高苗苗蒙仲舉高永張睿姝張麗烏蘭圖雅何英

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2.阿拉善左旗林業(yè)工作站，內(nèi)蒙古 阿拉善 750300)

植被是自然環(huán)境中最敏感的組成要素，也是最能反映自然條件變化的標(biāo)志之一[1]，營造人工植被是干旱、半干旱區(qū)荒漠化防治最為有效的治理手段。飛播造林措施是快速有效實(shí)現(xiàn)荒山或沙地植被重建與恢復(fù)的重要途徑，因速度快、范圍廣、省勞力、投入少、能深入人煙稀少的偏遠(yuǎn)地區(qū)等優(yōu)勢[2]，被選為治理內(nèi)蒙古阿拉善盟境內(nèi)騰格里沙漠東北緣植被恢復(fù)與重建的重要措施。植被群落的變化是反映生態(tài)恢復(fù)程度的關(guān)鍵部分，其物種組成、優(yōu)勢種變化、物種多樣性不僅能夠在一定程度上反映群落的生境變化趨勢[3]，更能有助于把握對抗外界干擾的能力[4]。慕宗杰[4]等通過研究渾善達(dá)克沙地飛播區(qū)不同恢復(fù)階段植物群落結(jié)構(gòu)的變化，總結(jié)出隨植被恢復(fù)時間延長，植被穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)。李禾[5]等對毛烏素沙地飛播區(qū)植被多樣性研究表明，隨飛播年份增加，群落結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜，以飛播植物為優(yōu)勢種的飛播群落逐漸向毛烏素沙地的頂級群落演替。汪有科[6]等闡述了吳旗飛播區(qū)沙打旺草地的群落動態(tài)，分析發(fā)現(xiàn)沙打旺的快速演替實(shí)質(zhì)是群落內(nèi)部能量的再分配過程，這種再分配對草地改良、田草輪作十分有利。斯琴畢力格[7]等對鄂爾多斯市3個旗沙地飛播造林區(qū)進(jìn)行分析得出植被恢復(fù)的多樣性主要為物種豐富度所推動，而與植被的優(yōu)勢度和多樣性指數(shù)沒有明顯關(guān)聯(lián)。因此，深入了解沙地植被恢復(fù)過程與變化規(guī)律，有助于揭示植被演替機(jī)制，對沙地植被生態(tài)恢復(fù)、穩(wěn)定干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)具有重要作用。

綜上所述，多數(shù)學(xué)者對飛播造林植被恢復(fù)的研究主要集中于庫布齊、毛烏素、渾善達(dá)克等沙地飛播造林區(qū)植物群落多樣性以及不同飛播植物、植被群落結(jié)構(gòu)和飛播年限等因子對土壤理化性質(zhì)的影響，對于騰格里沙漠飛播造林區(qū)植被群落結(jié)構(gòu)、生物多樣性特征的研究相對稀缺。鑒于此，本研究主要以騰格里沙漠東北緣飛播造林區(qū)植被為研究對象，探究飛播造林區(qū)植被恢復(fù)過程中灌木與草本的動態(tài)變化趨勢，旨在明確該地區(qū)飛播后植被恢復(fù)變化趨勢，以期為后續(xù)開展飛播造林工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古阿拉善盟左旗境內(nèi)騰格里沙漠東北緣飛播造林區(qū)，地勢東南高，西北低，屬溫帶大陸性干旱荒漠氣候，日照充足，蒸發(fā)量大，無霜期較短，溫差較大。年均氣溫8.5℃，年均降雨量80～200mm，年均蒸發(fā)量2900～3300mm。飛播造林區(qū)土壤類型屬流動風(fēng)沙土。受氣候、地貌影響，騰格里沙漠東北邊緣主要植物為霸王(Sarcozygium xanthoxylon)、貓頭刺(Oxytropis aciphylla)、白刺(Nitraria tangutorum)等，偶見一年生植物沙蓬(Agriophyllum squarrosum)和珍珠豬毛菜(Salsola passerina)等。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)地選取

