內(nèi)蒙古烏拉特梭梭林國家級自然保護(hù)區(qū)植被組成及空間分布特征

陳 峰，李翠霞，張 東，溫蘇雅勒圖，王國林，蔣星馳，

吳振廷4，郗 雯4，高妍嶺4，盧建男3，馮克庭3，王少昆3

(1. 巴彥淖爾市烏拉特國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000； 2. 烏拉特梭梭林蒙古野驢國家級自然保護(hù)區(qū)烏拉特后旗管理站，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015543； 3. 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 烏拉特荒漠草原研究站，甘肅 蘭州 730000； 4. 內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

內(nèi)蒙古烏拉特梭梭林-蒙古野驢國家級自然保護(hù)區(qū)(簡稱“烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)”)位于巴彥淖爾市烏拉特后旗北，具有脆弱的荒漠生態(tài)系統(tǒng)及寶貴的生物多樣性資源[1-3]。該保護(hù)區(qū)成立于1985年，2001年升級為國家級自然保護(hù)區(qū)，主要保護(hù)對象為該區(qū)內(nèi)分布的原始天然梭梭林和棲息于此的蒙古野驢等珍稀野生動植物。該自然保護(hù)區(qū)地處荒漠帶的最東端，處于由荒漠向草原化荒漠的過渡地帶，對維護(hù)荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)平衡具有重要意義[1,4-7]。保護(hù)區(qū)內(nèi)的梭梭林蔓延成片，對防風(fēng)固沙、固碳釋氧、改良土壤等具有重要作用[8-12]。巴彥淖爾市林業(yè)部門在2000年以前對保護(hù)區(qū)進(jìn)行過一次全面的科學(xué)考察，并于2000年7月整理出版了《烏拉特梭梭林自然保護(hù)區(qū)科學(xué)考察集》[1]，全面系統(tǒng)地描述了烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)的自然環(huán)境和動植物資源狀況。隨后，每年對保護(hù)區(qū)的重點區(qū)域進(jìn)行簡單踏查、保巡和基礎(chǔ)建設(shè)等[13-14]。但是自2001年升級為國家級自然保護(hù)區(qū)后，20 a來未對保護(hù)區(qū)的植被組成及其空間分布進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查。因此，本研究通過地面調(diào)查與空間插值相結(jié)合的方法，系統(tǒng)調(diào)查保護(hù)區(qū)內(nèi)植被組成并分析其空間分布特征，為保護(hù)區(qū)長期監(jiān)測和管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)，地理坐標(biāo)為41°58′34.70′′—42°17′26.21′′N、106°22′21.62′′—106°52′17.19′′E，海拔835～1 029 m。保護(hù)區(qū)總面積為 6.81萬hm2，東西距離 40.9 km，南北距離東側(cè)為 16.3 km，西側(cè)為 26.4 km，由北向南分別為核心區(qū)(2.13 萬hm2)、緩沖區(qū)(2.05 萬hm2)和實驗區(qū)(2.63 萬hm2)。保護(hù)區(qū)所在區(qū)域具明顯的大陸性氣候特征，干旱少雨，蒸發(fā)量大，年日溫差較大，風(fēng)大沙多。年均氣溫 6.5 ℃，一月份平均氣溫 -14 ℃，七月份平均氣溫 34.3 ℃；年降水量90 mm左右，多集中于7、8月份，占全年降水量的3/4；年蒸發(fā)量2 800 mm，是年降水量的30倍。全年大風(fēng)日數(shù)60～70 d，最多年達(dá)120 d。沙暴日數(shù) 24.4 d，平均風(fēng)速 5.4 m·s-1，最大風(fēng)速可達(dá)24 m·s-1。本區(qū)域地帶性土壤為沙礫質(zhì)灰棕荒漠土，非地帶性土壤有風(fēng)沙土和鹽化草甸土；土壤質(zhì)地較細(xì)，剖面中有黏土間層，但厚度較小[15-16]。

1.2 研究方法

2021年8月，在烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)內(nèi)，依據(jù)可通行線路盡量均勻分布調(diào)查點，共布設(shè)調(diào)查點61個，其中核心區(qū)調(diào)查21個樣點(C01～C21)，緩沖區(qū)調(diào)查20個樣點(B01～B20)，實驗區(qū)調(diào)查20個樣點(E01～E20)(見圖1)。在每個選定的調(diào)查點上，選擇主要植物群落，設(shè)置1個100 m × 100 m的樣方，清查樣方內(nèi)所有喬、灌、草植物種類組成。在大樣方內(nèi)分別設(shè)置3個10 m × 10 m的喬木、灌木樣方和3個1 m × 1 m的草本樣方，開展植被調(diào)查。在10 m × 10 m的喬木、灌木樣方內(nèi)調(diào)查喬木、灌木的種類、密度、高度，并估算蓋度；在1 m × 1 m的草本樣方內(nèi)，調(diào)查草本物種組成、密度、高度、蓋度和地上生物量。

