巴丹吉林沙漠南部湖濱帶天然植被特征研究

劉 璐，武志博，郝思鳴，吳紅星

(1.內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010022；2.阿拉善盟航空護(hù)林站，內(nèi)蒙古 巴彥浩特750306；3.阿拉善右旗巴丹吉林綜合保障和技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古 巴丹吉林 737300)

巴丹吉林沙漠是我國(guó)的第二大沙漠[1～2]，巍峨沙山與眾多湖海盆地交錯(cuò)分布[3]。該區(qū)是受風(fēng)力和沙埋作用影響最大的區(qū)域之一。因此，研究天然植被對(duì)防風(fēng)固沙、生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及相應(yīng)政策的制定具有重要意義。一直以來(lái)，我國(guó)學(xué)者對(duì)巴丹吉林沙漠植被都進(jìn)行過(guò)較多的研究。張翼飛等[4]對(duì)其植被現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查；王蒙等[5]研究南緣植被物種的多樣性及其與土壤之間的相互影響；劉錚瑤等[6～8]對(duì)沙漠邊緣地區(qū)植被特征、植物區(qū)系、資源利用均進(jìn)行了大量的考察;孫杰利用二元指示種分析與主成分分析的方法對(duì)其植物群落進(jìn)行分類[9]?？梢钥闯?，對(duì)巴丹吉林沙漠植被的研究大多集中于遠(yuǎn)離湖泊生長(zhǎng)在沙丘上的植物，而對(duì)沙漠中湖區(qū)周邊即湖濱帶陸地生長(zhǎng)的植被鮮少進(jìn)行詳細(xì)研究。

湖濱帶是湖泊與陸地之間的過(guò)渡帶[10]，連接著水生生態(tài)系統(tǒng)和陸生生態(tài)系統(tǒng)，具有兩者之間共有的特點(diǎn)。湖濱帶對(duì)于保護(hù)、維系湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康運(yùn)行起著顯著性作用[11]。已有文獻(xiàn)記載，學(xué)者對(duì)湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)[12～14]、土壤特征[15～17]、植被分布與特點(diǎn)[18～20]進(jìn)行研究。對(duì)湖濱帶的研究多數(shù)集中在濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)地區(qū)，對(duì)干旱、半干旱地區(qū)研究較少，而對(duì)沙漠中湖區(qū)湖濱帶天然植物的研究報(bào)道很少。本文以巴丹吉林沙漠南部湖區(qū)湖濱帶為研究對(duì)象，對(duì)其天然植物進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查及特征研究，為該地區(qū)的植被保護(hù)和利用以及沙漠地區(qū)的綜合治理提供科學(xué)指導(dǎo)，并對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)提供基礎(chǔ)理論支撐。

1 研究區(qū)概況

巴丹吉林沙漠地處阿拉善高平原西部，位于弱水東岸的古日乃湖以東、宗乃山和雅布賴山以西、拐子湖以南、北大山以北的地區(qū)[2]，在自然帶上處于阿拉善荒漠中心，屬典型的大陸性氣候，終年盛行西北風(fēng)和西風(fēng)，年平均風(fēng)速3.0～4.5m/s，由東向西逐漸加強(qiáng)，年大風(fēng)日數(shù)40～60d。在沙漠的高大沙山之間的丘間低地，分布有許多內(nèi)陸小湖(海子)，共有144個(gè)之多,主要集中分布在沙漠的東南部。湖泊(海子)的面積都不大,一般都小于0.2 km2，其中最大的是諾爾圖[21]。巴丹吉林沙漠的地帶性土壤為灰棕漠土和灰漠土，非地帶性土壤以風(fēng)沙土為主，在湖盆周圍為鹽土及堿化的土壤[3]。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

2019年6～7月，在巴丹吉林沙漠南部湖泊(海子)集中的地方，隨機(jī)選取73個(gè)湖泊(海子)湖濱帶樣地，在每個(gè)樣地中選擇1個(gè)具有代表性的典型植物樣方進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)實(shí)際情況用20m×20m的樣方調(diào)查喬木，10m×10m的樣方用于灌木和半灌木調(diào)查，1m×1m的樣方用于草本植物調(diào)查。對(duì)植物種類進(jìn)行調(diào)查時(shí)對(duì)株數(shù)、高度、長(zhǎng)短軸、生物量、蓋度進(jìn)行抽樣記錄。同時(shí),對(duì)樣地地表形態(tài)、土地沙化程度、土壤質(zhì)地等環(huán)境因子進(jìn)行記錄。

2.2 植物頻度

植物頻度是描述群落中某種植物數(shù)量特征的指標(biāo)，反映植物分布的均勻程度。計(jì)算公式為：

頻度=某種植物出現(xiàn)的樣方數(shù)/全部樣方數(shù)×100%

2.3 植物豐富度

植物的種類數(shù)即豐富度，反映的是研究區(qū)域內(nèi)植物的多樣性。計(jì)算公式為：

豐富度=樣方內(nèi)的物種數(shù)

