沙地不同治理模式對其植物物種多樣性的影響

崔琳,王力剛,張玉柱，畢廣有,曹志偉，畢宇

(黑龍江省森林與環境科學研究院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

沙漠化是中國面臨最為嚴重的生態環境問題之一，會引起沙地風蝕、耕地毀種、草原沙漠化、生產力下降、侵脅村鎮，阻塞交通，淤積水利設施，給生產生活都帶來了嚴重災難[1]。植被恢復是遏制沙漠化發展的最有效措施，而植被恢復模式是植被恢復成敗的關鍵[2]。嫩江沙地是科爾沁沙地的重要組成部分，主要分布在杜爾伯特蒙古自治縣、泰來等9個市縣，沙地面積80.628萬hm2，是黑龍江省西部生態環境建設的重點之一[3]。目前嫩江沙地經過治理取得了很大的成效，從前的流動沙地經過多年的植被恢復治理已經逐漸固定，各種植被恢復模式也發揮了其應有的作用。本文以嫩江沙地不同植被恢復模式下植物群落為研究對象，調查研究流動沙地經人工治理后的植物物種多樣性變化的情況和規律，旨在揭示治理模式對植被恢復的影響，以期為嫩江沙地的治理和開發利用、植被的恢復重建提供科學依據。

1 研究區域概況

1.1 自然概況

杜爾伯特蒙古族自治縣位于黑龍江省西部，是黑龍江省西部重點沙區縣，地理坐標為123°45′00″—124°42′28″ E，45°53′00″—47°08′40″ N。地貌的基本特征為起伏的沙崗地、湖泡沼澤地、鹽堿低平地、江河灘地。溫帶大陸性季風氣候，春季多風少雨，夏季炎熱，降雨集中，秋季早霜，冬季漫長，嚴寒少雪。年平均氣溫3.6～4.4 ℃，年平均日照時數2 780.9 h，無霜期151 d，多年平均降水量411.6 mm，降水年內分配不均，年均蒸發量為1 774.4 mm。土壤主要有風沙土、黑鈣土、鹽堿土、沼澤土等，其中風沙土面積最大，占60.5%[4]。

1.2 植被概況

研究地區在人工植被建立以前，除了固山貝子草原外的三個研究地點均為尚在活動的沙丘和半固定沙丘，土體極為松散，有少許植物根系和棕色植物殘體，而草原也因為過度放牧重度退化。針對上述問題，1993年開展了嫩江沙地綜合治理開發模式區的建立及其效益的研究，對沙丘及草原現有林草植被進行不同模式治理，包含封育，在固沙區栽植樟子松容器苗，丘間低地引種落葉松(Larixgmelinii)、云杉(Piceakoraiensis)、沙棘(Hippophaerhamnoides)，以及播種優良固沙植物胡枝子(Lespedezabicolor)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、小葉錦雞兒(Caraganamicrophylla)、花棒(Hedysarumscoparium)。

人工植被建立初期試驗栽植的樹種有20種之多，但由于很多樹種不能適應該地區環境，到目前只有少數幾種灌木保存了下來，如花棒、小葉錦雞兒等。隨著固沙年限的延長，固定沙地局部小環境的改善和植被區生物結皮的形成為草本植物的入侵提供了有利的條件，伴隨植物入侵，使原有流動沙地演變成了一個復雜的人工-天然荒漠植被復合體。

2 研究方法

2.1 樣地調查

采用樣方調查的方法，在研究區域內選取7種沙地植被恢復模式植物群落類型〔⒈樟子松固沙林治理，⒉小葉錦雞兒(播種)+樟子松固沙林治理，⒊封育治理，⒋花棒(播種)+封育治理，⒌天然草場封育，⒍天然草場封育+樟子松固沙林治理，⒎小葉錦雞兒(播種)治理〕，對每種沙地植物群落類型分別設置了3個樣地，在每個樣地隨機設置4個樣方(草本樣方為1 m×1 m，灌木樣方為4 m×4 m)測定植物群落的植物種類、數量、高度、蓋度。

