退化沙化草地人工補(bǔ)播植被重建研究

李 澤，衛(wèi) 媛，卻國萍，呂世杰，孫樹青，劉紅梅

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019； 2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010； 3.蒙樹生態(tài)建設(shè)集團(tuán)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011517； 4.內(nèi)蒙古林業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

東烏珠穆沁旗草地面積為4.58×106hm2〔1〕，是錫林郭勒草地的重要組成部分，亦是內(nèi)蒙古草地產(chǎn)量高、品質(zhì)好且保持最完整的草地之一，為區(qū)域畜牧業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)奠定了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)〔2〕。然而，東烏珠穆沁旗(簡稱東烏旗)草地分布于干旱-半濕潤區(qū)的伏沙帶，發(fā)育不完備的土壤結(jié)構(gòu)承受著農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的雙重壓力，成為真正意義上的生態(tài)脆弱帶〔3〕。由于墾荒種植、過度放牧、濫采亂挖等人為掠奪性干擾，造成草地面積萎縮，退化、沙化、鹽漬化(三化)嚴(yán)重。20世紀(jì)50年代至本世紀(jì)初，由于墾荒種植造成草地沙化，形成了總面積為5×104hm2的烏珠穆沁旗格亥額勒蘇沙地〔4,5〕。草地沙化面積約3.07×106hm2，沙丘沙地面積5.3×104hm2，平均每年被風(fēng)沙吞沒的草地面積約1000hm2〔6〕。截止2010年，東烏旗草地面積為3.95×106hm2，與20世紀(jì)80年代相比，其草地面積減少了13.89%；而“三化”面積增加至2.39×106hm2，占草地總面積的60.60%〔1〕。草地退化沙化已對當(dāng)?shù)貜V大牧民的生產(chǎn)生活和區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，因此，如何治理和恢復(fù)烏珠穆沁草地的退化沙化是亟待解決的問題〔5,7,8〕。本文以東烏珠穆沁旗退化沙化草地為對象，探討了人工補(bǔ)播對不同類型退化沙化草地治理和恢復(fù)效果，旨在為當(dāng)?shù)丶皸l件類似地區(qū)開展退化沙化草地植被恢復(fù)與重建工作和科學(xué)研究提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟東北部的東烏珠穆沁旗境內(nèi)。位于北緯44°10′～46°46′，東經(jīng)115°10′～120°07′之間。氣候特點(diǎn)屬北溫帶典型大陸性氣候，年平均氣溫1.0～1.6℃，年生長期100d，無霜期平均為120d。年降水量300～350mm。地帶性土壤以栗鈣土為主，非地帶性土壤以風(fēng)沙土為主。試驗地設(shè)在東烏珠穆沁旗薩麥蘇木陶森淖爾嘎查。

1.2 試驗設(shè)計

試驗地設(shè)置為沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播、裸沙地補(bǔ)播、風(fēng)蝕坑補(bǔ)播、裸沙地沙障+補(bǔ)播和沙質(zhì)退化草地未補(bǔ)播(CK)，共5個試驗處理。于2009年6月下旬補(bǔ)播。補(bǔ)播植物有小葉錦雞兒(Caraganamicrophylla)、沙打旺(Astragalusadsurgens)、沙蒿(Artemisiadesertorum)和羊柴(Hedysarumlaeve)。觀測時間為2009年、2013年～2016年的7月下旬至8月上旬。

1.3 測定方法

群落特征：在不同處理區(qū)分別測定群落特征，樣方面積1m×1m，5次重復(fù)。分種測定植物高度、蓋度和密度。

地上現(xiàn)存量：在不同處理區(qū)分別測定群落地上現(xiàn)存量，樣方面積1m×1m，5次重復(fù)。采用齊地面剪割法，分種測產(chǎn)，將采集的樣品帶回實驗室風(fēng)干后稱重，稱量各種植物種群現(xiàn)存量及群落現(xiàn)存量。

