辽河平原北部草地类型特征及分布现状

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(1. 沈阳农业大学园艺学院， 辽宁 沈阳110866； 2. 辽宁省草原监理站， 辽宁 沈阳110161；3. 中国科学院沈阳应用生态研究所， 辽宁 沈阳110016)

草地是全世界分布最广泛的植被类型之一，是最大的陆地生态系统[1-2]。联合国粮食及农业组织统计的全球草地面积为35亿hm2，覆盖约26%的陆地面积[3]。80年代初，我国各类天然草地约有4亿hm2，占国土面积的41.7%，辽宁省天然草地面积为339万hm2，占全省土地总面积的23.3%[4-5]。草地作为可再生自然资源对生态建设及草地农牧业可持续发展有着十分重要的意义[6]。十九大报告中明确提出的“山水林田湖草”为生命共同体的新理念以及国家林业和草原局的成立，将草地生态建设提升为国家战略之一。因此掌握草地资源的现状及变化趋势，是草地生态建设中的一项重要任务。

草地类型是天然草原形成中的一个自然单元，准确划分草地类型对于草地的规划与利用有着十分重要的指导意义[7]。1964年贾慎修率先提出植物—生境学分类法，并把我国草地划分为13类，后经补充完善，增加至18类[8]。1965年任继周提出草原综合顺序分类法，并制定类、亚类、型三级分类系统[7]。1979年全国草地第一次调查中，采用植物—生境学分类法将我国草地划分为18类、128组、813草地型[4]。这是我国迄今为止较为全面的草地类型分类系统，但该系统中草地型过多而零碎，概括性差，且有很多以一年生植物为优势的草地型，规划利用上有一定的局限性。因此，2016年农业部推出最新的草地分类标准，把原来的18个草地类简化为9个，草地型简化为175个[9]。

这两次草地分类系统均有较高的权威性和代表性，规范统一了全国草地类型划分系统。但两次分类系统中均未划分“疏林草地类”，而是将森林草原交界处的疏林草地类大都纳入到温性草原类中。温性草原类是温带气候区的代表性植被类型，即温带干旱、半干旱和半湿润地区，多年生旱生草本植物为主，有一定数量旱中生或强旱生植物的天然草地[9]。而疏林草地类是以中旱生草本植物和半灌木占优势，乔木稀散矮小的植被类型，分布在森林草原交界处[10-11]。由此可见，疏林草地类具有独特的地理位置及植被特征，与温性草原类的植被结构有着很大的区别。我国对疏林草地的研究多集中在榆树(Ulmuspumila)疏林草地上[12-14]。榆树疏林草地的林下灌木和半灌木有小叶锦鸡儿(Caraganamicrophylla)、西伯利亚杏(Armeniacasibirica)、兴安胡枝子(Lespedezadaurica)、木岩黄芪(Hedysarumfruticosum)、冷嵩(Artemisiafrigida)等，草本层优势植物有糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)、冰草(Agropyroncristatum)、羊草(Leymuschinensis)、寸草苔(Carexduriuscula)、委陵菜(Potentillachinensis)等[15]。该类草地分布于科尔沁沙地和松嫩沙地，辽宁省北部的沙地中也有分布。

一个地区的植物区系组成、植物群落类型、空间分布特征以及科学的分类区划是区域生物多样性保护、生态环境修复保护和建设利用等不可缺少的决策依据。辽宁省北部的地形错综复杂，沙地、平原和丘陵等交错分布，特定条件下孕育出的草地类型也具有一定的独特性。迄今为止关于科尔沁沙地不同草地群落的相关研究已很多[16-18]，但辽宁省内的沙地草原不仅被科尔沁沙地草原方面的研究所忽略，省内的草地资源研究也很少提及此块草地，成为我省草地资源研究中的盲区。因此，本文通过对辽河平原北部4县的草地调查，从植物群落结构、水分生态类型分析该区域草地资源现状的同时，结合水热条件和地形，重新划分草地类型，确定分布现状，以期为该区域草地资源规划与利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区自然概况

