谷玉梅，王明玖，*，邢 旗，劉亞玲，王保林

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院/草地資源教育部重點實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室/內(nèi)蒙古自治區(qū)草地管理與利用重點實驗室，呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古蒙草生態(tài)環(huán)境(集團)股份有限公司，呼和浩特 010030；3.內(nèi)蒙古小草數(shù)字生態(tài)產(chǎn)業(yè)有限公司，呼和浩特 010030)

內(nèi)蒙古草地是中國北方保護環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、防風固沙的天然屏障[1]，也是畜牧業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，對維持生態(tài)平衡具有重要作用[2]?？茽柷卟菰趦?nèi)蒙古草地分布格局中，占有重要地位。但在多種因素影響下，科爾沁草原的大部地區(qū)已經(jīng)成為典型的農(nóng)牧交錯區(qū)，受干擾的程度依然嚴重，草原生態(tài)保護面臨巨大壓力。即使是地處科爾沁草原北部、草地生態(tài)狀況相對較好的扎魯特旗草地也出現(xiàn)大面積退化，草原生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化[3]，物種多樣性降低[4]，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和功能受到破壞[5]，對區(qū)域經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展造成嚴重威脅。調(diào)查這類草地狀況的優(yōu)劣和演變，對于說明氣候因素和人為因素的影響具有重要意義。

根據(jù)1980—1985年內(nèi)蒙古自治區(qū)草原勘測設(shè)計院的調(diào)查結(jié)果，扎魯特旗草地面積共1.61×106hm2，退化草地面積約1.83×105hm2，其中輕度退化1.10×105hm2，中度退化2.54×104hm2，重度退化4.84×104hm2。輕度退化草地群落成分無明顯變化，優(yōu)良牧草占優(yōu)勢，可食性牧草種類豐富；中度退化草地植物成分發(fā)生較大變化，優(yōu)良牧草減少，可食性牧草種類大幅度降低；重度退化草地種類成分發(fā)生根本變化，優(yōu)良牧草消失，雜類草、毒草和害草大量增加，可食性牧草劇烈減少[6]。

在草地退化過程中，植物群落的生存環(huán)境發(fā)生變化，穩(wěn)定性降低，生態(tài)系統(tǒng)失去平衡，隨著生境條件的劇烈變化，劣等牧草增加，群落中原有優(yōu)勢優(yōu)良牧草的生活力和競爭力下降，在草地中逐漸消退。分析退化草地群落的物種組成和結(jié)構(gòu)變化有助于揭示草地變化趨勢，反映草地退化程度[7]。

隨著3S技術(shù)的不斷完善，遙感監(jiān)測法已成為區(qū)域大面積草地退化研究的重要手段。本次調(diào)查在遙感監(jiān)測的基礎(chǔ)上，于2016年8月采用地面樣地調(diào)查法對扎魯特旗10個蘇木(鎮(zhèn))的草原植物群落特征進行觀測，與1980—1985年內(nèi)蒙古自治區(qū)草原勘測設(shè)計院的調(diào)查結(jié)果進行對比，分析草地物種組成的變化情況，總結(jié)退化草地植被特征，探討草地退化原因。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查區(qū)概況

扎魯特旗位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市西北部，科爾沁草原西北端，大興安嶺南麓，地處東經(jīng)119°13′48″—121°56′05″，北緯121°56′13″—45°35′31″，該旗地處中溫帶大陸性氣候區(qū)，四季分明，氣溫、無霜期由北向南逐漸增加，降水量逐漸減少，年平均氣溫6.6 ℃，無霜期平均139 d，年平均降水量382.5 mm，主要集中在7、8月份。

依據(jù)1980—1985年內(nèi)蒙古自治區(qū)草原勘測設(shè)計院對扎魯特旗草地類型的分類，本次調(diào)查選取與其相一致的草地類型，調(diào)查該旗10個蘇木(鎮(zhèn))的草甸草原、典型草原和低地草甸的植物群落特征。調(diào)查區(qū)包括查布嘎圖蘇木、烏力吉木仁蘇木、道老杜蘇木、毛都蘇木、巴雅爾圖胡碩鎮(zhèn)、阿日昆都冷鎮(zhèn)、黃花山鎮(zhèn)、魯北鎮(zhèn)、巨日合鎮(zhèn)和嘎亥圖鎮(zhèn)。

