科爾沁沙地南緣不同立地類型植被分布特征

安宇寧，曹宇，遲琳琳，劉敏，吳德東

(遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000)

1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于遼寧省阜新市科爾沁沙地的東南邊緣，地處42°43′—42°51′ N，121°53′—122°22′ E，海拔226.5 m。屬亞濕潤(rùn)干旱區(qū)，干旱多風(fēng)是這里的最大特點(diǎn)。年降水量480 mm，且多集中于6—8月，年蒸發(fā)量約為降水量的3倍，空氣相對(duì)濕度60.4%。年均氣溫6.1 ℃，1月平均氣溫-13.7 ℃，7月平均氣溫24.1 ℃，極端最低氣溫-34.1 ℃，極端最高氣溫43.2 ℃，≥10 ℃積溫3 000～3 300 ℃，無(wú)霜期154 d。該地區(qū)降水年際變化也很大，最大年降水量為744.8 mm，最小年降水量為262.3 mm，光照充足，日照時(shí)數(shù)為2 680～2 853 h。年均風(fēng)速3.0～3.7 m?s-1，最大風(fēng)速達(dá)25 m?s-1，年風(fēng)速≥3 m?s-1的日數(shù)為160 d。土壤類型以風(fēng)沙土為主。

該地區(qū)降雨期集中在7—8月之間，這種氣候的典型植被類型是疏林灌草群落，草本植物既可以起到防風(fēng)固沙的作用，也是土壤有機(jī)質(zhì)重要來(lái)源。探索沙地植被分布與演替，對(duì)科學(xué)制定防沙治沙規(guī)劃，選擇治沙植物，具有重要意義。本文從植被種類、多樣性、生物量等幾個(gè)方面對(duì)同時(shí)期不同立地的植被類型進(jìn)行對(duì)比，為沙地植被的分布特征研究提供參考。

2 材料與方法

2014年在阿爾鄉(xiāng)北甸子村的流動(dòng)沙地、半流動(dòng)沙地和章古臺(tái)的固定沙地、30年生樟子松林下等地塊各選擇一條100 m的樣帶，在樣帶上選擇6個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)設(shè)1 m×1 m的小樣方進(jìn)行植被調(diào)查，并選擇一塊50 cm×50 cm的地塊進(jìn)行地上地下生物量測(cè)量[1]。

在調(diào)查過(guò)程中，根據(jù)多樣性指數(shù)描述植物群落的多樣性變化[2，3]，各指數(shù)的具體計(jì)算方法如下：

Simpson指數(shù):D=1-∑(Ni/N)2

Shannon-wiener指數(shù):H=-∑PilnPi式中Pi=Ni/N

Pielou均勻度指數(shù):E=H/Hmax

上述各式中，Ni為種i的數(shù)量；N為樣地中所有物種的數(shù)量之和；Pi為種i的相對(duì)重要值，Pi=Ni/N，Hmax為最大的物種多樣性指數(shù)，Hmax=lnS(S為群落中的總物種數(shù))。

3 結(jié)果與分析

3.1 植物種類的差異

由表1可知林下植被種類與數(shù)量均比沙地的豐富。

表1 不同立地的植被種類及數(shù)量

3.2 植物蓋度的差異

從圖1可見(jiàn)，流動(dòng)沙地的植被蓋度最低，另3種立地的植被蓋度都大于60%，其中固定沙地的蓋度最大，林地內(nèi)植被蓋度比固定沙地有所下降。

圖1 不同立地植被蓋度

3.3 物種豐富度的差異

表2為幾種指數(shù)的計(jì)算數(shù)據(jù)。Simpson指數(shù)，Shannon-Wiener指數(shù)用來(lái)描述種的個(gè)體出現(xiàn)的紊亂和不確定性，不確定性越高，多樣性也就越高，在一定程度上反映出各個(gè)物種在森林類型中的地位和作用，比物種豐富度的分析定量化程度更高，結(jié)果更準(zhǔn)確、客觀、實(shí)際。Pielou均勻度指數(shù)是指群落中各個(gè)種的多度或重要值的均勻程度，該指數(shù)所表征的是群落多樣性與群落種數(shù)及總個(gè)體數(shù)相同時(shí)的可能最高多樣性之間的比率。

表2 不同立地植被豐富度的差別

就物種多樣性而言，因固定沙地中羊草、苔草在數(shù)量上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致多樣性指標(biāo)下降，其他3種基本一致；就多樣性指數(shù)而言，林地的相比流動(dòng)、半流動(dòng)沙地，不確定性有所降低，固定沙地最低；就均勻程度而言，4種立地類型按照穩(wěn)定程度依次降低。