辽宁省北部处于我国东部森林与西部草原的交错带上，该交错带始于昌图县西部，西经康平、彰武一直到建平县。研究区位于辽宁省与内蒙古自治区交界处，大黑山脉西南延长至昌图县东南部，属辽河平原东界，科尔沁沙地南延至彰武县的北部。本研究以辽河平原北部的彰武、康平、昌图、法库4县为研究范围(42°13′～43°49′N,121°89′～124°13′E,图1)，绝对高度150 m以内。土壤有黄土、草甸土和风沙土。试验区西部章古台镇的气象资料显示，过去28年的平均气温6.6℃，年均降水量468.4 mm[19]。

图1 研究区位置示意图Fig.1 A schematic diagram of the study area

植被呈乔灌草结构。乔木层有小叶杨(Populussimonii)、山里红(Crataeguspinnatifida)、旱柳(Salixmatsudana)等。灌木层有西伯利亚杏、山榆(Ulmusdavidiana)、小叶鼠李(Rhamnusparvifolia)、欧李(Cerasushumilis)等。半灌木有兴安胡枝子、铁扫把(Lespedezacuneata)等。草本层优势植物有糙隐子草、冰草、羊草、拂子茅(Calamagrostisepigeios)等。

1.2 研究方法

1.2.1样地选择及样方设置 调查区域为辽河平原北部4县。以辽宁省草原监理站的确权草地为核心，选择代表性的样地25个。在每个样地中，选择地形相对平坦、植被分布相对均匀的地段设置测产样方5个，样方面积大小为草本样方1 m×1 m，灌木样方5 m×5 m。测产结束后，在测产样方周边随机选择20个样方进行频度调查。

1.2.2调查内容与方法 调查内容包括物种、盖度、高度、密度、频度以及地上生物量。高度：针对出现的每种植物，在测产样方内随机选取6株(丛)，测定其自然高度，取平均值即为该种植物的平均高度。盖度：采用目测法，测定测产样方中每种植物的地上部分在地面的投影面积占整个样方面积的百分比。密度：即测产样方中每一种植物的株丛数。地上生物量：齐地面剪取测产样方中每种植物的地上部分(灌木只剪取当年生长的枝条)，于65℃下烘干至恒重并称重得到当年的地上生物量。频度：植物在所有调查样方中出现的次数与总样方数的比值即为该植物的频度。

1.2.3数据处理 优势度(SDR)的计算用四度一量法[10]，公式为：

SDR =(C′+ H′+ D′+ F′+ P′)/5

式中：SDR为优势度值，C′为相对盖度，H′为相对高度，D′为相对密度，F′为相对频度，P′为相对生物量。

1.2.4数据分析 数据用Excel 2013进行统计分析，分布图绘制及面积统计用ArcGIS 10.0软件。

2 结果与分析

2.1 草地植物资源

25个样地共出现164种植物，隶属46科129属。参照吴征镒的植物资源功能群分类系统[20]，164种植物可划分为6个功能群(表1)。其中，药用植物物种数最为丰富，达135种，占物种总数的82.3%。其次为饲用植物，共57种，占总数的34.8%；食用、工业用和观赏植物的物种数相差不大，分别占14.6%，13.4%，12.2%。毒害草仅占5.5%。丰富的植物资源又一次证明了群落交错带的群落特征及草地生态功能的重要性。

表1 辽河平原北部草地植物资源功能群分类Table 1 Classification of grassland plant resource functional groups in the northern of Liaohe River Plain

2.2 草地类型及植被特征

草地类是水热条件和植被的具体反映，是地带性植被。80年代初的第一次全国草地调查中，该调查区被划分到温性草甸草原和温性草原类中，分出的草地型与内蒙古温性草甸草原和温性草原类无差异。通过实地调查发现，植物群落具明显的乔灌草3层结构，乔木的郁闭度在0.1以下，草本层优势植物有旱生的糙隐子草、冰草、冷蒿等，与森林区域有明显差异。灌木郁闭度不超过0.3，又与灌木林有较大区别。本区域年均降水量为468.4 mm，高于内蒙古温性草原带，谢氏干燥度指数平均值为1.3，属于半湿润区，对应的植被类型为森林草原[21]。因此，本次调查中将这一类草地归类为“疏林草地类”。并根据地形和植被特征，再划分出暖性灌草丛和低平地草甸类，共划分为3个草地类。

