祁連山東端北麓不同降水區(qū)對(duì)退化草原飛播修復(fù)成效的影響

趙雅麗

(甘肅省天?？h草原工作站,甘肅 天祝 733299)

草原是綠色的象征,被稱為大地的底色,我國(guó)草原面積約占國(guó)土面積的40%。草原是重要的生態(tài)系統(tǒng)和自然資源,在維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)牧民增收致富等方面具有基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性地位[1]。然而,受自然因素干旱、病蟲(chóng)害,人為因素過(guò)度放牧、采挖等的影響,我國(guó)90%的天然草原出現(xiàn)不同程度的退化,重度和中度退化面積占30%以上[2]。加強(qiáng)草原保護(hù)修復(fù)已刻不容緩,2021年國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)草原保護(hù)修復(fù)的若干意見(jiàn)》,標(biāo)志著我國(guó)草原保護(hù)修復(fù)進(jìn)入新的發(fā)展階段[3]。

天然草原的退化是由量變到質(zhì)變的累積過(guò)程,其成因、機(jī)理和結(jié)果非常復(fù)雜,修復(fù)也是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程[4]。修復(fù)技術(shù)大體可以分為兩類,一類是自然修復(fù),包括封育、禁牧、休牧和輪牧等措施;另一類是人工修復(fù),包括淺耕翻、切根、施肥、補(bǔ)播等措施[5]。馬鳳江等研究表明,退化草地修復(fù)技術(shù)有明顯的地域特征[6]。草種飛播可增加土壤種子含量,是退化草原人工修復(fù)重要措施之一,其修復(fù)成效受播種量、播種季節(jié)、播種地自然條件和后期管護(hù)水平的影響。

開(kāi)展草原修復(fù)項(xiàng)目成效評(píng)估和評(píng)價(jià)是加快和促進(jìn)修復(fù)進(jìn)程的重要手段,對(duì)修復(fù)項(xiàng)目可行性報(bào)告、作業(yè)設(shè)計(jì)編制、工程實(shí)施和技術(shù)改進(jìn)等方面具有導(dǎo)向作用。尤其在草原由單一生產(chǎn)型向雙重生態(tài)+生產(chǎn)型轉(zhuǎn)變的新時(shí)代背景下,引入生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)顯得尤為必要和重要。本試驗(yàn)在祁連山東端北麓淺山區(qū)通過(guò)對(duì)退化草原實(shí)施飛播修復(fù),研究了不同降水區(qū)對(duì)地上植物群落總生物量、高度、蓋度、密度、豐富度、多樣性和均勻性指標(biāo)的影響,旨在為退化草原精準(zhǔn)修復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于甘肅省天?？h境內(nèi),該地位于祁連山東端北麓淺山區(qū),土地面積7 149 km2,根據(jù)第三次國(guó)土調(diào)查主要數(shù)據(jù)公報(bào),草地面積3 154.6 km2,占全縣土地總面積的44.13%。該地海拔2 500～3 300 m,屬大陸性高原季風(fēng)氣候,冬長(zhǎng)夏短、春寒秋涼,年均氣溫0.8 ℃,無(wú)霜期90～120 d,年降水量300～500 mm,60%集中在7-9月,同一海拔降水量自東向西依次遞減。土壤為山地栗鈣土。試驗(yàn)地草原為溫性草原,主要為甘青針茅(StipaprzewalskyiRoshev.)和扁穗冰草(Agropyroncristatum(L.) Gaertn),受長(zhǎng)期人為活動(dòng)和不利自然因素的影響,該地草原中度退化,部分裸露地植被稀疏,僅叢生芨芨草(Achnatherumsplendens(Trin.) Nevski)受風(fēng)蝕侵害,表現(xiàn)出沙化和荒漠化。2022年天?？h實(shí)施了祁連山北麓退化草原修復(fù)治理項(xiàng)目,主要通過(guò)草種飛播來(lái)提高草地質(zhì)量,在全縣19個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)43個(gè)行政村退化草原飛播草種400 km2。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用草種為垂穗披堿草(ElymusnutansGriseb.)、草地早熟禾(PoapratensisL.)和扁穗冰草,按質(zhì)量比8∶1∶1均勻混合,每666.7 m2飛播量3 kg。

