北方農(nóng)牧交錯帶人工封育區(qū)植被特征

摘要：人工封育是恢復(fù)退化草場的重要措施之一。為了研究北方農(nóng)牧交錯帶不同封育時間與不同封育措施對植被的結(jié)構(gòu)特征與多樣性的影響，研究選取寧夏鹽池柳楊堡人工封育地區(qū)，采用樣方調(diào)查法對封育區(qū)植被生長狀況進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果表明，長期封育初期對草場植被的生物多樣性與生產(chǎn)力產(chǎn)生有益效果，但隨著封育年限的增加，長期的完全封育不利于改善半干旱沙地草場植被的生產(chǎn)力及其放牧功能。樣方中主要種群的重要值呈先增加后降低趨勢；邊緣區(qū)的豐富度指數(shù)（R）和綜合多樣性指數(shù)D、H的最大值分別為18、9.62、2.44，外圍區(qū)的分別為18、9.74、2.48。封育區(qū)植被的蓋度和生物量都是外圍區(qū)最大，說明適當(dāng)?shù)睦檬怯欣诓輬鲋脖换謴?fù)的。帶狀翻耕明顯是不適合的，不能起到很好的作用，建議進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆拍粱蜇赘睢?/p>

關(guān)鍵詞：退化草場；封育時間；封育措施；植物特征值；重要值；多樣性指數(shù)

中圖分類號：Q948.15+6；X176 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）19-4619-04

多年來干旱半干旱草場與牲畜之間是一種非平衡的動態(tài)反饋關(guān)系，通常形成了一種自然或半自然生態(tài)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的干擾形式主要是放牧[1]。對于干旱草場的可持續(xù)經(jīng)營，這種關(guān)系的維持十分重要[2]。近年來干旱草場已經(jīng)發(fā)生了嚴(yán)重退化，這與快速增長的牲畜數(shù)量有關(guān)。

人工封育即是把草場劃分成若干小區(qū)，使圍起來的退化草地因牲畜壓力的消除而自然恢復(fù)[3]。作為恢復(fù)退化草場的重要措施之一，人工封育主要有投資少、見效快的優(yōu)點[4]。關(guān)于封育措施國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，很多國內(nèi)開展的關(guān)于封育措施對草場植被影響的研究表明，通過封育，草場的生產(chǎn)力得到了明顯提升，草場生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性得到了明顯增加[5，6]，即草場生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)是建立在減少或是排除牲畜對其影響并依靠自身彈性基礎(chǔ)上的。研究選取的區(qū)域是寧夏鹽池柳楊堡地區(qū)，其地處北方農(nóng)牧交錯帶，并且是全國荒漠化定位監(jiān)測點。因此，結(jié)合國家的荒漠化定位監(jiān)測項目，通過分析該地區(qū)多年來的固定樣地調(diào)查資料，分析不同封育時間與不同封育措施下植被的結(jié)構(gòu)特征，探討植被恢復(fù)中封育圍欄的作用、人工封育的最佳時長，從而對全面禁牧與輪牧政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

鹽池縣地處寧夏回族自治區(qū)東部，位于北緯 37°04′-38°10′，東經(jīng) 106°30′-107°41′。該地區(qū)在地理位置上是一個從南向北的過渡性地帶，其北與毛烏素沙地相連，南靠黃土高原，即南高北低，海拔為1 295～1 951 m。從而造成了半干旱區(qū)向干旱區(qū)過渡氣候與干旱草原向荒漠化過渡的植被特征。鹽池縣主要是剝蝕的準(zhǔn)平原地形，屬于典型的中溫帶大陸性氣候，年平均氣溫為8.1 ℃，多年平均最高氣溫是34.9 ℃，多年平均最低氣溫是-24.2 ℃，年降水量為250～350 mm，年均無霜期為165 d。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，還有少量的鹽土、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，分布也廣。鹽池縣內(nèi)沒有天然森林，只有大面積的灌木林和少量的人工喬木林，其中有小葉錦雞兒（Caragana microphylla）灌叢和北沙柳（Salixpsammophilia）灌叢。草原類型為干旱草原和荒漠草原，因而其常見植物種類以旱生和中旱生類型為主，典型草原植被包括百里香（Thymusserphyllum var. mongolicus）、大針茅（Stipa grandis）、長芒草（Stipa bungeana）等類型，荒漠植被包括鹽爪爪（Kalidiu foliatum）、貓頭剌（Oxytro pisaciphylla）、西伯利亞白刺（Nitraria sibirica） 和川青錦雞兒（Caraganatibetica）[7]。

