围封对西乌珠穆沁草原植物群落特征的影响

刘 欢，李兰花，任晓萌，蒙仲举

(1. 内蒙古农业大学 沙漠治理学院，内蒙古 呼和浩特 010011； 2. 内蒙古自治区林业和草原局，内蒙古 呼和浩特 010020； 3. 内蒙古自治区气象科学研究所，内蒙古 呼和浩特 010051)

内蒙古草原不仅是我国北疆重要的生态安全屏障，也是我国重要的畜牧业生产基地。内蒙古草原面积 7.88 × 104hm2，占全国草原总面积的 22%，占全区国土面积的 67.49%[1]，在防风固沙、保持水土、调节气候、涵养水源、维持生态平衡等方面发挥着重要作用[2-4]，同时对实现牧区经济社会可持续发展有着重要意义。

近年来，随着牧区人口及牲畜数量的增加和草原不合理的利用，使得草原生态环境不断恶化，造成草原优良牧草种类减少，单位面积产草量下降，草地退化趋势进一步加剧。为解决草地退化问题，许多学者通过围封、补播、施肥灌溉等方面的研究，探索草地的有效恢复策略[5-7]。其中，围栏封育是一种简单有效的策略，通过减少牲畜采食、践踏等途径，使草原植被减少干扰，进而改善草原的群落组成，促进草原的恢复。本研究以西乌珠穆沁旗巴彦胡舒苏木人工封育区草原为研究对象，通过研究不同围封年限草原植物群落特征，以期为该区草原制定合理的围栏封育措施提供科学依据。

1 研究区概况

研究区位于内蒙古自治区锡林郭勒盟东部的西乌珠穆沁旗，地理坐标43°57′—45°23′N，116°21′—119°31′E，北邻东乌珠穆沁旗，东邻阿鲁科尔沁旗，南和赤峰市接壤，西与锡林浩特市毗邻。地势由南向西北逐渐倾斜，海拔835～1 957 m。该区属于温带大陆性气候，年平均气温1 ℃，极端最低气温与极端最高气温为 -38.6 ℃和 36.66 ℃，夏秋季短促，冬春季漫长寒冷，无霜期106 d，年均降水量345 mm，集中在7—8月，且由东南向西北递减，年均蒸发量1 800 mm，全旗大风日数60～90 d，年平均风速 3.6 m·s-1，以西、西北风为主。土壤类型主要是栗钙土、黑钙土、草甸土、灰化森林土、沼泽土、风沙土和盐土等。草地类型有温性草甸草原、温性荒漠草原和温性典型草原等类型，主要优势种有羊草(Leymuschinensis)、西北针茅(Stipasareptanavar.krylovii)、短花针茅(Stipabreviflora)、糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)，并伴有冰草(Agropyroncristatum)，冷蒿(Artemisiafrigida)，二裂委陵菜(Potentillabifurca)、银灰旋花(Convolvulusammannii)、苔草(Carexspp.)等。

2 研究方法

2.1 样地设置

试验样地自2010年9月开始围封，选择地势平坦的退化草原作为永久样地，用带刺铁丝网进行围封，围封面积为1 km × 1 km。分别于2010年、2013年、2015年、2017年、2020年7月至9月中旬进行野外调查，即围封年限为0 a、3 a、5 a、7 a、10 a，在预设监测样地上设置3个100 m × 100 m区域进行取样。如果样地内只有草本、半灌木和小半灌木，则在其对角线上设置一条100 m样线，在样线上等距布设6个1 m × 1 m的调查样方。如果样地具有灌木及高大草本植物，仅布设1个10 m × 10 m的群落调查样方。

2.2 观测指标与测定方法

(1)物种数量调查采用计数法；

(2)物种种类调查采用统计样方内的植物种类[8]；

(3)植物高度调查采用直尺测量植株的自然高度；

(4)植被盖度调查采用针刺法[9]；

(5)地上生物量调查采用将样方内植物的地上部分齐地面割掉带回，于65 ℃恒温条件下烘干称重，计算群落地上生物量[10]。

2.3 数据处理与分析

(1)重要值=(相对地上生物量+相对盖度+相对密度)/3[11-12]

(2)相对盖度=某一植物种盖度/样方内所有植物种盖度之和×100%

(3)相对密度=某一植物种的个体数/样方内所有植物种个体数之和×100%

(4)相对地上生物量=某一植物种的地上生物量/样方内所有植物种地上生物量之和×100%

采用Excel 2010及SPSS 24.0进行数据处理和统计分析。

3 结果与分析

3.1 不同围封年限植物群落结构

3.1.1不同围封年限对植被高度的影响

从图1可以看出，植物的平均高度随围封年限的增加呈增长趋势，围封10 a植物高度达到最高，围封10 a植物高度由 14.4 cm增长至 30.33 cm，比未围封样地增长了 110.63%。围封10 a与0 a、3 a、5 a差异显著(P<0.05)，与围封7 a差异不显著。

图1 不同围封年限样地植物平均高度Fig.1 Average height of plants in different enclosure years

3.1.2不同围封年限对植被盖度的影响

从图2可以看出，植物的平均盖度随围封年限的增加呈增长趋势，围封前3 a植被盖度迅速增长，比未围封样地增长了 66.42%，差异显著(P<0.05)。围封3～7 a间植被盖度增长幅度逐渐减小，差异不显著。围封7～10 a间植被盖度增长幅度加大，围封10 a达到最大，比围封7 a样地增长了 29.21%，差异显著(P<0.05)。

