劉 朔，費(fèi) 東，蔡凡隆

(四川林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 610081)

川西北高寒草地沙化進(jìn)程中植被特征研究
——以理塘縣為例

劉 朔，費(fèi) 東，蔡凡隆

(四川林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 610081)

以理塘縣高寒草地為研究對(duì)象，采用空間序列代替時(shí)間序列的研究方法對(duì)該區(qū)不同沙化類型草地的植被特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明：(1)川西北高原沙化草地上常見(jiàn)植物30科89屬 174種。包括灌木6科8屬15種；草本24科81屬159種。(2)隨著沙化程度的加重，各類沙化土地的植物蓋度和生物量(總生物量、地上和地下部分生物量)均呈現(xiàn)出規(guī)律性變化，表現(xiàn)為非沙地(對(duì)照)>輕度沙地>中度沙地>重度沙地>極重度沙地；(3)植物種類數(shù)量為中度沙地>重度沙地>輕度沙地>非沙地(對(duì)照)>極重度沙地；(4)群落優(yōu)勢(shì)種數(shù)量為中度沙地>重度沙地>輕度沙地>非沙地(對(duì)照)>極重度沙地(無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)種)。

川西北；高寒草地；沙化；植被特征

0 引言

川西北位于四川省西部，地處青藏高原東南緣，包括四川省甘孜藏族自治州的全部18個(gè)縣，阿壩藏族羌族自治州的全部13個(gè)縣，共計(jì)31個(gè)縣，總面積23.7萬(wàn)km2。2009年川西北沙化土地面積達(dá)82.19萬(wàn)hm2，占全省沙化土地的89.9%[1]。1994年至2009年間沙化總面積增加了28.1%，表明川西北草地呈嚴(yán)重沙化的趨勢(shì)，土地沙化已經(jīng)嚴(yán)重影響區(qū)域生態(tài)安全和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

四川省于2007年起開始啟動(dòng)了川西北沙化治理示范工程，在治理措施上積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)[2～3]，但是，治沙樹種、草種單一的問(wèn)題依然突出，目前，對(duì)川西北沙化進(jìn)程中植被變化特征研究鮮見(jiàn)，本研究以川西北高寒沙區(qū)典型沙化縣—理塘縣為例，以高寒沙化草地植物種類調(diào)查為基礎(chǔ)，以不同沙化程度高寒草地植被特征為研究重點(diǎn)，揭示高寒草地沙化進(jìn)程中植被變化規(guī)律，為川西北高寒沙區(qū)沙化草地的生態(tài)治理及恢復(fù)研究與實(shí)踐提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。

1 研究區(qū)概況

理塘縣位于四川省西部、甘孜藏族自治州西南部，地處康南中心，地理位置為東經(jīng)99°19′～100°56′，北緯28°57′～30°43′。幅員面積14 182 km2，其中草地面積占總面積58.9%，縣城海拔4 014.187 m，素有“世界高城”之稱。理塘縣氣候?qū)俅箨懶愿咴撅L(fēng)氣候，多年來(lái)年平均降雨量718.9 mm，多年來(lái)平均蒸發(fā)量767.8 mm，多年來(lái)平均氣溫為3.5℃，1月平均氣溫為-6.7℃，7月平均氣溫為11℃，極端最高氣溫為25.6℃，極端最低氣溫為-30.6℃，≥0℃積溫3 256℃，≥10℃的積溫2 301.2℃，年平均風(fēng)速為12 m·s-1，最大風(fēng)速為25 m·s-1，多為東北風(fēng)，年平均風(fēng)日數(shù)24.3(≥8級(jí))，平均風(fēng)能密度7.6 w·m-2。理塘縣沙化土地主要分布在高城鎮(zhèn)和奔戈鄉(xiāng)，平均分布海拔3 600 m～4 100 m，均為草地沙化。