越冬率：分別在2009年10月份不同處理區(qū)分別進(jìn)行1m長度定點(diǎn)觀測，測定各補(bǔ)播牧草的株數(shù)，2010年牧草返青時期(5月)再次測定各補(bǔ)播牧草成活株數(shù)和死亡株數(shù)，越冬率(%)=存活株數(shù)/植株總數(shù)×100。重復(fù)3次，確定牧草越冬率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用SAS和EXCEL軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物組分變化

對試驗區(qū)不同樣地植物種類組成進(jìn)行了記載見表1。在2009年～2016年，沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播物種波動范圍為3～10種，沙質(zhì)退化草地未補(bǔ)播物種波動范圍為4～7種，裸沙地補(bǔ)播物種波動范圍為4～8種，風(fēng)蝕坑補(bǔ)播物種波動范圍為3～6種，裸沙地沙障+補(bǔ)播物種波動范圍為2～6種；根據(jù)物種變化的集中程度來看，均在5種左右。因此，無論試驗地基質(zhì)條件差異還是補(bǔ)播措施差異，采用補(bǔ)播方式均能夠使物種數(shù)維持在5種左右，說明補(bǔ)播后物種具有趨同性的發(fā)展趨勢。

根據(jù)不同植物種群出現(xiàn)情況來看，5年觀測結(jié)果顯示，不同補(bǔ)播區(qū)沙打旺、羊柴、小葉錦雞兒、羊草、冰草和糙隱子草均超過10次。由于沙打旺、羊柴、小葉錦雞兒植物種群屬于補(bǔ)播物種，所以這3個植物種群適應(yīng)該地區(qū)生境條件及氣候條件；對比羊草、冰草和糙隱子草調(diào)查前后情況發(fā)現(xiàn)，調(diào)查后期羊草、冰草和糙隱子草出現(xiàn)情況比較穩(wěn)定，且出現(xiàn)的治理區(qū)較調(diào)查前增加，所以補(bǔ)播有利于根莖類禾草增加。綜合來看，沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播能夠有效提高物種數(shù)量；補(bǔ)播能夠為根莖類禾草以及其他物種提供定植和擴(kuò)繁的機(jī)會。

表1 不同處理植物種類組成

2.2 群落植物重要值

不同處理植物種重要值見表2。沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播效果較好(根莖類的羊草和冰草等原生物種重要值較大)，補(bǔ)播植物種都能夠適宜當(dāng)?shù)氐臈l件，且沙打旺是最適合在沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播的植物種。風(fēng)蝕坑補(bǔ)播最適宜的草種為羊柴和沙打旺，在群落中的重要值都有較大的提高，且隨著補(bǔ)播年限的增加原生植物種群在群落中的地位和作用也在增大。伴隨補(bǔ)播年限的增加，細(xì)葉蔥、阿爾泰狗哇花等多年生雜類草在植物群落中開始出現(xiàn)，群落的物種組成更加豐富，群落的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

表2 不同年限不同處理群落植物重要值

2.3 群落α多樣性指數(shù)

不同年份不同處理植物群落的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)波動較大(見表3)。沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播樣地隨補(bǔ)播年限的延長，其豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均存在一定的下降趨勢；其他樣地變化趨勢不明顯。盡管如此，沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播樣地構(gòu)成補(bǔ)播種和原生種共存的共優(yōu)種群落，群落結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。原來沒有植被的裸沙地補(bǔ)播、風(fēng)蝕坑補(bǔ)播、裸沙地沙障+補(bǔ)播樣地不僅形成補(bǔ)播種占優(yōu)勢的植物群落，且伴隨年限的增加為其他物種生存創(chuàng)造了有利條件。因此，盡管不同年份不同樣地植物群落的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)變化規(guī)律不明顯，但是通過表1和表2的結(jié)果仍可以判定補(bǔ)播效果。