表2中列出了频度大于0.1的物种。可以看出不同草地类的优势植物有明显的差异。疏林草地中，糙隐子草、冷蒿、冰草的频度分别达0.81，0.41和0.40，而这些植物在另两类草地中的频度却很低。而低平地草甸中的拂子茅、碱茅(Puccinelliadistans)，暖性灌草丛中的白莲蒿(Artemisiasacrorum)、白羊草(Bothriochloaischcemum)也出现了类似的特征。这种植被特征也是划分不同类型的主要依据。狗尾草(Setariaviridis)、稗草(Echinochloacrusgali)、荩草(Arthraxonhispidus)等一年生禾草和猪毛菜(Salsolacollina)、黄花蒿(Artemisiaannua)、鬼针草(Bidensbipinnata)等一年生杂类草的频度也较高。但由于一、二年生植物多为群落演替的先锋植物，或是受短期水热因素的影响较大，所以本次的草地类型判定中未考虑一、二年生草本。

表2 植物的生活型、生态型及其在不同草地类中的频度Table 2 Plant lifestyle, ecotypes and their frequency in different grassland classes

续表2

3类草地中，疏林草地类的物种最为丰富，包含植物117种，暖性灌草丛和低平地草甸类相对较少，分别为82与70种。科属组成上，疏林草地以禾本科为主，占该类草地总物种数的22.2%，低平地草甸类以菊科为主，占该类草地总物种数的28.6%，暖性灌草丛中菊科和禾本科数目基本相当。因此，各类草地的优势科均以禾本科、菊科、豆科和蔷薇科为主(表3)。

表3 3类草地中物种的科属组成Table 3 Family compositions of species in three grassland classes

从生活型组成看，各类草地都有明显的乔灌草结构，且均以多年生和一、二年生草本为主。相对而言，暖性灌草丛中的多年生草本较多，占到该类草地总物种数的59.8%，其余两类草地相对较少，分别占53.8%，52.9%。3类草地相比，低平地草甸中的一、二年生草本最多占38.6%，其次为疏林草地占29.1%，暖性灌草丛最少占25.6%(图2)。

从水分生态型来看，疏林草地与暖性灌草丛较相似，旱生植物均占到70%以上，湿生和水生植物仅占10%左右。3个草地类中，低平地草甸的旱生植物最少占58.6%，而湿生和水生植物最多，两者共占24.3%，约为另两类草地的2.3倍(图2)。这进一步说明，低平地草甸类草地对土壤水分有很强的依赖性，属于非地带性草地类。

图2 3类草地植物的生活型(上)及生态型(下)组成Fig.2 Plant lifestyle(top)and ecotype(bottom)compositions in three grassland classes

《草场资源调查技术规程》中规定，以单一优势度或累计优势度60%以上的植物种名来命名草地型[22]。通过优势度计算得知，25个样地中未出现单一优势度达60%的植物，均以2～4个物种的累计优势度才能达到，共优种特征明显。并且每个样地中都出现乔木或灌木，无法忽略不计。因此，根据乔灌木的存在特征及草本层优势度情况，将25个样地划分为8个草地型(表4)。其中，疏林草地类2个，暖性灌草丛类3个，低平地草甸类3个，且8个草地型均有乔木或灌木，明显区别于温性草原类。