1.2 植物群落調(diào)查

2016年8月利用landsat 8衛(wèi)星遙感影像、谷歌地圖等資料，在遙感監(jiān)測的基礎(chǔ)上，利用網(wǎng)格布點與隨機取樣相結(jié)合的方法在扎魯特旗布設(shè)采集樣點(圖1)，主要采用地面樣地調(diào)查法，以頻度調(diào)查、路線觀察、樣地基本特征調(diào)查為輔，勘察該旗土地利用類型和植物群落特征。每個樣地取3個樣方，草本樣方面積為1 m2(1 m×1 m)，灌木樣方面積為100 m2(10 m×10 m)，統(tǒng)計植物種類、植株平均高、植物種群密度和草群蓋度，分析各植物種優(yōu)勢度。

圖1 2016年扎魯特旗草地資源調(diào)查樣點分布圖

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2016對數(shù)據(jù)進行整理分析，將2016年扎魯特旗草甸草原、典型草原和低地草甸各類、組、型中的主要植物與1980—1985年內(nèi)蒙古自治區(qū)草原勘測設(shè)計院的調(diào)查結(jié)果進行對比，分析物種組成的變化情況，統(tǒng)計草地多年生牧草種數(shù)、一年生牧草種數(shù)、草群蓋度和草群高度，分析草地退化現(xiàn)狀。

2 結(jié)果與分析

2.1 扎魯特旗土地利用類型

通過遙感監(jiān)測和地面調(diào)查發(fā)現(xiàn)，扎魯特旗境內(nèi)主要有河流、林地、草地、耕地和其他用地5個土地利用類型，大片草地被開墾利用，地表覆被格局改變，景觀破碎化嚴重(圖2)。

圖2 扎魯特旗土地利用類型圖

2.2 扎魯特旗草地群落主要植物變化

2.2.1草甸草原群落主要植物變化

草甸草原各亞類植物群落種類成分發(fā)生變化。喬木蒙古櫟(Quercusmongolica)和白樺(Betulaplatyphylia)大面積被砍伐；灌木虎榛子(Ostryopsisdavidiana)、土莊繡線菊(Spiraeapubescens)和西伯利亞杏(Armeniacasibirica)優(yōu)勢度下降；線葉菊(Filifoliumsibiricum)、貝加爾針茅(Stipabaicalensis)和中華隱子草(Cleistogeneschinensis)在群落中衰退。1980—1985年，草甸草原以禾本科牧草為主，主要有羊草(Leymuschinensis)、糙隱子草(C.squarrosa)和貝加爾針茅等，但2016年調(diào)查發(fā)現(xiàn)，禾草在群落中的優(yōu)勢度降低，草地的種類成分變化劇烈，阿爾泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)、裂葉蒿(Artemisiatanacetifolia)和蒼耳(Xanthiumsibiricum)等菊科(Compositae)植物增加，一年生植物止血馬唐(Digitariaischaemum)、小畫眉草(Eragrostisminor)和狗尾草(Setariaviridis)等在群落中生長旺盛(見表1)。

表1 扎魯特旗草甸草原群落主要物種對比

2.2.2典型草原群落主要植物變化

典型草原的優(yōu)勢物種發(fā)生變化。平原丘陵典型草原闊葉灌木草地的種類成分變化較大，大果榆(Ulmusmacrocarpa)、西伯利亞杏等消失嚴重；大針茅(S.grandis)、中華隱子草的優(yōu)勢度下降；糙隱子草、寸草苔(Carexduriuscula)成為主要物種。密叢禾草草地中大針茅的優(yōu)勢地位降低，植被種類成分未改變，但物種優(yōu)勢度發(fā)生了變動，達烏里胡枝子(Lespedezadavurica)的優(yōu)勢度下降，一年生植物種類增加。

沙地典型草原中，榆樹(U.pumila)雖仍為優(yōu)勢種，但調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了大量榆樹樹樁，砍伐破壞嚴重。東北木蓼(Atraphaxismanshurica)、山竹巖黃芪(Hedysarumfruticosum)等灌木、半灌木在草地中消失，草麻黃(Ephedrasinica)、達烏里胡枝子等在群落中衰退，糙隱子草、花苜蓿(Medicagoruthenica)等多年生牧草的優(yōu)勢度降低，蒺藜(Tribulusterrester)、止血馬唐和虎尾草(Lysimachiabarystachys)等一年生植物增加，占優(yōu)勢地位(見表2)。

