浑善达克沙地境内沙地榆的自然更新

刘利红,刘果厚,赵 丽,桂 荣

(1.内蒙古农业大学生态环境学院,内蒙古呼和浩特010019;2.内蒙古林业科学研究院,内蒙古呼和浩特010010;3.内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗林业工作站,内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗027200;4.内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗草原工作站,内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗027200)

榆树疏林草原是温带典型草原地带,适应半干旱半湿润气候的隐域性沙地顶级植物群落[1-2],分布在浑善达克沙地上的沙地榆疏林,是防风固沙、保护当地生态环境和周边土地资源的重要的植物群落类型。浑善达克沙地榆(Ulmus pumila L.var.sabulosa J.H.Guo Y.S.Li et J.H.Li)是当地惟一能形成疏林的乔木树种[3],由于环境的不断恶化及人为的不断干扰,使浑善达克沙地榆的分布范围逐渐缩小,种群数量减少,导致更新上的断层,这对维持浑善达克沙地榆疏林草原的稳定和持续发展将产生不利的影响。因此对浑善达克沙地榆进行更新方面的研究具有重要意义。

目前,国内对浑善达克沙地及榆树疏林草原研究主要包括浑善达克沙地形成及水分状况分析[4-5],榆树疏林草原植被、生态环境调查分析[1,6],人为干扰对浑善达克沙地榆树疏林的影响[3,7],榆树疏林对维持草地生态区域生物多样性意义[8],浑善达克沙地榆树疏林生态系统的空间异质性[9],沙地榆生长与水文气象因子关系[10],浑善达克沙地榆根系分布特征及生物量研究[11],沙地榆的遗传多样性研究[12],沙地榆树疏林草地种群空间格局[13-14]。对其更新研究很少,如郭柯[15]等对浑善达克沙地4种生境中榆树天然更新幼苗发育进行了比较研究,李钢铁[16]等对科尔沁沙地榆树疏林草原及其封育更新进行了研究。对浑善达克沙地榆更新能力的研究尚未见报道,通过对不同生境下浑善达克沙地榆幼苗的密度、生长情况、林缘扩散距离及浑善达克沙地榆单株下幼苗分布密度进行调查,分析浑善达克沙地榆的更新情况,为实现沙地榆的有效保护和持续利用提供理论依据。

1 研究区自然条件和研究方法

1.1 研究区自然条件

本研究区位于浑善达克沙地腹地正蓝旗那日图苏木巴音塔拉嘎查(42°52′23″N,115°54′43″E)和上都镇敖伦毛都嘎查(42°10′44″N,115°40′59″E)该区属于中温带半干旱大陆性季风气候,年平均气温1.5℃,无霜期107 d。年平均降水量365.1 mm,降水分布不均,多集中在6—8月,年均蒸发量1 907.4 mm,为降水量的5倍。全年平均风速4.3 m/s,大风日平均为34 d。土壤为风沙土。

该区植物群落中的乔木主要是浑善达克沙地榆,与之伴生的主要灌木有黄柳(Salix gordejevii)、小红柳(Salix micrastachya)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)等。草本植物有冰草(Agropyron cristatum)、羊草(Leymuschinensis)、黑蒿(Artemisia palustris)、冷蒿(Artemisia frigida)、狭叶青蒿(Artemisia dacunculus)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、寸草苔(Carex duriuscula)、猪毛菜(Salsola collina)、阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)、尖头叶藜(Chenopodium acuminatum)、烛台虫实(Corispermum candelabrum)、灰绿藜(Chenop odium glaucum)等。

1.2 研究方法

1.2.1 生境划分方法 根据浑善达克沙地实际情况,将试验地生境划分为固定沙地(植被盖度＞50%)、半固定沙地(植被盖度10%～50%)、流动沙丘(植被盖度＜10%)[17]。