于2021年7月，通過查閱相關(guān)資料，并經(jīng)過實(shí)地勘察，飛播造林區(qū)均采用花棒(Hedysarum scoparium)、沙拐棗(Calligonum mongolicum)、籽蒿(Artemisia sphaerocephala)為飛播物種，沙丘高度以及成土母質(zhì)基本相似，基于此選擇2001年播區(qū)(巴潤別立鎮(zhèn)沙勒庫岱嘎查)、2004年播區(qū)(豪斯布爾都蘇木浩坦淖爾嘎查)、2008年播區(qū)(吉蘭泰鎮(zhèn)哈圖呼都格嘎查)、2018年播區(qū)(吉蘭太鎮(zhèn)蘇里圖嘎查)內(nèi)具有代表性的典型樣地，共計(jì)4個樣地。樣地基本情況見表1。

表1 飛播造林區(qū)樣地基本情況

1.2.2 植被調(diào)查

每塊樣地內(nèi)均設(shè)置3條長1000m樣帶，在每條樣帶間隔200m設(shè)置一個樣點(diǎn)，每個樣點(diǎn)布設(shè)10m×10m灌木樣方，用于調(diào)查灌木及半灌木，在灌木樣方內(nèi)對角線及中心各設(shè)置1個1m×1m草本樣方用于調(diào)查草本植物。調(diào)查內(nèi)容為各樣方內(nèi)植被的總蓋度及不同植物種的名稱、自然高度、蓋度、密度等。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析方法

灌木與草本將同一恢復(fù)年限植物種群高度、蓋度和密度進(jìn)行平均，作為相應(yīng)年份植物種群的高度、蓋度和密度，并對飛播造林區(qū)植物群落的高度、蓋度、密度進(jìn)行分析，以明確飛播后播區(qū)植物群落的數(shù)量特征變化。

物種多樣性選用Margarlef豐富度指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)和重要值等對飛播造林區(qū)不同恢復(fù)年限的植被群落進(jìn)行測定分析。計(jì)算公式：

重要值=(相對高度+相對蓋度+相對密度)/3

相對高度=(物種高度/樣方內(nèi)全部物種高度之和)×100

相對蓋度=(物種蓋度/樣方內(nèi)全部物種蓋度之和)×100

相對密度=(物種蓋度/樣方內(nèi)全部物種蓋度之和)×100

Margarlef豐富度指數(shù)(R)：

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)：

Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(D)：

Pielou均勻度指數(shù)(E)：

優(yōu)勢度指數(shù)(C)：

式中，S為樣方內(nèi)物種數(shù)目；Pi表示第i種植物的重要值；N為總個體數(shù)量；ln為自然對數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 飛播造林區(qū)植物群落物種組成及重要值

由表2、表3可知，飛播造林區(qū)植被恢復(fù)過程中，樣地內(nèi)植物群落主要由21種植物構(gòu)成，隸屬9科17屬。其中灌木有4種，即隸屬于3科4屬，占總物種數(shù)19.05%；半灌木2種，隸屬于2科2屬，占總物種數(shù)9.52%；草本植物有15種，隸屬于6科13屬，占總物種數(shù)71.43%。騰格里沙漠東北緣飛播造林區(qū)植物主要由天然植物和飛播植物構(gòu)成，其中飛播植物有3種，分別為花棒(Hedysarum scoparium)、沙拐棗(Calligonum mongolicum)、籽蒿(Artemisia sphaerocephala)，這3種植物均呈現(xiàn)抗干旱、耐鹽等特點(diǎn)，是飛播造林樹種選擇的優(yōu)勢種。

表2 飛播造林區(qū)植被生活型組成特征

由表3可知，飛播造林區(qū)植被恢復(fù)3a，主要以飛播植物為主，草本層僅有沙竹和蘆葦?；謴?fù)13a以籽蒿為優(yōu)勢種，草本層種類逐漸豐富，出現(xiàn)沙蓬、堿蓬(Suaeda glauca)和蒙古蟲實(shí)(Corispermum mongolicum)等；恢復(fù)17a天然植物與飛播植物都生長趨勢較好，植物種類共有15種，物種種類最豐富，以花棒為優(yōu)勢物種，天然植物白刺也得到有效的恢復(fù)，其重要值為0.36；恢復(fù)20a時物種種類有降低趨勢，主要以籽蒿為優(yōu)勢物種，但蒙古蟲實(shí)、珍珠豬毛菜、油蒿(Artemisia desertorum)、沙蓬、針茅(Stipa capillata)、堿蓬等草本層植物其重要值從0分別上升到0.25、0.03、0.04、0.06、0.03、0.16。飛播造林區(qū)植被群落類型共3種，見表4，隨植被恢復(fù)年限延長，飛播造林區(qū)植被群落結(jié)構(gòu)由單一的半灌木群落逐漸變?yōu)楣嗄救郝浜桶牍嗄炯硬荼救郝?，草本層植被逐漸豐富。