2 研究方法

2.1 沙化程度的確定

沙化土地技術(shù)指標(biāo)依據(jù)《四川省沙化監(jiān)測(cè)技術(shù)操作細(xì)則》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[4]。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 沙化程度劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2 樣方設(shè)置及調(diào)查方法

采用空間序列代替時(shí)間序列的研究方法[5]， 2012 年8 月在理塘縣的高城鎮(zhèn)和奔戈鄉(xiāng)進(jìn)行取樣，調(diào)查樣方設(shè)置：在不同沙化類型沙地中，采用典型選樣的方法，最大限度包括主要植被群落和物種。在典型地段設(shè)置10 m×10 m樣方，每一個(gè)樣方內(nèi)隨機(jī)設(shè)置5個(gè)2 m×2 m的小樣方(4個(gè)角和中心點(diǎn))調(diào)查草本層和灌木層。同時(shí)在沙地邊緣以外類似微地形的典型非沙化地塊內(nèi)設(shè)置對(duì)照樣方(10 m×10 m)進(jìn)行相應(yīng)草本層調(diào)查。調(diào)查植被大樣方(10 m×10 m)15個(gè)，小樣方(2 m×2 m或1 m×1 m)75個(gè)。每個(gè)樣地分別采集地上生物量和地下生物量，生物量取樣面積為1.0 m2，地下生物量取樣深度為0.5 m，地上部分齊地面刈割，地下部分通過(guò)挖掘法獲得。對(duì)采集的生物量樣本采用恒溫干燥箱在85℃條件下烘干至恒重，分別記錄 地上生物量和地下生物量數(shù)據(jù)。樣方調(diào)查主要內(nèi)容包括：草本植物種類、株高、株(叢)數(shù)、蓋度等；灌木種類、株高、株數(shù)等；記錄樣方總蓋度、地上和地下部分生物量、海拔、坡度、坡向、地表狀況等生境特征。

3 結(jié)果與分析

研究區(qū)主要天然牧草有高山嵩草、四川嵩草等，人工牧草有披堿草等。通過(guò)采樣調(diào)查分析，在川西北高原的高寒草甸草地主要以禾本科、莎草科、菊科植物為主。在調(diào)查樣方群落中，共出現(xiàn)30科89屬 174種植物(見(jiàn)表2)。隨沙化程度加重，植物群落組成及特征不斷變化，主要組成種、植被蓋度及物種數(shù)均發(fā)生不同程度變化,見(jiàn)表3。

3.1 蓋度和高度

研究區(qū)內(nèi)不同程度沙化草地植物群落在外貌變化上極其明顯。隨著沙化程度加重，群落蓋度顯著下降，同時(shí)植物平均高度也明顯降低(圖1)。對(duì)照草地群落蓋度最高，平均在95%以上；重度、極重度沙化草地蓋度均在25%以下。對(duì)照草地群落平均高度最高，為25 cm，而極重度沙化草地群落平均高度僅5 cm左右， 多屬鋪散或匍匐墊狀類型(圖2)。

