不同修复措施在退化荒漠草原生态修复中的效果研究

殷国梅，镡建国，王晓栋，万 敏，冀 超，刘思博，李俊海，高巧玲，陈小菲，慕宗杰，马春梅

（1. 内蒙古自治区农牧业科学院， 内蒙古 呼和浩特 010031；2. 内蒙古自治区草原工作站， 内蒙古 呼和浩特010020；3.内蒙古自治区草原勘察规划院，内蒙古 呼和浩特 010051；4.乌拉特中旗草原工作站，内蒙古 乌拉特中旗015300；5.巴彦淖尔市草原工作站，内蒙古 临河 015000；6.阿拉善职业技术学院，内蒙古 阿拉善左旗 750306）

草原是我国最大的陆地生态系统，涵养水源、防风固沙、保持水土的作用不逊色于森林，在保持生物多样性及维护生态平衡方面均有重大作用和价值［1］。 然而，长期以来的超载过牧和掠夺式利用使我国90%以上的天然草原存在不同程度的退化，严重退化面积已达480 万hm2［2］。 草原退化不仅制约着草原畜牧业发展， 影响农牧民收入增加和地区经济发展，也导致牧区生态环境的恶化，严重威胁着黄河、长江、澜沧江等流域的生态安全。草原退化表现为群落低矮稀疏和产草量降低，优质可食牧草比重下降， 重度退化草原可食牧草产量及植被覆盖度减少到60%以上［3］。饲养一个羊单位从20 世纪50—60 年代需要草原0.67 hm2增加到现在需要草原1.33 hm2［4］，可以看出，草原的退化和荒漠化，不仅严重制约了畜牧业的可持续发展，也给当地带来严重的生态环境和社会经济问题。 为防止草原的进一步退化，进行可持续利用，制定和采取合理的管理措施对保证生态环境的健康发展和畜牧业的可持续发展具有重要意义。该研究以内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特中旗呼勒斯太苏木作为研究对象，通过分析不同修复措施组合对退化荒漠草原的修复效果，探讨不同修复措施在荒漠草原生态系统恢复过程中对植物群落特征产生的影响，以期为修复退化荒漠草原生态系统提供理论依据。

1 项目区概况

试验区位于巴彦淖尔市乌拉特中旗呼勒斯太苏木，坐标为东经107°29′～109°34′，北纬41°29′～41°42′，海拔1 390～1 570 m，属温带大陆性季风气候。冬季漫长，夏季短促，降雨量少。多年平均气温3～6.8 ℃，南部山前平均气温6～6.8 ℃，北部牧区平均气温3.8 ℃，1 月平均气温-13.4 ℃，7 月平均气温21.9 ℃。 无霜期年平均114 d。 年平均日照时数3 215 h， 年总辐射632.40 kJ/cm2。 年平均降水量141.3 mm，极端年最大雨量600 mm，极端年最少雨量60 mm， 年平均降水日数52 d， 主要集中在7—9 月。 主要草原类型为温性荒漠草原类的石生针茅（Stipa tianschanica）+短花针茅（Stipa breviflora）草原类型，次优势种为沙生冰草（Agropyron desertorum）、蓍状亚菊（Ajania achilloides）、刺旋花（Convolvulus tragacanthoides）、 冷 蒿（Artemisia frigida），伴生种为无芒隐子草（Cleistogenes songorica）、 糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）、 蒙古葱（Allium mongolicum）、戈壁天门冬（Asparagus gobicus）、阿尔泰狗娃花（Heteropappus altaicus）、糙叶黄 芪（Astragalus scaberrimus）、牛 枝 子（Lespedeza potaninii）和栉叶蒿（Neopallasia pectinata）等。 土壤主要为淡栗钙土。

2 试验设计及方法

2.1 试验设计

选择荒漠草原区的典型退化区域， 分别利用围封、 禁牧、 施肥和补播的不同组合措施进行修复，具体措施组合见表1。 不同组合的修复措施在2020 年6 月同时实施，当年8 月下旬对不同修复措施实施区及对照区植被群落特征进行调查，内容包括植被高度、盖度、密度及地上生物量，计算比较各群落指标的增长率， 同时依据当地修复工程预算计算分析不同修复组合的经济效益。 试验中有机肥为购买的羊粪厩肥，复合肥为尿素，补播草种的组合为蒙古冰草+沙生冰草+草木樨+沙打旺+达乌里胡枝子。在不同修复措施实施区测定植物高度、盖度、密度以及地上现存量，随机选取面积为1 m×1 m 的样方，重复3 次。

