北方農牧交錯帶人工封育區植被特征

摘要：人工封育是恢復退化草場的重要措施之一。為了研究北方農牧交錯帶不同封育時間與不同封育措施對植被的結構特征與多樣性的影響，研究選取寧夏鹽池柳楊堡人工封育地區，采用樣方調查法對封育區植被生長狀況進行調查。結果表明，長期封育初期對草場植被的生物多樣性與生產力產生有益效果，但隨著封育年限的增加，長期的完全封育不利于改善半干旱沙地草場植被的生產力及其放牧功能。樣方中主要種群的重要值呈先增加后降低趨勢；邊緣區的豐富度指數（R）和綜合多樣性指數D、H的最大值分別為18、9.62、2.44，外圍區的分別為18、9.74、2.48。封育區植被的蓋度和生物量都是外圍區最大，說明適當的利用是有利于草場植被恢復的。帶狀翻耕明顯是不適合的，不能起到很好的作用，建議進行適當的放牧或刈割。

關鍵詞：退化草場；封育時間；封育措施；植物特征值；重要值；多樣性指數

中圖分類號：Q948.15+6；X176 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）19-4619-04

多年來干旱半干旱草場與牲畜之間是一種非平衡的動態反饋關系，通常形成了一種自然或半自然生態系統，這種系統的干擾形式主要是放牧[1]。對于干旱草場的可持續經營，這種關系的維持十分重要[2]。近年來干旱草場已經發生了嚴重退化，這與快速增長的牲畜數量有關。

人工封育即是把草場劃分成若干小區，使圍起來的退化草地因牲畜壓力的消除而自然恢復[3]。作為恢復退化草場的重要措施之一，人工封育主要有投資少、見效快的優點[4]。關于封育措施國內外已經進行了大量研究，很多國內開展的關于封育措施對草場植被影響的研究表明，通過封育，草場的生產力得到了明顯提升，草場生態系統的生物多樣性得到了明顯增加[5，6]，即草場生態系統的恢復是建立在減少或是排除牲畜對其影響并依靠自身彈性基礎上的。研究選取的區域是寧夏鹽池柳楊堡地區，其地處北方農牧交錯帶，并且是全國荒漠化定位監測點。因此，結合國家的荒漠化定位監測項目，通過分析該地區多年來的固定樣地調查資料，分析不同封育時間與不同封育措施下植被的結構特征，探討植被恢復中封育圍欄的作用、人工封育的最佳時長，從而對全面禁牧與輪牧政策的制定提供科學依據。

1 研究區概況

鹽池縣地處寧夏回族自治區東部，位于北緯 37°04′-38°10′，東經 106°30′-107°41′。該地區在地理位置上是一個從南向北的過渡性地帶，其北與毛烏素沙地相連，南靠黃土高原，即南高北低，海拔為1 295～1 951 m。從而造成了半干旱區向干旱區過渡氣候與干旱草原向荒漠化過渡的植被特征。鹽池縣主要是剝蝕的準平原地形，屬于典型的中溫帶大陸性氣候，年平均氣溫為8.1 ℃，多年平均最高氣溫是34.9 ℃，多年平均最低氣溫是-24.2 ℃，年降水量為250～350 mm，年均無霜期為165 d。土壤類型以灰鈣土為主，其次是黑壚土和風沙土，此外有黃土，還有少量的鹽土、白漿土等。植被類型有灌叢、草原、草甸、沙地植被和荒漠植被，其中灌叢、草原、沙地植被數量較大，分布也廣。鹽池縣內沒有天然森林，只有大面積的灌木林和少量的人工喬木林，其中有小葉錦雞兒（Caragana microphylla）灌叢和北沙柳（Salixpsammophilia）灌叢。草原類型為干旱草原和荒漠草原，因而其常見植物種類以旱生和中旱生類型為主，典型草原植被包括百里香（Thymusserphyllum var. mongolicus）、大針茅（Stipa grandis）、長芒草（Stipa bungeana）等類型，荒漠植被包括鹽爪爪（Kalidiu foliatum）、貓頭剌（Oxytro pisaciphylla）、西伯利亞白刺（Nitraria sibirica） 和川青錦雞兒（Caraganatibetica）[7]。

2 研究方法

2.1 樣地布設

結合國家荒漠化定位監測項目，依據當地主要土地利用類型和主要荒漠化治理工程種類，采用GPS進行監測定位，選擇有代表性地段分別設置固定樣地。選取距離鹽池縣城20 km的柳楊堡人工封育區為研究地點。封育方法為設置核心區（E）、邊緣區（E1）和外圍區（E2）。其中核心區作為全國第一批防沙治沙試驗示范區，使用了完全排除野生動物與家畜影響的鐵絲網圍欄的方法；邊緣區與外圍區都于2002年采取封育措施，但是外圍區依然會受到放牧等人為干擾。3個封育區相接且按照從東北向西南的方向處于一條直線上，因此自然條件相似。

2.2 野外調查方法

調查方法為設置樣方，分別調查樣方內的植物名稱、種數、株數、蓋度、高度、生物量等。從E開始沿著樣帶隨機布設樣方，在E、E1、E2內分別均勻布設10個樣方。調查時間為2008～2012年。

2.3 數據分析處理

2.3.1 重要值計算 重要值的計算方法如下[8]：

3 結果與分析

3.1 封育時間對植物物種重要值的影響

各封育年度植物物種的重要值變化如表1。從表1可以看出，不同年份主要建群種像絲葉山苦荬的重要值呈現先增加后降低的趨勢，在2010年達到最大，為13.91，從2008年到2009年其重要值從6.38增加到8.20，從2011年到2012年其重要值從10.05降低到6.62。有類似變化規律的物種有刺沙蓬、中華隱子草、草木樨狀黃芪等，但也有部分物種因受降雨量影響，表現其他趨勢。

