内蒙古乌拉特梭梭林国家级自然保护区植被组成及空间分布特征

2022-05-14李翠霞温苏雅勒图王国林蒋星驰

内蒙古林业科技 2022年1期

陈峰，李翠霞，张东，温苏雅勒图，王国林，蒋星驰，

吴振廷4，郗雯4，高妍岭4，卢建男3，冯克庭3，王少昆3

(1. 巴彦淖尔市乌拉特国家级自然保护区管理局，内蒙古巴彦淖尔 015000； 2. 乌拉特梭梭林蒙古野驴国家级自然保护区乌拉特后旗管理站，内蒙古巴彦淖尔 015543； 3. 中国科学院西北生态环境资源研究院乌拉特荒漠草原研究站，甘肃兰州 730000； 4. 内蒙古自治区林业科学研究院，内蒙古呼和浩特 010010)

内蒙古乌拉特梭梭林-蒙古野驴国家级自然保护区(简称“乌拉特梭梭林保护区”)位于巴彦淖尔市乌拉特后旗北，具有脆弱的荒漠生态系统及宝贵的生物多样性资源[1-3]。该保护区成立于1985年，2001年升级为国家级自然保护区，主要保护对象为该区内分布的原始天然梭梭林和栖息于此的蒙古野驴等珍稀野生动植物。该自然保护区地处荒漠带的最东端，处于由荒漠向草原化荒漠的过渡地带，对维护荒漠草原生态系统平衡具有重要意义[1,4-7]。保护区内的梭梭林蔓延成片，对防风固沙、固碳释氧、改良土壤等具有重要作用[8-12]。巴彦淖尔市林业部门在2000年以前对保护区进行过一次全面的科学考察，并于2000年7月整理出版了《乌拉特梭梭林自然保护区科学考察集》[1]，全面系统地描述了乌拉特梭梭林保护区的自然环境和动植物资源状况。随后，每年对保护区的重点区域进行简单踏查、保巡和基础建设等[13-14]。但是自2001年升级为国家级自然保护区后，20 a来未对保护区的植被组成及其空间分布进行系统的调查。因此，本研究通过地面调查与空间插值相结合的方法，系统调查保护区内植被组成并分析其空间分布特征，为保护区长期监测和管理提供科学依据。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于乌拉特梭梭林保护区，地理坐标为41°58′34.70′′—42°17′26.21′′N、106°22′21.62′′—106°52′17.19′′E，海拔835～1 029 m。保护区总面积为 6.81万hm2，东西距离 40.9 km，南北距离东侧为 16.3 km，西侧为 26.4 km，由北向南分别为核心区(2.13 万hm2)、缓冲区(2.05 万hm2)和实验区(2.63 万hm2)。保护区所在区域具明显的大陆性气候特征，干旱少雨，蒸发量大，年日温差较大，风大沙多。年均气温 6.5 ℃，一月份平均气温 -14 ℃，七月份平均气温 34.3 ℃；年降水量90 mm左右，多集中于7、8月份，占全年降水量的3/4；年蒸发量2 800 mm，是年降水量的30倍。全年大风日数60～70 d，最多年达120 d。沙暴日数 24.4 d，平均风速 5.4 m·s-1，最大风速可达24 m·s-1。本区域地带性土壤为沙砾质灰棕荒漠土，非地带性土壤有风沙土和盐化草甸土；土壤质地较细，剖面中有黏土间层，但厚度较小[15-16]。

1.2 研究方法

2021年8月，在乌拉特梭梭林保护区内，依据可通行线路尽量均匀分布调查点，共布设调查点61个，其中核心区调查21个样点(C01～C21)，缓冲区调查20个样点(B01～B20)，实验区调查20个样点(E01～E20)(见图1)。在每个选定的调查点上，选择主要植物群落，设置1个100 m × 100 m的样方，清查样方内所有乔、灌、草植物种类组成。在大样方内分别设置3个10 m × 10 m的乔木、灌木样方和3个1 m × 1 m的草本样方，开展植被调查。在10 m × 10 m的乔木、灌木样方内调查乔木、灌木的种类、密度、高度，并估算盖度；在1 m × 1 m的草本样方内，调查草本物种组成、密度、高度、盖度和地上生物量。

图1 乌拉特梭梭林保护区地理位置、区域划分及调查点位置Fig.1 Geographical location， study site and investigation plots in UNNRHa

1.3 数据分析

基本的数据分析和绘图采用Microsoft Excel和Origin软件进行分析和绘制，显著性差异采用One-way ANOVA和LSD检验，显著水平为P<0.05。植被特征的空间分布图根据调查点数据，利用Arcgis软件中的克里金插值法进行绘制。

2 结果与分析

2.1 植被物种组成特征

通过对乌拉特梭梭林保护区植被调查发现梭梭林保护区共有植物15科、47属、52种，其中核心区有38种，缓冲区有30种，实验区有37种，3个区共有物种为22种(表1)。藜科植物最多，为12种，占总调查物种数的 23%，其次分别为菊科(9种)、禾本科(7种)和蒺藜科(6种)。乌拉特梭梭林保护区的植物种有：梭梭、白刺、红砂、珍珠猪毛菜、霸王、绵刺、裸果木、猫头刺、短叶假木贼、合头草、灌木亚菊、鹰爪柴、矮脚锦鸡儿、沙蒿、戈壁天门冬等荒漠灌木和半灌木，其中梭梭和白刺为优势物种；草本植物主要有：沙米、雾冰藜、猪毛菜、蒙古虫实、白茎盐生草、蒺藜、狗尾草、虎尾草等1 a生草本，以及沙生针茅、无芒隐子草、骆驼蓬、蒙古韭和小花棘豆等多年生草本，本次调查还发现了濒危植物革苞菊在该区域的分布。