1.3 試驗(yàn)方法

2022年5月上旬在海拔2 600 m草原地帶自東向西選取地勢(shì)相對(duì)平坦的不同降水量飛播地為不同處理,處理1為500 mm降水區(qū),處理2為450 mm降水區(qū),處理3為400 mm降水區(qū),處理4為350 mm降水區(qū),處理5為300 mm降水區(qū),并將相應(yīng)處理附近沒(méi)有飛播草種地設(shè)為對(duì)照(CK),若降水量達(dá)不到,可人工輔助灌溉。不同處理面積15 hm2,重復(fù)3次。飛播地選定后,選擇晴朗無(wú)風(fēng)天氣,采用無(wú)人機(jī)撒播草種。無(wú)人機(jī)由專業(yè)人員操控,飛行高度20～30 m,采用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航,飛行路線不重疊,撒播均勻。

1.4 測(cè)定內(nèi)容

2022年9月底每個(gè)樣地沿對(duì)角線(X形)均勻選取面積1 m×1 m樣方9個(gè)(重復(fù)9次),測(cè)定和統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)草種萌發(fā)率、不同植物高度(RH)、蓋度(RC)、密度(RD)、物種數(shù)目(N)、物種個(gè)體數(shù)目(S)和地上群落總生物量(DW)。蓋度用目測(cè)法,不同物種i枝葉投影面積占樣方總面積的比例,用0～1表示。以上指標(biāo)測(cè)定完成后將樣方內(nèi)地上植物用剪刀沿地表剪下裝入布袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室,在105 ℃條件下烘至恒重,用電子天平稱其重量。并計(jì)算物種i重要值(Pi)、豐富度指數(shù)(Ma)、多樣性指數(shù)(H)和均勻度指數(shù)(JP),計(jì)算公式如下。

草種萌發(fā)率(%)=萌發(fā)草種數(shù)/播種數(shù)×100%

(1)

Pi=(RH+RC+RD)/3

(2)

Ma=(S-1)/InN

(3)

H=∑Pi InPi

(4)

JP=H/InS

(5)

式中Pi為樣方中物種i重要值;RH為高度;RC為蓋度;RD為密度;式中S為樣方中的物種數(shù)目;N為樣方中所有物種個(gè)體數(shù)目。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)求平均值,利用Excel 2007和DPS 6.01進(jìn)行統(tǒng)計(jì)新復(fù)極差顯著分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)飛播草原植物數(shù)量的研究

從表1可以看出,祁連山東端北麓不同處理草種飛播后總生物量有很大不同。其中,處理1的總生物量最多,為384.36 g/m2,比對(duì)照增加18.12%。與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理2,總生物量為342.51 g/m2,比對(duì)照增加24.26%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。總生物量最少的是處理5,為125.28 g/m2,比相應(yīng)的對(duì)照(CK)增加13.58%,比處理1減少,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表1還可以看出,隨著不同處理降水量的增加總生物量迅速增多。

表1 不同處理的草原地上總生物量和草種萌發(fā)率

祁連山東端北麓不同處理草種萌發(fā)率也有很大不同。其中,處理2的草種萌發(fā)率最高,為72.16%,比對(duì)照增加10.81%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理3,萌發(fā)率為52.54%,比對(duì)照增加5.14%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。草種萌發(fā)率最低的是處理5,為21.09%,比相應(yīng)的對(duì)照(CK)增加13.14%,比處理1減少52.21%,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表1還可以看出,隨著不同處理降水量的增加草種萌發(fā)率先升高后降低。

2.2 不同處理對(duì)飛播草原植物質(zhì)量的研究

從表2可以看出,祁連山東端北麓不同處理草種飛播后植物高度有很大不同。其中,處理1的高度最高,為52.24 cm,比對(duì)照增加15.83%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理2,高度為40.08 cm,比對(duì)照增加27.36%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。高度最低的是處理5,為18.61 cm,比相應(yīng)的對(duì)照(CK)增加14.24%,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表1還可以看出,隨著不同處理降水量的增加植物高度迅速增高。

表2 不同處理的草原植物高度、蓋度和密度

祁連山東端北麓不同處理植物蓋度也有很大不同。其中,處理1的蓋度最高,為0.88,比對(duì)照增加7.32%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理2,蓋度為0.81,比對(duì)照增加15.71%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。蓋度最低的是處理5,為0.52,比相應(yīng)的對(duì)照(CK)增加4.00%,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表2還可以看出,隨著不同處理降水量的增加草蓋度迅速提高。

祁連山東端北麓不同處理植物密度也有很大不同。其中,處理1的密度最高,為415株/m2,比對(duì)照增加7.51%。與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理2,密度為354株/m2,比對(duì)照增加75.25%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。密度最低的是處理5,為58株/m2,比相應(yīng)的對(duì)照(CK)增加52.63%,比處理1減少86.02%,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表2還可以看出,隨著不同處理降水量的增加密度迅速提高。