表3 飛播造林區(qū)植被物種重要值

表4 飛播造林區(qū)各樣地植被群落類型

2.2 飛播造林區(qū)植被恢復(fù)群落數(shù)量特征變化

由表5可知，飛播造林區(qū)各植被層平均高度隨植被恢復(fù)年限延長總體表現(xiàn)出增長的趨勢，在植被恢復(fù)20a時平均高度最高，灌木層植被平均高度較3a、13a和17a，分別增長100.65%、55.58%、17.50%，草本層平均高度分別增長331.33%、15.68%、107.02%，各植被群落差異顯著(P<0.05)。隨著恢復(fù)年限得增加，各植被群落得平均蓋度總體呈上升的變化趨勢，植被恢復(fù)20a平均蓋度較3a分別增加99.82%、460.34%，草本層不同恢復(fù)年限間差異顯著(P<0.05)。平均密度隨植被恢復(fù)年限延長各植物群落呈現(xiàn)波動式上升，各層隨恢復(fù)時間的延長均有明顯差異(P<0.05)。

表5 飛播造林區(qū)植物群落高度、蓋度和密度的變化

2.3 飛播造林區(qū)植物恢復(fù)群落物種多樣性變化

通過對飛播造林區(qū)不同生活型植被多樣性綜合分析發(fā)現(xiàn)，見表6，飛播造林區(qū)R、H′、D指數(shù)逐年呈上升趨勢，草本層物種種類逐漸增多，飛播造林措施對騰格里沙漠東北緣沙地固定與植被恢復(fù)具有顯著成效；飛播造林區(qū)植被恢復(fù)20a H′與D較3a分別增長89.74%、57.45%，植物各層的多樣性逐漸豐富；飛播造林區(qū)C隨著恢復(fù)年限延長呈先升高后降低的趨勢，各恢復(fù)年限灌木層植被均勻度指數(shù)顯著高于草本層；綜上所述，騰格里沙漠東北緣飛播造林區(qū)植被恢復(fù)狀況穩(wěn)步增進(jìn)，草本層在群落中相對占優(yōu)勢且分布均勻、植被種類繁多。

3 討論

飛播造林是一種大面積治理土地沙漠化與植被快速恢復(fù)的沙漠治理方法，在騰格里沙漠東北緣沙地的植被建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。由于飛播后沙地植物成功定居引起群落環(huán)境變化，進(jìn)而對天然植被的生長與繁殖產(chǎn)生一定影響[8]。本研究表明，飛播造林區(qū)植被隨時間的延長，物種數(shù)明顯升高，但恢復(fù)20a時沙地植物的物種數(shù)出現(xiàn)下降趨勢。分析其原因，沙地條件不同，氣候多變，不同植物種類自身的生態(tài)適應(yīng)條件有差異，使得恢復(fù)20a植物種類相比恢復(fù)17a的略低。在沙地不同恢復(fù)階段，豆科、蓼科、菊科和禾本科表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)能力，流動沙地向固定沙地轉(zhuǎn)變，沙地植被恢復(fù)效果明顯好轉(zhuǎn)，這與姚國龍[9]對毛烏素沙地不同演替階段沙地植被群落物種多樣性研究結(jié)果相似。飛播后，飛播物種耐沙埋、發(fā)芽快、生長迅速并且繁殖能力強(qiáng)[10]，迅速成為沙地群落的優(yōu)勢種，因此，沙地植物群落特征也發(fā)生一定變化，即在植被恢復(fù)的過程中，植物群落的平均高度、平均蓋度和平均密度均有明顯提高，這也進(jìn)一步驗(yàn)證飛播造林對天然植被恢復(fù)有促進(jìn)作用。

表6 飛播造林區(qū)分層物種多樣性指數(shù)

