西北半干旱區不同治理措施下的植被恢復對比分析

王海星，張克斌，邊 振，盧曉杰，王黎黎

（水土保持與荒漠化防治教育部重點實驗室，北京林業大學水土保持學院，北京 100083）

近年來，隨著人口數量的增長和經濟快速發展，高強度人類活動及其導致的全球氣候變化已深刻地改變了荒漠生態系統的結構及其生物學過程，降低了荒漠生態系統的穩定性及其整體生態服務功能水平，這突出表現在：荒漠區植被退化，生物多樣性銳減；地表風蝕過程加強，風沙災害日趨嚴重，荒漠化土地面積呈現快速擴展態勢?；哪鷳B系統的退化已嚴重制約了荒漠地區社會經濟的持續發展，使這類地區成為我國經濟，社會發展落后和生態環境最脆弱的區域。尋求有效維護，改善和恢復荒漠生態系統的結構，功能及其穩定性的技術途徑和管理模式，對于遏制荒漠化的發展，保護和維持生物多樣性，確保我國北方的生態安全，實現我國全面建設小康社會的戰略目標，具有重要的科學意義和現實意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

西北干旱半干旱地區包括新疆全境，青海，甘肅，寧夏的大部分和陜西西北部。鹽池縣位于寧夏回族自治區東部、毛烏素沙漠的南緣，屬于陜、甘、寧、蒙四?。▍^）交界地帶，坐標為北緯37°04′～38°10′，東經106°30′～107°41′。全縣南北長110 km，東西寬66 km，轄區總面積8 661.3 km2，是寧夏面積最大的縣，占全區總面積的16.7%。鹽池縣內地勢南高北低，海拔高度在1 295～1 951 m之間，南部為黃土丘陵區，中部為鄂爾多斯緩坡丘陵區。該縣屬于典型中溫帶大陸性氣候，年均氣溫為8.1℃，極端最高溫為34.9℃，極端最低溫為－24.2℃，年均無霜期為165 d；年降水僅250～350 mm，從南向北，從東南向西北遞減。鹽池縣因干旱少雨，風大沙多，蒸發強烈，日照充足，決定了該縣的自然景觀為溫帶草原和荒漠草原。地形主要為剝蝕的準平原地形，土壤類型以灰鈣土為主，其次是黑壚土和風沙土，此外還有黃土，少量的鹽土、白漿土等。

在研究區內，選取了鹽池縣的溝沿和上灘村的退耕還林區（自2001年國家退耕還林工程的實施以及自2002年11月1日全縣范圍內禁牧等荒漠化治理措施的實行的退耕還林）、溝沿的撂荒地和柳楊堡的人工封育區3種不同的治理措施進行植被調查。進一步分析以及在人工封育區中：1991年封育的老封育區、2003年封育的新封育區和一直半封育的對照區的3種封育措施之間的對比。

1.2 研究方法

1.2.1 野外調查方法 布設樣線結合《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，按照典型性、代表性和科學性的設置原則。采用GPS對固定樣地進行定位，并于2005～2009年每年7月份進行了外業調查，調查內容是：植物種類、數量、蓋度、高度、生物量（鮮重）等。調查方法采用樣方法和樣線法，樣線內每隔50 m取一個樣方（或根據實際情況來定樣方）。樣方的大小取1 m×1 m。

1.2.2 內業數據整理及計算公式（1）植被重要值計算[1]。根據調查的當地的生境特征在重要值的計算中加入相對生物量，內業整理計算出相對多度、相對高度、相對蓋度、相對頻度和相對生物量[2]，并通過5個因素計算出重要值，重要值公式如下：

（2）群落結構特征指標的測度[6-11]。采用EXCEL構建年度調查植物種/樣方二維數據庫；運用多元統計軟件計算軟件等對種群格局指數、群落結構等指標進行計算。群落組成結構的測定可以通過以下3個方面指標來進行。

式中SP為Simpson指數，Pi為重要值比例。

Shannon-Wiener多樣性指數：

其中：Pi＝Ni/N

式中SW為Shannon-Wiener多樣性指數，N為一定區域植物重要值總和；Ni樣方中第i種植物的重要值，Pi為重要值比例，S為樣帶的植物物種數。

式中E為均勻度指數，SW為Shannon-Wiener多樣性指數，S為樣帶的植物物種數。

2 結果與分析

2.1 退耕還林區植被群落結構

鹽池縣自2002年11月1日全縣實行退耕還林以來，植被退化得到有效控制。從表1可看出，2005～2009年，群落生態優勢度指數呈波動的趨勢。2005年群落的生態優勢度、多樣性指數和均勻度指數較高，主要受年降水量及降水滯后效應的影響。其他年份的植被恢復的情況穩定。