表2 扎魯特旗典型草原群落主要物種對比

2.2.3低地草甸群落主要植物的變化

低地草甸草地的物種組成發(fā)生較大變化。水泛地草甸中的野古草(Arundinellaanomala)、拂子茅(Calamagrostisepigeios)等物種衰退，蘆葦(Phragmitesaustralis)的優(yōu)勢度下降；沼澤化草甸的種類成分變動較大，蘆葦、拂子茅、牛鞭草(Hemarthriaaltissima)和短芒大麥草(Hordeumbrevisubulatum)等根莖禾草在群落中消失；低地鹽化草甸中羊草的生活力降低，馬藺(Irislactea)和蘆葦在群落中消失，虎尾草的生長較旺盛(見表3)。

表3 扎魯特旗低地草甸群落主要物種對比

2.3 扎魯特旗草地退化程度分析

2016年，扎魯特旗草地退化程度加劇。1980—1985年，扎魯特旗退化草地面積占草地總面積的11%，輕度退化草地占退化草地面積的60%，中度退化草地占14%，重度退化草地占26%。2016年，該旗輕度退化草地占比下降至1%，中度退化草地占比增加3%，重度退化草地比例上升至82%。輕度退化草甸草原多年生牧草種類較多，植被蓋度、高度較高；中度退化草地多年生牧草種類減少，一年生植物增多，草群蓋度下降，高度降低；重度退化草地的物種成分劇烈改變，多年生牧草種類減少，草地蓋度、高度降低。典型草原整體重度退化，群落結(jié)構(gòu)簡單化，植物種類少，草群低矮稀疏，覆蓋度低。低地草甸處于中度退化和重度退化狀態(tài)，中度退化草地多年生牧草種數(shù)為8種，一年生牧草2種，群落蓋度和高度較高；重度退化草地植物種類大幅度減少，多年生牧草比例降低，草地蓋度、高度劇烈下降。

與1980—1985年內(nèi)蒙古自治區(qū)草原勘測設(shè)計院的調(diào)查結(jié)果對比，此次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，重度退化草甸草原、典型草原，中度退化和重度退化的低地草甸的植物種類大幅度減少，物種多樣性降低，群落結(jié)構(gòu)簡單化；草甸草原和典型草原的草群蓋度、高度偏高，中度退化低地草甸的蓋度偏低(見表4)。

表4 扎魯特旗草甸草原、典型草原和低地草甸不同退化程度下的草地植物組成成分

3 討論

3.1 退化草地物種組成的變化

草原植物群落的結(jié)構(gòu)與外貌通常由植物種類組成來反映，物種和植物功能群組成對草地穩(wěn)定性具有強烈影響[8]，其變化能反映草地生態(tài)系統(tǒng)退化、群落結(jié)構(gòu)簡單化和環(huán)境基質(zhì)穩(wěn)定性減弱等一系列植被與生境系統(tǒng)變化的趨向[9]。優(yōu)勢種的更替常用作判斷群落演替階段的指標[10]。扎魯特旗草原具有多種植被類型，但以草原植被為主體，呈過渡性特征[11]，由北向南生長著線葉菊群系、貝加爾針茅群系、羊草群系、大針茅群系等代表類型，此次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，貝加爾針茅、大針茅、羊草等建群種和優(yōu)勢種的優(yōu)勢度下降，冷蒿(A.frigida)和糙隱子草的優(yōu)勢度升高，一、二年生植物數(shù)量增加，草群組成成分變動較大。

由正常草地至重度退化草地，牧草種類的更替鮮明。與1980—1985年內(nèi)蒙古自治區(qū)草原勘測設(shè)計院對扎魯特旗草甸草原、典型草原、低地草甸不同退化程度下的多年生牧草種數(shù)、一年生牧草種數(shù)的調(diào)查結(jié)果對比[6]，輕度退化草地多年生牧草種數(shù)、一年生植物種數(shù)變化較?。恢卸韧嘶莸囟嗄晟敛莘N數(shù)、一年生植物種數(shù)降低；重度退化草地的牧草種類劇烈減少，生物多樣性下降，物種豐富度降低。隨著退化程度加重，多年生牧草的種類減少，生活力降低，植被結(jié)構(gòu)不斷簡單化，影響群落的穩(wěn)定性和生態(tài)系統(tǒng)的演變進程。張帆等人的研究發(fā)現(xiàn)青藏高原退化高寒草甸群落結(jié)構(gòu)具有相同的變化規(guī)律[12]。