3.1.3不同围封年限对地上生物量的影响

从图3可以看出，地上生物量随围封年限的增加而增长，围封10 a地上生物量最高，为 526.62 g·m-2，与围封0 a、3 a、5 a差异显著(P<0.05)，围封3a后，地上生物量大幅增长，与围封5 a差异不显著。

图2 不同围封年限样地植物平均盖度Fig.2 average plant coverage of sample plots with different enclosure years

图3 不同围封年限样地地上生物量Fig.3 Aboveground biomass of plots with different enclosure years

3.2 不同围封年限草原植物群落组成

3.2.1不同围封年限群落组成

经调查，研究区的植物共有1 a生或越年生草本、多年生草本、小半灌木、半灌木4种生活型[13]，对不同围封年限的植物种数量和比例进行统计可知(表1)，随围封年限增加总植物种数也随之增加，植物种数量在围封0 a、3 a、5 a、7 a、10 a样地中分别出现了17种(隶属7科，14属)、23种(隶属8科，16属)、24种(隶属9科，17属)、25种(隶属9科，19属)、26种(隶属10科，21属)。

1 a生或越年生草本植物方面，在围封3 a内种数增加，围封3 a后种数逐渐减少；植物种数和所占比例在围封3 a最大，分别为7种，30.43%；围封10 a植物种数和所占比例最少，种数减少为4种，比例减少为 15.38%，与围封3 a相比植物种所占比例减少了 49.46%。

随围封年限的增加，多年生草本植物的数量增加，植物种数和所占比例在未围封中最少，分别为10种，58.82%；围封10 a植物种数和所占比例最大，分别为18种，69.23%，与未围封相比植物种所占比例增加了 17.70%。小半灌木植物的数量略有增长，围封10 a植物种数和所占比例达到最大，种数为3种，比例为 11.54%；围封3 a植物种数和所占比例最少，种数为1种，比例为 4.35%，与围封10 a相比植物种数所占比例减少了 62.31%。半灌木种类数量变化不明显，所占比例稍有浮动。

表1 不同围封年限样地植被生活型结构组成Tab.1 Structure composition of plant life forms at different ages of enclosing

3.2.2不同围封年限植物重要值

重要值是表示某个种在群落中的地位和作用的综合数量指标，种群的重要值大，表明该种群在群落中的优势地位高，反之则越低[14-15]。对不同围封样地主要植物的重要值进行计算表明(表2)，不同围

封年限植物种优势度发生了明显的变化。未围封植物优势群体为二裂委陵菜+冷蒿+苔草，重要值分别为 0.404 2、0.382 3、0.378 1；围封3 a植物优势群体为糙隐子草+雾冰藜+盐蒿，重要值分别为 0.776 1、0.407 4、0.380 1；围封5 a植物优势群体为短花针茅+羊草+糙隐子草，重要值分别为 0.763 8、0.587 4、0.581 3；围封7 a植物优势群体为西北针茅+短花针茅+羊草，重要值分别为 0.795 3、0.478 1、0.458 2；围封10 a植物优势群体为西北针茅+糙隐子草+短花针茅，重要值分别为 0.835 6、0.543 8、0.473 2。随围封年限的增加，蔷薇科、藜科、菊科等1 a生草本和半灌木植物优势地位下降，短花针茅、克氏针茅、糙隐子草等多年生禾本科植物优势地位升高。

表2 不同围封年限样地主要植物种重要值Tab.2 The importance values of main plant species at different ages of enclosing

4 讨论

进行围栏封育后，草原植物群落特征发生了一定变化，由于围封后减少了放牧强度和动物践踏等干扰影响，有效增加了幼苗的存活率，草地的高度、盖度及地上生物量都有所增加，这与李中林等[16]、闫玉春等[17]的研究结果一致。但也有研究表明，随着围栏封育年限的增加，围封区域内枯落物累积量逐渐增加，抑制了幼苗的生长，阻碍了植物的再生，给草地的发育更新带来了困难，从而导致地上生物量减少[18]。因此，在围栏封育措施下，地上生物量是否会随封育时间的增长而持续增加这一问题，仍需做进一步的研究。也有研究表明，适度的干扰有利于草原生态系统的稳定，由于动物的啃食，植物优势种的生长受到抑制，使动物不喜食的杂草类数量增加，改变了植物群落的水热条件，促进养分良性循环。然而过度放牧造成干扰强烈，植被破坏严重，物种多样性减少，不利于草原可持续发展[19-21]。在生产中，如何掌握放牧规模和尺度(草蓄平衡)，实现草原科学利用和高效放牧是值得深入研究的问题。

5 结论

通过对西乌珠穆沁旗巴彦胡舒苏木地区不同围封年限植物群落调查发现，随围封年限的增加，植物种总数持续增加，由未封育的17种(隶属7科，14属)增至26种(隶属10科，21属)；植被高度、盖度和地上生物量都有所增加，较围封0 a样地分别增加了 110.63%、141.33%、743.81%；随围封年限的增加，多年生草本植物的优势地位显著提升，1 a生草本和半灌木的优势地位下降，围封5 a后禾本科植物占据优势地位；围栏封育在短期内一定程度上有利于草原植被的恢复和群落结构的稳定。