圖1 烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)地理位置、區(qū)域劃分及調(diào)查點位置Fig.1 Geographical location， study site and investigation plots in UNNRHa

1.3 數(shù)據(jù)分析

基本的數(shù)據(jù)分析和繪圖采用Microsoft Excel和Origin軟件進(jìn)行分析和繪制，顯著性差異采用One-way ANOVA和LSD檢驗，顯著水平為P<0.05。植被特征的空間分布圖根據(jù)調(diào)查點數(shù)據(jù)，利用Arcgis軟件中的克里金插值法進(jìn)行繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 植被物種組成特征

通過對烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)植被調(diào)查發(fā)現(xiàn)梭梭林保護(hù)區(qū)共有植物15科、47屬、52種，其中核心區(qū)有38種，緩沖區(qū)有30種，實驗區(qū)有37種，3個區(qū)共有物種為22種(表1)。藜科植物最多，為12種，占總調(diào)查物種數(shù)的 23%，其次分別為菊科(9種)、禾本科(7種)和蒺藜科(6種)。烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)的植物種有：梭梭、白刺、紅砂、珍珠豬毛菜、霸王、綿刺、裸果木、貓頭刺、短葉假木賊、合頭草、灌木亞菊、鷹爪柴、矮腳錦雞兒、沙蒿、戈壁天門冬等荒漠灌木和半灌木，其中梭梭和白刺為優(yōu)勢物種；草本植物主要有：沙米、霧冰藜、豬毛菜、蒙古蟲實、白莖鹽生草、蒺藜、狗尾草、虎尾草等1 a生草本，以及沙生針茅、無芒隱子草、駱駝蓬、蒙古韭和小花棘豆等多年生草本，本次調(diào)查還發(fā)現(xiàn)了瀕危植物革苞菊在該區(qū)域的分布。

表1 烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)植物名錄Tab.1 List of plants in UNNRHa

表1 烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)植物名錄(續(xù)表)Tab.1 List of plants in UNNRHa(Continued Table)

2.2 植被數(shù)量組成特征

植被調(diào)查結(jié)果顯示(圖2)，保護(hù)區(qū)植被平均蓋度為 15.67%(圖2-1)，其中核心區(qū)的平均蓋度為 18.43%，變幅在 2%～65% 之間；緩沖區(qū)的平均蓋度為 10.35%，變幅為 2%～35%；實驗區(qū)的平均蓋度為 18.12%，變幅為 4%～70%。核心區(qū)與實驗區(qū)的植被蓋度顯著高于緩沖區(qū)(P<0.05)(圖2-1)。梭梭林地草本植物相對匱乏，草本地上生物量平均值為 1.21 g· m-2，其中核心區(qū)和實驗區(qū)的平均草本地上生物量分別為 1.01 g·m-2和 1.88 g·m-2，均高于緩沖區(qū)的草本地上生物量(0.73 g·m-2)(圖2-2)。保護(hù)區(qū)植物物種豐富度表現(xiàn)出實驗區(qū)顯著高于核心區(qū)和緩沖區(qū)(P<0.05)，平均每個樣方中的物種數(shù)為4～6種，物種數(shù)最高值出現(xiàn)在核心區(qū)C10樣點，物種數(shù)有13種(圖2-3)。從總密度和梭梭密度分析，核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)之間無顯著差異(圖2-4和圖2-5)。整個保護(hù)區(qū)中梭梭的平均密度為420株·hm-2，其中核心區(qū)、緩沖區(qū)、實驗區(qū)分別為387株·hm-2、458株·hm-2、416株·hm-2。雖然核心區(qū)的梭梭密度較低，但是核心區(qū)的梭梭長勢較好，其高度顯著高于緩沖區(qū)和實驗區(qū)(圖2-6)，核心區(qū)梭梭平均株高136 cm，緩沖區(qū)和實驗區(qū)的梭梭平均株高分別為82 cm和72 cm。

注：不同小寫字母表示不同區(qū)域之間差異顯著(P<0.05)。

2.3 植被空間分布特征

在保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，根據(jù)地面植被調(diào)查數(shù)據(jù)，利用植被指標(biāo)對每個調(diào)查點的數(shù)據(jù)進(jìn)行克里金插值，獲取保護(hù)區(qū)內(nèi)各項植被的空間分布情況(圖3～圖8)。由空間分布圖可以看出，植被蓋度西高東低，植被蓋度最高值在西南角和西北角，蓋度為 45%～50%，最低值在東北角點C20樣點處，蓋度僅為 2.7%(圖3)；物種豐富度整體來說南高北低，物種數(shù)最多的區(qū)域在西北角(樣點C10、C11)和東南角(樣點E17)(圖4)；草本地上生物量表現(xiàn)出東西較高，中部較低的空間分布特征(圖5)；草本植物密度與草本地上生物量的空間分布相似，東邊中部草本植物密度超過100株·hm-2，主要為1 a生草本(圖6)；梭梭主要分布在保護(hù)區(qū)的東南部和西北部(圖7)；高度超過1 m的梭梭主要分布在核心區(qū)的東北角和西北角，緩沖區(qū)的中部以及實驗區(qū)的東部(圖8)。

