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        北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶不同管理類型下草場(chǎng)治理效果研究

        2012-12-21 08:03:40張克斌蘇鵬飛
        水土保持研究 2012年6期
        關(guān)鍵詞:研究

        王 曉,張克斌,蘇鵬飛,顧 嵐

        (北京林業(yè)大學(xué) 水土保持和荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100083)

        草地退化已成為我國(guó)生態(tài)環(huán)境惡化的突出問題之一,據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)天然草地近1/3的面積處于不同程度的退化之中[1]。相對(duì)于農(nóng)業(yè)、林業(yè)和畜牧業(yè)等產(chǎn)業(yè)而言,草業(yè)還是一個(gè)新型的產(chǎn)業(yè),還沒有普遍得到社會(huì)的廣泛關(guān)注,甚至在科學(xué)界仍然存在許多困惑的問題。由于草業(yè)的特殊性,其自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)等屬性決定了草業(yè)要比其他產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈更長(zhǎng),涉獵的內(nèi)容更多更復(fù)雜[2-4]。20世紀(jì)中后期天然草地的退化與沙化促進(jìn)了恢復(fù)生態(tài)學(xué)在草地生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用,草地生態(tài)恢復(fù)與重建成為生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的主要內(nèi)容[5]。在退化草地的恢復(fù)和植被重建過程中,草地圍欄封育以其投資少、見效快的特點(diǎn),已經(jīng)成為退化草地恢復(fù)的重要措施之一,并被世界各國(guó)廣泛采用[6]。自退耕還林以來,在北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶已形成圍欄封育、人工草地建植、退耕還草等多種恢復(fù)措施。恢復(fù)生態(tài)學(xué)(restoration ecology)是應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理、方法,對(duì)人為干預(yù)引起的群落或生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能改進(jìn)恢復(fù)的科學(xué)[7-8]。我國(guó)的恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究始于20世紀(jì)50、60年代,代表性工作有廣東熱帶沿海侵蝕臺(tái)地上開展的退化生態(tài)系統(tǒng)的植被恢復(fù)技術(shù)與機(jī)制研究,沙漠治理與植被固沙研究,湖泊生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)研究,高寒地區(qū)退化草甸的恢復(fù)與重建研究,羊草草原的演替與恢復(fù)重建等[9-11]。目前鹽池縣的草場(chǎng)管理主要有圍欄封育、退耕還草、天然草場(chǎng)三種方式。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于圍欄封育的早期效果研究較多,對(duì)于長(zhǎng)期圍欄封育草場(chǎng)的變化、不同草場(chǎng)管理下的治理效果研究較少。在草地生態(tài)系統(tǒng)中,草地群落的物種多樣性關(guān)系著草地生產(chǎn)力的大小,研究草場(chǎng)恢復(fù)過程中的植物多樣性是度量草地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)程度的重要措施之一。本文以α多樣性指標(biāo)對(duì)不同管理措施下的草地狀況進(jìn)行研究,以β多樣性指標(biāo)來尋求不同草場(chǎng)的相似性,并結(jié)合地上生物量,對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶不同草場(chǎng)的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),以期為當(dāng)?shù)夭菰謴?fù)及草場(chǎng)管理提供理論上的支持。

        1 研究區(qū)概況

        鹽池縣位于寧夏東部,地理坐標(biāo)為北緯37°04′—38°10′、東經(jīng)106°30′—107°41′。全縣東西寬約102 km,南北長(zhǎng)約120km,總面積為7 130km2,縣城距銀川市120km。鹽池縣地處毛烏素沙漠南緣,東鄰陜西定邊縣,南接甘肅環(huán)縣,北靠?jī)?nèi)蒙鄂托克前旗,西連本區(qū)靈武、同心,屬陜、甘、寧、蒙四?。▍^(qū))交界地帶,屬于一個(gè)典型的過渡地帶,即:自南向北地形上是從黃土高原向鄂爾多斯臺(tái)地(沙地)過渡地帶,在氣候上是從半干旱區(qū)向干旱區(qū)的過渡地帶,在植被上是從干草原向荒漠草原的過渡地帶,在資源利用上是從農(nóng)區(qū)向牧區(qū)的過渡地帶。這種地理上的過渡性造成了本縣自然資源的多樣性和生態(tài)環(huán)境的脆弱性。研究區(qū)土壤類型以灰鈣土為主,其次是黑壚土和風(fēng)沙土,此外有黃土,少量的鹽土、白漿土等。植被類型有灌叢、草原、草甸、沙地植被和荒漠植被。其中灌叢、草原、沙地植被數(shù)量較大,分布也較廣。草原分干草原和荒漠草原,常見植物種類以旱生和中旱生類型為主。

