阿拉善左旗公益林植被群落动态监测研究

马扎雅泰,赵晨光，李慧瑛,刘俊良

(内蒙古阿拉善盟林业治沙研究所，内蒙古 阿拉善 750306)

公益林作为生态环境建设的重要组成部分，其主要功能是维护和改善生态环境、保持生态平衡、保护生物多样性[1]。为了准确适时地掌握公益林资源的数量、质量、空间分布及其利用状况，更加有效地指导相关部门加强公益林的建设与保护，对公益林进行观测和评价等工作是十分必要的[2]。国内学者温伟庆利用地理信息系统技术平台，建立了生态公益林监测评价指标体系， 将生态公益林建设监测评价结果分4个等级，对评价监测结果应用GIS进行可视验证[3]。冯俐丽等针对河南省生态公益林现状，通过样地设置、野外调查技术及数据处理进行了分析探讨，为公益林的研究提供基础资料[4]。朱洪坤等提出了改变传统监测模式，利用3S技术对传统林业监测手段实行革新[5]。对重点生态公益林监测地理信息系统的主要功能、标准、规范及组织管理等进行了研究。

阿拉善共有国家级公益林213 849.19 hm2，其中阿拉善左旗76 536.6 hm2，占全盟的35.79%。阿拉善左旗以灌丛地和灌木林地为主，分别占73.15%、26.85%。随着社会经济加速发展，以及人口的不断增加，阿拉善左旗生态环境压力日益突出，如何科学合理地对公益林生态效益进行监测与评价，保护和建设生态公益林，已经成为关系到阿拉善左旗生态安全的客观需要。

1 研究区概况

研究区位于内蒙古自治区阿拉善盟阿拉善左旗。项目区系荒漠干旱地区，日照时间长，光能资源丰富。年平均气温为7.5 ℃左右，最冷月为1月，平均最低气温-11.6 ℃，最热月为7月，平均最高气温达34 ℃。年均降水量110～130 mm。年均相对湿度在40%～42%之间，年均蒸发量2 943 mm，蒸发量约为降水量的24倍，蒸发主要集中在春夏季的4—8月，占全年蒸发量的70%。年平均风速2.9～3.2 ms-1，极端最大年平均风速小于20 ms-1。极端平均最大风速出现的时间与多风季节基本一致，一般在3—5月，风向多为西北风或西风，其次是东南风。阿拉善左旗植被稀疏，植物种类少，群落结构简单，生物量低。植被覆盖度1%～20%，以旱生、超旱生的棉刺、沙冬青、梭梭和白刺灌丛和灌木林为主形成荒漠特有的植被景观。主要集中分布于中部吉兰泰高原，南北散落分布。

2 研究方法

2.1 样地设置

设置固定样地，按照小班布设20 m×100 m样地38个，每个样地划分为20 m× 20 m样方5个。按优势种划分为：梭梭(Haloxylonammodendron)12个，沙冬青(Ammopiptanthusmongolicus)9个，白刺(Nitrariatangutorum)6个，棉刺(Potaniniamongolica)5个，霸王(Zygophyllumxanthoxylum)2个，沙拐枣(Elaeagnusangustifolia)、蒙古扁桃(Prunusmongolica)、花棒(Hedysarumscoparium)和柠条(Caraganakorshinskii)各1个。

