遼河平原北部草地類型特征及分布現狀

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(1. 沈陽農業大學園藝學院， 遼寧 沈陽110866； 2. 遼寧省草原監理站， 遼寧 沈陽110161；3. 中國科學院沈陽應用生態研究所， 遼寧 沈陽110016)

草地是全世界分布最廣泛的植被類型之一，是最大的陸地生態系統[1-2]。聯合國糧食及農業組織統計的全球草地面積為35億hm2，覆蓋約26%的陸地面積[3]。80年代初，我國各類天然草地約有4億hm2，占國土面積的41.7%，遼寧省天然草地面積為339萬hm2，占全省土地總面積的23.3%[4-5]。草地作為可再生自然資源對生態建設及草地農牧業可持續發展有著十分重要的意義[6]。十九大報告中明確提出的“山水林田湖草”為生命共同體的新理念以及國家林業和草原局的成立，將草地生態建設提升為國家戰略之一。因此掌握草地資源的現狀及變化趨勢，是草地生態建設中的一項重要任務。

草地類型是天然草原形成中的一個自然單元，準確劃分草地類型對于草地的規劃與利用有著十分重要的指導意義[7]。1964年賈慎修率先提出植物—生境學分類法，并把我國草地劃分為13類，后經補充完善，增加至18類[8]。1965年任繼周提出草原綜合順序分類法，并制定類、亞類、型三級分類系統[7]。1979年全國草地第一次調查中，采用植物—生境學分類法將我國草地劃分為18類、128組、813草地型[4]。這是我國迄今為止較為全面的草地類型分類系統，但該系統中草地型過多而零碎，概括性差，且有很多以一年生植物為優勢的草地型，規劃利用上有一定的局限性。因此，2016年農業部推出最新的草地分類標準，把原來的18個草地類簡化為9個，草地型簡化為175個[9]。

這兩次草地分類系統均有較高的權威性和代表性，規范統一了全國草地類型劃分系統。但兩次分類系統中均未劃分“疏林草地類”，而是將森林草原交界處的疏林草地類大都納入到溫性草原類中。溫性草原類是溫帶氣候區的代表性植被類型，即溫帶干旱、半干旱和半濕潤地區，多年生旱生草本植物為主，有一定數量旱中生或強旱生植物的天然草地[9]。而疏林草地類是以中旱生草本植物和半灌木占優勢，喬木稀散矮小的植被類型，分布在森林草原交界處[10-11]。由此可見，疏林草地類具有獨特的地理位置及植被特征，與溫性草原類的植被結構有著很大的區別。我國對疏林草地的研究多集中在榆樹(Ulmuspumila)疏林草地上[12-14]。榆樹疏林草地的林下灌木和半灌木有小葉錦雞兒(Caraganamicrophylla)、西伯利亞杏(Armeniacasibirica)、興安胡枝子(Lespedezadaurica)、木巖黃芪(Hedysarumfruticosum)、冷嵩(Artemisiafrigida)等，草本層優勢植物有糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)、冰草(Agropyroncristatum)、羊草(Leymuschinensis)、寸草苔(Carexduriuscula)、委陵菜(Potentillachinensis)等[15]。該類草地分布于科爾沁沙地和松嫩沙地，遼寧省北部的沙地中也有分布。

一個地區的植物區系組成、植物群落類型、空間分布特征以及科學的分類區劃是區域生物多樣性保護、生態環境修復保護和建設利用等不可缺少的決策依據。遼寧省北部的地形錯綜復雜，沙地、平原和丘陵等交錯分布，特定條件下孕育出的草地類型也具有一定的獨特性。迄今為止關于科爾沁沙地不同草地群落的相關研究已很多[16-18]，但遼寧省內的沙地草原不僅被科爾沁沙地草原方面的研究所忽略，省內的草地資源研究也很少提及此塊草地，成為我省草地資源研究中的盲區。因此，本文通過對遼河平原北部4縣的草地調查，從植物群落結構、水分生態類型分析該區域草地資源現狀的同時，結合水熱條件和地形，重新劃分草地類型，確定分布現狀，以期為該區域草地資源規劃與利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區自然概況

