北方農(nóng)牧交錯帶不同管理類型下草場治理效果研究

王 曉，張克斌，蘇鵬飛，顧 嵐

（北京林業(yè)大學(xué) 水土保持和荒漠化防治教育部重點實驗室，北京100083）

草地退化已成為我國生態(tài)環(huán)境惡化的突出問題之一，據(jù)統(tǒng)計我國天然草地近1／3的面積處于不同程度的退化之中［1］。相對于農(nóng)業(yè)、林業(yè)和畜牧業(yè)等產(chǎn)業(yè)而言，草業(yè)還是一個新型的產(chǎn)業(yè)，還沒有普遍得到社會的廣泛關(guān)注，甚至在科學(xué)界仍然存在許多困惑的問題。由于草業(yè)的特殊性，其自然、社會和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)等屬性決定了草業(yè)要比其他產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈更長，涉獵的內(nèi)容更多更復(fù)雜［2－4］。20世紀(jì)中后期天然草地的退化與沙化促進了恢復(fù)生態(tài)學(xué)在草地生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用，草地生態(tài)恢復(fù)與重建成為生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的主要內(nèi)容［5］。在退化草地的恢復(fù)和植被重建過程中，草地圍欄封育以其投資少、見效快的特點，已經(jīng)成為退化草地恢復(fù)的重要措施之一，并被世界各國廣泛采用［6］。自退耕還林以來，在北方農(nóng)牧交錯帶已形成圍欄封育、人工草地建植、退耕還草等多種恢復(fù)措施?；謴?fù)生態(tài)學(xué)（restoration ecology）是應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理、方法，對人為干預(yù)引起的群落或生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能改進恢復(fù)的科學(xué)［7－8］。我國的恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究始于20世紀(jì)50、60年代，代表性工作有廣東熱帶沿海侵蝕臺地上開展的退化生態(tài)系統(tǒng)的植被恢復(fù)技術(shù)與機制研究，沙漠治理與植被固沙研究，湖泊生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)研究，高寒地區(qū)退化草甸的恢復(fù)與重建研究，羊草草原的演替與恢復(fù)重建等［9－11］。目前鹽池縣的草場管理主要有圍欄封育、退耕還草、天然草場三種方式。目前國內(nèi)對于圍欄封育的早期效果研究較多，對于長期圍欄封育草場的變化、不同草場管理下的治理效果研究較少。在草地生態(tài)系統(tǒng)中，草地群落的物種多樣性關(guān)系著草地生產(chǎn)力的大小，研究草場恢復(fù)過程中的植物多樣性是度量草地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)程度的重要措施之一。本文以α多樣性指標(biāo)對不同管理措施下的草地狀況進行研究，以β多樣性指標(biāo)來尋求不同草場的相似性，并結(jié)合地上生物量，對北方農(nóng)牧交錯帶不同草場的健康狀況進行評價，以期為當(dāng)?shù)夭菰謴?fù)及草場管理提供理論上的支持。

1 研究區(qū)概況

鹽池縣位于寧夏東部，地理坐標(biāo)為北緯37°04′—38°10′、東經(jīng)106°30′—107°41′。全縣東西寬約102 km，南北長約120km，總面積為7 130km2，縣城距銀川市120km。鹽池縣地處毛烏素沙漠南緣，東鄰陜西定邊縣，南接甘肅環(huán)縣，北靠內(nèi)蒙鄂托克前旗，西連本區(qū)靈武、同心，屬陜、甘、寧、蒙四?。▍^(qū)）交界地帶，屬于一個典型的過渡地帶，即：自南向北地形上是從黃土高原向鄂爾多斯臺地（沙地）過渡地帶，在氣候上是從半干旱區(qū)向干旱區(qū)的過渡地帶，在植被上是從干草原向荒漠草原的過渡地帶，在資源利用上是從農(nóng)區(qū)向牧區(qū)的過渡地帶。這種地理上的過渡性造成了本縣自然資源的多樣性和生態(tài)環(huán)境的脆弱性。研究區(qū)土壤類型以灰鈣土為主，其次是黑壚土和風(fēng)沙土，此外有黃土，少量的鹽土、白漿土等。植被類型有灌叢、草原、草甸、沙地植被和荒漠植被。其中灌叢、草原、沙地植被數(shù)量較大，分布也較廣。草原分干草原和荒漠草原，常見植物種類以旱生和中旱生類型為主。