表1 乌拉特梭梭林保护区植物名录Tab.1 List of plants in UNNRHa

表1 乌拉特梭梭林保护区植物名录(续表)Tab.1 List of plants in UNNRHa(Continued Table)

2.2 植被数量组成特征

植被调查结果显示(图2)，保护区植被平均盖度为 15.67%(图2-1)，其中核心区的平均盖度为 18.43%，变幅在 2%～65% 之间；缓冲区的平均盖度为 10.35%，变幅为 2%～35%；实验区的平均盖度为 18.12%，变幅为 4%～70%。核心区与实验区的植被盖度显著高于缓冲区(P<0.05)(图2-1)。梭梭林地草本植物相对匮乏，草本地上生物量平均值为 1.21 g· m-2，其中核心区和实验区的平均草本地上生物量分别为 1.01 g·m-2和 1.88 g·m-2，均高于缓冲区的草本地上生物量(0.73 g·m-2)(图2-2)。保护区植物物种丰富度表现出实验区显著高于核心区和缓冲区(P<0.05)，平均每个样方中的物种数为4～6种，物种数最高值出现在核心区C10样点，物种数有13种(图2-3)。从总密度和梭梭密度分析，核心区、缓冲区和实验区之间无显著差异(图2-4和图2-5)。整个保护区中梭梭的平均密度为420株·hm-2，其中核心区、缓冲区、实验区分别为387株·hm-2、458株·hm-2、416株·hm-2。虽然核心区的梭梭密度较低，但是核心区的梭梭长势较好，其高度显著高于缓冲区和实验区(图2-6)，核心区梭梭平均株高136 cm，缓冲区和实验区的梭梭平均株高分别为82 cm和72 cm。

注：不同小写字母表示不同区域之间差异显著(P<0.05)。

2.3 植被空间分布特征

在保护区范围内，根据地面植被调查数据，利用植被指标对每个调查点的数据进行克里金插值，获取保护区内各项植被的空间分布情况(图3～图8)。由空间分布图可以看出，植被盖度西高东低，植被盖度最高值在西南角和西北角，盖度为 45%～50%，最低值在东北角点C20样点处，盖度仅为 2.7%(图3)；物种丰富度整体来说南高北低，物种数最多的区域在西北角(样点C10、C11)和东南角(样点E17)(图4)；草本地上生物量表现出东西较高，中部较低的空间分布特征(图5)；草本植物密度与草本地上生物量的空间分布相似，东边中部草本植物密度超过100株·hm-2，主要为1 a生草本(图6)；梭梭主要分布在保护区的东南部和西北部(图7)；高度超过1 m的梭梭主要分布在核心区的东北角和西北角，缓冲区的中部以及实验区的东部(图8)。

根据保护区植被空间分布图可知，位于保护区最北边的核心区梭梭长势整体较好，应该进一步加强管理和保护，避免梭梭群落的退化。保护区西部的梭梭密度较高，但是高度较矮，生长不良，需要加强保护，尤其在缓冲区西部位置需要围封保护，以确保梭梭更新复壮。实验区东南部梭梭较少，以白刺为主，可以适当加以利用。

3 讨论

通过与2000年出版的《乌拉特梭梭林自然保护区科学考察集》中植物名录进行对比，本次调查所获得的物种数要低于之前的调查结果。其中科、属、种分别占2000年之前调查总数的 68%、78% 和 54%。导致这种差异的原因可能为：(1)本次的植被调查在8月份，而一些1 a生短命植物已完成生命周期，因此在调查过程中未能调查到；(2)肉苁蓉(Cistanchedeserticola)和锁阳(Cynomoriumsongaricum)这种寄生植物在调查过程中未见露出地面，因此也未能统计；(3)本年度生长季较为干旱，有些机会植物不能够萌发而无法统计。因此，有必要对乌拉特梭梭林保护区进行长期定位和季节性变化等深入调查，查明其所有植物物种，并对保护区内珍稀濒危物种进行种质资源的保护和培育。

图3 乌拉特梭梭林保护区植被盖度空间分布图Fig.3 Spatial distribution of vegetation coverage in UNNRHa

图4 乌拉特梭梭林保护区物种丰富度空间分布图Fig.4 Spatial distribution of species richnes in UNNRHa

图5 乌拉特梭梭林保护区草本地上生物量空间分布图Fig.5 Spatial distribution of biomass on grass in UNNRHa

图6 乌拉特梭梭林保护区草本植物密度空间分布图Fig.6 Spatial distribution of herb density in UNNRHa

图7 乌拉特梭梭林保护区梭梭密度空间分布图Fig.7 Spatial distribution of Haloxylon ammodendron in UNNRHa

图8 乌拉特梭梭林保护区梭梭高度空间分布图Fig.8 Spatial distribution of Haloxylon ammodendron in UNNRHa

另外，本次调查的植被盖度(2.7%～49.6%)略高于2000年的调查结果(2%～40%)，梭梭的最大高度(5.5 m)也略高于2000年的调查结果(5.0 m)。本次调查结果表明乌拉特梭梭林保护区的植被，尤其是梭梭的生长整体上有所好转。

有研究表明，自2000年以来，乌拉特荒漠草原气温呈上升趋势[17]，降水的年际波动较大，空间变异大[18]，整体上表现出降水量和降水日数呈上升趋势，年蒸发量逐渐减小[19]，年均风速呈下降趋势[20]。因此，气候变化影响着保护区的植被组成，而保护区内梭梭林的整体好转，既有气候变暖变湿的贡献，又有人为保护的贡献，在后期的研究中需要量化自然和人为2种因素对梭梭林保护区的贡献率，从而能够为保护区的后期建设提供科学依据。