2.2 监测指标

采用测高器、围尺、皮卷尺、测绳等常规测量工具分别测定各林分的树高、胸径、冠幅和郁闭度等因子调查统计各类公益林面积、盖度、蓄积、生物量、生长量等。

3 结果与分析

3.1 典型植物群落的数量特征变化

与2010年相比，2013年阿拉善左旗国家级各树种公益林高度、地径、盖度和生物量均有增加(图1)。

由图1可知，高度除了白刺和霸王外，均呈增加趋势，尤其是梭梭增加最大，为25.42 cm，柠条、沙拐枣、蒙古扁桃、花棒增加范围在7～10 cm，沙冬青和绵刺变化不大，仅分别增加2.96 cm和1.28 cm，均值无显著性差异；地径除了霸王外，其余各树种均呈增加趋势，原因是调查前一些地径较大的植株枯死，这与霸王的高度减少基本一致。地径生长较快的也是梭梭和蒙古扁桃，分别增加0.74 cm和0.72 cm，柠条增加0.51 cm，花棒、沙拐枣和沙冬青增加在0.1～0.2 cm之间，白刺和绵刺不足0.1 cm；盖度方面，霸王和花棒均呈减少趋势，尤其是花棒的盖度减小最大，为1.96%，个体数由调查前的31株减少为目前的24株，其余各树种均呈增加趋势，其中：白刺增加最大，为5.84%，沙冬青和柠条次之，分别为3.55%和2.12%，蒙古扁桃增加1.22%，绵刺和沙拐枣增加不足1%；生物量方面，绵刺和沙拐枣生物量相对较小，呈减少趋势，但减少最多的是霸王，减少了8.15 gm-2，其余各种均呈增加趋势，其中：柠条生物量增加最为迅速，为43.79 gm-2。另外，梭梭和沙冬青生物量的增加也相对较大，分别为11.97 gm-2和14.31 gm-2，蒙古扁桃为8.29 gm-2，白刺和花棒相对较低，分别为1.79 gm-2和3.35 gm-2。

3.2 公益林生物多样性变化

3.2.1 丰富度指数 阿拉善左旗物种丰富度指数随纬度变化见图2(a)所示。由图可见：Gleason指数全距为0.334～1.502，随纬度的升高呈波状逐渐减少的趋势， Margalef指数范围0～1.871，其变化趋势与Gleason指数变化趋势趋同。马斌等人(2008)对阿拉善左旗的研究表明：随纬度的增加，草本植物丰富度存在下降趋势，但灌木丰富度则出现上升趋势。但是在38～39.2 N 之间的荒漠化草原区域，出现一个灌木和草本物种多样性都很低的异常区域。本研究结果与上述情况较为一致，低值异常区域仍然存在。同时与额济纳旗的研究结果相比较，这种纬度地带性规律更加明显，这与水分和热量的梯度分布密切关联[6]。

阿拉善左旗物种丰富度指数随经度变化见图2(b)。由图可见：Gleason指数和Margalef指数变化趋同，均随经度的增加，由西向东呈减少趋势。马斌等人(2008)对阿拉善左旗的研究表明：草本植物的丰富度随经度增加，由西向东呈增长趋势，而灌木的丰富度则有降低的趋势。本研究结果虽然未对灌木和草本进行区分处理，但与上述情况较为一致。同时与额济纳旗的研究结果相比较，这种经度地带性规律也较明显[6]。

(a) (b)

图2阿拉善左旗植物丰富度指数随纬度(a)和经度(b)变化情况

3.2.2 多样性指数 阿拉善左旗国家级公益林优势种为梭梭、白刺、霸王、沙冬青、蒙古扁桃、棉刺、红砂等。根据Sato Y,Kumagat T等人的计算方法[7]，按重要值将其群落划分为7个类型并计算多样性指数(表1)。阿拉善左旗不同类型植物群落的物种多样性指数较低，且存在较大差异。Shannon-Weiner多样性指数(H′)在0.067 3～0.482 2之间变化，以梭梭群落最高(0.482 2)，白刺(0.453 2)、棉刺(0.403 9)、沙冬青(0.425 4)、红砂(0.231 9)、霸王(0.126 3)等群落较高，蒙古扁桃(0.067 3)群落最低。

