阿拉善左旗公益林植被群落動態監測研究

馬扎雅泰,趙晨光，李慧瑛,劉俊良

(內蒙古阿拉善盟林業治沙研究所，內蒙古 阿拉善 750306)

公益林作為生態環境建設的重要組成部分，其主要功能是維護和改善生態環境、保持生態平衡、保護生物多樣性[1]。為了準確適時地掌握公益林資源的數量、質量、空間分布及其利用狀況，更加有效地指導相關部門加強公益林的建設與保護，對公益林進行觀測和評價等工作是十分必要的[2]。國內學者溫偉慶利用地理信息系統技術平臺，建立了生態公益林監測評價指標體系， 將生態公益林建設監測評價結果分4個等級，對評價監測結果應用GIS進行可視驗證[3]。馮俐麗等針對河南省生態公益林現狀，通過樣地設置、野外調查技術及數據處理進行了分析探討，為公益林的研究提供基礎資料[4]。朱洪坤等提出了改變傳統監測模式，利用3S技術對傳統林業監測手段實行革新[5]。對重點生態公益林監測地理信息系統的主要功能、標準、規范及組織管理等進行了研究。

阿拉善共有國家級公益林213 849.19 hm2，其中阿拉善左旗76 536.6 hm2，占全盟的35.79%。阿拉善左旗以灌叢地和灌木林地為主，分別占73.15%、26.85%。隨著社會經濟加速發展，以及人口的不斷增加，阿拉善左旗生態環境壓力日益突出，如何科學合理地對公益林生態效益進行監測與評價，保護和建設生態公益林，已經成為關系到阿拉善左旗生態安全的客觀需要。

1 研究區概況

研究區位于內蒙古自治區阿拉善盟阿拉善左旗。項目區系荒漠干旱地區，日照時間長，光能資源豐富。年平均氣溫為7.5 ℃左右，最冷月為1月，平均最低氣溫-11.6 ℃，最熱月為7月，平均最高氣溫達34 ℃。年均降水量110～130 mm。年均相對濕度在40%～42%之間，年均蒸發量2 943 mm，蒸發量約為降水量的24倍，蒸發主要集中在春夏季的4—8月，占全年蒸發量的70%。年平均風速2.9～3.2 ms-1，極端最大年平均風速小于20 ms-1。極端平均最大風速出現的時間與多風季節基本一致，一般在3—5月，風向多為西北風或西風，其次是東南風。阿拉善左旗植被稀疏，植物種類少，群落結構簡單，生物量低。植被覆蓋度1%～20%，以旱生、超旱生的棉刺、沙冬青、梭梭和白刺灌叢和灌木林為主形成荒漠特有的植被景觀。主要集中分布于中部吉蘭泰高原，南北散落分布。

2 研究方法

2.1 樣地設置

設置固定樣地，按照小班布設20 m×100 m樣地38個，每個樣地劃分為20 m× 20 m樣方5個。按優勢種劃分為：梭梭(Haloxylonammodendron)12個，沙冬青(Ammopiptanthusmongolicus)9個，白刺(Nitrariatangutorum)6個，棉刺(Potaniniamongolica)5個，霸王(Zygophyllumxanthoxylum)2個，沙拐棗(Elaeagnusangustifolia)、蒙古扁桃(Prunusmongolica)、花棒(Hedysarumscoparium)和檸條(Caraganakorshinskii)各1個。

