封育对荒漠草原植物群落组成和物种多样性的影响

王 蕾，许冬梅，张晶晶

(1.宁夏草原工作站，宁夏 银川 750011； 2.宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021)

长期以来人们对草地资源采取自然粗放的经营方式，过度放牧、乱开滥垦等现象使得草地生态系统退化，系统内生物多样性状况越来越差。草地退化引起的土地荒漠化、水土流失、江河断流、沙尘暴迭起等一系列环境问题，直接影响到社会经济的可持续发展。因此，干旱、半干旱区草地退化及其生态恢复己被列为当前最受重视的生态学概念[1]。在退化草地的恢复与重建中，围栏封育是一种简易而有效的措施。国内外多位学者研究了围栏封育对退化草地植被群落结构和生产力的影响，多年来的实践证明，退化草地实行封育后，草地植被的植株高度、密度、盖度、地上部分生物量、物种组成、物种多样性都显著增加，草地的产量与品质均得到明显改善[2-6]。

植物群落组成和植物多样性变化可以反映出植被恢复是干扰解除后趋于自然群落的缓慢过程[7-8]。宁夏是生态环境严重退化的地区，对退化草地采取积极而有效的植被恢复措施，有利于遏制生态环境的继续恶化。本研究以未围封的草地为对照，选取宁夏盐池县围封3～7年的荒漠草原为对象，对荒漠草原在围封条件下植物群落组成和物种多样性的变化规律进行探讨，旨在为宁夏草地资源的可持续利用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1研究区自然概况 研究区位于宁夏盐池县西北部的高沙窝镇，地处37°54′20.55″～37°58′55.62″ N，106°55′47.91″～107°01′16.68″ E，海拔1 422～1 431 m。盐池县年平均气温北部为7.7 ℃；年日照时数北部为2 867.9 h；无霜期128 d；据1954-2006年的气象资料，盐池县多年平均降水量为250～350 mm，西北部的高沙窝仅为250 mm左右，降水主要集中在夏秋两季，7-9月的降水量占全年降水总量的62%；该地区多年平均潜在蒸发量为2 403.7 mm。研究区土壤为风沙土，地带性植被属荒漠草原带。植被主要有白草(Pennisetumcentrasiaticum)、甘草(Glycyrrhizauralensis)、牛枝子(Lespedezapotaninii)、丝叶山苦荬 (Ixerischinensisvar.graminifolia)和猪毛蒿 (Artemisiascoparia)等。

1.2研究方法

1.2.1调查方法 于2010年7月下旬分别选取未封育和封育3～7年的草地为研究样地，在每个样地内分别设置10个1 m×1 m的样方，每个样方间隔20 m。调查并记录每个样方内植被的物种种类、高度、盖度、密度和频度。

1.2.2数据处理 植物种群的重要值(IV)按以下公式计算：

重要值=(相对盖度+相对密度+相对高度+相对频度)×100/4。

选用以下指标计算物种多样性指数[9-10]：

丰富度指数(R)=S；

Shannon-Wiener多样性指数(H′)

Pielou均匀度指数(E)=H′/lnS；

式中，S为样方内出现的物种总数，Pi为第i个物种的相对重要值，ni为第i个物种的重要值，N为群落中所有物种的重要值之和。

群落Sorenson相似性指数(Cs)=2c/(a+b)。

式中，a为样地A的物种数；b为样地B的物种数；c为样地A和B共有的物种数。

1.2.3数据分析 采用Excel 2003进行基础数据的统计和处理，采用SPSS 13.0统计分析软件进行方差分析和相关分析。

2 结果与分析

2.1围封年限对群落物种组成的影响 调查样地中有白草、刺蓬(Salsolapestifer)、乳浆大戟(Euphorbiaesula)、短花针茅(Stipabreviflora)、甘草、阿尔泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)、赖草(Leymussecalinus)、老瓜头(Cynanchumkomarovii)、狭叶米口袋(Gueldenstaedtiastenophylla)、牛枝子、砂珍棘豆 (Oxytropisgracilima)、丝叶山苦荬、二裂委菱菜(Potentillabifurca)、银灰旋花(Convolvulusammannii)、糙隐子草(Cleistogenessquarrosas)、远志(Polygalatenuifolia)、猪毛菜(Salsolacollina)、猪毛蒿、冰草(Agropyroncristatum)、草木樨状黄芪(Astragalusmelilotoides)、叉枝鸦葱(Scorzoneradivaricata)、匍根骆驼蓬(Peganumnigellastrum)、刺叶柄棘豆(Oxytropisaciphylla)、瘤果虫实(Coryspermumtylocarpum)、狗尾草(Setariaviridis)、稗草(Echinochloacrusgalli)、地锦(Euphorbiahumifusa)、蒺藜(Tribulusterrestris)、砂蓝刺头(Echinopsgmelini)、刺儿菜(Cirsiumsegetum)、塔落岩黄芪(Hedysarumfruticosumvar.laeve)、戈壁天门冬(Asparagusgobicus)和雾冰藜(Bassiadasyphylla)共33种植物，分属禾本科、藜科、大戟科、豆科、菊科、萝藦科、蔷薇科、旋花科、远志科、蒺藜科和百合科11科，多年生草本和一年生草本植物占多数。

