巴丹吉林沙漠南部湖滨带天然植被特征研究

2021-07-09武志博郝思鸣吴红星

草原与草业 2021年2期

刘璐，武志博，郝思鸣，吴红星

(1.内蒙古师范大学地理科学学院，呼和浩特 010022；2.阿拉善盟航空护林站，内蒙古巴彦浩特750306；3.阿拉善右旗巴丹吉林综合保障和技术推广中心，内蒙古巴丹吉林 737300)

巴丹吉林沙漠是我国的第二大沙漠[1～2]，巍峨沙山与众多湖海盆地交错分布[3]。该区是受风力和沙埋作用影响最大的区域之一。因此，研究天然植被对防风固沙、生态环境保护以及相应政策的制定具有重要意义。一直以来，我国学者对巴丹吉林沙漠植被都进行过较多的研究。张翼飞等[4]对其植被现状进行调查；王蒙等[5]研究南缘植被物种的多样性及其与土壤之间的相互影响；刘铮瑶等[6～8]对沙漠边缘地区植被特征、植物区系、资源利用均进行了大量的考察;孙杰利用二元指示种分析与主成分分析的方法对其植物群落进行分类[9]。可以看出，对巴丹吉林沙漠植被的研究大多集中于远离湖泊生长在沙丘上的植物，而对沙漠中湖区周边即湖滨带陆地生长的植被鲜少进行详细研究。

湖滨带是湖泊与陆地之间的过渡带[10]，连接着水生生态系统和陆生生态系统，具有两者之间共有的特点。湖滨带对于保护、维系湖泊生态系统的健康运行起着显著性作用[11]。已有文献记载，学者对湖滨带生态系统恢复[12～14]、土壤特征[15～17]、植被分布与特点[18～20]进行研究。对湖滨带的研究多数集中在湿润、半湿润地区，对干旱、半干旱地区研究较少，而对沙漠中湖区湖滨带天然植物的研究报道很少。本文以巴丹吉林沙漠南部湖区湖滨带为研究对象，对其天然植物进行详细调查及特征研究，为该地区的植被保护和利用以及沙漠地区的综合治理提供科学指导，并对湖泊生态系统的保护和恢复提供基础理论支撑。

1 研究区概况

巴丹吉林沙漠地处阿拉善高平原西部，位于弱水东岸的古日乃湖以东、宗乃山和雅布赖山以西、拐子湖以南、北大山以北的地区[2]，在自然带上处于阿拉善荒漠中心，属典型的大陆性气候，终年盛行西北风和西风，年平均风速3.0～4.5m/s，由东向西逐渐加强，年大风日数40～60d。在沙漠的高大沙山之间的丘间低地，分布有许多内陆小湖(海子)，共有144个之多,主要集中分布在沙漠的东南部。湖泊(海子)的面积都不大,一般都小于0.2 km2，其中最大的是诺尔图[21]。巴丹吉林沙漠的地带性土壤为灰棕漠土和灰漠土，非地带性土壤以风沙土为主，在湖盆周围为盐土及碱化的土壤[3]。

2 研究方法

2.1 样地设置

2019年6～7月，在巴丹吉林沙漠南部湖泊(海子)集中的地方，随机选取73个湖泊(海子)湖滨带样地，在每个样地中选择1个具有代表性的典型植物样方进行调查，并根据实际情况用20m×20m的样方调查乔木，10m×10m的样方用于灌木和半灌木调查，1m×1m的样方用于草本植物调查。对植物种类进行调查时对株数、高度、长短轴、生物量、盖度进行抽样记录。同时,对样地地表形态、土地沙化程度、土壤质地等环境因子进行记录。

2.2 植物频度

植物频度是描述群落中某种植物数量特征的指标，反映植物分布的均匀程度。计算公式为：

频度=某种植物出现的样方数/全部样方数×100%

2.3 植物丰富度

植物的种类数即丰富度，反映的是研究区域内植物的多样性。计算公式为：

丰富度=样方内的物种数

2.4 相似性系数

植物生态学中常用Jaccard相似性系数测定群落间或区域间植物种类组成的相似程度。Jaccard相似性系数计算公式为：Cj=a/(a+b+c)

上式中：a为A、B两群落中都包含的物种数量；b为包含于群落B但不包含于群落A的物种数量；c为包含于群落A但不包含于群落B的物种数量。

2.5 数据处理和分析

根据相关文献[22～24]并利用Microsoft Excel Office 2019和OriginPro 8.5对每个样地植物进行统计分析、图表绘制。

3 结果与分析

3.1 植物种类及频度分析

3.1.1植物种类组成

根据研究区天然植物统计结果(表1)，调查样方中共记录到植物31种，隶属于9科30属。其中，蒺藜科植物4属4种，藜科植物7属7种，菊科植物6属7种，禾本科植物7属7种，豆科植物2属2种，百合科、报春花科、鸢尾科、毛茛科植物均为1科1属。可见，巴丹吉林沙漠南部湖滨带植物组成种类贫乏,结构层次简单。从植被生活型来看，多年生草本植物占明显优势，共有18种，一年生草本植物有10种，草本植物共计28种，具有绝对优势；灌木和半灌木各有1种，优势不明显。虽然灌木和半灌木种类缺乏，但其在群落中是重要的建群种。相比于沙漠中沙丘上生长的荒漠植物，湖滨带出现特殊的藤本植物，该植物对水分和温度的要求较高。

