退化沙化草地人工补播植被重建研究

2020-04-09卻国萍吕世杰孙树青刘红梅

草原与草业 2020年1期

李泽，卫媛，卻国萍，吕世杰，孙树青，刘红梅

(1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古呼和浩特 010019； 2.中国农业科学院草原研究所，内蒙古呼和浩特 010010； 3.蒙树生态建设集团有限公司，内蒙古呼和浩特 011517； 4.内蒙古林业科学研究院，内蒙古呼和浩特 010019)

东乌珠穆沁旗草地面积为4.58×106hm2〔1〕，是锡林郭勒草地的重要组成部分，亦是内蒙古草地产量高、品质好且保持最完整的草地之一，为区域畜牧业发展和生态环境保护奠定了坚实的物质基础〔2〕。然而，东乌珠穆沁旗(简称东乌旗)草地分布于干旱-半湿润区的伏沙带，发育不完备的土壤结构承受着农业和畜牧业的双重压力，成为真正意义上的生态脆弱带〔3〕。由于垦荒种植、过度放牧、滥采乱挖等人为掠夺性干扰，造成草地面积萎缩，退化、沙化、盐渍化(三化)严重。20世纪50年代至本世纪初，由于垦荒种植造成草地沙化，形成了总面积为5×104hm2的乌珠穆沁旗格亥额勒苏沙地〔4,5〕。草地沙化面积约3.07×106hm2，沙丘沙地面积5.3×104hm2，平均每年被风沙吞没的草地面积约1000hm2〔6〕。截止2010年，东乌旗草地面积为3.95×106hm2，与20世纪80年代相比，其草地面积减少了13.89%；而“三化”面积增加至2.39×106hm2，占草地总面积的60.60%〔1〕。草地退化沙化已对当地广大牧民的生产生活和区域生态环境安全构成了严重的威胁，因此，如何治理和恢复乌珠穆沁草地的退化沙化是亟待解决的问题〔5,7,8〕。本文以东乌珠穆沁旗退化沙化草地为对象，探讨了人工补播对不同类型退化沙化草地治理和恢复效果，旨在为当地及条件类似地区开展退化沙化草地植被恢复与重建工作和科学研究提供参考和借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古锡林郭勒盟东北部的东乌珠穆沁旗境内。位于北纬44°10′～46°46′，东经115°10′～120°07′之间。气候特点属北温带典型大陆性气候，年平均气温1.0～1.6℃，年生长期100d，无霜期平均为120d。年降水量300～350mm。地带性土壤以栗钙土为主，非地带性土壤以风沙土为主。试验地设在东乌珠穆沁旗萨麦苏木陶森淖尔嘎查。

1.2 试验设计

试验地设置为沙质退化草地补播、裸沙地补播、风蚀坑补播、裸沙地沙障+补播和沙质退化草地未补播(CK)，共5个试验处理。于2009年6月下旬补播。补播植物有小叶锦鸡儿(Caraganamicrophylla)、沙打旺(Astragalusadsurgens)、沙蒿(Artemisiadesertorum)和羊柴(Hedysarumlaeve)。观测时间为2009年、2013年～2016年的7月下旬至8月上旬。

1.3 测定方法

群落特征：在不同处理区分别测定群落特征，样方面积1m×1m，5次重复。分种测定植物高度、盖度和密度。

地上现存量：在不同处理区分别测定群落地上现存量，样方面积1m×1m，5次重复。采用齐地面剪割法，分种测产，将采集的样品带回实验室风干后称重，称量各种植物种群现存量及群落现存量。

越冬率：分别在2009年10月份不同处理区分别进行1m长度定点观测，测定各补播牧草的株数，2010年牧草返青时期(5月)再次测定各补播牧草成活株数和死亡株数，越冬率(%)=存活株数/植株总数×100。重复3次，确定牧草越冬率。

1.4 数据分析

利用SAS和EXCEL软件进行数据的统计学分析。

2 结果与分析

2.1 植物组分变化

对试验区不同样地植物种类组成进行了记载见表1。在2009年～2016年，沙质退化草地补播物种波动范围为3～10种，沙质退化草地未补播物种波动范围为4～7种，裸沙地补播物种波动范围为4～8种，风蚀坑补播物种波动范围为3～6种，裸沙地沙障+补播物种波动范围为2～6种；根据物种变化的集中程度来看，均在5种左右。因此，无论试验地基质条件差异还是补播措施差异，采用补播方式均能够使物种数维持在5种左右，说明补播后物种具有趋同性的发展趋势。