2.3 草地资源分布现状

不同草地类型在各县的分布情况存在较大的差异(表5)。彰武县以疏林草地类为主，占草地总面积的65.1%，其次为低平地草甸类占29.9%，暖性灌草丛类最少仅占2.7%。康平县以低平地草甸类居多，占草地总面积的52.6%，其次为疏林草地类占30.4%，最少为暖性灌草丛类占11.5%。昌图县以暖性灌草丛类为主，占草地总面积的54.5%，低平地草甸类次之，占34.9%，疏林草地类最少，仅占5.1%。法库县未出现疏林草地类，低平地草甸和暖性灌草丛类分别占草地总面积的50.6%与43.4%。

表4 样地物种及草地型划分Table 4 Species and grassland division in plots

表5 不同草地类型在各县草地中所占的比例Table 5 The proportions of different grassland classes in each grassland county/%

3类草地的分布有明显的区域性(图3)。疏林草地类主要分布于与科尔沁沙地接壤的彰武县北部、康平县西北部，地形多为沙丘漫岗，土壤为风沙土，糙隐子草、冰草、冷蒿等蒙古区系植物占优势。暖性灌草丛类多分布于昌图县东南部，属于大黑山脉向西南延伸的低山丘陵部分，彰武县东部、康平县西部和法库县北部也有少量分布，植被中有白羊草、白莲蒿等暖性植物。低平地草甸类属于非地带性草地，多分布于一些低洼地、河滩地及冲击平原上，土壤盐碱化程度高，如柳河、辽河滩地，以及彰武县南部、康平县中南部、法库县中部的冲击平原，均分布有大量此类草地，以碱茅、拂子茅等湿生植物占优势。

对各类草地的斑块数进行统计后发现，该区域草地的分布非常零散。共出现11 250块草地，面积最大的有7 383.34亩。但面积在50亩以下的斑块最多，有9 134块，占总数的81.2%，50～100亩的占10.0%，100亩以上的有993块，仅占8.8%。因此，辽河平原北部的草地具有面积小、分布零散等特征。

图3 各县草地类型的分布Fig.3 Distribution of grassland classes in each county

3 讨论与结论

3.1 辽宁省北部草地资源的特征

辽宁省彰武和康平县的北部与科尔沁沙地接壤。科尔沁沙地植被划分的四个类型中，疏林草地属于沙地森林中的一种，是沙区草原的特有景观，榆树疏林草地广泛分布于科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地及松嫩沙地中[12-14,23]。另外，80年代出版的《中国植被》中也提出“森林草原”的植被类型，明确指出我国森林草原交错带北起内蒙古东北部额尔古纳河边的吉拉林，沿着大兴安岭西麓向西南方向延伸，经河北坝上高原、山西大同盆地、陕西黄土高原，到甘肃渭源一带结束[20]。80年代初的植被区划中，本研究区属于辽西北温带半湿润—半干旱区，是科尔沁沙地南缘沙地小叶杨+小青杨及羊草草甸草原地区中的康北—彰北小区。地带性植被类型为羊草群落、冰草群落，为沙生草原顶级群落，群落中有榆树、小叶杨、山里红等乔木，灌木有西伯利亚杏、差巴嘎蒿(Artemisiahalodendron)、黄柳(Salixgordejevii)等[24]。从地区湿润度上可知，阜新市、彰武县、北票市地区的谢良尼诺夫湿润度指数为1.3，最西北部的建平县叶柏寿镇最高1.4[25]。这些数据证明辽河平原北部属于半湿润-半干旱区，对应的植被为森林草原。辽西低山丘陵以西河北坝上的森林草原上，100平方公里面积内的森林斑块为46.1个，总覆盖率为22.5%，与毗邻的典型草原和森林区有明显的区别[26]。本研究区处于科尔沁沙地南延地带，草地群落呈明显的乔灌草空间结构，天然林呈斑块分布，林下植被特征与疏林草地基本一致。为区别于内蒙古地区的温性草原类，在本研究区的草地类型中，新增“疏林草地”一类。通过本研究结果再次建议将疏林草地类纳入我国草地类型分类系统中，并且辽宁省北部沙地的草地生态建设理应考虑保护疏林草地，避免建设大面积的人工林，保证区域生态系统的自然结构。