遼寧省北部處于我國東部森林與西部草原的交錯帶上，該交錯帶始于昌圖縣西部，西經康平、彰武一直到建平縣。研究區位于遼寧省與內蒙古自治區交界處，大黑山脈西南延長至昌圖縣東南部，屬遼河平原東界，科爾沁沙地南延至彰武縣的北部。本研究以遼河平原北部的彰武、康平、昌圖、法庫4縣為研究范圍(42°13′～43°49′N,121°89′～124°13′E,圖1)，絕對高度150 m以內。土壤有黃土、草甸土和風沙土。試驗區西部章古臺鎮的氣象資料顯示，過去28年的平均氣溫6.6℃，年均降水量468.4 mm[19]。

圖1 研究區位置示意圖Fig.1 A schematic diagram of the study area

植被呈喬灌草結構。喬木層有小葉楊(Populussimonii)、山里紅(Crataeguspinnatifida)、旱柳(Salixmatsudana)等。灌木層有西伯利亞杏、山榆(Ulmusdavidiana)、小葉鼠李(Rhamnusparvifolia)、歐李(Cerasushumilis)等。半灌木有興安胡枝子、鐵掃把(Lespedezacuneata)等。草本層優勢植物有糙隱子草、冰草、羊草、拂子茅(Calamagrostisepigeios)等。

1.2 研究方法

1.2.1樣地選擇及樣方設置 調查區域為遼河平原北部4縣。以遼寧省草原監理站的確權草地為核心，選擇代表性的樣地25個。在每個樣地中，選擇地形相對平坦、植被分布相對均勻的地段設置測產樣方5個，樣方面積大小為草本樣方1 m×1 m，灌木樣方5 m×5 m。測產結束后，在測產樣方周邊隨機選擇20個樣方進行頻度調查。

1.2.2調查內容與方法 調查內容包括物種、蓋度、高度、密度、頻度以及地上生物量。高度：針對出現的每種植物，在測產樣方內隨機選取6株(叢)，測定其自然高度，取平均值即為該種植物的平均高度。蓋度：采用目測法，測定測產樣方中每種植物的地上部分在地面的投影面積占整個樣方面積的百分比。密度：即測產樣方中每一種植物的株叢數。地上生物量：齊地面剪取測產樣方中每種植物的地上部分(灌木只剪取當年生長的枝條)，于65℃下烘干至恒重并稱重得到當年的地上生物量。頻度：植物在所有調查樣方中出現的次數與總樣方數的比值即為該植物的頻度。

1.2.3數據處理 優勢度(SDR)的計算用四度一量法[10]，公式為：

SDR =(C′+ H′+ D′+ F′+ P′)/5

式中：SDR為優勢度值，C′為相對蓋度，H′為相對高度，D′為相對密度，F′為相對頻度，P′為相對生物量。

1.2.4數據分析 數據用Excel 2013進行統計分析，分布圖繪制及面積統計用ArcGIS 10.0軟件。

2 結果與分析

2.1 草地植物資源

25個樣地共出現164種植物，隸屬46科129屬。參照吳征鎰的植物資源功能群分類系統[20]，164種植物可劃分為6個功能群(表1)。其中，藥用植物物種數最為豐富，達135種，占物種總數的82.3%。其次為飼用植物，共57種，占總數的34.8%；食用、工業用和觀賞植物的物種數相差不大，分別占14.6%，13.4%，12.2%。毒害草僅占5.5%。豐富的植物資源又一次證明了群落交錯帶的群落特征及草地生態功能的重要性。

表1 遼河平原北部草地植物資源功能群分類Table 1 Classification of grassland plant resource functional groups in the northern of Liaohe River Plain

2.2 草地類型及植被特征

草地類是水熱條件和植被的具體反映，是地帶性植被。80年代初的第一次全國草地調查中，該調查區被劃分到溫性草甸草原和溫性草原類中，分出的草地型與內蒙古溫性草甸草原和溫性草原類無差異。通過實地調查發現，植物群落具明顯的喬灌草3層結構，喬木的郁閉度在0.1以下，草本層優勢植物有旱生的糙隱子草、冰草、冷蒿等，與森林區域有明顯差異。灌木郁閉度不超過0.3，又與灌木林有較大區別。本區域年均降水量為468.4 mm，高于內蒙古溫性草原帶，謝氏干燥度指數平均值為1.3，屬于半濕潤區，對應的植被類型為森林草原[21]。因此，本次調查中將這一類草地歸類為“疏林草地類”。并根據地形和植被特征，再劃分出暖性灌草叢和低平地草甸類，共劃分為3個草地類。

