侯東杰,韓蓓蕾,阿格爾,韓勝男,王忠武

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學,草原與資源環(huán)境學院,呼和浩特 010019

草原生態(tài)系統(tǒng)是重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)之一,對保持水土、促進畜牧業(yè)發(fā)展和發(fā)展生態(tài)旅游等方面具有至關(guān)重要的作用[1]。放牧是草原生態(tài)系統(tǒng)重要的管理措施,深刻影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能[2]。有研究表明適度的放牧使草原生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流動和養(yǎng)分循環(huán)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)[3]。隨著家畜數(shù)量的迅速增長以及全球氣候變化的影響,過度放牧成為驅(qū)動草原生態(tài)系統(tǒng)退化的主導因素,并引起草原植物群落和土壤發(fā)生不同程度的退化[2]。例如,過度放牧顯著降低植物群落高度、蓋度、地上生物量和物種多樣性[4—6],同時增加土壤容重并降低養(yǎng)分含量[7]。植物群落特征和土壤性質(zhì)的退化不僅降低了草原生態(tài)系統(tǒng)的服務與功能,同時還嚴重威脅區(qū)域生態(tài)安全。

自2000年以來,草原生態(tài)系統(tǒng)退化的問題逐漸得到政府和學者的關(guān)注,一系列修復措施逐步在退化草原中實驗和實施,例如補播、劃破草皮、施肥和圍封等[8]。圍封作為一種常用的退化草原生態(tài)系統(tǒng)修復措施,具有高效率、低成本和易實施等優(yōu)點[9—10]。有研究表明退化草原圍封后植物群落高度、蓋度、地上生物量以及植物多樣性顯著提高[11—12],同時土壤溫度、容重、pH顯著降低,土壤含水量則顯著提高[13],土壤全碳、全氮、全磷、速效氮和速效磷等養(yǎng)分含量也有明顯提高[9,14]。植物群落數(shù)量特征的提高以及土壤通氣性和透水性等理化性質(zhì)的改善表明圍封使得退化草原生態(tài)系統(tǒng)得到了有效的恢復。也有部分研究表明圍封將對草原生態(tài)系統(tǒng)的恢復產(chǎn)生消極效應。例如,有研究指出草原生態(tài)系統(tǒng)圍封后土壤養(yǎng)分含量無顯著變化[15]。還有研究表明退化草原生態(tài)系統(tǒng)圍封后植物群落將發(fā)生“二次逆行演替”,主要表現(xiàn)為群落蓋度、地上生物量以及物種多樣性再次降低[16—17]。這些不一致的研究結(jié)果意味著圍封對退化草原植物群落以及土壤理化性質(zhì)特征的影響仍具有爭議性和不確定性。植被類型和圍封年限的差異被認為是引起這種不確定性的主導因子。此外,草原生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷不同強度放牧后,植物群落和土壤將處于完全不同的退化程度。例如,輕度退化草原植物群落和土壤需要較短的時間恢復,長期圍封對其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生消極效應。中度和重度退化草原植被和土壤的恢復則需要較長的時間,長期圍封則對其植物群落和土壤產(chǎn)生積極效應。因此,草原生態(tài)系統(tǒng)的退化程度也是決定生態(tài)系統(tǒng)圍封成效的關(guān)鍵因素,然而在當前研究中卻常常被忽視。

區(qū)域大范圍圍封是早期退化草原修復治理過程中主要采用的方式[18],部分區(qū)域長期圍封也會引起草原資源的閑置與浪費,甚至影響植被更新和區(qū)域生物多樣性[19—21]。隨著新時期草原可持續(xù)管理理念的提出,科學與優(yōu)化圍封政策是當前草原管理中急需解決的問題,也在當前研究中相對欠缺。針對不同退化程度草原精準實施圍封政策也是科學合理進行草原管理的基礎(chǔ)和未來草原可持續(xù)發(fā)展的工作重點。揭示圍封對不同退化草原植物群落和土壤特征的影響是解決以上問題的關(guān)鍵。