2.2 數據分析

對采集標本進行鑒定，應用SPSS版本統計軟件對數據進行處理分析。

本研究釆用Margalef物種豐富度指數、Shannon-Wiener多樣性指數和Simpson優勢度指數、Pielou均勻度指數來描述樣地的多樣性[5,6]。

Margalef豐富度指數：R=(S-1)/lnN

式中S為物種數目，N為所有物種的個體數之和。

Shannon-Wiener指數：H=-∑PilnPi

Simpson多樣性指數：D=1-∑Pi2

式中Pi為物種i的相對重要值。Pi=pi/P，Pi為第i個物種的相對重要值，pi為物種i的重要值，P為全部物種重要值之和。

式中:Pi為物種i的相對重要值，S為物種數目。

3 結果與分析

3.1 杜蒙沙地植物區系科屬組成

植物科、屬、種的統計是了解某一地區，或者是某一時期，某一分類群，某類植被植物區系組成的基礎[7]。研究區域在人工植被建立之前，由于風沙活動強烈，植物在流動的沙面難以存活，覆蓋度僅為1%～2%。人工植被建立以后，積累的大量塵土，加上分解的枯枝落葉，增加了沙地的肥力，促使大量的草本植物侵入到人工植被區中，豐富了植物種類。

在7種沙地治理模式植物群落中，共出現26種植物，其生活型主要包括1年生草本、2年及多年生草本、灌木三種類型。物種分別屬于11科，其中禾本科 7 種、豆科 3種、百合科 3 種、菊科 3種、蘿藦科 2種、莎草科 2種、藜科2種、玄參科 1 種、馬齒莧科1種、蒺藜科1種、旋花科1種，物種組成有限。植物種組成中，草本占88.46%(其中1年生草本26.92%，2年及多年生草本 61.54%)，灌木占11.54%。統計生活型可知草本是該研究區域的主要生活型。

對科屬進行分析，含2種及2種以上的科有禾本科、豆科、百合科、菊科、蘿藦科、莎草科、藜科，占總科數的63.63%，占總種數的84.61%。單種科有玄參科、馬齒莧科、蒺藜科、旋花科，占總科數的36.36%，占總種數的15.38%。單屬科和多屬科占總科數的比例相差不大，但在總種數上比例相差巨大，說明沙地植物組成中以多科屬植物為主。禾本科是研究區域分布最廣的科，含有7種，占總種數的26.92%，是沙生植物群落建群植物和先鋒植物。

3.2 不同沙地治理模式植物的種類組成

杜蒙沙地在不同治理方式下，經過近20年的演變，從前的流動沙地均向固定沙地轉變，隨著人工植被固沙年限的增長，其他適合在固定沙地上生長的植物逐步入侵，植物的種類越來越豐富。

表1 沙地治理模式下植物群落組成

注：At：樟子松固沙林治理；At(Sh)：小葉錦雞兒(播種)+樟子松固沙林治理；Ex：封育治理；Ex(Sh)：花棒(播種)+封育治理；Eg：天然草場封育治理；Eg(At)：天然草場封育+樟子松固沙林治理；Osh：小葉錦雞兒(播種)治理。下同

從表1可以看出，采取小葉錦雞兒(播種)+樟子松固沙林治理比單純營建樟子松固沙林植物種類豐富；花棒(播種)+封育治理也比單純封育治理的植物種類豐富；相同封育條件下，樟子松固沙林的營建并未給草原的植物種類帶來太大的影響；而單純播種小葉錦雞兒并且未能進行封育，導致植物種類單一，僅有播種的小葉錦雞兒大面積存活，但已經開始衰退，樹下可見天然下種更新，500～600株·m-2，此外零星分布少量蒺藜。