表2中列出了頻度大于0.1的物種。可以看出不同草地類的優勢植物有明顯的差異。疏林草地中，糙隱子草、冷蒿、冰草的頻度分別達0.81，0.41和0.40，而這些植物在另兩類草地中的頻度卻很低。而低平地草甸中的拂子茅、堿茅(Puccinelliadistans)，暖性灌草叢中的白蓮蒿(Artemisiasacrorum)、白羊草(Bothriochloaischcemum)也出現了類似的特征。這種植被特征也是劃分不同類型的主要依據。狗尾草(Setariaviridis)、稗草(Echinochloacrusgali)、藎草(Arthraxonhispidus)等一年生禾草和豬毛菜(Salsolacollina)、黃花蒿(Artemisiaannua)、鬼針草(Bidensbipinnata)等一年生雜類草的頻度也較高。但由于一、二年生植物多為群落演替的先鋒植物，或是受短期水熱因素的影響較大，所以本次的草地類型判定中未考慮一、二年生草本。

表2 植物的生活型、生態型及其在不同草地類中的頻度Table 2 Plant lifestyle, ecotypes and their frequency in different grassland classes

續表2

3類草地中，疏林草地類的物種最為豐富，包含植物117種，暖性灌草叢和低平地草甸類相對較少，分別為82與70種。科屬組成上，疏林草地以禾本科為主，占該類草地總物種數的22.2%，低平地草甸類以菊科為主，占該類草地總物種數的28.6%，暖性灌草叢中菊科和禾本科數目基本相當。因此，各類草地的優勢科均以禾本科、菊科、豆科和薔薇科為主(表3)。

表3 3類草地中物種的科屬組成Table 3 Family compositions of species in three grassland classes

從生活型組成看，各類草地都有明顯的喬灌草結構，且均以多年生和一、二年生草本為主。相對而言，暖性灌草叢中的多年生草本較多，占到該類草地總物種數的59.8%，其余兩類草地相對較少，分別占53.8%，52.9%。3類草地相比，低平地草甸中的一、二年生草本最多占38.6%，其次為疏林草地占29.1%，暖性灌草叢最少占25.6%(圖2)。

從水分生態型來看，疏林草地與暖性灌草叢較相似，旱生植物均占到70%以上，濕生和水生植物僅占10%左右。3個草地類中，低平地草甸的旱生植物最少占58.6%，而濕生和水生植物最多，兩者共占24.3%，約為另兩類草地的2.3倍(圖2)。這進一步說明，低平地草甸類草地對土壤水分有很強的依賴性，屬于非地帶性草地類。

圖2 3類草地植物的生活型(上)及生態型(下)組成Fig.2 Plant lifestyle(top)and ecotype(bottom)compositions in three grassland classes

《草場資源調查技術規程》中規定，以單一優勢度或累計優勢度60%以上的植物種名來命名草地型[22]。通過優勢度計算得知，25個樣地中未出現單一優勢度達60%的植物，均以2～4個物種的累計優勢度才能達到，共優種特征明顯。并且每個樣地中都出現喬木或灌木，無法忽略不計。因此，根據喬灌木的存在特征及草本層優勢度情況，將25個樣地劃分為8個草地型(表4)。其中，疏林草地類2個，暖性灌草叢類3個，低平地草甸類3個，且8個草地型均有喬木或灌木，明顯區別于溫性草原類。