內(nèi)蒙古荒漠草原面積約為1.12×105km2,是內(nèi)蒙古中西部地區(qū)主要的草原類型,位于典型草原向荒漠的過渡帶,也是中國北方地區(qū)的“生態(tài)脆弱帶”[22]?；哪菰莾?nèi)蒙古地區(qū)畜牧業(yè)重要的生產(chǎn)基地,長期的過度放牧已經(jīng)引發(fā)內(nèi)蒙古荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的退化[23]?；哪菰觌H溫差大、干旱、多風和降水波動大等自然特征嚴重影響大多數(shù)退化草原修復措施的實施,使得圍封成為該地區(qū)少數(shù)可行的退化草原修復措施。如何進一步高效、精準實施圍封政策也是目前內(nèi)蒙古荒漠草原管理中面臨的重要難題。因此,本研究以圍封后的輕度、中度和重度荒漠草原為研究對象,探究圍封對不同退化程度荒漠草原植物群落和土壤的影響,以期為退化草原生態(tài)系統(tǒng)的科學合理恢復提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本實驗依托于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學野外實驗平臺(41°27′17″N,111°53′46″E)。實驗平臺位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市四子王旗境內(nèi),該地區(qū)氣候類型為典型溫帶大陸性季風氣候,全年多風,冬季寒冷干燥,夏季炎熱干燥,雨熱同期。研究區(qū)年均溫3.4℃,年均降水280 mm且集中在生長季(6—9月)內(nèi),土壤類型為淡棕鈣土。該地區(qū)植被類型為溫帶荒漠草原,群落物種組成簡單,生產(chǎn)力水平低。群落建群種為短花針茅(Stipabreviflora),其它物種主要包括:無芒隱子草(Cleistogenessongorica)、銀灰旋花(Convolvulusammannii)、冷蒿(Artemisiafrigida)、豬毛菜(Salsolacollina)、狹葉錦雞兒(Caraganastenophylla)和木地膚(Kochiaprostrata)等。短花針茅和無芒隱子草對維持本地區(qū)荒漠草原群落結(jié)構(gòu)與功能具有重要作用[24]。

1.2 實驗設(shè)計

2004年在地形和植被條件一致的地帶采用隨機區(qū)組的方法設(shè)置9個放牧小區(qū),每個放牧小區(qū)的面積為4.4 hm2。實驗處理依照當?shù)貙嶋H放牧強度設(shè)置放牧強度,分別包括輕度放牧(0.91羊單位 hm-2半年-1),中度放牧(1.82羊單位 hm-2半年-1)和重度放牧(2.71羊單位 hm-2半年-1),各區(qū)組間彼此獨立。放牧家畜選擇為體重相似的2歲蒙古羯羊。放牧時間為每年6月初至10月末的每天7時到18時,其余時間將放牧家畜安置在圈舍內(nèi)。經(jīng)過12年的放牧處理,3種放牧小區(qū)分別處于輕度退化(LD)、中度退化(MD)和重度退化(HD)[24]。2016年生長季開始前分別在各小區(qū)中心處選擇1塊30 m × 30 m的地段并使用網(wǎng)圍欄進行圍封處理,各實驗小區(qū)內(nèi)的圍封區(qū)域在隨后的時間內(nèi)無任何干擾。到2021年為止,各實驗小區(qū)圍封區(qū)域共圍封6年,植被和土壤得到了一定的恢復。

1.3 樣品采集與測定

2021年8月中旬(生長季高峰)對各實驗小區(qū)和圍封區(qū)域進行群落特征調(diào)查和土壤樣品采集。以各放牧小區(qū)中圍封區(qū)域的4條圍欄中點為參照點,隨后在圍欄內(nèi)外分別距離5 m的位置設(shè)置1個1 m × 1 m的樣方(4個樣方/小區(qū)×3個小區(qū)/處理=12個樣方/處理),以避免圍欄的邊緣效應。首先記錄群落物種組成并對每個物種隨機選擇3株測量自然高度,隨后使用耙子收集樣方內(nèi)枯落物并裝入信封袋內(nèi),最后使用齊地面刈割法分物種計數(shù)和收獲地上部分并裝入信封袋內(nèi)帶回實驗室。將植物樣品和枯落物置于65℃的烘箱內(nèi)烘至恒重,隨后稱量其干重。