表1 生态修复措施对应表

2.2 测定指标与方法

2.2.1 高度用盒尺测量草群自然高度， 随机测量10 次。

2.2.2 盖度植被盖度采用针刺法测定。

2.2.3 密度以自然株丛为基础进行测定， 通常1 个株丛定为1 个植物个体， 即只要是株丛根部紧密连在一起的，就是1 个个体。

2.2.4 地上生物量在各处理区随机布设测产样方，齐地面刈割样方中的所有植物，装入纸袋65 ℃烘干至恒重，测定干重及地上生物量。

2.2.5 经济效益计算依据区域平均载畜量0.3个羊单位/（hm2·年），草地利用率50%，每个出栏羊单位体重22.5 kg，每千克羊肉40 元，计算以自由放牧区为对照， 增加的地上生物量理论产生的毛收益，减去成本（未考虑围栏投入），得到实施修复措施产生的纯收益。

2.3 数据处理

采用Excel 2007 进行数据初步处理。 采用SAS 9.2 中ANOVA 对6 个处理的增长率进行方差分析，利用Duncan′s 多重检验比较均值的差异显著性。

3 结果与分析

3.1 高度

对采取不同修复措施下的退化草原草群高度进行监测。从表2 可以看出，不同修复措施下退化草原草群高度增长率具有显著（P<0.05）差异。 不同修复措施组合下的退化草原草群高度的增长率顺序为T5 区>T2 区>T4 区>T3 区>T1 区>T6 区。在2 个多月的生长时间内，T5 区处理措施高度增长率达到53.85%， 其次为T2 区， 增长率为37.06%， 自由放牧对照区T6 高度增长率只有6.54%。

表2 不同修复措施下草原植被群落高度增长率 单位：%

3.2 盖度

对采取不同修复措施下的退化草原草群盖度进行监测。 从表3 可以看出，不同修复措施组合下的退化草原草群盖度的增长率顺序为T5 区>T4区>T2 区>T3 区>T1 区>T6 区。T5 区、T4 区和T2 区这3 个区修复后的草群盖度增长率无显著（P>0.05）差异，T3 区和T1 区修复措施无显著 （P>0.05）差异， 但T5 区、T4 区、T2 区和T3 区、T1 区以及T6区的草群盖度增长率均有显著（P<0.05）差异。在2个多月的生长时间内，T5 区处理措施盖度增长率达到55.17%，其次为T4 区，增长率为54.40%，对照区T6 区最低，盖度增长率只有16.18%。

表3 不同修复措施下草原植被群落盖度增长率 单位：%

3.3 密度

对采取不同修复措施下的退化草原草群密度进行监测。从表4 可以看出，不同修复措施组合下的草群密度的增长率顺序为T4 区>T5 区>T2 区>T3 区>T1 区>T6 区。 T4 区、T5 区、T2 区3 个区修复后的草群密度增长率无显著（P>0.05）差异，但这3 个修复处理区分别与T3 区、T1 区、T6 区的草群密度增长率均有显著（P<0.05）差异。 在2 个多月的生长时间内，T4 区处理措施密度增长率达到87.91%，其次为T5 区，增长率为81.25%，对照区T6 区最低，密度增长率下降了7.12%。

表4 不同修复措施下草原植被群落密度增长率 单位：%

3.4 地上生物量

不同修复措施下的退化草原草群地上生物量监测结果见表5。 可以看出，不同修复措施组合下的退化草原草群地上生物量的增长率顺序为T5区>T2 区>T4 区>T3 区>T1 区>T6 区。 T5 区、T2区、T4 区、T3 区修复区之间的草群地上生物量增长率无显著（P>0.05）差异，但这4 个修复区和T6区、T1 区的草群地上生物量增长率有显著 （P<0.05）差异，而且T6 区和T1 区之间存在显著（P<0.05）差异。 在2 个多月的生长时间内，T5 区处理措施地上生物量增长率达到72.58%， 其次为T2区，增长率为69.72%，对照区T6 区最低，地上生物量增长率增加33.52%。

