表明，随着植物群落的成熟，其结构复杂性和功能多样性增加，有效降低了地表风速并提高了地表粗糙度，从而增强了防风固沙能力^［14］。

1）风速廓线与恢复演替

研究表明，植物群落的恢复演替过程显著影响风速廓线。随着植被恢复年限的增加，风速显著降低，尤其是在近地面高度。固定沙地上的“沙蒿-沙棘群落”和半固定沙地上的“沙蒿-乌柳群落”在降低风速方面表现出更好的效果。例如，恢复25 a的ZG样地在各高度层的风速明显低于恢复13 a的SJB样地，表明随着恢复时间的增加，植物群落结构更加成熟，防风效果更加显著^［13-14］。然而仅恢复4 a的WLB样地在平均风速、防风效能等方面的结果总好于恢复6 a的SHG和SWB样地，在防风作用方面超过了ZG样地，这可能得益于恢复初期机械沙障的利用以及多片层复合式的群落建设措施，能够使人工植物群落在湖东沙地的流沙地上迅速建立，并使流动沙地得以固定，达到较好的生态恢复效果^［7］。可见科学选用恢复措施，对人工植被恢复能起到事半功倍的作用。

2）群落结构与生物多样性

群落结构的复杂性和生物多样性在恢复演替过程中逐渐增加，对防风固沙能力具有重要影响。研究发现，恢复时间较长的样地（如ZG和SJB）的群落结构更为复杂，物种多样性和功能多样性显著高于恢复时间较短的样地（如WLB和SWB）。这种多样性增加不仅提高了植被的防风效果，还改善了土壤结构，增强了生态系统的稳定性和抗逆性^［14］。

例如，ZG样地的Simpson指数和Shannon-Wiener指数均高于SJB样地，表明其物种多样性更高，生态功能更强^［9］。此外，功能多样性指标（如FRic、FEve、FDiv）也显示出相似的趋势，说明在恢复演替过程中，植物群落通过增加功能性状的多样性，进一步增强了防风固沙能力^［13］。

3）土壤机械组成与恢复效果

土壤机械组成的变化是恢复演替过程中另一重要指标。本研究发现，随着植物群落的恢复，土壤中细粒和粉粒的含量逐渐增加。例如，ZG样地的土壤细粒含量显著高于LS对照样地，表明植被恢复促进了土壤细粒化过程，改善了土壤结构，提高了抗风蚀能力^［10］。

4）从演替角度看人工恢复方案的设计

从恢复演替的角度来看，人工恢复方案的设计应充分考虑不同恢复阶段的生态特征。初期阶段应重点选择耐寒耐旱、固沙能力强的先锋物种，如沙蒿和沙棘等，以快速建立初步植被覆盖，减缓风速和土壤侵蚀。在中后期阶段，应引入更多功能多样性和结构复杂的物种，如乌柳和其他本地适应性植物，以提高群落的稳定性和生态功能^［13-14］。

5）未来研究方向

未来的研究应进一步探索不同植物群落配置对风沙活动的具体影响机制，包括长期观测和模拟实验，以验证最佳的植物种类选择和群落配置方案。此外，应考虑气候变化对高寒沙漠地区生态系统恢复的潜在影响，探索如何在变化的环境条件下维持和增强植被的防风固沙功能^［9］。

3.2 结论

本研究通过对青海湖湖东沙地不同恢复年限和类型的人工植物群落的分析，揭示了人工植被恢复对风蚀的影响，主要结论如下：

1）植被恢复降低风速：随着恢复年限增加，近地面风速降低。固定沙地上的“沙蒿-沙棘群落”和半固定沙地上的“沙蒿-乌柳群落”在降低风速方面表现突出，恢复25 a的样地在各高度层的风速低于恢复时间较短的样地。

2）群落结构和多样性提升生态功能：恢复时间较长的人工植物群落和采用更科学恢复措施的群落具有更复杂的结构和更高的物种多样性与功能多样性。这不仅增强了植被的防风效果，还改善了土壤结构，增强了生态系统的稳定性和抗逆性，在防风固沙过程中起到了重要作用。

3）改良土壤粒度分布：抗风能力强的人工群落改善了土壤粒度分布，增加了土壤中细粒和粉粒的含量，提高了土壤抗风蚀能力。恢复时间较长的样地，其土壤细粒含量显著高于未进行恢复措施的流沙地样地，体现出明显的改良效果。

总之，人工植被恢复在青海湖湖东沙地显著降低风速，提升生态功能，并改良土壤粒度分布，提高抗风蚀能力。

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