待植物群落特征調(diào)查完成后,使用直徑3 cm的土鉆對各實驗小區(qū)中的每個樣方中心處采集0—10 cm的土壤,隨后混合均勻,裝入自封袋帶回實驗室用于測定土壤養(yǎng)分。在各小區(qū)中的每個樣方內(nèi)靠近樣方中心處使用體積為100 cm3的土壤容重鉆采集土壤樣品并裝入已稱質(zhì)量的鋁盒中帶回實驗室,隨后立即稱量鋁盒重量,再放置于105℃的烘箱內(nèi)烘干鋁盒至恒重,最后測量鋁盒重量,分別測量土壤含水量和土壤容重。

將用于測定土壤養(yǎng)分樣品中的根系和礫石去除后,放置在陰涼通風的位置風干,取其中一部分通過2 mm的分樣篩,另一部分則通過0.15 mm的分樣篩。使用元素分析儀(vario EL III CHNOS Elemental Analyzer, Elementar Analysensysteme GmbH)測定土壤全碳和全氮含量;土壤樣品消解后使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(iCAP 6300 ICP-OES Spectrometer, Thermo Scientific)測定土壤全磷含量;使用紫外分光光度計(UV-2550, UV-Visible Spectrophotometer, Shimadzu)和堿解擴散法分別測定土壤速效磷和有效氮含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

不同實驗處理下群落植物多樣性使用以下公式進行計算[25]:

Shannon-Wiener 指數(shù)

H=-∑(Pi×lnPi)

Simpson 指數(shù)D=1 - ∑(Pi×Pi)

Margalef豐富度指數(shù)M=(S-1)/lnN

Pielou 均勻度指數(shù)J=H/lnS

式中,S為某處理下所有樣方的物種總數(shù)。Pi為某處理下物種i的重要值,Pi=(相對高度+相對蓋度+相對地上生物量)/3,其中相對高度為物種i的高度與某處理下所有物種的高度總和的比值;相對蓋度為物種i的蓋度與某處理下所有物種的蓋度總和的比值;相對地上生物量為物種i的地上生物量與某處理下所有物種的地上生物量總和的比值。N為物種i所在各處理的所有物種的個體總數(shù)。

不同實驗處理下土壤含水量和土壤容重使用以下公式進行計算:

式中,WT表示裝入土壤樣品后的鋁盒質(zhì)量,WD表示鋁盒烘干后的質(zhì)量,W表示空鋁盒的質(zhì)量。

使用植被恢復效率評價圍封對不同退化荒漠草原植物群落恢復的效果,利用以下公式計算[26]:

式中,Fi表示圍封后植物群落某數(shù)量特征,Di表示某退化程度下該植物群落數(shù)量特征。

對數(shù)據(jù)的正態(tài)性以及方差齊性檢驗后,使用配對樣本T檢驗分析不同退化程度荒漠草原與其對應圍封處理間種群和群落的高度、蓋度、密度和地上生物量以及土壤理化性質(zhì)間的差異。使用單因素方差分析比較圍封對不同退化荒漠草原植被恢復效率間的差異,方差齊性時多重比較選擇最小顯著性差異(LSD)法,方差非齊性時選擇Duncan法。數(shù)據(jù)使用平均值 ± 標準誤表示。數(shù)據(jù)分析在IBM SPSS 24.0進行,圖表繪制在SigmaPlot 13.0中進行。