2.3 草地資源分布現狀

不同草地類型在各縣的分布情況存在較大的差異(表5)。彰武縣以疏林草地類為主，占草地總面積的65.1%，其次為低平地草甸類占29.9%，暖性灌草叢類最少僅占2.7%。康平縣以低平地草甸類居多，占草地總面積的52.6%，其次為疏林草地類占30.4%，最少為暖性灌草叢類占11.5%。昌圖縣以暖性灌草叢類為主，占草地總面積的54.5%，低平地草甸類次之，占34.9%，疏林草地類最少，僅占5.1%。法庫縣未出現疏林草地類，低平地草甸和暖性灌草叢類分別占草地總面積的50.6%與43.4%。

表4 樣地物種及草地型劃分Table 4 Species and grassland division in plots

表5 不同草地類型在各縣草地中所占的比例Table 5 The proportions of different grassland classes in each grassland county/%

3類草地的分布有明顯的區域性(圖3)。疏林草地類主要分布于與科爾沁沙地接壤的彰武縣北部、康平縣西北部，地形多為沙丘漫崗，土壤為風沙土，糙隱子草、冰草、冷蒿等蒙古區系植物占優勢。暖性灌草叢類多分布于昌圖縣東南部，屬于大黑山脈向西南延伸的低山丘陵部分，彰武縣東部、康平縣西部和法庫縣北部也有少量分布，植被中有白羊草、白蓮蒿等暖性植物。低平地草甸類屬于非地帶性草地，多分布于一些低洼地、河灘地及沖擊平原上，土壤鹽堿化程度高，如柳河、遼河灘地，以及彰武縣南部、康平縣中南部、法庫縣中部的沖擊平原，均分布有大量此類草地，以堿茅、拂子茅等濕生植物占優勢。

對各類草地的斑塊數進行統計后發現，該區域草地的分布非常零散。共出現11 250塊草地，面積最大的有7 383.34畝。但面積在50畝以下的斑塊最多，有9 134塊，占總數的81.2%，50～100畝的占10.0%，100畝以上的有993塊，僅占8.8%。因此，遼河平原北部的草地具有面積小、分布零散等特征。

圖3 各縣草地類型的分布Fig.3 Distribution of grassland classes in each county

3 討論與結論

3.1 遼寧省北部草地資源的特征

遼寧省彰武和康平縣的北部與科爾沁沙地接壤。科爾沁沙地植被劃分的四個類型中，疏林草地屬于沙地森林中的一種，是沙區草原的特有景觀，榆樹疏林草地廣泛分布于科爾沁沙地、呼倫貝爾沙地及松嫩沙地中[12-14,23]。另外，80年代出版的《中國植被》中也提出“森林草原”的植被類型，明確指出我國森林草原交錯帶北起內蒙古東北部額爾古納河邊的吉拉林，沿著大興安嶺西麓向西南方向延伸，經河北壩上高原、山西大同盆地、陜西黃土高原，到甘肅渭源一帶結束[20]。80年代初的植被區劃中，本研究區屬于遼西北溫帶半濕潤—半干旱區，是科爾沁沙地南緣沙地小葉楊+小青楊及羊草草甸草原地區中的康北—彰北小區。地帶性植被類型為羊草群落、冰草群落，為沙生草原頂級群落，群落中有榆樹、小葉楊、山里紅等喬木，灌木有西伯利亞杏、差巴嘎蒿(Artemisiahalodendron)、黃柳(Salixgordejevii)等[24]。從地區濕潤度上可知，阜新市、彰武縣、北票市地區的謝良尼諾夫濕潤度指數為1.3，最西北部的建平縣葉柏壽鎮最高1.4[25]。這些數據證明遼河平原北部屬于半濕潤-半干旱區，對應的植被為森林草原。遼西低山丘陵以西河北壩上的森林草原上，100平方公里面積內的森林斑塊為46.1個，總覆蓋率為22.5%，與毗鄰的典型草原和森林區有明顯的區別[26]。本研究區處于科爾沁沙地南延地帶，草地群落呈明顯的喬灌草空間結構，天然林呈斑塊分布，林下植被特征與疏林草地基本一致。為區別于內蒙古地區的溫性草原類，在本研究區的草地類型中，新增“疏林草地”一類。通過本研究結果再次建議將疏林草地類納入我國草地類型分類系統中，并且遼寧省北部沙地的草地生態建設理應考慮保護疏林草地，避免建設大面積的人工林，保證區域生態系統的自然結構。