騰格里沙漠東北緣飛播造林區(qū)隨植被恢復(fù)，一年生草本逐漸占有一定優(yōu)勢，總物種數(shù)達(dá)到71.43%，灌木與半灌木次之，分別占總物種數(shù)的19.05%和9.52%，表明群落組成結(jié)構(gòu)向多樣化和復(fù)雜化發(fā)展，沙地逐步穩(wěn)定。重要值是荒漠植被的綜合體現(xiàn)，通過重要值確定群落類型，能客觀反映植物物種在群落中的相對重要性。本研究結(jié)果表明，在飛播造林區(qū)植被恢復(fù)過程中，群落由單一半灌木類型逐步發(fā)展為灌木和半灌木加草本組合類型，說明飛播物種在雨季快速發(fā)芽并定居，形成防風(fēng)屏障，阻止沙丘表面沙粒流動，飛播造林區(qū)天然植被得到有效保護(hù)，同時為其他植物定居創(chuàng)造穩(wěn)定的土壤環(huán)境，飛播物種與天然植被共生效果較好。張翼飛等[11]對巴丹吉林和庫布齊2大沙漠共計(jì)12個點(diǎn)的植被進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果也顯示以灌木為建群種后都伴有大量一年生沙生先鋒物種植物。因此飛播有助于沙地天然植被的恢復(fù)與重建。

物種多樣性是生物多樣性的中心，也是生物多樣性最主要的結(jié)構(gòu)和功能單位[12]。植被群落演替會伴隨著多樣性的變化，有的觀點(diǎn)認(rèn)為隨植被恢復(fù)演替，物種多樣性會逐漸增加[13]，還有觀點(diǎn)認(rèn)為在演替初期到中期物種多樣性會升高，到達(dá)峰值后在演替后期則呈現(xiàn)下降趨勢[14]。本研究中，物種多樣性指數(shù)隨植被恢復(fù)進(jìn)程先升高后降低。分析其原因，可能是隨植被的恢復(fù)，地表有機(jī)物的分解和土壤養(yǎng)分的增加，提高了各物種的競爭能力，導(dǎo)致植被恢復(fù)20a時物種多樣性有下降的趨勢，此外，沙漠地區(qū)水分限制也是造成物種多樣性指數(shù)下降的原因之一?；哪脖坏奶卣骺捎梦锓N多樣性指數(shù)來體現(xiàn)。司建華等研究阿拉善雅布賴風(fēng)沙區(qū)荒漠植被群落物種多樣性在0.23～1.09[15]，騰格里沙漠東南邊緣荒漠植被群落物種多樣性在0.60～1.63[16]，新疆阜康綠洲荒漠過渡帶植物群落物種多樣性在0.48～1.57[17]，歸納荒漠沙地植被群落物種多樣性普遍偏低，群落整體結(jié)構(gòu)簡單，物種組成稀少，這與荒漠生境條件惡劣且種的分布不均勻有關(guān)。本研究區(qū)群落H物種多樣3a和17a灌木層>草本層，13a和20a灌木層<草本層，但飛播造林區(qū)整體H物種多樣現(xiàn)在0.78～1.48，符合上述沙區(qū)研究特點(diǎn)，可見，飛播造林區(qū)物種多樣性整體隨植被恢復(fù)年限延長而增長，說明飛播造林措施有效促進(jìn)騰格里沙漠東北邊緣飛播造林區(qū)植被恢復(fù)。

4 結(jié)論

通過對騰格里沙漠東北緣飛播造林區(qū)群落數(shù)量特征及多樣性分析，得出如下結(jié)論。

騰格里沙漠東北緣飛播造林區(qū)植被恢復(fù)處于穩(wěn)步發(fā)展階段。飛播造林區(qū)共21種植物，隸屬9科17屬，植物種大多屬于蓼科、菊科、禾本科；灌木層以飛播物種籽蒿或花棒為主，草本層多為旱生或鹽生性植物，如油蒿、蒙古蟲實(shí)、珍珠豬毛菜等；在植被恢復(fù)過程中，群落由單一灌木類型逐步演變?yōu)楣嗄九c半灌木加草本組合類型。

騰格里沙漠東北緣沙地植被群落灌木層的平均高度、密度總體表現(xiàn)為恢復(fù)20a比恢復(fù)初期3a高出2倍，平均蓋度20a>13a>17a>3a；隨著植被恢復(fù)年限的增加，草本層植被各生長指標(biāo)總體呈上升趨勢，綜上可知，飛播造林有利于改善沙地植被群落環(huán)境，植被生長狀況穩(wěn)定提高。

沙區(qū)的生境條件決定群落多樣性指數(shù)，降雨是植物生長主要獲取水分的來源。研究區(qū)隨著植被恢復(fù)年限延長，草本層Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)均高于灌木層，總體植被恢復(fù)向著穩(wěn)定和物種多樣的方向發(fā)展，環(huán)境得到改善的同時也會加速植被演替的進(jìn)程。