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)

結(jié)合國家荒漠化定位監(jiān)測項目，依據(jù)當(dāng)?shù)刂饕恋乩妙愋秃椭饕哪卫砉こ谭N類，采用GPS進(jìn)行監(jiān)測定位，選擇有代表性地段分別設(shè)置固定樣地。選取距離鹽池縣城20 km的柳楊堡人工封育區(qū)為研究地點。封育方法為設(shè)置核心區(qū)（E）、邊緣區(qū)（E1）和外圍區(qū)（E2）。其中核心區(qū)作為全國第一批防沙治沙試驗示范區(qū)，使用了完全排除野生動物與家畜影響的鐵絲網(wǎng)圍欄的方法；邊緣區(qū)與外圍區(qū)都于2002年采取封育措施，但是外圍區(qū)依然會受到放牧等人為干擾。3個封育區(qū)相接且按照從東北向西南的方向處于一條直線上，因此自然條件相似。

2.2 野外調(diào)查方法

調(diào)查方法為設(shè)置樣方，分別調(diào)查樣方內(nèi)的植物名稱、種數(shù)、株數(shù)、蓋度、高度、生物量等。從E開始沿著樣帶隨機(jī)布設(shè)樣方，在E、E1、E2內(nèi)分別均勻布設(shè)10個樣方。調(diào)查時間為2008～2012年。

2.3 數(shù)據(jù)分析處理

2.3.1 重要值計算 重要值的計算方法如下[8]：

3 結(jié)果與分析

3.1 封育時間對植物物種重要值的影響

各封育年度植物物種的重要值變化如表1。從表1可以看出，不同年份主要建群種像絲葉山苦荬的重要值呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在2010年達(dá)到最大，為13.91，從2008年到2009年其重要值從6.38增加到8.20，從2011年到2012年其重要值從10.05降低到6.62。有類似變化規(guī)律的物種有刺沙蓬、中華隱子草、草木樨狀黃芪等，但也有部分物種因受降雨量影響，表現(xiàn)其他趨勢。

3.2 封育時間對植物物種多樣性的影響

豐富度指數(shù)反映了樣地植物物種的豐富程度，而樣地植物物種豐富程度主要取決于各種生態(tài)、非生態(tài)因子，如土壤養(yǎng)分狀況、土壤含水量、生境梯度、地形地貌、人為活動等。在研究區(qū)里植物生長的主要限制因子是土壤水分。如表2所示，隨著封育年限的延長，邊緣區(qū)和外圍區(qū)的豐富度指數(shù)總體上都出現(xiàn)先增大的情況，邊緣區(qū)隨后降低，而外圍區(qū)則呈穩(wěn)定后繼續(xù)增大的趨勢。邊緣區(qū)的R從2008年到2011年持續(xù)增加，從12增加到最大值18，隨后下降，在2012年降為16；外圍區(qū)的R從2008年到2010年大幅度增加，由8增加至15，隨后穩(wěn)定至2011年，在2012年增加至18。豐富度指數(shù)先升高是因為封育措施減少了放牧等人畜的影響，恢復(fù)了草場的植被，增加了草場物種的多樣性。邊緣區(qū)達(dá)到最大值后開始降低是因為隨著封育年限的延長，封育區(qū)的優(yōu)勢種占據(jù)了大量的資源空間，使其他物種逐漸喪失生存空間直到消失；外圍區(qū)出現(xiàn)平穩(wěn)后增加的情況則是由于2012年降雨量增多。

綜合多樣性指數(shù)受豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)雙重影響，綜合反映了區(qū)域植被的特征、植物物種的多樣性。從表2可以看出，綜合多樣性指數(shù)的變化不明顯，邊緣區(qū)D、H呈現(xiàn)先增后降再增的趨勢，外圍區(qū)D呈增加趨勢，H呈現(xiàn)先增后降再增的趨勢，并都于2012年達(dá)到最大值?？紤]到2012年降雨增多的因素，這種趨勢與豐富度的變化情況基本一致。綜合多樣性指數(shù)的變化總體上說明了封育增加了植物的多樣性。

均勻度指數(shù)反映了植物空間分布的均勻程度。均勻度指數(shù)越大，植物的空間分布越均勻，反之，植物分布越集中。群落均勻度和群落優(yōu)勢度是兩個相反的概念，群落優(yōu)勢度越高說明群落優(yōu)勢種明顯，優(yōu)勢種的個體數(shù)和蓋度明顯高于一般種而群落均勻度降低[10]。從表2可以看出，各年份的均勻度指數(shù)變化不明顯。