降水量是影响草地植物分布的重要生态因子。农业部的草地分类中明确指出，温性草原类的分布范围对应于降水量为150～500 mm、伊万诺夫湿润度为0.3～1.0的地区[9]。应当指出，只考虑水分收入未考虑水分支出的水分平衡概念不能定量说明水分的盈亏，无法如实反映自然界的真实面貌，水热收支平衡才最终影响植被分布；在同等降水量条件下，地形条件通过改变光照、温度、水分和土壤养分等生态因子最终影响植被分布[27-29]。这都是在草地类型划分时需要考虑的因素。研究区内有大黑山、千佛山、平顶山等海拔在1 000 m以内的低山和丘陵，分布着白莲蒿、白羊草、黄背草(Themedajaponica)等华北植物区系植物，因此将其归到暖性灌草丛类。河滩地、冲击平原处草地分布着拂子茅、碱茅等，将其归类到低平地草甸类，加上上面提到的疏林草地类，共出现3个草地类，有明显的空间分布特征。

3.2 草地群落现状及变化趋势

本次调查中，根据有无乔、灌木和草本层物种优势度情况，共分出8个草地型，疏林草地类2个、暖性灌草丛类3个、低平地草甸类3个。其中，具乔灌的冰草、冷蒿型在农业部归类的175个草地型中，其余7个型在我国两个草地分类系统中均未出现。这些草地型是根据实地的植被特征，结合优势度情况而命名得出，具独特群落特征，明显区别于温性草原类的任何一个草地型。因此，将这些草地型视为森林草原交界处特有的草地型。

对比分析第一次草地分类结果后发现，20世纪80年代的26个草地型中，旱生类占50.0%，中生类占26.9%，湿生类占19.2%，水生类占3.9%。而现存的草地型中，旱生类占80.0%，与之前相比增加了60%，这可能是冷蒿、糙隐子草等旱生植物的优势度增加导致；中生类占6.67%，减少了约75%，主要是披碱草(Elymusdahuricus)、野古草(Arundinellaanomala)、荻(Triarrhenasacchariflora)为优势的中生类的草地型逐渐消失；湿生类占13.33%，减少约31%。由此可见，新增的草地型大多以旱生类为主，草地型向旱生的方向演替，即旱生类草地东移现象十分明显。气象资料显示，该区域近30年的降水量一直处于下降趋势，总体上5～11月的降水量减少，12至第二年4月有所增加[30-32]，而生长季降水量的变化会对草地群落造成较大影响[33]。因此，辽河平原北部草地型的变化很可能是由于当地天气干旱化、土壤水分持续降低造成的。本研究区虽为科尔沁沙地南延地带，但科尔沁沙地主要草地型之一的差巴嘎蒿、禾草型很少出现，虽然少量分布，但并未形成优势。

3.3 区域草地资源及主要问题

辽宁省北部处于温带草原向温带落叶阔叶林的过渡带上，科尔沁沙地南延至该区域东部的彰武、康平、昌图县。3县的北部均分布有较多的疏林草地类，土壤为风沙土，草地沙化严重，为保证区域生态系统的自然结构，应尽量避免建设大面积的人工林，适时采取围封、禁牧、禁开垦等措施[34]。低平地草甸类多分布于土壤水分含量、盐碱化程度较高的地区，调查发现多数此类草地存在退化严重，一、二年生草本植物泛滥的现象，甚至有些区域草本植物的平均高度仅6～8 cm，这与当地牧民过度放牧有很大关系。适度放牧可以有效地保护生物多样性，维持土壤养分以及提高草地生产力[35]。建议返青期休牧[36]、后期适度放牧，以缓解草地的退化，保护草地生态系统的平衡。暖性灌草丛类中的多年生草本相对较多，未出现明显的退化现象，原始的自然结构基本得到保留。另外，研究区草地呈零散分布，面积小，草地生境的破碎化十分严重。这与人为的破坏有很大的关系，当地有关部门应加强草地资源的管理，尽量避免人为因素造成的破坏。