2.2 監測指標

采用測高器、圍尺、皮卷尺、測繩等常規測量工具分別測定各林分的樹高、胸徑、冠幅和郁閉度等因子調查統計各類公益林面積、蓋度、蓄積、生物量、生長量等。

3 結果與分析

3.1 典型植物群落的數量特征變化

與2010年相比，2013年阿拉善左旗國家級各樹種公益林高度、地徑、蓋度和生物量均有增加(圖1)。

由圖1可知，高度除了白刺和霸王外，均呈增加趨勢，尤其是梭梭增加最大，為25.42 cm，檸條、沙拐棗、蒙古扁桃、花棒增加范圍在7～10 cm，沙冬青和綿刺變化不大，僅分別增加2.96 cm和1.28 cm，均值無顯著性差異；地徑除了霸王外，其余各樹種均呈增加趨勢，原因是調查前一些地徑較大的植株枯死，這與霸王的高度減少基本一致。地徑生長較快的也是梭梭和蒙古扁桃，分別增加0.74 cm和0.72 cm，檸條增加0.51 cm，花棒、沙拐棗和沙冬青增加在0.1～0.2 cm之間，白刺和綿刺不足0.1 cm；蓋度方面，霸王和花棒均呈減少趨勢，尤其是花棒的蓋度減小最大，為1.96%，個體數由調查前的31株減少為目前的24株，其余各樹種均呈增加趨勢，其中：白刺增加最大，為5.84%，沙冬青和檸條次之，分別為3.55%和2.12%，蒙古扁桃增加1.22%，綿刺和沙拐棗增加不足1%；生物量方面，綿刺和沙拐棗生物量相對較小，呈減少趨勢，但減少最多的是霸王，減少了8.15 gm-2，其余各種均呈增加趨勢，其中：檸條生物量增加最為迅速，為43.79 gm-2。另外，梭梭和沙冬青生物量的增加也相對較大，分別為11.97 gm-2和14.31 gm-2，蒙古扁桃為8.29 gm-2，白刺和花棒相對較低，分別為1.79 gm-2和3.35 gm-2。

3.2 公益林生物多樣性變化

3.2.1 豐富度指數 阿拉善左旗物種豐富度指數隨緯度變化見圖2(a)所示。由圖可見：Gleason指數全距為0.334～1.502，隨緯度的升高呈波狀逐漸減少的趨勢， Margalef指數范圍0～1.871，其變化趨勢與Gleason指數變化趨勢趨同。馬斌等人(2008)對阿拉善左旗的研究表明：隨緯度的增加，草本植物豐富度存在下降趨勢，但灌木豐富度則出現上升趨勢。但是在38～39.2 N 之間的荒漠化草原區域，出現一個灌木和草本物種多樣性都很低的異常區域。本研究結果與上述情況較為一致，低值異常區域仍然存在。同時與額濟納旗的研究結果相比較，這種緯度地帶性規律更加明顯，這與水分和熱量的梯度分布密切關聯[6]。

阿拉善左旗物種豐富度指數隨經度變化見圖2(b)。由圖可見：Gleason指數和Margalef指數變化趨同，均隨經度的增加，由西向東呈減少趨勢。馬斌等人(2008)對阿拉善左旗的研究表明：草本植物的豐富度隨經度增加，由西向東呈增長趨勢，而灌木的豐富度則有降低的趨勢。本研究結果雖然未對灌木和草本進行區分處理，但與上述情況較為一致。同時與額濟納旗的研究結果相比較，這種經度地帶性規律也較明顯[6]。

(a) (b)

圖2阿拉善左旗植物豐富度指數隨緯度(a)和經度(b)變化情況

3.2.2 多樣性指數 阿拉善左旗國家級公益林優勢種為梭梭、白刺、霸王、沙冬青、蒙古扁桃、棉刺、紅砂等。根據Sato Y,Kumagat T等人的計算方法[7]，按重要值將其群落劃分為7個類型并計算多樣性指數(表1)。阿拉善左旗不同類型植物群落的物種多樣性指數較低，且存在較大差異。Shannon-Weiner多樣性指數(H′)在0.067 3～0.482 2之間變化，以梭梭群落最高(0.482 2)，白刺(0.453 2)、棉刺(0.403 9)、沙冬青(0.425 4)、紅砂(0.231 9)、霸王(0.126 3)等群落較高，蒙古扁桃(0.067 3)群落最低。