2.4 相似性系數(shù)

植物生態(tài)學(xué)中常用Jaccard相似性系數(shù)測(cè)定群落間或區(qū)域間植物種類組成的相似程度。Jaccard相似性系數(shù)計(jì)算公式為：Cj=a/(a+b+c)

上式中：a為A、B兩群落中都包含的物種數(shù)量；b為包含于群落B但不包含于群落A的物種數(shù)量；c為包含于群落A但不包含于群落B的物種數(shù)量。

2.5 數(shù)據(jù)處理和分析

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[22～24]并利用Microsoft Excel Office 2019和OriginPro 8.5對(duì)每個(gè)樣地植物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、圖表繪制。

3 結(jié)果與分析

3.1 植物種類及頻度分析

3.1.1植物種類組成

根據(jù)研究區(qū)天然植物統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)，調(diào)查樣方中共記錄到植物31種，隸屬于9科30屬。其中，蒺藜科植物4屬4種，藜科植物7屬7種，菊科植物6屬7種，禾本科植物7屬7種，豆科植物2屬2種，百合科、報(bào)春花科、鳶尾科、毛茛科植物均為1科1屬。可見(jiàn)，巴丹吉林沙漠南部湖濱帶植物組成種類貧乏,結(jié)構(gòu)層次簡(jiǎn)單。從植被生活型來(lái)看，多年生草本植物占明顯優(yōu)勢(shì)，共有18種，一年生草本植物有10種，草本植物共計(jì)28種，具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；灌木和半灌木各有1種，優(yōu)勢(shì)不明顯。雖然灌木和半灌木種類缺乏，但其在群落中是重要的建群種。相比于沙漠中沙丘上生長(zhǎng)的荒漠植物，湖濱帶出現(xiàn)特殊的藤本植物，該植物對(duì)水分和溫度的要求較高。

表1 研究區(qū)天然植物

3.1.2植物頻度

頻度越高植物的分布范圍就越廣。從研究區(qū)植物出現(xiàn)頻率(圖1)可知，白刺、蘆葦是研究區(qū)內(nèi)出現(xiàn)頻率最高的植物，分別為63.0%和61.6%，表明這兩種植物在研究區(qū)分布的范圍廣且分布較為均勻。其次是甘草和芨芨草，研究區(qū)遍及較多。油蒿、沙米、霧冰藜居于其后。這些植物都是優(yōu)質(zhì)的牧草資源，科學(xué)保護(hù)和合理利用這些牧草資源，有利于資源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。但各植物出現(xiàn)的頻度具有較大的差異，翼柄霸王、灰條、花花柴、無(wú)芒隱子草出現(xiàn)頻率僅為1.4%。

圖1 研究區(qū)植物頻率

3.2 植物豐富度

植物種類越多植物豐富度越高，植被的多樣性越大。海拔高度是影響植被分布格局的重要因素，海拔高度的變化會(huì)使降水和溫度發(fā)生相應(yīng)的變化，從而引起植被分布格局的改變。從研究區(qū)植物豐富度(表2)可看出，隨著海拔高度的上升植物種類數(shù)量波動(dòng)較大，在海拔1150～1160m時(shí)物種數(shù)最多，表明在此海拔區(qū)間內(nèi)植被的多樣性最高。當(dāng)海拔大于1260m時(shí)，植物豐富度隨海拔高度的增加呈顯著的減小趨勢(shì)，植被多樣性減小。

表2 研究區(qū)植物豐富度

3.3 植物區(qū)系地理成分

在很大程度上，植物區(qū)系分布代表了植被種類的分布格局。從植物區(qū)系地理成分(表3)來(lái)看，研究區(qū)植物雖然種類較少，但區(qū)系地理成分多樣，可分為7種類型，主要由亞洲中部分布種組成，占總種數(shù)的35.6%，而其中又以戈壁-蒙古種占優(yōu)勢(shì)。其次是古地中海分布種，占總種數(shù)的22.6%。東古北級(jí)分布種和泛北極分布種次之，分別占總種數(shù)的16.1%和9.7%。世界分布種、華北分布種和泛溫帶分布種最少，僅占總種數(shù)的6.5%、6.4%和3.2%。

表3 研究區(qū)天然植物區(qū)系成分

3.4 群落相似性

圖2為1～73個(gè)樣地對(duì)應(yīng)的相似性系數(shù)，是每個(gè)樣地與其他72個(gè)樣地比較得出的相似性系數(shù)平均值。經(jīng)分析Jaccard相似性系數(shù)平均為0.21，其中樣地5、33、39、49、51、52、54、58、66平均相似性系數(shù)相對(duì)較高(在0.3左右)，而樣地5是所有樣地中平均相似性系數(shù)最高的，達(dá)到0.33。樣地1、4、10、20、37、41、55、64平均相似性系數(shù)相對(duì)較低，均在0.15以下。