表5 不同修复措施下草原植被群落地上生物量增长率 单位：%

3.5 经济效益分析

不同修复措施下草原植被增加的产草量以自由放牧区（T6 区）为基础，计算比自由放牧条件下的增产数量， 利用产草量的增加计算产生的毛收益及净收益。从表6 可以看出，不同修复组合措施下的草产量均有所增加， 但不同修复组合的增产效果不同，T5 区的地上生物量较自由放牧区增加最多，其次是T4 区和T2 区，比自由放牧区地上生物量分别增加247、224、214 kg/hm2。利用理论载畜量计算获得的毛收益高低依次为T5 区>T4 区>T2区>T3 区>T1 区，减去投入的成本后，T3 区的纯收益最高，为9 944 元/hm2，其次是T2 区，纯收益达到9 789 元/hm2，再次为T1 区，纯收益达到7 389元/hm2，T4 区最低，为6 601 元/hm2。

表6 不同修复措施下草原植被群落经济效益分析表

4 讨论

4.1 围封

围栏禁牧以投资少、 见效快等特点被广泛应用于退化草原的修复与治理， 是改善草原生态环境常用的措施之一。 围栏禁牧的目的是人为降低或排除家畜对草原生态系统造成的影响， 使其在自身弹性下，实现草原的自我恢复［5-6］。 关于围封对退化草原植物群落与土壤特征变化的影响研究已有许多报道， 如围栏封育显著提高草原植被群落的高度、盖度、密度和生物量［7-8］。 也有研究显示围封降低草原植物群落的物种丰富度， 使群落结构趋于单一， 适当的围封可以增加草原植物群落的多样性和物种丰富度， 时间过长就会对牧草的正常生长发育产生不良影响［9-11］。该研究中采取的所有修复措施是在围栏封育前提下进行的， 目前研究结果表明， 采取T1～T5 修复措施后的草群高度、 盖度、 密度及地上生物量比对照自由放牧区T6 要高， 围封显著提高了草原植被群落的高度、盖度、 密度和生物量， 实施修复措施具有明显效果。 同时，围栏封育作为减少人为干扰最直接、最经济的方法，效果在该研究中进一步被证实。

4.2 施肥

荒漠草原的特点为植被稀疏， 但是施肥后可以促进植物种群的生长，增加植物种群的高度、盖度、密度和地上生物量，对地上生物量的增加效果尤为明显［12］。研究表明，适度施肥不仅能提高产草量，增加物种多样性，而且能增强在群落中的竞争力［13-16］。 该研究的结果表明， 在T2 区、T3 区、T4区、T5 区这4 种带有施肥措施的组合下， 退化草原草群高度、盖度、密度及地上生物量均高于没有施肥的组合（T1 区和T6 区）。 特别是在2 个多月的生长后，在T5 区处理措施下地上生物量增长率达到72.58%，增长率较对照区T6 区高出39.06%，较围封禁牧的T1 区高出11.70%， 明显看出施肥效果，该结论与前人研究结果一致。施肥增加了土壤中的有效资源，提高了土壤养分含量，改变了草原群落的生长环境， 促进地上部分优势种群的生长与覆盖，有利于草原植被的恢复和演替，提高群落生产力［17-19］。

4.3 补播

补播改良草原， 在一些区域当年效果比较明显，但由于补播牧草很难适应当地气候，当年生长缓慢，部分研究次年效果也明显下降［20］。 该研究中，采用补播措施的T4 区、T5 区组合在草群高度、盖度、密度和地上生物量方面均表现出明显的效果，均比自由放牧区T6 和围封禁牧T1 处理区的增长率高。 该研究中补播组合中的草种生长效果不是很理想， 可能由于补播牧草与本地优势种竞争能力弱， 适应当地气候能力较差， 加上年度降雨较少，当年生长较慢，需要次年继续监测效果。 如果能利用当地乡土野生优良牧草补播， 加上适当的人工管理，可提高牧草的存活率和群落占有率［21］。

4.4 经济效益

采用不同组合的修复措施对退化天然草原进行改良，群落中所有植物的生长状况会有所改善，对植物的生长具有促进作用， 增加了植物群落的高度、密度、盖度和地上生物量。 但不同的修复措施的经济成本投入不同， 导致推广示范的结果也不尽相同。 该研究中各组合修复措施的高度、盖度、 密度和地上生物量均较自由放牧和围封禁牧有所提高， 地上生物量作为衡量经济效益的主要指标之一，不同修复组合的增产效果不同，从经济效益分析的结果来看， 减去投入成本后，T3 区的纯收益最高，可达到9 944 元/hm2，其次是T2 区，纯收益达到9 789 元/hm2，再次为T1 区，纯收益达到7 389 元/hm2，T4 区最低，为6 601 元/hm2。 从经济效益方面考虑， 尽管补播措施下地上生物量最高，但计算成本时，净收益在当年没有显现出来，长期收益有待继续监测、分析和研究。