表1 阿拉善左旗不同群落類型的多樣性指數

注：數據為多個樣地的平均值

由于物種多樣性水平低的蒙古扁桃、霸王群落出現的物種數少，優勢物種對群落多樣性指標貢獻率相對較大，優勢度較高，分別為0.999 9和0.999 5。由表1可見，阿拉善左旗群落物種的Simpson指數(D)在0.712 7～0.999 9之間變化，由大到小的順序依次是：蒙古扁桃>霸王>紅砂>棉刺>沙冬青>白刺>梭梭。與其他不同自然地理計算得到的群落多樣性指數相比，阿拉善左旗植物群落Shannon-Weiner多樣性指數(H′)在0.067～0.482之間變化。說明，本區的群落物種多樣性也存在類似的特征。

3.2.3 均勻度指數 均勻度指數反映了群落物種分布的均勻程度。物種組成越單一的群落，優勢物種呈片狀分布，均勻度越低。根據Shannon-Weiner多樣性指數(H′)計算的不同類型群落Pielou均勻度指數(J′)如表2所示。

表2 阿拉善左旗不同群落類型的Pielou均勻度指數

注：數據為多個樣地的平均值

整體來看，阿拉善左旗不同類型植物群落的Pielou均勻度指數(J′)較低，且存在較大差異，其值在0.048 5～0.468 3之間變化，以梭梭群落最高(0.468 3)，白刺(0.307 1)、棉刺(0.250 9)、沙冬青(0.246 9)、紅砂(0.122 2)、霸王(0.072 0)等群落較高，蒙古扁桃群落最低(0.048 5)。與其他不同自然地理計算得到的群落的多樣性指數相比，阿拉善左旗植物群落Pielou均勻度指數(J′)在0.048 5～0.468 3之間變化，說明本區的群落物種均勻度也存在類似的特征。

4 結論與討論

隨林齡增加阿拉善左旗國家級公益林典型植物群落高度、地徑、蓋度和生物量均有增加。除了白刺和霸王外，高度均表現為增加趨勢，梭梭增加最大，檸條、沙拐棗、蒙古扁桃、花棒增加范圍在7～10 cm，沙冬青和綿刺僅分別增加2.96 cm和1.28 cm。地徑除了霸王外，其余各樹種均呈增加趨勢，增長較快的是梭梭和蒙古扁桃，檸條次之，花棒、沙拐棗和沙冬青增加在0.1～0.2 cm之間，白刺和綿刺不足0.1 cm。蓋度方面，霸王和花棒均呈減少趨勢，尤其是花棒的蓋度減小最大，其余各樹種均呈增加趨勢，白刺增加5.84%，沙冬青和檸條次之，分別為3.55%和2.12%，蒙古扁桃增加1.22%，綿刺和沙拐棗增加不足1%。生物量方面，霸王、綿刺和沙拐棗生物量呈減少趨勢，其中霸王減少8.15 gm-2，檸條生物量增加最為迅速，為43.79 gm-2，梭梭和沙冬青分別增加11.94 gm-2和14.31 gm-2，蒙古扁桃為8.29 gm-2，白刺和花棒相對較低，分別為1.79 gm-2和3.35 gm-2。

阿拉善左旗物種豐富度Gleason指數在0.334～1.502之間變化， Margalef指數在0～1.871之間變化； Shannon-Weiner多樣性指數在0.067 3～0.482 2之間變化，由大到小的順序依次是：梭梭(0.482 2)>白刺(0.453 2)>棉刺(0.403 9)>沙冬青(0.425 4)>紅砂(0.231 9)>霸王(0.126 3)>蒙古扁桃(0.067 3)；Simpson優勢度指數(D)在0.712 7～0.999 9之間變化，由大到小的順序依次是：蒙古扁桃>霸王>紅砂>棉刺>沙冬青>白刺>梭梭。Pielou均勻度指數在0.048 5～0.468 3之間變化，以梭梭群落最高(0.468 3)，白刺(0.307 1)、棉刺(0.250 9)、沙冬青(0.246 9)、紅砂(0.122 2)、霸王(0.072 0)等群落較高，蒙古扁桃群落最低(0.048 5)。