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)

在鹽池縣的鄂爾多斯緩坡丘陵區(qū)毛烏素沙地西南緣的柳林堡鄉(xiāng)人工封育區(qū)及周圍，分別選取6塊具有代表性的草場作為固定樣地：老封育草場（E）、中封育草場（E1）、新封育草場（E2）、天然草場、退耕還草、撂荒地。老封育草場始于1991年第一批全國防沙治沙試驗示范區(qū)，采用鐵絲網(wǎng)圍欄，完全排除野生動物和家畜的采食；中期封育草場從2002年以來采取圍欄封育措施；新封育草場從2002年以來也采用了封育，但還是受到了一些人為干擾和放牧的影響；天然草場選用鹽池縣未受人工干擾的天然草地；退耕還草是2002年實行退耕還草政策以來人工種植的草場，同時選擇2002年退耕還草以來的撂荒地作為對照。

2.2 外業(yè)調(diào)查

于2011年7月進行外業(yè)調(diào)查。植物群落調(diào)查內(nèi)容包括：植物名稱、株數(shù)、蓋度、高度、生物量等。調(diào)查方法采用樣線法，以各個草場邊緣固定水泥樁為起點，每隔20m布設(shè)一個草本樣方，樣線穿越整個草場。調(diào)查的區(qū)域主要是1a生草本植物，樣方的大小取1m×1m。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 重要值計算

2.3.2 α多樣性指數(shù)計算

多樣性指數(shù)：

Shannon-Wiener指數(shù)：SW＝－∑PilnPi

生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)：

Simpson多樣性指數(shù)：SP＝1／∑P2i

均勻度指數(shù)：E＝（eH－1）／（S－1）

其中：Pi＝Ni／N

式中：S——樣地的植物物種數(shù)；N——樣地植物重要值的總和；Ni——樣方中第i種植物的重要值。

2.3.3 β多樣性指數(shù)計算 采用Sorensen相似性指數(shù)來計算群落的相似度：C＝zj／（a＋b）

式中：zj——兩個群落的共有種在各群落中重要值的總和；a，b——兩個群落中所有種重要值的總和。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同草場α多樣性分析

由表1可見，2011年，鹽池縣不同管理類型的草場中，天然草場的SW多樣性指數(shù)最大，其次為退耕還草，撂荒地的SW多樣性指數(shù)最??；在不同封育年限的草場中，中期封育草場的SW多樣性指數(shù)最大，新封育草場的多樣性指數(shù)最小。這說明天然草場依靠自然的調(diào)節(jié)功能，其健康狀況最好，而退耕還草和封育都是一種行之有效的實現(xiàn)草場恢復(fù)的方式。進行封育時，并不是封育年限越長其草場狀況越好，隨著封育年限的延長，草場的多樣性指數(shù)出現(xiàn)退化現(xiàn)象。鹽池縣不同草場管理中，SP生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)的變化情況類似于SW多樣性指數(shù)，其表現(xiàn)為天然草場最大，而撂荒地最小。在均勻度指數(shù)上，退耕還草表現(xiàn)為最大，其次為中期封育草場，老封育草場均勻度指數(shù)最小，這表明人為活動影響的草場的均勻度指數(shù)明顯大于天然草場。不同封育期草場均勻度指數(shù)的大小順序為中期＞新期＞老期，這也從一定程度上證明封育年限并不是越長越好，而應(yīng)該在一定時期改變草場管理方式。

表1 不同草場α多樣性指數(shù)