3.4 不同立地植被高生長(zhǎng)差異

圖2 不同立地類型植被高度匯總

圖2可見(jiàn)，固定沙地中草本則普遍較高；林地內(nèi)各種草本數(shù)量相對(duì)均勻，但總體高度不如固定沙地，可見(jiàn)受光照等條件影響，林下植被高生長(zhǎng)相對(duì)減弱；而流動(dòng)、半流動(dòng)的沙地中低矮草本數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

3.5 不同立地植被地上地下生物量差異

Jackson[4]綜合分析大量研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，一般來(lái)說(shuō)，根系的垂直分布是較淺的，林下植被的大部分根系位于50 cm 土層以上。所以本次研究采集根系為0～40 cm土層內(nèi)的根系。4種立地中地上生物量林地7月達(dá)到最大生物量，其他3種立地都是8月為地上生物量最大，4種都是9月最低；地下生物量，半流動(dòng)沙地、林地、固定沙地在8月達(dá)到生物量的最大值，流動(dòng)沙地則是7月達(dá)到全年最大值；地下地上生物量比，半流動(dòng)沙地、固定沙地均較低，說(shuō)明其地生物量較高，地下生物量較低，林地、流動(dòng)沙地則是地下生物量較大，其中林地的比例最大，見(jiàn)圖3。

圖3 不同立地生物量統(tǒng)計(jì)情況

3.6 不同立地地上生物量與枯落物量的對(duì)比

圖4 不同立地7—9月地上生物量與枯落物量

由表4可知，林下的枯落物質(zhì)量遠(yuǎn)大于鮮草的干質(zhì)量，固定沙地接近1∶1，半流動(dòng)沙地、流動(dòng)沙地則是鮮草占了地上生物量的絕大部分，可見(jiàn)沙地凋落物的積累少，林下更加容易形成腐殖質(zhì)層。

4 結(jié)論與討論

4種立地類型，流動(dòng)沙地代表性植物為馬唐、苦菜、灰綠藜，半流動(dòng)沙地代表性植物為小黃蒿、虎尾草、拂子茅、羊草、灰綠藜，固定沙地代表性植物為羊草、苔草，林下代表性植物為隱子草、羊草、冰草。流動(dòng)、半流動(dòng)沙地的植被型相近，因?yàn)樗鼈儽揪吞幵谙嗷マD(zhuǎn)化過(guò)程中，生物量、高度、蓋度均較小。從種類來(lái)說(shuō)，4種立地相差不多，但固定沙地生物較單一，林下植被種類相對(duì)略多。就物種多樣性而言，固定沙地多樣性略低，其他3種基本一致；林地和流動(dòng)、半流動(dòng)沙地相比，不確定性有所降低，固定沙地最低。4種立地的生物量差距較大，最大的是固定沙地，最小的是流動(dòng)沙地，林地的地上生物量顯著下降，地下生物量顯著增加，可見(jiàn)林下植被會(huì)把更多的資源投入地下部分，同時(shí)有機(jī)質(zhì)的積累也是林內(nèi)較高。在草地生態(tài)學(xué)研究中,草地地下生物量的研究是必不可少的環(huán)節(jié)，王艷芬[5]等的研究中已經(jīng)提到地下生物量比例隨著放牧強(qiáng)度的加大而加大，這與本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)一致。

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[1] 胡中民,樊江文,鐘華平,等.中國(guó)草地地下生物量研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志,2005,24(9):1095-1101

[2] 焦樹(shù)仁,邢兆凱,趙冰.遼西北地區(qū)植被分布組成與土地沙化關(guān)系的調(diào)查[J].遼寧林業(yè)科技,2006(1):9-12

[3] 焦樹(shù)仁.遼寧省章古臺(tái)沙地植被的分布狀況與演替過(guò)程的研究[J].防護(hù)林科技,2006(4):11-13

[4] Jackson RB,Mooney HA,Schulze ED.A global budget for fine root biomass,surface area,and nutrient contents[ J] .Proceeding of the National Academy of science of the United Stutes of America,1997,94(14) : 7362-7366

[5] 王艷芬,汪詩(shī)平.不同放牧率對(duì)內(nèi)蒙古典型草原地下生物量的影響[J].草地學(xué)報(bào),1999,7(3):198-203