3.2 退化草地植物功能性狀的變化

植物功能性狀是植物對外界環(huán)境長期響應(yīng)與適應(yīng)后所呈現(xiàn)出來的可度量的特征。在諸多植物功能性狀中，影響植物生長、繁殖、存活及資源利用的功能性狀備受關(guān)注[13]，其中，植物高度、蓋度是反應(yīng)物種競爭的重要功能性狀。草地退化必然伴隨著草層蓋度、高度的變化，此次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隨著退化程度的加劇，草地高度、蓋度均出現(xiàn)明顯下降的趨勢，但與1980—1985年內(nèi)蒙古自治區(qū)草原勘測設(shè)計院的調(diào)查結(jié)果對比[6]，草地蓋度、高度偏高，這可能是因為一年生植物生長發(fā)育旺盛，部分區(qū)域形成了以某種一年生植物為優(yōu)勢種的群落，使植被蓋度和高度提高，由于一年生植物蓋度大，多年生牧草種類少，生長發(fā)育弱，一旦遇上干旱年份，地表裸露面積加大，土壤易遭受風蝕，草地受到嚴重破壞。

3.3 退化草地牧草質(zhì)量的變化

植物群落的生態(tài)功能下降，結(jié)構(gòu)簡單化，優(yōu)良牧草的活力下降，種類減少，競爭力降低。據(jù)1980—1985年內(nèi)蒙古自治區(qū)草原勘測設(shè)計院的調(diào)查，輕度退化草地存在少量劣等牧草，優(yōu)良牧草占優(yōu)勢；中度退化時優(yōu)良牧草減少，劣等牧草迅速增加；重度退化草地優(yōu)良牧草在群落中衰退甚至消失，劣質(zhì)牧草占優(yōu)勢[6]。2016年調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在典型草原、草甸草原和低地草甸中，羊草、中華隱子草、花苜蓿等優(yōu)良牧草均不同程度的減少，止血馬唐、刺藜(Chenopodiumaristatum)、馬齒莧(Portulacaoleracea)等劣質(zhì)牧草增加，甚至出現(xiàn)了狼毒(Stellerachamaejasme)、蒺藜等毒草害草，生長旺盛，草地毒雜草化是草地嚴重退化的標志。

3.4 草地退化原因分析

3.4.1氣候變化

干旱多風的氣候是造成草地退化的重要原因。扎魯特旗處于東亞季風區(qū)的東北緣[14]，四季分明，春季干旱多風，降水從西北向東南遞減，年際和年內(nèi)的降水量差異較大。分析扎魯特旗2000—2016年氣候數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該旗年平均氣溫呈升高趨勢，年降水量雖呈增加趨勢(圖3)。氣溫升高、降水波動加劇地表蒸發(fā)[15]，且當?shù)赝临|(zhì)松散[16]，植物覆蓋度低，冬春季大風使干燥裸露的土地極易發(fā)生退化[17]。然而，研究區(qū)土地退化整體呈現(xiàn)擴展趨勢，局部未發(fā)生較大變動又說明，氣候因素的變化對本區(qū)土地退化擴展雖有影響，但并不是主要驅(qū)動因子。

圖3 2000—2016年扎魯特旗年平均氣溫、年降水量變化曲線

3.4.2過度墾殖

解放后，人口快速增長，對糧食的需求迅速增大，為了解決溫飽問題，人們大面積開墾草地，擴大種植面積，使草地生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞[18]。1988—1997年，扎魯特旗土地利用的總趨勢是由林地轉(zhuǎn)化為灌木林地，灌木林地轉(zhuǎn)化為草地，草地轉(zhuǎn)化為耕地，水域轉(zhuǎn)化為鹽堿地和沙地，鹽堿地轉(zhuǎn)化為沙地。從20世紀80年代末到2000年，扎魯特旗耕地增長41.19%，以開墾草原為主，僅1988—1997年就有15.44%的草地轉(zhuǎn)化為耕地[19]。扎魯特旗土壤多沙質(zhì)，森林和草地被砍伐開墾后，植被和土壤維持力降低，人們不斷開墾新地，撂置荒地，沒有采取相應(yīng)的保護修復(fù)措施，疏松了表土層，使土壤養(yǎng)分得不到補充而日益貧乏[20]，在干旱時節(jié)，下伏沙質(zhì)沉積物被大風吹揚而起，在風力的搬運作用下，逐步擴張，日積月累，造成如今退化、沙化嚴重的局面[21]。