表2 調(diào)查樣地植物種類組成

表3 不同沙化程度植物生物量及群落組成

圖1 不同沙化程度沙地群落平均蓋度變化情況

圖2 不同沙化程度沙地群落平均高度變化情況

3.2 物種構(gòu)成

川西北沙化土地不同群落的組成變化是物種適應(yīng)性和群落環(huán)境變化相互作用的結(jié)果。在沙化加重過(guò)程中，優(yōu)良牧草衰退，毒雜草增加，植物多樣性下降，群落穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致草場(chǎng)退化。隨著沙化程度的加重，沙地植物種類數(shù)量為中度沙地>重度沙地>輕度沙地>非沙地(對(duì)照)>極重度沙地。在各類沙化程度調(diào)查樣地中，中度沙地植物種類數(shù)量最多，為14～20種，平均為17種；其次為重度沙地，為14～17種，平均為15種；輕度沙地為6～12種，平均為9種；極重度沙地3～7種，平均為5種；非沙地(對(duì)照)為5～9種，平均為7種。詳見(jiàn)圖3。中度沙地、重度沙地、輕度沙地植物種類數(shù)量高于非沙地(對(duì)照)的主要原因是，在土壤在沙化進(jìn)程中，土壤微環(huán)境改變，造成中度沙地和重度沙地及輕度沙地中植物競(jìng)爭(zhēng)激烈，群落優(yōu)勢(shì)種植物的生長(zhǎng)受到抑制，不能完全占據(jù)所有的生態(tài)位，這就使其他植物有了生長(zhǎng)的空間，使得群落的豐富度反而增大，所以植物種類數(shù)量較多。同時(shí)，由于土地沙化也造成一些適生性強(qiáng)，偏旱生的草種如狼毒、火絨草、蒲公英等生長(zhǎng)，這也增加了這幾種沙化程度草地中物種的數(shù)量。而在極重度沙地中由于干擾程度的加大，一些不耐旱的優(yōu)勢(shì)種植物消失，群落主要由一些耐旱的植物種組成，使得植物種類數(shù)量減少(圖3)。

圖3 不同沙化程度沙地群落物種數(shù)量變化情況

3.3 群落優(yōu)勢(shì)種數(shù)量

輕度沙地主要優(yōu)勢(shì)種多為四川嵩草、委陵菜等，樣地中通常由上述種2～3種植物共同組成優(yōu)勢(shì)種；中度沙地主要優(yōu)勢(shì)種多為四川嵩草、早熟禾、披堿草、狹葉垂頭菊、二裂委陵菜、草玉梅、黃芪、錦雞兒、火絨草、車前、蛇含委陵菜、香青、狼毒、羊茅等，樣地中通常由上述4～6種植物共同組成優(yōu)勢(shì)種；重度沙地主要優(yōu)勢(shì)種多為早熟禾、珠芽蓼、聚頭薊等，樣地中通常由上述3～4種植物占優(yōu)勢(shì)；極重度沙地中出現(xiàn)的草種主要為早熟禾、老芒麥、垂穗披堿草、銀蓮花、香青、二裂委陵菜、四川嵩草、圓穗蓼、黃芪、乳漿大戟、垂頭菊、狼毒、柳葉菜、聚頭薊、珠芽蓼、酸模、毛茛、馬先蒿等，分布零星，沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)種；非沙地(對(duì)照)主要優(yōu)勢(shì)種為四川嵩草。

隨著沙化程度的加重，群落優(yōu)勢(shì)種數(shù)量由高到低依次為：中度沙地>重度沙地>輕度沙地>非沙地(對(duì)照)>極重度沙地，見(jiàn)圖4。在沙化的過(guò)程中，頂級(jí)群落衰退后，出現(xiàn)各種次生群落，次生群落類型較多，出現(xiàn)相對(duì)較多的優(yōu)勢(shì)種，這主要是由于在土地沙化進(jìn)程中，土壤微環(huán)境改變，次優(yōu)勢(shì)種與主要伴生種共同擠占優(yōu)勢(shì)種的優(yōu)勢(shì)地位，使得優(yōu)勢(shì)種對(duì)群落的影響作用下降。非沙地(對(duì)照)的群落優(yōu)勢(shì)種數(shù)量少于中度沙地、重度沙地、輕度沙地的主要原因是由于非沙地(對(duì)照)的土壤狀況良好，地帶性植被生長(zhǎng)良好，群落優(yōu)勢(shì)植物的生長(zhǎng)穩(wěn)定。