2.3 不同處理對(duì)飛播草原群落多樣性的研究

從表3可以看出,祁連山東端北麓不同處理草種飛播后植物豐富度指數(shù)有很大不同。其中,處理1的豐富度指數(shù)最高,為0.35,比對(duì)照增加9.38%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理2,豐富度指數(shù)為0.22,比對(duì)照增加22.22%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。豐富度指數(shù)最低的是處理5,為0.10,雖比相應(yīng)的對(duì)照(CK)增加11.11%,卻比處理1減少71.43%。從表3還可以看出,隨著不同處理降水量的增加豐富度指數(shù)迅速增高。

表3 不同處理的草原地上植物豐富度、多樣性和均勻性指數(shù)

祁連山東端北麓不同處理植物多樣性指數(shù)也有很大不同。其中,處理1的多樣性指數(shù)最高,為0.94,比對(duì)照增加2.17%。其次是處理2,多樣性指數(shù)為0.90,比對(duì)照增加4.65%。多樣性指數(shù)最低的是處理5,為0.40,比相應(yīng)的對(duì)照(CK)增加2.56%,比處理1減少57.45%,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表3還可以看出,隨著不同處理降水量的增加多樣性指數(shù)迅速提高。

祁連山東端北麓不同處理植物均勻度指數(shù)也有很大不同。其中,處理1的均勻度指數(shù)最高,為0.92,比對(duì)照增加6.98%。與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理2,均勻度指數(shù)為0.82,比對(duì)照增加12.33%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。均勻度指數(shù)最低的是處理5,為0.42,比相應(yīng)的對(duì)照(CK)增加5.00%,比處理1減少54.35%,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表3還可以看出,隨著不同處理降水量的增加均勻度指數(shù)迅速提高。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明,祁連山東端北麓淺山區(qū)退化草原飛播修復(fù)后,均提高了地上植物數(shù)量、質(zhì)量和多樣性。海拔2 600 m地帶不同降水區(qū)地上植物總生物量、高度、蓋度、密度和豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)均隨著降水量的增多而增加。除草種萌發(fā)率和多樣性指數(shù)外,降水量450 mm區(qū)域的各項(xiàng)指標(biāo)增長(zhǎng)率均最高,建議該區(qū)域優(yōu)先采用飛播措施來(lái)修復(fù)退化草原。

在干旱半干旱區(qū)降水量直接影響草原的生長(zhǎng)量和草種的萌發(fā)率[7]。在相同海拔條件下影響因子比較單一,可能僅僅為降水量不同,在不同海拔條件下影響因子可能除將水量不同外,還涉及氣溫。焦?jié)櫚驳萚8]研究表明海拔每提高100 m,溫度降低0.6 ℃。喬琴等[9]研究表明祁連山烏鞘嶺地區(qū)降水量具有明顯的垂直帶譜特征,山頂受氣溫和峰面對(duì)流的影響,降水量較多。

在相同草種數(shù)量飛播條件下,不同降水區(qū)飛播地植物數(shù)量、質(zhì)量和多樣性指數(shù)增加值受降水量和草種萌發(fā)率的雙重影響[10]。降水量450 mm區(qū)域的地上群落總生物量、草種萌發(fā)率、高度、蓋度、密度和豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)的增加值最高,可能是在這一區(qū)域天然群落稀疏度適合飛播草種的著陸,且降水量能滿足草種的萌發(fā),萌發(fā)率較高。降水量400 mm、350 mm和300 mm區(qū)域的天然群落稀疏度依次增加,稀疏度雖適合飛播草種的著陸,但降水量依次減少,干旱程度增加,草種著陸后萌發(fā)率較低。降水量500 mm區(qū)域的天然群落較稠密,飛播草種可能受地上群落莖葉的阻隔,很難著陸,發(fā)芽率也降低。

根據(jù)《全國(guó)重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程總體規(guī)劃(2021-2035)》中對(duì)退化草原不同區(qū)域應(yīng)采取不同的修復(fù)措施的思路[11],試驗(yàn)地不同降水區(qū)也應(yīng)采取不同的修復(fù)措施以提高修復(fù)成效,降水量較高的500 mm區(qū)域可采用圍欄封育修復(fù),在自然修復(fù)作用下節(jié)約草種,可降低修復(fù)成本,降水量450 mm區(qū)域可直接采用飛播修復(fù),降水量≤400 mm區(qū)域可采用淺耕翻播種修復(fù)來(lái)提高草種在干旱條件下的萌發(fā)率。因此,今后編制退化草原修復(fù)項(xiàng)目可行性報(bào)告、作業(yè)設(shè)計(jì)等文件時(shí)應(yīng)立足實(shí)際自然條件,差別化對(duì)待不同圖斑,采取差別化修復(fù)措施。