未围封草地植被主要由丝叶山苦荬、猪毛蒿、牛枝子等组成；围封3年的草地主要有冰草、白草等； 围封4年的草地植被主要由牛枝子、白草等组成；围封5年的草地以白草为主；围封6年的草地以短花针茅为主，同时伴生赖草、牛枝子、白草和瘤果虫实；围封7年的草地植被主要以牛枝子为主(图1)。即草地围封5年后多年生草本植物的优势地位增加，一年生草本植物和半灌木的优势地位降低；而围封6～7年后的草地多年生草本植物的优势地位降低。因此，草地围封5年后应适当利用，以促进草群的更新，进一步改善草地的质量。

2.2围封年限对植物群落物种多样性的影响 丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数随围封年限的增加而降低，在围封5年时各种指数降到最低，物种丰富度指数与特定群落的物种总数成正比，说明这一阶段物种减少最快，但随着围封年限的继续增加各种指数呈上升趋势(表1)。未围封和围封3、6年草地植物群落的丰富度指数差异不显著(P>0.05)；Shannon-Wiener指数在围封3、4、6年草地间的差异不显著(P>0.05)；围封5年草地Simpson指数最小，显著低于其他样地(P<0.05)；Pielou指数在未围封和不同围封年限草地间差异不显著 (P>0.05)。

2.3围封年限对植物群落相似性的影响 围封5年的草地与未围封草地群落相似性系数最低，仅0.697 7，而围封6年和7年的草地与未围封草地群落相似性系数又有所升高(表2)，说明随草地围封年限的延长，物种替代明显，但围封年限继续延长，与未围封草地的物种差异又降低。围封年限最邻近的两个植物群落的相似性系数较高，具有最高的相似度。草地群落间的相似性程度较高，相似性指数都大于0.68。这是因为围封不同年限的退化草地在植被恢复演替过程中主要植物种类组成没有明显变化，新增加的植物种类较少，所以它们的相似指数较高。

图1 不同围封年限草地群落主要物种组成及重要值Fig.1 Main plant species and their important value in different years of enclosure

表1 不同围封年限草地植物群落物种多样性Table 1 Diversity indices of plant community in different years of enclosure

表2 不同围封年限草地植物群落相似性系数的变化Table 2 Changes of plant community similarity in different years of enclosure

3 讨论与结论

草地围封给退化草地提供了一个休养生息的机会，使植物群落的物种组成和结构发生了变化，为草群的自然更新创造了有利条件。张继义等[11]研究表明，随着围封时间的延长，科尔沁沙地多年生植物的优势度增加，一年生植物的优势度明显降低。

本研究发现，围栏封育使草地群落组成发生了规律性变化，随着围封年限的增加，多年生草本植物的优势地位逐渐增加，一年生草本植物和半灌木的优势地位降低，草地品质改善；多年生草本植物的优势地位在围封5年后最高。郑翠玲等[2]对封育不同年限沙化草地群落特征进行了研究，结果表明随着围封年限的延长，建群种及优良牧草所占比例逐渐增加，经过一段时间的围封后，适当的利用或割草将有利于加速该草地的恢复。

围封对植物多样性影响的相关研究结论有3种：一种认为围封对植物多样性没有显著影响[12]，第2种认为围封可以增加物种多样性[13-14]，第3种认为围封会减少物种多样性[15-16]。就物种多样性随围封恢复演替的时间来看，Margalef[17]和Odum[18]研究表明，物种多样性最高值常出现在演替的中期，并随时间的延长呈先升高后降低的趋势。

本研究表明，围栏封育对群落物种多样性有显著影响，随封育时间的延长，丰富度指数、多样性指数和均匀度指数并未表现为简单的线性降低，而是呈现出先降低后增加的趋势。浑善达克沙地退化草地进行封育后，如在植被恢复后继续封育，其封育效果已不明显[19]。有关研究发现，适当刈割及放牧利用，不但不会给草地造成损害，相反能改良草地质量，刺激牧草分蘖，促进牧草再生[20]。因此，就本研究而言，草地围封5年后，虽地上各群落特征变化仍在继续，但变化幅度减缓，进行适当割草或放牧利用，将有利于草地的尽快恢复。

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