1.2.2 浑善达克沙地榆种群林下更新调查 在固定沙地、半固定沙地、流动沙丘选择浑善达克沙地榆分布的典型地段,每种生境下分别设置3个50 m×50 m的样地,共18块。调查样地内所有灌木的数量,并估测盖度;并在每块样地内随机选取15个1 m×1 m的小样方,记录浑善达克沙地榆幼苗的数量、高度、地径、主根长;随机选取3个1 m×1 m的小样方记录草本植物的种类,测量其盖度。

1.2.3 浑善达克沙地榆林缘繁殖扩散调查 林缘繁殖扩散反映浑善达克沙地榆向林缘外的扩散情况[18]。在固定沙地、半固定沙地、流动沙丘按平行浑善达克沙地榆林缘的方向分别设置10 m宽的平行样带,样带距林缘的距离依次为10,20,30 m,依次类推,直至没有发现扩散苗为止,记录每条样带内浑善达克沙地榆幼苗的数量。每种生境设置4次重复。

1.2.4 浑善达克沙地榆单株繁殖扩散调查 单株扩散反映单株树木在散生状态下通过有性繁殖(实生)向周围环境扩散的能力[18]。在固定沙地、半固定沙地、流动沙丘选半径 100 m范围内无相同树种的浑善达克沙地榆生殖株作为研究对象,记录其胸径、树高、冠幅。以此生殖株为中心,沿东北、西北、西南、东南4个方向划分4个扇形区域,在每个扇形区域内设置10 m宽的样带,样带距生殖株的距离依次为10,20,30 m,依次类推,直至没有发现扩散苗为止,记录每条样带内浑善达克沙地榆幼苗数量。同种生境下选3～4棵生殖株作为重复。

2 结果与分析

2.1 浑善达克沙地榆林下更新

由表1可以看出,不同生境下沙地榆幼苗的密度是不同的,流动沙丘幼苗的密度30株/m2(巴音塔拉),44株/m2(敖伦毛都)＞半固定沙地幼苗密度23株/m2,24株/m2＞固定沙地幼苗的密度13株/m2,15株/m2。分析其主要原因是流动沙丘、半固定沙地土壤沙化程度高,种子易于稳定、萌发,少量灌木、半灌木的存在也可以使一部分沙地榆种子在灌丛下稳定下来萌发形成幼苗;固定沙地土壤固定程度高,不利于形成种子萌发的稳定环境,种子萌发成幼苗的数量相对减少。

幼苗生长情况调查结果表明,固定沙地、流动沙丘幼苗生长差,半固定沙地幼苗生长好。产生这种结果的原因是固定沙地草本生长旺盛,盖度较大,浑善达克沙地榆种子落地后虽然能够萌发,但在生长过程中幼苗需要与草本植物竞争水分、养分,较高盖度的草本群落使浑善达克沙地榆幼苗处于荫蔽的环境条件下,生长细弱;流动沙丘较陡的地形加强了土壤水分的侧向渗流,使幼苗在流动沙丘上能够迅速萌发成苗,但因水资源总量的限制又使其不能旺盛生长,特别是在干旱少雨的时期容易大量枯死。而半固定沙地植被盖度和土壤表层含水量介于其它2种生境之间,少量的植被利于浑善达克沙地榆幼苗抵御不良的环境,幼苗生长好。

表1 浑善达克沙地榆种群林下更新调查结果

2.2 浑善达克沙地榆林缘更新

图1—2表明,3种生境下浑善达克沙地榆幼苗距林缘的最远距离都为100 m。幼苗密度随距林缘距离的增加而降低,幼苗主要集中于距林缘20 m的范围内(占幼苗总分布密度的81%),20—40 m的范围内幼苗密度显著降低(占幼苗总分布密度的10%),40—60 m的范围内幼苗密度仅为1株/m2(占幼苗总分布密度的6%),60—100 m范围内浑善达克沙地榆幼苗零星出现(占幼苗总分布密度的3%)。幼苗密度梯度为流动沙丘＞半固定沙地＞固定沙地。浑善达克沙地榆种子结实量大,发芽力强,扎根迅速,只要落种期地表有少量水分,种子落地后就能迅速发芽成苗。幼苗分布密度的差异除了与浑善达克沙地环境有关外还与其种子发芽性质有关。