表1 阿拉善左旗不同群落类型的多样性指数

注：数据为多个样地的平均值

由于物种多样性水平低的蒙古扁桃、霸王群落出现的物种数少，优势物种对群落多样性指标贡献率相对较大，优势度较高，分别为0.999 9和0.999 5。由表1可见，阿拉善左旗群落物种的Simpson指数(D)在0.712 7～0.999 9之间变化，由大到小的顺序依次是：蒙古扁桃>霸王>红砂>棉刺>沙冬青>白刺>梭梭。与其他不同自然地理计算得到的群落多样性指数相比，阿拉善左旗植物群落Shannon-Weiner多样性指数(H′)在0.067～0.482之间变化。说明，本区的群落物种多样性也存在类似的特征。

3.2.3 均匀度指数 均匀度指数反映了群落物种分布的均匀程度。物种组成越单一的群落，优势物种呈片状分布，均匀度越低。根据Shannon-Weiner多样性指数(H′)计算的不同类型群落Pielou均匀度指数(J′)如表2所示。

表2 阿拉善左旗不同群落类型的Pielou均匀度指数

注：数据为多个样地的平均值

整体来看，阿拉善左旗不同类型植物群落的Pielou均匀度指数(J′)较低，且存在较大差异，其值在0.048 5～0.468 3之间变化，以梭梭群落最高(0.468 3)，白刺(0.307 1)、棉刺(0.250 9)、沙冬青(0.246 9)、红砂(0.122 2)、霸王(0.072 0)等群落较高，蒙古扁桃群落最低(0.048 5)。与其他不同自然地理计算得到的群落的多样性指数相比，阿拉善左旗植物群落Pielou均匀度指数(J′)在0.048 5～0.468 3之间变化，说明本区的群落物种均匀度也存在类似的特征。

4 结论与讨论

随林龄增加阿拉善左旗国家级公益林典型植物群落高度、地径、盖度和生物量均有增加。除了白刺和霸王外，高度均表现为增加趋势，梭梭增加最大，柠条、沙拐枣、蒙古扁桃、花棒增加范围在7～10 cm，沙冬青和绵刺仅分别增加2.96 cm和1.28 cm。地径除了霸王外，其余各树种均呈增加趋势，增长较快的是梭梭和蒙古扁桃，柠条次之，花棒、沙拐枣和沙冬青增加在0.1～0.2 cm之间，白刺和绵刺不足0.1 cm。盖度方面，霸王和花棒均呈减少趋势，尤其是花棒的盖度减小最大，其余各树种均呈增加趋势，白刺增加5.84%，沙冬青和柠条次之，分别为3.55%和2.12%，蒙古扁桃增加1.22%，绵刺和沙拐枣增加不足1%。生物量方面，霸王、绵刺和沙拐枣生物量呈减少趋势，其中霸王减少8.15 gm-2，柠条生物量增加最为迅速，为43.79 gm-2，梭梭和沙冬青分别增加11.94 gm-2和14.31 gm-2，蒙古扁桃为8.29 gm-2，白刺和花棒相对较低，分别为1.79 gm-2和3.35 gm-2。

阿拉善左旗物种丰富度Gleason指数在0.334～1.502之间变化， Margalef指数在0～1.871之间变化； Shannon-Weiner多样性指数在0.067 3～0.482 2之间变化，由大到小的顺序依次是：梭梭(0.482 2)>白刺(0.453 2)>棉刺(0.403 9)>沙冬青(0.425 4)>红砂(0.231 9)>霸王(0.126 3)>蒙古扁桃(0.067 3)；Simpson优势度指数(D)在0.712 7～0.999 9之间变化，由大到小的顺序依次是：蒙古扁桃>霸王>红砂>棉刺>沙冬青>白刺>梭梭。Pielou均匀度指数在0.048 5～0.468 3之间变化，以梭梭群落最高(0.468 3)，白刺(0.307 1)、棉刺(0.250 9)、沙冬青(0.246 9)、红砂(0.122 2)、霸王(0.072 0)等群落较高，蒙古扁桃群落最低(0.048 5)。