圖2 研究區(qū)植物群落間Jaccard平均相似性

4 討論

研究區(qū)調(diào)查到的植物以菊科、藜科、禾本科為主，這與阿拉善沙漠植物物種組成和巴丹吉林沙漠植物物種組成調(diào)查結(jié)果[9]相一致，表現(xiàn)出荒漠植被的分布特征。沙漠環(huán)境條件決定植被類型簡(jiǎn)單，因研究區(qū)地處巴丹吉林沙漠的南部腹地，氣候干旱，且在湖濱帶地區(qū)湖泊多為咸水湖，所以周邊植被以旱生、耐鹽堿植物為主，這是植被與環(huán)境相互適應(yīng)的重要體現(xiàn)。草本植物在研究區(qū)為常見(jiàn)的類型，在研究區(qū)具有不可替代的作用，且在生長(zhǎng)過(guò)程中由于嚴(yán)酷的環(huán)境條件限制，木本植物逐漸消亡，草本植物和雜草類植物逐漸入侵，數(shù)量較多。湖濱帶出現(xiàn)的藤本植物對(duì)于環(huán)境條件要求較高，只有嚴(yán)格達(dá)到條件才能夠生長(zhǎng)，在研究區(qū)中出現(xiàn)較少。

白刺是分布范圍最廣的灌木，是荒漠和鹽堿地重要的建群種；蘆葦是分布范圍最廣的草本植物，除在森林中不生長(zhǎng)外，只要在有水源的空曠地帶都能夠快速繁殖生長(zhǎng)。白刺和蘆葦均可適應(yīng)干旱區(qū)湖濱帶環(huán)境，分布最為廣泛，頻率最高，且都具有較高的生態(tài)價(jià)值、藥用價(jià)值、飼用價(jià)值。頻率較低的植物，可能與適應(yīng)研究區(qū)環(huán)境的能力較差有關(guān)。

海拔梯度會(huì)影響水熱條件狀態(tài)。在研究區(qū)湖濱帶海拔1150～1160m時(shí)物種數(shù)最多，這是由于此海拔區(qū)間研究區(qū)植物所需要的光照、水分、溫度等環(huán)境條件較為適中，適合多種植物生長(zhǎng)。在不同海拔梯度上，會(huì)有相同的植物豐富度，而在海拔相近的地方也會(huì)有相差較大的植物豐富度，這可能與人類活動(dòng)的干擾及土壤的理化性質(zhì)有關(guān)。隨著海拔的逐漸升高，溫度隨之下降，在較高的海拔梯度上植物豐富度下降，這可能與溫度的下降有關(guān)。

植物區(qū)系分布與環(huán)境的關(guān)系密不可分，只有能夠較強(qiáng)的適應(yīng)干旱條件的分布種才能在該調(diào)查區(qū)生存。巴丹吉林沙漠湖濱帶植物區(qū)系地理成分復(fù)雜多樣,植物以亞洲中部分布種和古地中海分布種為主，但多數(shù)反應(yīng)出溫帶氣候特點(diǎn)。泛北極分布種分布中心在北溫帶，東古北極分布種分布在溫帶亞洲，泛溫帶分布種在南北半球的溫帶分布，這些分布種是溫帶大陸性質(zhì)的集中體現(xiàn)。

從群落相似性系數(shù)來(lái)看，Jaccard相似性系數(shù)平均為0.21，說(shuō)明研究區(qū)植物群落之間總體上差異性較大，這是由于湖濱帶具有水生和陸生生態(tài)系統(tǒng)共有的特點(diǎn)，而植物與環(huán)境相適應(yīng)就會(huì)出現(xiàn)差異性較大的現(xiàn)象。平均相似性系數(shù)相對(duì)較高的樣地，是因?yàn)闃拥刂卸及杠覆?、甘草、蘆葦3種植物；平均相似性系數(shù)最高的5號(hào)樣地，群落中不僅有芨芨草、蘆葦、甘草，還有白刺，均為樣地中出現(xiàn)頻率相對(duì)高的植物，既有旱生植物也有濕生植物；平均相似性系數(shù)相對(duì)較低的樣地，與其他樣地的植物組成差異性較大，植物種類豐富。

5 結(jié)論

5.1巴丹吉林沙漠南部湖區(qū)湖濱帶植物組成種類較少，共調(diào)查到植物31種，隸屬于9科30屬，其中草本植物28種，灌木、半灌木各1種，藤本植物1種，白刺、蘆葦、芨芨草、甘草出現(xiàn)頻率最高。

5.2研究區(qū)植物豐富度隨海拔高度增加呈波動(dòng)變化趨勢(shì)；植物種類雖貧乏，但植物地理區(qū)系成分多樣，可分為7大類；群落相似性系數(shù)平均為0.21。