根据不同植物种群出现情况来看，5年观测结果显示，不同补播区沙打旺、羊柴、小叶锦鸡儿、羊草、冰草和糙隐子草均超过10次。由于沙打旺、羊柴、小叶锦鸡儿植物种群属于补播物种，所以这3个植物种群适应该地区生境条件及气候条件；对比羊草、冰草和糙隐子草调查前后情况发现，调查后期羊草、冰草和糙隐子草出现情况比较稳定，且出现的治理区较调查前增加，所以补播有利于根茎类禾草增加。综合来看，沙质退化草地补播能够有效提高物种数量；补播能够为根茎类禾草以及其他物种提供定植和扩繁的机会。

表1 不同处理植物种类组成

2.2 群落植物重要值

不同处理植物种重要值见表2。沙质退化草地补播效果较好(根茎类的羊草和冰草等原生物种重要值较大)，补播植物种都能够适宜当地的条件，且沙打旺是最适合在沙质退化草地补播的植物种。风蚀坑补播最适宜的草种为羊柴和沙打旺，在群落中的重要值都有较大的提高，且随着补播年限的增加原生植物种群在群落中的地位和作用也在增大。伴随补播年限的增加，细叶葱、阿尔泰狗哇花等多年生杂类草在植物群落中开始出现，群落的物种组成更加丰富，群落的结构更为复杂。

表2 不同年限不同处理群落植物重要值

2.3 群落α多样性指数

不同年份不同处理植物群落的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数波动较大(见表3)。沙质退化草地补播样地随补播年限的延长，其丰富度指数、多样性指数和均匀度指数均存在一定的下降趋势；其他样地变化趋势不明显。尽管如此，沙质退化草地补播样地构成补播种和原生种共存的共优种群落，群落结构较稳定。原来没有植被的裸沙地补播、风蚀坑补播、裸沙地沙障+补播样地不仅形成补播种占优势的植物群落，且伴随年限的增加为其他物种生存创造了有利条件。因此，尽管不同年份不同样地植物群落的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数变化规律不明显，但是通过表1和表2的结果仍可以判定补播效果。

表3 不同年限不同处理群落α多样性

2.4 群落地上现存量

不同处理群落地上现存量见表4。补播当年2009年的8月份观测结果表明，各处理地上现存量均较低。沙质退化草地补播和沙质退化草地未补播2个处理由于原始植被的作用，地上现存量较高，其他3个处理地上现存量较低。随着时间的推迟，2010年至2013年，风蚀坑补播处理外，各处理群落地上现存量均达到高峰，且以裸沙地沙障+补播地上现存量最高，达到519.63g/m2。2014年后，除裸沙地补播外，各处理地上现存量均下降。由表4还得知，除风蚀坑补播外，其他各处理6年地上现存量平均值均显著的高于(P<0.05)沙质退化草地未补播(CK)。另外，2010年～2014年裸沙地沙障+补播能够保持较高的地上现存量水平；裸沙地补播维持较高的地上现存量时间较长。

表4 不同年限不同处理群落地上现存量(g/m2)

2.5 群落立枯物及枯落物现存量

不同处理群落立枯物及枯落物现存量见表5。2013年沙质退化草地未补播和裸沙地补播草地无立枯物和枯落物，2015年其立枯物较少。裸沙地沙障+补播处理一直保持最高的立枯物和枯落物现存量，平均高达333.30g/m2；沙质退化草地补播和风蚀坑补播处理，立枯物和枯落物现存量分别为225.51g/m2和211.61g/m2。从3年的观测平均值看，各补播处理立枯物和枯落物现存量平均值均显著的高于(P<0.05)沙质退化草地未补播(CK)。说明草地补播有利于有机物质的积累，能够提高草地的肥力，且使得立枯物明显增加，防风固沙效果增强，孙树青研究表明土层有机质的含量在补播处理区显著高于未补播处理〔5〕。

表5 不同处理立枯物及枯落物现存量(g/m2)

2.6 补播植物的越冬率

不同处理补播植物的越冬率见图1〔7〕。4种补播牧草在2010年5月陆续返青。其越冬率均在50%以上。其中，小叶锦鸡儿在各处理的越冬率均为100%；羊柴的越冬率变化范围在61.11%～100%之间，羊柴的越冬率为沙质退化草地补播>风蚀坑补播>裸沙地补播>裸沙地沙障+补播；沙蒿的越冬率在68.89%～78.79%之间，但在裸沙地补播最高，沙质退化补草地播地较低；沙打旺的越冬率为沙质退化草地补播>风蚀坑补播>裸沙地沙障+补播>裸沙地补播，变化范围在52.48%～74.39%之间。可见，4种补播牧草均可在当地气候条件下安全越冬。