根據(jù)保護(hù)區(qū)植被空間分布圖可知，位于保護(hù)區(qū)最北邊的核心區(qū)梭梭長勢整體較好，應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)管理和保護(hù)，避免梭梭群落的退化。保護(hù)區(qū)西部的梭梭密度較高，但是高度較矮，生長不良，需要加強(qiáng)保護(hù)，尤其在緩沖區(qū)西部位置需要圍封保護(hù)，以確保梭梭更新復(fù)壯。實驗區(qū)東南部梭梭較少，以白刺為主，可以適當(dāng)加以利用。

3 討論

通過與2000年出版的《烏拉特梭梭林自然保護(hù)區(qū)科學(xué)考察集》中植物名錄進(jìn)行對比，本次調(diào)查所獲得的物種數(shù)要低于之前的調(diào)查結(jié)果。其中科、屬、種分別占2000年之前調(diào)查總數(shù)的 68%、78% 和 54%。導(dǎo)致這種差異的原因可能為：(1)本次的植被調(diào)查在8月份，而一些1 a生短命植物已完成生命周期，因此在調(diào)查過程中未能調(diào)查到；(2)肉蓯蓉(Cistanchedeserticola)和鎖陽(Cynomoriumsongaricum)這種寄生植物在調(diào)查過程中未見露出地面，因此也未能統(tǒng)計；(3)本年度生長季較為干旱，有些機(jī)會植物不能夠萌發(fā)而無法統(tǒng)計。因此，有必要對烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)進(jìn)行長期定位和季節(jié)性變化等深入調(diào)查，查明其所有植物物種，并對保護(hù)區(qū)內(nèi)珍稀瀕危物種進(jìn)行種質(zhì)資源的保護(hù)和培育。

圖3 烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)植被蓋度空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of vegetation coverage in UNNRHa

圖4 烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)物種豐富度空間分布圖Fig.4 Spatial distribution of species richnes in UNNRHa

圖5 烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)草本地上生物量空間分布圖Fig.5 Spatial distribution of biomass on grass in UNNRHa

圖6 烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)草本植物密度空間分布圖Fig.6 Spatial distribution of herb density in UNNRHa

圖7 烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)梭梭密度空間分布圖Fig.7 Spatial distribution of Haloxylon ammodendron in UNNRHa

圖8 烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)梭梭高度空間分布圖Fig.8 Spatial distribution of Haloxylon ammodendron in UNNRHa

另外，本次調(diào)查的植被蓋度(2.7%～49.6%)略高于2000年的調(diào)查結(jié)果(2%～40%)，梭梭的最大高度(5.5 m)也略高于2000年的調(diào)查結(jié)果(5.0 m)。本次調(diào)查結(jié)果表明烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)的植被，尤其是梭梭的生長整體上有所好轉(zhuǎn)。

有研究表明，自2000年以來，烏拉特荒漠草原氣溫呈上升趨勢[17]，降水的年際波動較大，空間變異大[18]，整體上表現(xiàn)出降水量和降水日數(shù)呈上升趨勢，年蒸發(fā)量逐漸減小[19]，年均風(fēng)速呈下降趨勢[20]。因此，氣候變化影響著保護(hù)區(qū)的植被組成，而保護(hù)區(qū)內(nèi)梭梭林的整體好轉(zhuǎn)，既有氣候變暖變濕的貢獻(xiàn)，又有人為保護(hù)的貢獻(xiàn)，在后期的研究中需要量化自然和人為2種因素對梭梭林保護(hù)區(qū)的貢獻(xiàn)率，從而能夠為保護(hù)區(qū)的后期建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

通過對烏拉特梭梭林保護(hù)區(qū)的植被組成及其空間分布進(jìn)行調(diào)查和分析，得到以下結(jié)論：

(1)保護(hù)區(qū)內(nèi)有植物15科、47屬、52種，其中核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)分別有38種、30種和37種，藜科植物最多(12種)，其次分別為菊科(9種)、禾本科(7種)和蒺藜科(6種)。

(2)保護(hù)區(qū)植被平均蓋度為 15.67%，梭梭的平均密度為420株·hm-2。

(3)保護(hù)區(qū)的植被蓋度空間分布表現(xiàn)出西高東低的特征，梭梭主要分布在保護(hù)區(qū)的東南部和西北部，高于1 m的梭梭主要分布在核心區(qū)的東北角和西北角、緩沖區(qū)的中部以及實驗區(qū)的東部。