3.3 封育時間對植被蓋度的影響

由表3可知，邊緣區(qū)與外圍區(qū)的植被蓋度最大值均出現(xiàn)在2010年，邊緣區(qū)達(dá)到了50.50%，外圍區(qū)達(dá)到了45.50%，之后的2011年下降，到2012年稍有回升，這主要是因為隨著封育年限的增加，地表出現(xiàn)了土壤與生物的結(jié)皮，限制了土壤水分的入滲，從而使植被蓋度的增加呈現(xiàn)減緩趨勢，王曉云等[11]、李新榮等[12]關(guān)于毛烏素沙地的研究也有類似的結(jié)論。

3.4 封育時間對植被生物量的影響

3.5 不同封育措施對植被生長的影響

3.5.1 不同封育措施對植被蓋度的影響 如圖1所示，各年份植被蓋度除2010與2011年外其余年份均是外圍區(qū)最大，其次是邊緣區(qū)，除了2008、2011年外邊緣區(qū)植被蓋度大于或等于核心區(qū)，核心區(qū)植被蓋度2008與2009年大于新翻區(qū)，2010、2011與2012年新翻區(qū)大于核心區(qū)。總體上植被蓋度大小順序為外圍區(qū)、邊緣區(qū)、新翻區(qū)、核心區(qū)。出現(xiàn)這種情況主要是因為隨著封育時間的延長，核心區(qū)和邊緣區(qū)均出現(xiàn)了地表結(jié)皮，對水分的入滲產(chǎn)生了較大影響，而外圍區(qū)雖然也產(chǎn)生地表結(jié)皮，但由于經(jīng)常有人畜活動而被破壞，促進(jìn)了水分入滲，新翻區(qū)由于翻動土壤，雖然并未產(chǎn)生地表結(jié)皮，但土壤結(jié)構(gòu)被破壞，種子翻到他地，植被蓋度并未增加。

3.5.2 不同封育措施對植被生物量的影響 如圖2所示，不同的封育措施下，外圍區(qū)的植被生物量除2010與2011年外其余年份均最大，而核心區(qū)的植被生物量在各年份里均最小，其原因與封育措施對植被蓋度影響的原因類似，新翻區(qū)的植被生物量要高于核心區(qū)，比邊緣區(qū)低，這主要是因為新翻區(qū)土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，保水能力較差，較低的土壤水分含量影響了植物生長。

4 結(jié)論與討論

1）不同封育年限植物優(yōu)勢種的重要值大多呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢。

2）不同封育年限里，植物的豐富度指數(shù)邊緣區(qū)呈現(xiàn)先增加隨后下降的趨勢，外圍區(qū)呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定再上升的趨勢；邊緣區(qū)D、H呈現(xiàn)先增后降再增的趨勢，外圍區(qū)D呈增加趨勢，H呈現(xiàn)先增后降再增的趨勢；均勻度指數(shù)變化不大。說明封育對物種多樣性的增加有一定幫助。

3）不同封育措施中，植被的蓋度和生物量均是外圍區(qū)最大，說明對草場進(jìn)行有計劃的利用有利于提高草場植物的多樣性與生產(chǎn)力，一味地長期封育并不可取。

4）雖然封育初期對草場植物的多樣性與生產(chǎn)力提高有一定的效果，但隨著封育年限的增加，效果并不明顯，說明長期的完全封育并不能明顯改善半干旱沙地草場植被的生產(chǎn)力及放牧功能。根據(jù)草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)原理，草地圍欄封育不應(yīng)該是無限制的，長期的封育會產(chǎn)生枯草與結(jié)皮，抑制了植物的生長與幼苗的形成，對草場植物的正常生長與繁殖更新有害。因此，為了保持草場生態(tài)系統(tǒng)能量流動與物質(zhì)循環(huán)良好的狀態(tài)，進(jìn)而維持草場的生態(tài)系統(tǒng)平衡，草場應(yīng)該在封育一段時間以后適當(dāng)利用。封育時間的長短應(yīng)該根據(jù)草地退化與草地恢復(fù)情況而定[13-15]。就本研究而言，建議每隔4年或5年允許適當(dāng)放牧或刈割。在寧夏鹽池農(nóng)牧交錯帶，對于封育一定年限草場的處理措施，帶狀翻耕明顯是不適合的，不能起到很好的作用。

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