表1 研究区天然植物

3.1.2植物频度

频度越高植物的分布范围就越广。从研究区植物出现频率(图1)可知，白刺、芦苇是研究区内出现频率最高的植物，分别为63.0%和61.6%，表明这两种植物在研究区分布的范围广且分布较为均匀。其次是甘草和芨芨草，研究区遍及较多。油蒿、沙米、雾冰藜居于其后。这些植物都是优质的牧草资源，科学保护和合理利用这些牧草资源，有利于资源和环境的可持续发展。但各植物出现的频度具有较大的差异，翼柄霸王、灰条、花花柴、无芒隐子草出现频率仅为1.4%。

图1 研究区植物频率

3.2 植物丰富度

植物种类越多植物丰富度越高，植被的多样性越大。海拔高度是影响植被分布格局的重要因素，海拔高度的变化会使降水和温度发生相应的变化，从而引起植被分布格局的改变。从研究区植物丰富度(表2)可看出，随着海拔高度的上升植物种类数量波动较大，在海拔1150～1160m时物种数最多，表明在此海拔区间内植被的多样性最高。当海拔大于1260m时，植物丰富度随海拔高度的增加呈显著的减小趋势，植被多样性减小。

表2 研究区植物丰富度

3.3 植物区系地理成分

在很大程度上，植物区系分布代表了植被种类的分布格局。从植物区系地理成分(表3)来看，研究区植物虽然种类较少，但区系地理成分多样，可分为7种类型，主要由亚洲中部分布种组成，占总种数的35.6%，而其中又以戈壁-蒙古种占优势。其次是古地中海分布种，占总种数的22.6%。东古北级分布种和泛北极分布种次之，分别占总种数的16.1%和9.7%。世界分布种、华北分布种和泛温带分布种最少，仅占总种数的6.5%、6.4%和3.2%。

表3 研究区天然植物区系成分

3.4 群落相似性

图2为1～73个样地对应的相似性系数，是每个样地与其他72个样地比较得出的相似性系数平均值。经分析Jaccard相似性系数平均为0.21，其中样地5、33、39、49、51、52、54、58、66平均相似性系数相对较高(在0.3左右)，而样地5是所有样地中平均相似性系数最高的，达到0.33。样地1、4、10、20、37、41、55、64平均相似性系数相对较低，均在0.15以下。

图2 研究区植物群落间Jaccard平均相似性

4 讨论

研究区调查到的植物以菊科、藜科、禾本科为主，这与阿拉善沙漠植物物种组成和巴丹吉林沙漠植物物种组成调查结果[9]相一致，表现出荒漠植被的分布特征。沙漠环境条件决定植被类型简单，因研究区地处巴丹吉林沙漠的南部腹地，气候干旱，且在湖滨带地区湖泊多为咸水湖，所以周边植被以旱生、耐盐碱植物为主，这是植被与环境相互适应的重要体现。草本植物在研究区为常见的类型，在研究区具有不可替代的作用，且在生长过程中由于严酷的环境条件限制，木本植物逐渐消亡，草本植物和杂草类植物逐渐入侵，数量较多。湖滨带出现的藤本植物对于环境条件要求较高，只有严格达到条件才能够生长，在研究区中出现较少。

白刺是分布范围最广的灌木，是荒漠和盐碱地重要的建群种；芦苇是分布范围最广的草本植物，除在森林中不生长外，只要在有水源的空旷地带都能够快速繁殖生长。白刺和芦苇均可适应干旱区湖滨带环境，分布最为广泛，频率最高，且都具有较高的生态价值、药用价值、饲用价值。频率较低的植物，可能与适应研究区环境的能力较差有关。

海拔梯度会影响水热条件状态。在研究区湖滨带海拔1150～1160m时物种数最多，这是由于此海拔区间研究区植物所需要的光照、水分、温度等环境条件较为适中，适合多种植物生长。在不同海拔梯度上，会有相同的植物丰富度，而在海拔相近的地方也会有相差较大的植物丰富度，这可能与人类活动的干扰及土壤的理化性质有关。随着海拔的逐渐升高，温度随之下降，在较高的海拔梯度上植物丰富度下降，这可能与温度的下降有关。

植物区系分布与环境的关系密不可分，只有能够较强的适应干旱条件的分布种才能在该调查区生存。巴丹吉林沙漠湖滨带植物区系地理成分复杂多样,植物以亚洲中部分布种和古地中海分布种为主，但多数反应出温带气候特点。泛北极分布种分布中心在北温带，东古北极分布种分布在温带亚洲，泛温带分布种在南北半球的温带分布，这些分布种是温带大陆性质的集中体现。

从群落相似性系数来看，Jaccard相似性系数平均为0.21，说明研究区植物群落之间总体上差异性较大，这是由于湖滨带具有水生和陆生生态系统共有的特点，而植物与环境相适应就会出现差异性较大的现象。平均相似性系数相对较高的样地，是因为样地中都包含芨芨草、甘草、芦苇3种植物；平均相似性系数最高的5号样地，群落中不仅有芨芨草、芦苇、甘草，还有白刺，均为样地中出现频率相对高的植物，既有旱生植物也有湿生植物；平均相似性系数相对较低的样地，与其他样地的植物组成差异性较大，植物种类丰富。