3.3 不同治理模式下沙地植物的主要科屬變化

不同治理模式下沙地植物的主要科屬組成如表2所示。

表2 不同治理模式下沙地植物科屬組成

研究表明：除了小葉錦雞兒(播種)治理模式下植物種類僅有2科2種外，其他模式沙地內的植物群落的科屬都保持在5科以上，其中以花棒(播種)+封育治理模式下植物群落的植物種類最為豐富，達到了8科9種。

治理模式不同，植物群落的種類也有所變化。其中，菊科和百合科植物在不同治理模式下相差不大，維持在1～2種，表現對各種恢復模式自然環境條件均能適應。柳穿魚僅在小葉錦雞兒(播種)+樟子松固沙林治理模式下出現，表明這種模式下改良的自然環境已經適于多年生植物的生長。其他科屬植物在不同群落中差異較大，如馬齒莧科、蒺藜科、旋花科均只出現在一種恢復模式的沙地上，可作為一種區別其他模式的指示性植物。

3.4 不同治理模式下沙地植物的多樣性分析

表3表明了不同治理模式下沙地植物群落類型的Margalef指數、Shannon-Wiener指數、Simpson指數及Pielou均勻度指數變化規律。小葉錦雞兒(播種)治理模式下植物群落的Margalef指數(R=0.171 6)，Shannon-Wiener指數(H=0.356 0)，Pielou均勻度指數(J=0.405 8)，Simpson指數(D=0.202 9)，表明該治理方式下群落的物種多樣性水平最低；小葉錦雞兒(播種)+樟子松固沙林治理模式下植物群落的Margalef指數R=1.750 4，Shannon-Wiener指數H=2.199 7，Pielou均勻度指數J=0.934 1，Simpson指數D=0.883 0，表明該狀態下群落的物種多樣性水平最高。

表3 不同治理模式下沙地植物多樣性指數(均值±標準差)

注：同列數據后有不同字母者為差異顯著(P<0.05)

和未播種灌木的樣地相比，小葉錦雞兒(播種)+樟子松固沙林治理模式和花棒(播種)+封育治理模式下沙地的物種多樣性指數均較高。這表明：通過在沙地播種灌木的人為活動，流動沙丘在被逐漸固定，隨時間推移，人工固沙灌木林生態系統特征發生系列演變，植物種類與數量發生明顯變化。天然草場和天然草場+人工林模式下，物種多樣性指數、豐富度指數及均勻度指數并未表現出變化一致的規律。

4 結論

杜蒙縣一心鄉沙地不同治理模式下共有26種植物出現，隸屬于11科，其中禾本科7種，占總種數的26.92%，是沙生植物群落建群植物和先鋒植物。植物種組成中，草本占88.46%，為該研究區域的主要生活型。

不同治理模式下植物種類與數量發生明顯變化，人工治理措施實施后，沙地群落的優勢種主要為小葉錦雞兒和花棒等人工建植的灌木種，表現出良好的生長狀態且處于優勢地位，且植物種類也較未播種灌木治理模式豐富，人工林+播種灌木治理模式和封育+播種灌木治理模式下植物群落的植物種類最為豐富，豐富度達到10種和9種；播種單一灌木未封育最低，豐富度僅為2種。

灌木播種對沙地植物群落的豐富度、多樣性和均勻度指數均有影響，不同治理模式下群落物種組成與多樣性特征總的趨勢為：人工林+播種灌木模式>封育+播種灌木模式>人工林模式、天然草場、封育模式>天然草場+人工林模式>單一灌木未封育模式。

總之，在不同沙地治理模式固定流動沙丘過程中，采取人工固沙林+播種灌木模式和封育+播種灌木模式均可以迅速穩定流沙，促進多年生植物的侵入，進一步提高植物物種豐富度；對于天然草場，人工林的栽植并沒有提高物種豐富度，可以選擇對草場進行適度輪牧，增大群落蓋度。