2 結(jié)果

2.1 不同退化荒漠草原群落主要物種對圍封的響應

不同退化荒漠草原短花針茅種群數(shù)量特征對圍封具有積極響應。圍封顯著提高輕度、中度和重度退化荒漠草原下短花針茅的高度、蓋度和地上生物量(圖1;P<0.05)。除輕度退化外,中度和重度退化下短花針茅密度在圍封后無顯著變化。此外,與輕度退化相比,中度和重度退化下短花針茅數(shù)量特征對圍封具有更敏感的響應。例如,輕度退化短花針茅圍封后種群高度和地上生物量分別提高了14.0%和21.3%,重度退化短花針茅圍封后種群高度和地上生物量分別提高了403.6%和1435.7%。

圖1 圍封對不同退化程度荒漠草原短花針茅數(shù)量特征的影響Fig.1 Effects of fencing on quantitative characteristics of Stipa breviflora in different degraded desert steppes*和**分別表示在0.05和0.01水平上兩種處理間存在顯著差異;LD:輕度退化;FLD:輕度退化圍封;MD:中度退化;FMD:中度退化圍封;HD:重度退化;FHD:重度退化圍封

與短花針茅針茅相比,不同退化荒漠草原下無芒隱子草種群數(shù)量特征對圍封具有相對微弱的響應。圍封顯著提高輕度、中度和重度退化下無芒隱子草的種群高度(圖2;P<0.05)。例如,圍封提高了輕度退化無芒隱子草種群高度35.9%,但提高重度退化無芒隱子草種群高度高達458.3%。圍封顯著提高輕度和中度退化下無芒隱子草種群蓋度,但對重度退化下無芒隱子草蓋度無顯著影響。圍封顯著降低無芒隱子草種群密度,但顯著提高其地上生物量(圖2;P<0.05)。例如,重度退化下無芒隱子草圍封后地上生物量提高了151.0%。

圖2 圍封對不同退化荒漠草原無芒隱子草數(shù)量特征的影響Fig.2 Effects of fencing on quantitative characteristics of Cleistogenes songorica in different degraded desert steppes

2.2 不同退化荒漠草原植物群落數(shù)量特征對圍封的響應

不同退化荒漠草原在圍封后植物群落得到了有效的恢復。群落高度、蓋度和地上生物量對圍封具有更敏感的響應。圍封顯著提高輕度、中度和重度退化草原植物群落高度、蓋度和地上生物量(圖3;P<0.05)。例如,圍封顯著提高3種退化草原群落高度和地上生物量分別高達38.1%—462.9%和37.1%—631.9%。除中度退化外,圍封顯著提高輕度和重度退化草原群落密度。除輕度退化外,枯落物在中度和重度退化草原圍封地表處顯著累積,在重度退化草原中尤為明顯(圖3;P<0.05)。

圖3 圍封對不同退化荒漠草原群落特征的影響Fig.3 Effects of fencing on community characteristics in different degraded desert steppes

圍封提高了輕度和中度退化荒漠草原群落Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù),但降低了重度退化荒漠草原群落的Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)(表1)。圍封提高了輕度和中度退化荒漠草原群落的Margalef豐富度指數(shù),但對重度退化荒漠草原的無影響(表1)。圍封降低了輕度和重度退化荒漠草原群落Pielou均勻度指數(shù),但提高了中度退化荒漠草原群落Pielou均勻度指數(shù)(表1)。

表1 圍封對不同退化荒漠草原群落植物多樣性的影響Table 1 Effects of fencing on plant diversity in different degraded desert steppes

2.3 圍封對不同退化荒漠草原植物群落恢復的評價

圍封對不同退化荒漠草原植物群落恢復具有相同的影響。除密度外,圍封對3種退化荒漠草原植物群落高度、蓋度和地上生物量的恢復均產(chǎn)生積極效應,其中對重度退化的植物群落恢復效率顯著高于對輕度和中度退化的(圖4;P<0.05)。與輕度退化荒漠草原相比,圍封對重度退化荒漠草原群落密度的恢復產(chǎn)生消極效應(P<0.05)。