圖4 不同沙化程度沙地群落優(yōu)勢(shì)種數(shù)量變化情況

3.4 群落生物量

生物量是衡量草地生產(chǎn)能力的主要指標(biāo)，沙化對(duì)草地最直接的影響就是導(dǎo)致草地的地上生物量下降，生產(chǎn)能力降低。隨著沙化程度的加重，總生物量、地上和地下部分生物量均呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)：非沙地(對(duì)照)>輕度沙地>中度沙地>重度沙地>極重度沙地，這與萬(wàn)婷等在紅原縣研究的沙化草地生物量變化趨勢(shì)相一致[6～8]。調(diào)查樣地群落地下生物量均大于地上生物量，而且對(duì)照、輕度和中度沙化草地的地下生物量為地上生物量的兩倍以上，重度沙化草地的地下生物量為地上生物量的3倍以上(見(jiàn)圖5)。

圖5 不同沙化程度沙地生物量示意圖

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)經(jīng)本次調(diào)查統(tǒng)計(jì)，川西北高原沙化草地上常見(jiàn)植物30科89屬 174種。包括灌木6科8屬15種；草本24科81屬159種。其中：輕度沙地常見(jiàn)植物有136種；中度沙地常見(jiàn)植物123種；重度沙地常見(jiàn)植物78種。

(2)隨著沙化程度的加重，各類沙化土地的植物蓋度、高度和生物量(總生物量、地上和地下部分生物量)均呈現(xiàn)出規(guī)律性變化，表現(xiàn)為非沙地(對(duì)照)>輕度沙地>中度沙地>重度沙地>極重度沙地；植物種類數(shù)量為中度沙地>重度沙地>輕度沙地>非沙地(對(duì)照)>極重度沙地；群落優(yōu)勢(shì)種數(shù)量為中度沙地>重度沙地>輕度沙地>非沙地(對(duì)照)>極重度沙地(無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)種)；隨著沙化程度的加重，優(yōu)良牧草種類數(shù)量逐漸減少，雜草和有害植物逐漸增多，偏旱生的狼毒、火絨草、蒲公英大量生長(zhǎng)，草地放牧利用價(jià)值已逐漸喪失。

4.2 討論

4.2.1 川西北高原沙化土地是可防、可治理的

川西北沙化土地原來(lái)基本上都有草本和灌木植被覆蓋，植被消失的時(shí)間較短，沙化大多處于初始階段，相當(dāng)部分地段的土壤還具有土壤的結(jié)構(gòu)和植物生存的水、熱、養(yǎng)分條件，即使較為嚴(yán)重的沙化地，大部分地段也具有植物生存的養(yǎng)分和水分條件[9]，根據(jù)筆者在理塘縣的研究，沙化初始階段的土壤容重、土壤總孔隙度、土壤毛管孔隙度的變化幅度也同樣大于沙化發(fā)展階段[10]。因此，川西北高原沙化土地是可防、可治理的，其關(guān)鍵技術(shù)在于選擇適宜的植被恢復(fù)植物，采取合理的植被恢復(fù)措施。本次調(diào)查，總結(jié)出川西北高原沙化草地上常見(jiàn)植物30科89屬 174種，揭示出川西北高原沙化進(jìn)程中植被變化規(guī)律，為該區(qū)域沙化治理植物選擇提供科學(xué)參考。

4.2.2 川西北高寒草地沙化初始階段(天然草地→輕度沙地)是沙化防治的關(guān)鍵階段

在理塘縣高寒草地沙化初始階段(天然草地→輕度沙地)過(guò)程中，是生物量下降幅度最小的階段，僅下降了8.7%，而輕度沙地→中度沙地下降幅度為52.2%；中度沙地→重度沙地下降幅度為75.0%；重度沙地→極重度沙地下降幅度為82.6%。隨著沙化進(jìn)程加劇，在生物量下降的同時(shí)，沙地物種組成及數(shù)量、優(yōu)勢(shì)種組成及數(shù)量明顯變化，反映出群落結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性加劇。其原因可能是天然草地向露沙地轉(zhuǎn)化過(guò)程中，由于天然草地本身具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，其抗逆性強(qiáng)，對(duì)外界干擾有較大的“緩沖性”(表現(xiàn)為這個(gè)階段生物量變化幅度最小)，一旦累積干擾超過(guò)緩沖的“閾值”，沙化進(jìn)程就呈加快的趨勢(shì)(沙化發(fā)展階段生物量變化幅度要大于沙化初始階段)，因此，從沙化防治理的角度看，川西北高寒草地沙化初始階段是沙化防治的關(guān)鍵階段。

[1] 四川省林業(yè)廳,四川省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院.四川省沙化土地監(jiān)測(cè)報(bào)告[R].2010.3.