3.4.3過度樵采

據(jù)歷史資料記載，古時科爾沁沙地林木茂盛，但從遼金時代開始，人們伐薪燒炭，大興土木，修建城池，經(jīng)歷朝代變遷，人們對森林草地的利用有增無減，打破了生態(tài)系統(tǒng)的平衡[6]。扎魯特旗煤炭資源匱乏，煤價較高，草原上生長的灌木、半灌木和草本植物卻是可以無償獲得的天然燃料，農(nóng)、牧民為滿足日常所需，大量砍伐灌木枝條、摟枯草，將灌木龐大的根部挖出用作燃料。在20世紀70年代，該旗中南部密集生長著漫山遍野的西伯利亞杏灌叢，到20世紀90年代末卻很少見到成片分布的了[22]。

扎魯特旗生長著草麻黃、黃芩(Scutellariabaicalensis)、蒲公英(Taraxacummongolicum)、防風(Saposhnikoviadivaricata)、北柴胡(Bupleurumchinense)等珍貴藥材，成本低，售價高，是當?shù)鼐用褚环N重要的經(jīng)濟收入來源。20世紀七八十年代，扎魯特旗中南部地區(qū)的中藥被大量采挖，草原遭到嚴重破壞。20世紀80年代以后，這些行為得到了一定程度的控制，但并沒有從根本上解決問題。挖掘藥材不僅造成藥材生長地植被退化，還會導致地表裸露，土堆成群，破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響物質(zhì)循環(huán)，加重水分流失和土壤風蝕，影響下風處的草地，擴大危害面積[23]。

3.4.4不合理放牧

扎魯特旗草地放牧壓力較大[24]。據(jù)調(diào)查，1985年扎魯特旗載畜率為1.34×106羊單位[25]，各類草原的載畜率大多數(shù)在1.30羊單位/hm2以下，最低的只有0.64羊單位/hm2[26]，平均載畜率僅為0.79羊單位/hm2。而實際上，1989年該旗牲畜合計2.37×106羊單位，平均載畜率為2.32羊單位/hm2，幾乎是1985年的3倍[27]。1999年，該旗牲畜合計2.33×106羊單位，但由于草地面積減少，平均載畜率已經(jīng)上升為2.45羊單位/hm2。在不考慮草場退化的情況下，1989年全旗牲畜超載1.03×106羊單位，1999年超載9.9×105羊單位。過度放牧，家畜對葉片的啃食嚴重，影響植物光合速度，植物制造養(yǎng)分的功能受到限制，生長發(fā)育減弱。當營養(yǎng)供應(yīng)不足時，植物只能消耗自身積累的有機物質(zhì)，隨著貯藏營養(yǎng)物質(zhì)的減少，植物的生長發(fā)育受到限制，嚴重時可導致死亡。過度放牧不僅影響地上部分的生物量，對地下部分的影響也很大，可促使營養(yǎng)貯藏器官，如根、根莖、鱗莖等變小、變少，無性繁殖能力降低，阻礙牧草的繁殖更新。家畜啃食和畜蹄踐踏使優(yōu)良牧草喪失了再生機會，草地質(zhì)量下降，草地退化進程加速。

由于牧民的受教育水平有限，該旗大部分地區(qū)采用連續(xù)放牧制，這種放牧方式下，家畜的選擇性采食會使適口性好的牧草衰退，適口性差或不采食的牧草增加，不僅造成牧草浪費，還給劣質(zhì)牧草提供了生長機會，使草地種類成分發(fā)生變化[28]，長此以往，草地的生態(tài)平衡被破壞，致使草地退化。

4 結(jié)論

在氣候變化、過度墾殖、過度樵采和不合理放牧等因素的影響下，與1980—1985年內(nèi)蒙古自治區(qū)草原勘測設(shè)計院的調(diào)查結(jié)果相比，扎魯特旗草地退化程度加重。2016年扎魯特旗的輕度退化草地占1%，中度退化草地占17%，重度退化草地占82%。

該旗草地植物群落結(jié)構(gòu)簡單化，物種組成發(fā)生明顯改變，原來的建群種和優(yōu)勢種大量衰退，優(yōu)勢度降低，灌木半灌木的數(shù)量減少，多年生牧草物種數(shù)急劇下降，一、二年生植物增多，草地質(zhì)量降低。