圖4 不同退化程度荒漠草原植物群落恢復效率特征Fig.4 Restoration efficiency of plant community in different degraded desert steppes

2.4 不同退化荒漠草原土壤理化性質(zhì)對圍封的響應

圍封對不同退化荒漠草原土壤物理性質(zhì)具有微弱的影響。圍封顯著降低重度退化荒漠草原土壤容重(P<0.05),但對輕度和中度退化荒漠草原土壤容重無顯著影響(圖5)。圍封對3種不同退化荒漠草原土壤表層水分均無顯著影響(圖5)。

圖5 圍封對不同退化荒漠草原土壤物理性質(zhì)的影響Fig.5 Effects of fencing on soil physical properties in different degraded desert steppes

不同退化荒漠草原土壤養(yǎng)分對圍封具有敏感的響應。除重度退化荒漠草原的土壤全碳含量和中度退化下的土壤全氮含量外,圍封顯著降低中度和重度荒漠草原土壤全碳、全氮和全磷含量(圖6;P<0.05)。輕度退化荒漠草原土壤全碳、全氮和全磷含量對圍封無一致的響應規(guī)律。與土壤全量養(yǎng)分相比,3種不同退化荒漠草原土壤速效養(yǎng)分對圍封具有更敏感的響應。放牧顯著降低中度和重度荒漠草原土壤速效磷和有效氮含量(圖6;P<0.05)。圍封顯著提高輕度退化荒漠草原土壤速效磷含量(P<0.05),但對其土壤有效氮含量無顯著影響。

圖6 圍封對不同退化荒漠草原土壤化學性質(zhì)的影響Fig.6 Effects of fencing on soil chemical properties in different degraded desert steppes

3 討論

3.1 圍封對不同退化荒漠草原植物群落的影響

圍封作為一種簡單有效的退化草原修復措施,主要通過草原生態(tài)系統(tǒng)的自我更新能力,逐漸使植物種群和群落得到恢復[27]。圍封后不同退化荒漠草原中短花針茅和無芒隱子草的高度、蓋度和地上生物量顯著提高(圖1和2),與前人的研究結(jié)果相似[24,28]。圍封的實施主要消除了外界的人為干擾,如放牧和刈割等,減少了植物個體受到的損傷;另一方面圍封也提高了草原生態(tài)系統(tǒng)的自我更新能力,使群落中的植物種群快速恢復,最終引起群落優(yōu)勢物種種群數(shù)量特征的顯著提高[29]。然而,本研究發(fā)現(xiàn)不同退化荒漠草原中短花針茅和無芒隱子草種群對圍封卻具有不一致的敏感性。與無芒隱子草相比,圍封對不同退化荒漠草原中短花針茅的數(shù)量特征(除密度外)具有更有效的恢復(圖1),表明這兩種植物種群雖然在放牧影響下的生長和繁殖均受到抑制作用,但短花針茅具有更強的恢復能力和具有更強的適應性,同時還表明短花針茅具有更高的適口性,是該地區(qū)家畜喜食的牧草之一。這也從植物種群的角度揭示了退化荒漠草原恢復演替過程中植物種群數(shù)量的變化特征。