降水量是影響草地植物分布的重要生態因子。農業部的草地分類中明確指出，溫性草原類的分布范圍對應于降水量為150～500 mm、伊萬諾夫濕潤度為0.3～1.0的地區[9]。應當指出，只考慮水分收入未考慮水分支出的水分平衡概念不能定量說明水分的盈虧，無法如實反映自然界的真實面貌，水熱收支平衡才最終影響植被分布；在同等降水量條件下，地形條件通過改變光照、溫度、水分和土壤養分等生態因子最終影響植被分布[27-29]。這都是在草地類型劃分時需要考慮的因素。研究區內有大黑山、千佛山、平頂山等海拔在1 000 m以內的低山和丘陵，分布著白蓮蒿、白羊草、黃背草(Themedajaponica)等華北植物區系植物，因此將其歸到暖性灌草叢類。河灘地、沖擊平原處草地分布著拂子茅、堿茅等，將其歸類到低平地草甸類，加上上面提到的疏林草地類，共出現3個草地類，有明顯的空間分布特征。

3.2 草地群落現狀及變化趨勢

本次調查中，根據有無喬、灌木和草本層物種優勢度情況，共分出8個草地型，疏林草地類2個、暖性灌草叢類3個、低平地草甸類3個。其中，具喬灌的冰草、冷蒿型在農業部歸類的175個草地型中，其余7個型在我國兩個草地分類系統中均未出現。這些草地型是根據實地的植被特征，結合優勢度情況而命名得出，具獨特群落特征，明顯區別于溫性草原類的任何一個草地型。因此，將這些草地型視為森林草原交界處特有的草地型。

對比分析第一次草地分類結果后發現，20世紀80年代的26個草地型中，旱生類占50.0%，中生類占26.9%，濕生類占19.2%，水生類占3.9%。而現存的草地型中，旱生類占80.0%，與之前相比增加了60%，這可能是冷蒿、糙隱子草等旱生植物的優勢度增加導致；中生類占6.67%，減少了約75%，主要是披堿草(Elymusdahuricus)、野古草(Arundinellaanomala)、荻(Triarrhenasacchariflora)為優勢的中生類的草地型逐漸消失；濕生類占13.33%，減少約31%。由此可見，新增的草地型大多以旱生類為主，草地型向旱生的方向演替，即旱生類草地東移現象十分明顯。氣象資料顯示，該區域近30年的降水量一直處于下降趨勢，總體上5～11月的降水量減少，12至第二年4月有所增加[30-32]，而生長季降水量的變化會對草地群落造成較大影響[33]。因此，遼河平原北部草地型的變化很可能是由于當地天氣干旱化、土壤水分持續降低造成的。本研究區雖為科爾沁沙地南延地帶，但科爾沁沙地主要草地型之一的差巴嘎蒿、禾草型很少出現，雖然少量分布，但并未形成優勢。

3.3 區域草地資源及主要問題

遼寧省北部處于溫帶草原向溫帶落葉闊葉林的過渡帶上，科爾沁沙地南延至該區域東部的彰武、康平、昌圖縣。3縣的北部均分布有較多的疏林草地類，土壤為風沙土，草地沙化嚴重，為保證區域生態系統的自然結構，應盡量避免建設大面積的人工林，適時采取圍封、禁牧、禁開墾等措施[34]。低平地草甸類多分布于土壤水分含量、鹽堿化程度較高的地區，調查發現多數此類草地存在退化嚴重，一、二年生草本植物泛濫的現象，甚至有些區域草本植物的平均高度僅6～8 cm，這與當地牧民過度放牧有很大關系。適度放牧可以有效地保護生物多樣性，維持土壤養分以及提高草地生產力[35]。建議返青期休牧[36]、后期適度放牧，以緩解草地的退化，保護草地生態系統的平衡。暖性灌草叢類中的多年生草本相對較多，未出現明顯的退化現象，原始的自然結構基本得到保留。另外，研究區草地呈零散分布，面積小，草地生境的破碎化十分嚴重。這與人為的破壞有很大的關系，當地有關部門應加強草地資源的管理，盡量避免人為因素造成的破壞。