3.2 不同草場β多樣性分析

β多樣性是指沿著某一環(huán)境梯度群落組成的變化。β多樣性將局部多樣性（α多樣性）與區(qū)域多樣性（γ多樣性）聯(lián)系起來，是群落生態(tài)學(xué)的核心內(nèi)容之一［13－14］。β多樣性包括不同群落間物種組成的差異。不同群落某環(huán)境梯度上不同點之間的共有種越少，β多樣性越大［15－16］。β多樣性的生態(tài)學(xué)意義可以指示生境被物種分割的程度；可用來比較不同地段上的生境多樣性；它和α多樣性一起構(gòu)成了總體多樣性或一定地段的生物異質(zhì)性，因此β多樣性測定具有重要的意義。本文采用相似性指數(shù)來求算不同草場植物群落間的相似性，以此來研究不同管理措施下草場的變化情況。

由表2可知，在所有草場中，老封育草場（E）和中期封育草場（E1）的相似性最大，其次為中期封育草場（E1）與新封育草場（E2），撂荒地與天然草場的相似性最差；作為健康狀況最好的天然草場，其他草場與其相似性依次為退耕還草（TG）＞老封育草場（E）＞新封育草場（E2）＞中封育草場（E1）＞撂荒地（LH），這說明群落組成最接近于天然草場的是退耕還草；作為健康狀況最差的撂荒地，與其群落組成最接近的是中期封育草場（E1）。這表明隨著封育年限的延長，現(xiàn)有的新封育區(qū)的植被群落會慢慢演替到現(xiàn)有的中期封育草場的植被群路，到最后演變成老期封育草場的植被群落。

表2 不同草場β多樣性比較

3.3 不同草場生物量的比較

如圖1所示，在不同草場類型中，生物量最大的為退耕還草場，其值為2 223kg／hm2，其次為撂荒地，其值為732kg／hm2；在不同封育時期的草場中，生物量最大的是中期封育草場，最小的是老期封育草場，這表明，退耕還草的草場由于人為栽植的一些草種，其地上生物量大于天然草場，在圍欄封育草場中，老封育草場的地上生物量小于新封育草場，這也說明，隨封育年限的延長，封育區(qū)的草本生物量減少。在同時封育的兩塊草場中，由于人類的干擾，新封育草場的地上生物量小于中期封育草場，這表明，在草場恢復(fù)的早期，采取人工封育是一種行之有效的辦法。

圖1 不同草場生物量

4 結(jié)論與討論

（1）在不同草場類型中，天然草場由于人為干擾較小，在SW多樣性指數(shù)、SP優(yōu)勢度指數(shù)上均表現(xiàn)為最好。在均勻度指數(shù)上，退耕還草表現(xiàn)為最大。圍欄封育和退耕還草在當(dāng)?shù)夭輬龌謴?fù)中都是行之有效的方式。隨著圍欄封育年限的延長，草場出現(xiàn)退化現(xiàn)象，各種多樣性指標(biāo)都比早期封育時低。相比于圍欄封育，退耕還草在當(dāng)?shù)氐膬?yōu)越性更加明顯。

（2）在草場相似性的研究中，退耕還草的群落組成最接近于天然草場。而老封育草場（E）和中期封育草場（E1）的相似性最大，其次為中期封育草場（E1）與新封育草場（E2）。

（3）在不同草場的地上生物量研究中，生物量最大的為退耕還草場，其次為天然草場，在圍欄封育草場中，老封育區(qū)的地上生物量是最小的。

在鹽池縣，天然草場由于其自身具有的獨特優(yōu)勢，在草場狀況中屬于最好的，圍欄封育在草場早期的恢復(fù)中發(fā)揮了重要作用，但隨著封育年限的延長，草場內(nèi)部出現(xiàn)了退化現(xiàn)象，各項指標(biāo)均呈現(xiàn)出降低趨勢，因此封育到一定年限后應(yīng)改變草場的管理方式，而退耕還草在各方面最接近于天然草場，適合在當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣。

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