图1 巴音塔拉不同生境林缘扩散结果

图2 敖伦毛都不同生境林缘扩散结果

2.3 浑善达克沙地榆单株扩散

从表2的调查结果可以看出,浑善达克沙地榆树高5～6.2 m,胸径18～22.7 cm,由于浑善达克沙地气候干旱、生态条件较差,所以浑善达克沙地榆生长比较低矮,但这些单株都处于结实量较高的成年树阶段。同种生境下敖伦毛都浑善达克沙地榆的冠幅大于巴音塔拉浑善达克沙地榆的冠幅,但幼苗分布密度的差异不显著,说明冠幅对幼苗分布密度的影响不大。生境对浑善达克沙地榆幼苗分布密度的影响较大,浑善达克沙地榆幼苗分布密度呈以下规律:流动沙丘＞半固定沙地＞固定沙地,这与林下、林缘更新调查结果是一致的。

从表2中还可以看出,风向对幼苗分布密度的影响较大,不同方向幼苗分布的密度为西北＞东南＞西南＞东北方向,这与浑善达克沙地榆种子成熟落地时地面的风向是一致的,浑善达克沙地榆种子成熟落地时浑善达克沙地盛行东南风,这是造成西北方向幼苗密度最高的主要原因。

3 结论

(1)浑善达克沙地榆种群在半固定沙地、固定沙地、流动沙丘3种生境的自然更新情况是不同的,半固定沙地比流动沙丘、固定沙地适合浑善达克沙地榆的自然更新。浑善达克沙地榆种子萌发、生长与其所处生境的植被盖度密切相关,植被适中,种子落地后易接触土壤并吸收土壤水分和养分,萌发率高;植被盖度过高,浑善达克沙地榆种子很难接触地面,即使种子能够萌发,其竞争力较弱,幼苗生长不良。

对生长在沙地上的植物来讲,水分是其生存和繁殖的主要限制性因子,由于降水量小,沙地土壤含水量有限,种子即使能够萌发,没有充足的水分,幼苗仍无法正常生长,调查中发现幼苗存在死亡现象,流动沙丘更为严重。这是因为流动沙丘植被盖度低,没有先锋物种定居形成稳定群落,土壤表层含水量较低,幼苗密度高、根系浅、地表蒸发和消耗根系层水分多,导致幼苗大量死亡。

(2)浑善达克沙地榆种群的扩散能力较强,研究发现浑善达克沙地榆扩散繁殖的最远距离可达100 m。浑善达克沙地榆的扩散除了与其外界的环境条件有关外,还与种子生物学特性有关,为了更深入了解浑善达克沙地榆的更新机制,今后有必要对种子萌发的适应性及幼苗生长特性进行研究,探讨光照、温度、土壤含水量、沙埋厚度对种子萌发及幼苗生长的影响。

(3)同种生境下,风向对幼苗分布密度的影响较大。不同风向幼苗分布密度为:西北风＞东南风＞西南风＞东北风,这与浑善达克沙地榆种子成熟落地时地面的风向是一致的。

表2 浑善达克沙地榆单株下幼苗调查结果

调查过程中还发现,浑善达克沙地榆灌丛化现象严重,常常是只见树苗不见大树,这很大程度上取决于放牧的强度,家畜过度的啃食和践踏抑制了浑善达克沙地榆的生长和繁殖。因此,为了促进浑善达克沙地榆自然更新,应采取以保护为主的措施,注意协调林牧矛盾,促进林业和牧业生产,以持续发挥浑善达克沙地榆种群在防风固沙、保护植被等方面的生态作用。

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