[2] 郭亨孝,孟宏偉,陳昌久,等.關(guān)于川西北沙化問(wèn)題的調(diào)研報(bào)告[J].四川林業(yè)科技,2010(2)：1～3.

[3] 鄢武先,鄧東周,余凌帆,等.川西北地區(qū)沙化土地治理有關(guān)技術(shù)問(wèn)題探討—以川西北防沙治沙試點(diǎn)示范工程為例 [J].四川林業(yè)科技,2015(3)：62～68.

[4] 四川省林業(yè)廳.四川省第四次沙化監(jiān)測(cè)技術(shù)操作細(xì)則[R].2009.4.

[5] 王輝,任繼周,袁宏波.黃河源區(qū)高寒草地沙化進(jìn)程中土壤物理性質(zhì)的變化(簡(jiǎn)報(bào))—以瑪曲為例[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2007,16(1):30.

[6] 萬(wàn)婷,徐衛(wèi)國(guó),席歡,等．川西北不同程度沙化草地植被和土壤特征研究[J].草地學(xué)報(bào),2013,21(4):650～657.

[7] 舒向陽(yáng),胡玉福,蔣雙龍,等.川西北沙化草地植被群落、土壤有機(jī)碳及微生物特征[J].草地學(xué)報(bào),2016,25(4):45～54.

[8] 盧虎,姚拓,李建宏.高寒地區(qū)不同退化草地植被和土壤微生物特性及其相關(guān)性研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2015,24(5)：34～43.

[9] 四川省林業(yè)廳.川西北地區(qū)沙化科學(xué)考察報(bào)告[R].2010.11.

[10] 劉朔，陳天文，蔡凡隆,等.川西北高寒草地沙化進(jìn)程中土壤物理性質(zhì)的變化—以理塘縣為例[J].四川林業(yè)科技,2013,34(2):43～47.

The Changes of Soil Physical Properties of Alpine Grassland Desertification Process in Northwest Sichuan ——Taking Litang County as an Example

LIU Shuo FEI Dong CAI Fan-long

(Sichuan Forest Inventory and Plan Institute,Chengdu 610081,Sichuan,China)

In this paper,alpine grassland in Litang County was regarded as the research object,analysis was made of vegetation characteristics of different types of grassland in this area by using the method of the space sequence research instead of time series.The results showed that there were 30 families,89 genera and 174 species of common plants in the sandy grassland in the northwest of Sichuan Province including 6 families,8 genera,15 species of shrubs,and 24 families,81 genera,159 species of herbaceous plants.Besides,the coverage and biomass (total biomass,aboveground and underground biomass) of all kinds of sandy land showed regular changes with the aggravation of the degree of desertification.The change sequence of the coverage rate from high to low was non sandy land (control),mild sandy land,moderate sandy land,severe sandy land,extremely heavy sandy land.Thirdly,the number sequence of plant species was moderate sandy land ,severe sandy land,mild sandy land,non sandy land (control),extremely heavy sandy land.Lastly,the sequence of community dominant species number was moderate sandy land,severe sandy land,mild sandy land,non sandy land (control),extremely heavy sandy land without obvious dominant species.

Northwest Sichuan,Arctic-alpine grassland,Desertification,Vegetation characteristics

2016-12-12

川西北防沙治沙應(yīng)用技術(shù)研究及示范(2008SZ0149)。

劉朔(1981-)男,碩士,工程師,主要從事森林培育和林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，E-mail：568032160@qq.com。

10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.02.005

S718.54

A

1003-5508(2017)02-0031-05