        2 研究方法

        2.1 樣地布設(shè)

        在鹽池縣的鄂爾多斯緩坡丘陵區(qū)毛烏素沙地西南緣的柳林堡鄉(xiāng)人工封育區(qū)及周圍,分別選取6塊具有代表性的草場(chǎng)作為固定樣地:老封育草場(chǎng)(E)、中封育草場(chǎng)(E1)、新封育草場(chǎng)(E2)、天然草場(chǎng)、退耕還草、撂荒地。老封育草場(chǎng)始于1991年第一批全國(guó)防沙治沙試驗(yàn)示范區(qū),采用鐵絲網(wǎng)圍欄,完全排除野生動(dòng)物和家畜的采食;中期封育草場(chǎng)從2002年以來采取圍欄封育措施;新封育草場(chǎng)從2002年以來也采用了封育,但還是受到了一些人為干擾和放牧的影響;天然草場(chǎng)選用鹽池縣未受人工干擾的天然草地;退耕還草是2002年實(shí)行退耕還草政策以來人工種植的草場(chǎng),同時(shí)選擇2002年退耕還草以來的撂荒地作為對(duì)照。

        2.2 外業(yè)調(diào)查

        于2011年7月進(jìn)行外業(yè)調(diào)查。植物群落調(diào)查內(nèi)容包括:植物名稱、株數(shù)、蓋度、高度、生物量等。調(diào)查方法采用樣線法,以各個(gè)草場(chǎng)邊緣固定水泥樁為起點(diǎn),每隔20m布設(shè)一個(gè)草本樣方,樣線穿越整個(gè)草場(chǎng)。調(diào)查的區(qū)域主要是1a生草本植物,樣方的大小取1m×1m。

        2.3 數(shù)據(jù)處理

        2.3.1 重要值計(jì)算

        2.3.2 α多樣性指數(shù)計(jì)算

        多樣性指數(shù):

        Shannon-Wiener指數(shù):SW=-∑PilnPi

        生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù):

        Simpson多樣性指數(shù):SP=1/∑P2i

        均勻度指數(shù):E=(eH-1)/(S-1)

        其中:Pi=Ni/N

        式中:S——樣地的植物物種數(shù);N——樣地植物重要值的總和;Ni——樣方中第i種植物的重要值。

        2.3.3 β多樣性指數(shù)計(jì)算 采用Sorensen相似性指數(shù)來計(jì)算群落的相似度:C=zj/(a+b)

        式中:zj——兩個(gè)群落的共有種在各群落中重要值的總和;a,b——兩個(gè)群落中所有種重要值的總和。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 不同草場(chǎng)α多樣性分析

        由表1可見,2011年,鹽池縣不同管理類型的草場(chǎng)中,天然草場(chǎng)的SW多樣性指數(shù)最大,其次為退耕還草,撂荒地的SW多樣性指數(shù)最??;在不同封育年限的草場(chǎng)中,中期封育草場(chǎng)的SW多樣性指數(shù)最大,新封育草場(chǎng)的多樣性指數(shù)最小。這說明天然草場(chǎng)依靠自然的調(diào)節(jié)功能,其健康狀況最好,而退耕還草和封育都是一種行之有效的實(shí)現(xiàn)草場(chǎng)恢復(fù)的方式。進(jìn)行封育時(shí),并不是封育年限越長(zhǎng)其草場(chǎng)狀況越好,隨著封育年限的延長(zhǎng),草場(chǎng)的多樣性指數(shù)出現(xiàn)退化現(xiàn)象。鹽池縣不同草場(chǎng)管理中,SP生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的變化情況類似于SW多樣性指數(shù),其表現(xiàn)為天然草場(chǎng)最大,而撂荒地最小。在均勻度指數(shù)上,退耕還草表現(xiàn)為最大,其次為中期封育草場(chǎng),老封育草場(chǎng)均勻度指數(shù)最小,這表明人為活動(dòng)影響的草場(chǎng)的均勻度指數(shù)明顯大于天然草場(chǎng)。不同封育期草場(chǎng)均勻度指數(shù)的大小順序?yàn)橹衅冢拘缕冢纠掀冢@也從一定程度上證明封育年限并不是越長(zhǎng)越好,而應(yīng)該在一定時(shí)期改變草場(chǎng)管理方式。

        表1 不同草場(chǎng)α多樣性指數(shù)