圍封后退化荒漠草原植物種群數(shù)量特征的提高,進一步影響植物群落數(shù)量特征。本研究發(fā)現(xiàn)圍封后不同退化荒漠草原的數(shù)量特征以及枯落物累積量顯著提高,表明圍封對不同退化程度荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)的恢復具有積極效應,前人的研究結(jié)果一致[30—31]。輕度和中度退化荒漠草原圍封后群落物種豐富度和均勻度整體升高(除輕度退化圍封后的Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)外),但重度退化荒漠草原群落的物種豐富度和均勻度則是降低,表明圍封對不同退化荒漠草原植物多樣性具有不一致的影響[31]?；哪菰囟韧嘶笕郝渲邪剔?Chenopodiumaristatum)、豬毛菜(Salsolacollina)、地錦(Euphorbiahumifusa)和藜(C.album)等大量一年生先鋒植物,雖然提高了植物多樣性,但群落的結(jié)構(gòu)與功能卻處于不穩(wěn)定狀態(tài)。圍封后退化荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)逐漸趨向正向演替,由于植物種間的競爭,這些先鋒植物物種逐步從群落中消退,進而引起群落物種豐富度和均勻度的降低。這表明在荒漠草原中植物多樣性的降低并非代表植物群落退化,也有可能是植物群落處于恢復的早期階段。此外,重度退化荒漠草原圍封后群落物種豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)也低于輕度和中度退化荒漠草原圍封后的,表明隨著圍封時間的延長,重度退化荒漠草原中物種多樣性將逐漸提高。群落伴生種的增加是引起這種生態(tài)過程的主導因素,同時這還表明退化草原生態(tài)系統(tǒng)圍封后的群落穩(wěn)定性逐步增強。本研究中值得注意的是,與輕度退化和中度退化相比,圍封顯著提高重度退化荒漠草原群落高度、蓋度和地上生物量,其中地上生物量具有更敏感的響應(圖4),表明圍封對重度退化荒漠草原的植被恢復更加有效。這種效應也可能是圍封對植物群落具有初步效應,即在圍封初期植物群落具有更快的恢復速率,隨著圍封時間的延長,植被的恢復能力逐漸降低?；哪菰觌H間較大的降水波動、貧瘠的土壤養(yǎng)分和簡單但具有生態(tài)適應強的物種組成,綜合使其對外界干擾具有較強的抵抗力和恢復力[22]。部分荒漠草原植物生存策略為機會主義者,在短暫的降水過程中快速吸收養(yǎng)分完成生活史。這也是引起重度退化荒漠草原在短期圍封后植物群落快速恢復的主導因素。典型草原生態(tài)系統(tǒng)具有相對優(yōu)越的自然環(huán)境、復雜的物種組成,哪種退化程度的生態(tài)系統(tǒng)植物群落在圍封后恢復會更加有效?這也值得在未來通過設(shè)置平行實驗進行深入探究。

3.2 圍封對不同退化荒漠草原土壤的影響

土壤理化性質(zhì)是評價草原生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能穩(wěn)定的指標之一,圍封對土壤理化性質(zhì)也將產(chǎn)生直接或間接的影響[32]。與土壤化學性質(zhì)相比,不同退化荒漠草原的土壤物理性質(zhì)對圍封具有惰性響應。重度退化荒漠草原圍封后土壤容重顯著降低,輕度和中度退化的則無顯著變化,表明土壤容重對適度的干擾具有一定抵抗性,支持了前人的研究結(jié)果[24]。值得注意的是,不同退化荒漠草原圍封后土壤水分無顯著變化,與典型草原上的研究結(jié)果不同[13]。典型草原圍封后枯落物累積引起土壤水分顯著升高,進而驅(qū)動群落微環(huán)境改變。這主要是由于枯落物通過物理遮擋作用,減少了土壤水分蒸發(fā)和降低了土壤溫度[33]。不同退化荒漠草原圍封后地表枯落物雖然有部分累積,但其累積量(<87.90 g/m2)遠遠低于典型草原圍封后的(300—400 g/m2)[13]。因此其對土壤水分的改善具有微弱的作用。此外,荒漠草原強烈的太陽輻射、稀少的降水和多風的天氣也加劇了土壤水分的蒸發(fā)。這些原因共同導致不同退化荒漠草原圍封后土壤水分無顯著改善。