3.2 封育時間對植物物種多樣性的影響

豐富度指數反映了樣地植物物種的豐富程度，而樣地植物物種豐富程度主要取決于各種生態、非生態因子，如土壤養分狀況、土壤含水量、生境梯度、地形地貌、人為活動等。在研究區里植物生長的主要限制因子是土壤水分。如表2所示，隨著封育年限的延長，邊緣區和外圍區的豐富度指數總體上都出現先增大的情況，邊緣區隨后降低，而外圍區則呈穩定后繼續增大的趨勢。邊緣區的R從2008年到2011年持續增加，從12增加到最大值18，隨后下降，在2012年降為16；外圍區的R從2008年到2010年大幅度增加，由8增加至15，隨后穩定至2011年，在2012年增加至18。豐富度指數先升高是因為封育措施減少了放牧等人畜的影響，恢復了草場的植被，增加了草場物種的多樣性。邊緣區達到最大值后開始降低是因為隨著封育年限的延長，封育區的優勢種占據了大量的資源空間，使其他物種逐漸喪失生存空間直到消失；外圍區出現平穩后增加的情況則是由于2012年降雨量增多。

綜合多樣性指數受豐富度指數和均勻度指數雙重影響，綜合反映了區域植被的特征、植物物種的多樣性。從表2可以看出，綜合多樣性指數的變化不明顯，邊緣區D、H呈現先增后降再增的趨勢，外圍區D呈增加趨勢，H呈現先增后降再增的趨勢，并都于2012年達到最大值。考慮到2012年降雨增多的因素，這種趨勢與豐富度的變化情況基本一致。綜合多樣性指數的變化總體上說明了封育增加了植物的多樣性。

均勻度指數反映了植物空間分布的均勻程度。均勻度指數越大，植物的空間分布越均勻，反之，植物分布越集中。群落均勻度和群落優勢度是兩個相反的概念，群落優勢度越高說明群落優勢種明顯，優勢種的個體數和蓋度明顯高于一般種而群落均勻度降低[10]。從表2可以看出，各年份的均勻度指數變化不明顯。

3.3 封育時間對植被蓋度的影響

由表3可知，邊緣區與外圍區的植被蓋度最大值均出現在2010年，邊緣區達到了50.50%，外圍區達到了45.50%，之后的2011年下降，到2012年稍有回升，這主要是因為隨著封育年限的增加，地表出現了土壤與生物的結皮，限制了土壤水分的入滲，從而使植被蓋度的增加呈現減緩趨勢，王曉云等[11]、李新榮等[12]關于毛烏素沙地的研究也有類似的結論。

3.4 封育時間對植被生物量的影響

3.5 不同封育措施對植被生長的影響

3.5.1 不同封育措施對植被蓋度的影響 如圖1所示，各年份植被蓋度除2010與2011年外其余年份均是外圍區最大，其次是邊緣區，除了2008、2011年外邊緣區植被蓋度大于或等于核心區，核心區植被蓋度2008與2009年大于新翻區，2010、2011與2012年新翻區大于核心區。總體上植被蓋度大小順序為外圍區、邊緣區、新翻區、核心區。出現這種情況主要是因為隨著封育時間的延長，核心區和邊緣區均出現了地表結皮，對水分的入滲產生了較大影響，而外圍區雖然也產生地表結皮，但由于經常有人畜活動而被破壞，促進了水分入滲，新翻區由于翻動土壤，雖然并未產生地表結皮，但土壤結構被破壞，種子翻到他地，植被蓋度并未增加。

3.5.2 不同封育措施對植被生物量的影響 如圖2所示，不同的封育措施下，外圍區的植被生物量除2010與2011年外其余年份均最大，而核心區的植被生物量在各年份里均最小，其原因與封育措施對植被蓋度影響的原因類似，新翻區的植被生物量要高于核心區，比邊緣區低，這主要是因為新翻區土壤結構遭到破壞，保水能力較差，較低的土壤水分含量影響了植物生長。

4 結論與討論

1）不同封育年限植物優勢種的重要值大多呈現先升高再降低的趨勢。

2）不同封育年限里，植物的豐富度指數邊緣區呈現先增加隨后下降的趨勢，外圍區呈現先增加后穩定再上升的趨勢；邊緣區D、H呈現先增后降再增的趨勢，外圍區D呈增加趨勢，H呈現先增后降再增的趨勢；均勻度指數變化不大。說明封育對物種多樣性的增加有一定幫助。

3）不同封育措施中，植被的蓋度和生物量均是外圍區最大，說明對草場進行有計劃的利用有利于提高草場植物的多樣性與生產力，一味地長期封育并不可取。

4）雖然封育初期對草場植物的多樣性與生產力提高有一定的效果，但隨著封育年限的增加，效果并不明顯，說明長期的完全封育并不能明顯改善半干旱沙地草場植被的生產力及放牧功能。根據草地生態系統的可持續原理，草地圍欄封育不應該是無限制的，長期的封育會產生枯草與結皮，抑制了植物的生長與幼苗的形成，對草場植物的正常生長與繁殖更新有害。因此，為了保持草場生態系統能量流動與物質循環良好的狀態，進而維持草場的生態系統平衡，草場應該在封育一段時間以后適當利用。封育時間的長短應該根據草地退化與草地恢復情況而定[13-15]。就本研究而言，建議每隔4年或5年允許適當放牧或刈割。在寧夏鹽池農牧交錯帶，對于封育一定年限草場的處理措施，帶狀翻耕明顯是不適合的，不能起到很好的作用。

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