表1 退耕地2005～2009年植被群落結構

2.2 撂荒地植被群落結構

從表2可看出，2007年的生態優勢度指數和多樣性指數都是最高的，分別為：19.722、3.226。2006年和2008年的各項指數下降幅度最大，降幅為13.404。是5 a來最低的一年。分析2006年和2008年撂荒地群落生態優勢度指數和多樣性指數均較低的主要原因：自撂荒以來未再耕作，使植被得到有效恢復。隨著撂荒時間的延長，部分農田雜草優勢逐漸突顯，如刺沙蓬等，占據了大量的資源空間，尤其在植物生長季節和降水較為豐富的年份，使多年生草本植物生長受到抑制，導致群落總體優勢度水平降低。

表2 撂荒地2005～2009年植被群落結構

2.3 人工封育區植被群落結構

以2005～2009年為例，計算并分析每年的老封育區、新封育區和對照區的群落結構特征指標（見表3、表4）。從表中可以看出，不同年限封育的植被群落特征存在較大差異。多樣性指數SW受生態優勢度指數和均勻度指數雙重影響，綜合反映了區域植被群落特征、群落物種多樣性。從人工封育措施群落多樣性指數SW計量結果來看，老封育區的年平均多樣性指數SW是所有樣地類型中最高的，為2.553，其次是新封育區和對照區，分別為2.265和1.910。同SW指數一樣，老封育區年平均生態優勢度指數SP仍然是所有樣地類型中最高的。新封育區的年平均群落均勻度指數是最大的，為0.780，而之后是老封育區和對照區，分別是0.730、0.719。

表3 老封育區2005～2009年植被群落結構

表4 新封育區2005～2009年植被群落結構

表5 對照區2005～2009年植被群落結構

2.4 對比與分析

（1）不同保護措施下植被群落恢復結構特征。從圖1可見，人工封育區和退耕還林地植被群落生態優勢度、多樣性指數及群落均勻度指數在2006年、2008年和2009年均高于較撂荒地，表明這人工封育和退耕還林是行之有效的[12]，2005年撂荒地的各項指數均大于人工封育區，是因為鹽池縣的封育區是1991年封育的老封育區、2003年封育的新封育區，老封育區隨著封育年限的增加，植被種類先增加后又呈下降趨勢，而新封育區僅2 a，所以2005年封育區的植被的各項指數都較低。2007年撂荒地的各項指數均大于退耕還林，是因為2007年降雨量是最多，作為撂荒地，以一年生和多年生草本植物居多，這些種群受生長期降水量影響較大，因此2007年撂荒地的各項指數較高。

圖1 不同保護措施下植被群落恢復與結構特征值

（2）人工封育不同年份植被恢復特征。2003年封育的人工封育草地封育2～3 a之間，為新封育區，群落各項指標均較高，到2007年，封育區群落生態優勢度、群落均勻度等指標均達到最大值，成為老封育區，此后呈現下降趨勢，而封育4～5 a后各項群落結構指標出現不同程度的下降，表明封育對植被恢復并不是呈簡單的線性關系。老封育區則主要是隨封育時間的延長（1991年底封育），黑沙蒿逐漸發展壯大，占據了大量的資源空間，限制了其它物種的生長，甚至從封育區消失，從而導致老封育區群落均勻性指數較低。人工封育草地在完全封育無人為干擾的情況下群落均勻度指數較小，表明長期完全人工封育對區域植被恢復并不一定能起到較好的效果。

3 結論

在3種不同保護措施與植被恢復中情況不同，撂荒地群落各項指標均是最低，表明撂荒地的植被恢復效果不及人工封育和退耕還林。經過多年的治理，各種措施下的植被狀況有了一定的恢復，人工封育和退耕還林措施的效果較好，適合當地的實際情況。但從固沙角度講，隨著封育時間的延長，土壤表面形成結皮并逐漸變厚，使固沙效果明顯得到加強[12]，國內外對干旱區草場長期動態監測的結果同樣表明，長期封育并不能提高草場的植被覆蓋度及生物量[13-18]。故該地區封育周期以2～3 a為宜，以2～3 a為封育周期進行輪牧或刈割，這樣一方面可以使結皮松動，有利于有限的降水被植物充分利用；另一方面可抑制優勢種的擴展，使伴生種、特化種獲得生存空間，從而增加物種多樣性和植物特征值，使生產力得到提升。

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