與土壤物理性質(zhì)不同,土壤養(yǎng)分對圍封具有敏感的響應。本研究中輕度退化荒漠草原圍封后土壤養(yǎng)分含量無顯著變化,中度和重度退化荒漠草原圍封后土壤養(yǎng)分含量總體顯著降低(除重度和中度退化荒漠草原圍封后土壤全碳和全氮含量外),表明圍封對不同退化荒漠草原土壤養(yǎng)分動態(tài)具有不一致的影響。有研究表明退化典型草原圍封后土壤養(yǎng)分顯著增加,與本研究結(jié)果相反[30,34—35]。典型草原較高的地上生產(chǎn)力和相對充沛的降水為土壤微生物的活動提供了充足的底物和反應條件,有利于土壤養(yǎng)分循環(huán),進而促進土壤養(yǎng)分累積,引起土壤養(yǎng)分累積[34,36]。在荒漠草原中,相對較低的地上生產(chǎn)力和干旱的氣候條件不利于土壤微生物活動和土壤養(yǎng)分循環(huán)過程,同時退化荒漠草原圍封后在植物群落快速恢復的過程中將消耗大量的養(yǎng)分,其中在中度和重度下格外明顯。這些因素導致了中度和重度退化荒漠草原圍封后土壤養(yǎng)分含量降低。此外,本研究中不同退化草原圍封后土壤速效養(yǎng)分含量對圍封具有敏感性,表明土壤速效養(yǎng)分可以作為重要評價指標應用于未來草原圍封成效評價中。

3.3 依據(jù)草原退化程度合理實施圍封政策

退化草原圍封成效評價是當前草原可持續(xù)管理中的研究熱點,也是進一步科學制定圍封政策的重要基礎(chǔ)。綜合比較不同退化荒漠草原圍封后植物群落和土壤理化性質(zhì)的變化特征,發(fā)現(xiàn)與輕度和中度退化相比,圍封更適用于重度退化荒漠草原植被恢復。對于輕度和中度退化草原來說,圍封政策的實施應該以短期為主,且在圍封過程中可做適當?shù)睦貌⒁苊忾L期圍封,進而造成草原資源的閑置與浪費[31]。對于重度退化草原來說,應實施相對較長時間的圍封且避免在恢復過程中利用草原資源。與此同時,也需要依照植被恢復狀況對圍封政策進行調(diào)整。本研究所得到的這些結(jié)果也為進一步科學精確制定圍封政策提供了理論基礎(chǔ)。此外,群落高度、蓋度和地上生物量對圍封具有快速且敏感的響應[34]。因此,這些指標可作為衡量退化草原圍封成效的主要指標。在未來草原監(jiān)測與管理中可重點對這些生態(tài)指標進行觀測。前人研究表明典型草原圍封后土壤水分的提高作為驅(qū)動植物群落結(jié)構(gòu)與功能改變的主導因素[13]。本研究還發(fā)現(xiàn)與典型草原不同,退化荒漠草原圍封后植物群落結(jié)構(gòu)與功能雖然也發(fā)生改變,但土壤水分的提高并非是驅(qū)動圍封荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)服務與功能改變的因素。這些研究結(jié)果的差異也表明圍封驅(qū)動不同草原生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能改變的內(nèi)在機制是不同的,揭示其主導因素也可能是未來草原生態(tài)學研究的重點,也為草原生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理提供理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

圍封是簡單有效的退化草原治理措施,也在退化荒漠草原植被恢復中取得了良好的成效。圍封通過提高退化荒漠草原種群和群落的高度、蓋度和地上生物量,使草原生態(tài)系統(tǒng)植被得到快速恢復,這些數(shù)量特征也是衡量圍封草原植被恢復成效的有效指標。圍封雖然降低重度退化荒漠草原植物多樣性,但也是退化生態(tài)系統(tǒng)恢復演替初期的正常表現(xiàn)。圍封后植被快速恢復消耗大量土壤養(yǎng)分,引起中度和重度退化荒漠草原土壤養(yǎng)分含量顯著降低。通過植物群落數(shù)量特征和土壤養(yǎng)分含量的變化綜合判斷,圍封對重度退化荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)恢復更加有效。本研究可為荒漠草原進一步合理精準制定圍封政策提供科學指導。