表3 不同年限不同處理群落α多樣性

2.4 群落地上現(xiàn)存量

不同處理群落地上現(xiàn)存量見表4。補(bǔ)播當(dāng)年2009年的8月份觀測結(jié)果表明，各處理地上現(xiàn)存量均較低。沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播和沙質(zhì)退化草地未補(bǔ)播2個處理由于原始植被的作用，地上現(xiàn)存量較高，其他3個處理地上現(xiàn)存量較低。隨著時間的推遲，2010年至2013年，風(fēng)蝕坑補(bǔ)播處理外，各處理群落地上現(xiàn)存量均達(dá)到高峰，且以裸沙地沙障+補(bǔ)播地上現(xiàn)存量最高，達(dá)到519.63g/m2。2014年后，除裸沙地補(bǔ)播外，各處理地上現(xiàn)存量均下降。由表4還得知，除風(fēng)蝕坑補(bǔ)播外，其他各處理6年地上現(xiàn)存量平均值均顯著的高于(P<0.05)沙質(zhì)退化草地未補(bǔ)播(CK)。另外，2010年～2014年裸沙地沙障+補(bǔ)播能夠保持較高的地上現(xiàn)存量水平；裸沙地補(bǔ)播維持較高的地上現(xiàn)存量時間較長。

表4 不同年限不同處理群落地上現(xiàn)存量(g/m2)

2.5 群落立枯物及枯落物現(xiàn)存量

不同處理群落立枯物及枯落物現(xiàn)存量見表5。2013年沙質(zhì)退化草地未補(bǔ)播和裸沙地補(bǔ)播草地?zé)o立枯物和枯落物，2015年其立枯物較少。裸沙地沙障+補(bǔ)播處理一直保持最高的立枯物和枯落物現(xiàn)存量，平均高達(dá)333.30g/m2；沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播和風(fēng)蝕坑補(bǔ)播處理，立枯物和枯落物現(xiàn)存量分別為225.51g/m2和211.61g/m2。從3年的觀測平均值看，各補(bǔ)播處理立枯物和枯落物現(xiàn)存量平均值均顯著的高于(P<0.05)沙質(zhì)退化草地未補(bǔ)播(CK)。說明草地補(bǔ)播有利于有機(jī)物質(zhì)的積累，能夠提高草地的肥力，且使得立枯物明顯增加，防風(fēng)固沙效果增強(qiáng)，孫樹青研究表明土層有機(jī)質(zhì)的含量在補(bǔ)播處理區(qū)顯著高于未補(bǔ)播處理〔5〕。

表5 不同處理立枯物及枯落物現(xiàn)存量(g/m2)

2.6 補(bǔ)播植物的越冬率

不同處理補(bǔ)播植物的越冬率見圖1〔7〕。4種補(bǔ)播牧草在2010年5月陸續(xù)返青。其越冬率均在50%以上。其中，小葉錦雞兒在各處理的越冬率均為100%；羊柴的越冬率變化范圍在61.11%～100%之間，羊柴的越冬率為沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播>風(fēng)蝕坑補(bǔ)播>裸沙地補(bǔ)播>裸沙地沙障+補(bǔ)播；沙蒿的越冬率在68.89%～78.79%之間，但在裸沙地補(bǔ)播最高，沙質(zhì)退化補(bǔ)草地播地較低；沙打旺的越冬率為沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播>風(fēng)蝕坑補(bǔ)播>裸沙地沙障+補(bǔ)播>裸沙地補(bǔ)播，變化范圍在52.48%～74.39%之間?？梢?，4種補(bǔ)播牧草均可在當(dāng)?shù)貧夂驐l件下安全越冬。

3 結(jié)論

1)沙質(zhì)退化草地通過補(bǔ)播增加了草地植物種類組成，使草地植物群落結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化。

2)補(bǔ)播植物種都能夠適宜當(dāng)?shù)氐臈l件，沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播效果較好，且沙打旺是最適合在沙質(zhì)退化草地補(bǔ)播的植物種；風(fēng)蝕坑補(bǔ)播最適宜的草種為羊柴和沙打旺。

3)草地補(bǔ)播能夠長時間的維持草地較高地上現(xiàn)存量和枯落物及立枯物現(xiàn)存量，裸沙地沙障+補(bǔ)播能夠保持較高的地上現(xiàn)存量水平。

4)4種補(bǔ)播植物越冬率為小葉錦雞兒>羊柴>沙蒿>沙打旺。