        3.2 不同草場(chǎng)β多樣性分析

        β多樣性是指沿著某一環(huán)境梯度群落組成的變化。β多樣性將局部多樣性(α多樣性)與區(qū)域多樣性(γ多樣性)聯(lián)系起來,是群落生態(tài)學(xué)的核心內(nèi)容之一[13-14]。β多樣性包括不同群落間物種組成的差異。不同群落某環(huán)境梯度上不同點(diǎn)之間的共有種越少,β多樣性越大[15-16]。β多樣性的生態(tài)學(xué)意義可以指示生境被物種分割的程度;可用來比較不同地段上的生境多樣性;它和α多樣性一起構(gòu)成了總體多樣性或一定地段的生物異質(zhì)性,因此β多樣性測(cè)定具有重要的意義。本文采用相似性指數(shù)來求算不同草場(chǎng)植物群落間的相似性,以此來研究不同管理措施下草場(chǎng)的變化情況。

        由表2可知,在所有草場(chǎng)中,老封育草場(chǎng)(E)和中期封育草場(chǎng)(E1)的相似性最大,其次為中期封育草場(chǎng)(E1)與新封育草場(chǎng)(E2),撂荒地與天然草場(chǎng)的相似性最差;作為健康狀況最好的天然草場(chǎng),其他草場(chǎng)與其相似性依次為退耕還草(TG)>老封育草場(chǎng)(E)>新封育草場(chǎng)(E2)>中封育草場(chǎng)(E1)>撂荒地(LH),這說明群落組成最接近于天然草場(chǎng)的是退耕還草;作為健康狀況最差的撂荒地,與其群落組成最接近的是中期封育草場(chǎng)(E1)。這表明隨著封育年限的延長(zhǎng),現(xiàn)有的新封育區(qū)的植被群落會(huì)慢慢演替到現(xiàn)有的中期封育草場(chǎng)的植被群路,到最后演變成老期封育草場(chǎng)的植被群落。

        表2 不同草場(chǎng)β多樣性比較

        3.3 不同草場(chǎng)生物量的比較

        如圖1所示,在不同草場(chǎng)類型中,生物量最大的為退耕還草場(chǎng),其值為2 223kg/hm2,其次為撂荒地,其值為732kg/hm2;在不同封育時(shí)期的草場(chǎng)中,生物量最大的是中期封育草場(chǎng),最小的是老期封育草場(chǎng),這表明,退耕還草的草場(chǎng)由于人為栽植的一些草種,其地上生物量大于天然草場(chǎng),在圍欄封育草場(chǎng)中,老封育草場(chǎng)的地上生物量小于新封育草場(chǎng),這也說明,隨封育年限的延長(zhǎng),封育區(qū)的草本生物量減少。在同時(shí)封育的兩塊草場(chǎng)中,由于人類的干擾,新封育草場(chǎng)的地上生物量小于中期封育草場(chǎng),這表明,在草場(chǎng)恢復(fù)的早期,采取人工封育是一種行之有效的辦法。

        圖1 不同草場(chǎng)生物量

        4 結(jié)論與討論

        (1)在不同草場(chǎng)類型中,天然草場(chǎng)由于人為干擾較小,在SW多樣性指數(shù)、SP優(yōu)勢(shì)度指數(shù)上均表現(xiàn)為最好。在均勻度指數(shù)上,退耕還草表現(xiàn)為最大。圍欄封育和退耕還草在當(dāng)?shù)夭輬?chǎng)恢復(fù)中都是行之有效的方式。隨著圍欄封育年限的延長(zhǎng),草場(chǎng)出現(xiàn)退化現(xiàn)象,各種多樣性指標(biāo)都比早期封育時(shí)低。相比于圍欄封育,退耕還草在當(dāng)?shù)氐膬?yōu)越性更加明顯。

        (2)在草場(chǎng)相似性的研究中,退耕還草的群落組成最接近于天然草場(chǎng)。而老封育草場(chǎng)(E)和中期封育草場(chǎng)(E1)的相似性最大,其次為中期封育草場(chǎng)(E1)與新封育草場(chǎng)(E2)。

        (3)在不同草場(chǎng)的地上生物量研究中,生物量最大的為退耕還草場(chǎng),其次為天然草場(chǎng),在圍欄封育草場(chǎng)中,老封育區(qū)的地上生物量是最小的。

        在鹽池縣,天然草場(chǎng)由于其自身具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),在草場(chǎng)狀況中屬于最好的,圍欄封育在草場(chǎng)早期的恢復(fù)中發(fā)揮了重要作用,但隨著封育年限的延長(zhǎng),草場(chǎng)內(nèi)部出現(xiàn)了退化現(xiàn)象,各項(xiàng)指標(biāo)均呈現(xiàn)出降低趨勢(shì),因此封育到一定年限后應(yīng)改變草場(chǎng)的管理方式,而退耕還草在各方面最接近于天然草場(chǎng),適合在當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣。

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