渾善達克沙地飛播區植物多樣性的變化——以內蒙古正藍旗為例

田海晨， 劉果厚

(內蒙古農業大學 生態環境學院， 內蒙古 呼和浩特 010019)

渾善達克沙地飛播區植物多樣性的變化——以內蒙古正藍旗為例

田海晨， 劉果厚

(內蒙古農業大學 生態環境學院， 內蒙古 呼和浩特 010019)

摘要：[目的] 對內蒙古境內渾善達克沙地植被恢復過程中植物群落的物種組成以及多樣性的變化規律進行分析，為該地區的植被恢復提供理論依據和科學指導。[方法] 采用樣帶法對植物群落進行調查。[結果] (1) 沙地植被恢復5年后群落內共有33種植物，分屬于10科27屬； (2) 隨著恢復年限的延長，物種豐富度指數、物種多樣性指數、物種均勻度指數和群落蓋度均逐漸增大，而生態優勢度指數則逐漸減小。植物群落物種由6種(未治理)增加到21種(治理5 a)，物種多樣性指數由1.20增加至2.77，物種均勻度指數由0.67升高至0.91，群落蓋度從2.06%增加到75.58%，生態優勢度指數由0.57減少至0.32。[結論] 渾善達克沙地飛播區植被得到明顯恢復，沙地恢復到一定階段后群落趨于穩定，風沙化得到一定程度的遏制。

關鍵詞：渾善達克沙地； 飛播； 物種多樣性； 植被恢復

渾善達克沙地是我國北方典型的生態脆弱區和生態屏障區，歷史上記載這里是優良的天然牧場，長期散牧[1]。近些年，由于牲畜數量成倍增加，人類活動頻繁，全球變暖等因素，該區生態系統退化[2-3]，沙漠化擴張[4-6]，這不僅影響該區的生態、經濟和社會可持續發展，更影響到京津地區的環境質量[7]。因此，迅速恢復該地區已退化生態系統是我國生態建設中的重要任務。植被恢復是生態環境治理的重要措施之一，其中物種多樣性是恢復生態系統的核心指標[8-9]。近年來，專家學者[10-14]對于渾善達克沙地治理方面的研究較多，沙漠化趨勢得到整體扭轉[15]，但對沙地飛播區不同植物群落方面的研究鮮見報道。本研究通過對沙地不同恢復年限的植物群落進行調查，分析沙地植被恢復過程中植物群落組成及物種多樣性的變化特征，為該地區的植被恢復提供理論依據和科學指導。

1研究區概況

研究區位于內蒙古自治區正藍旗境內渾善達克沙地腹地的飛播區，地理坐標115°43′29″—116°22′15″E，42°25′19″—43°07′46″N，海拔1 100～1 400 m。屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為1.5 ℃，無霜期104 d，年平均風速4.3～5.2 m/s。年平均降水量為378 mm，主要集中在7—9月份，占全年降雨量的80%～90%。土壤類型以風沙土、沙質栗鈣土為主。該區地貌類型多為流動沙丘、半固定沙丘和固定沙丘，沙丘形狀大部分為壟狀、鏈狀，少部分為新月狀，由西北向東南方向展布。流動沙丘上的主要植物為沙蓬(Agriophyllumsquarrosum)等；半固定沙丘上的主要植物為塔落巖黃芪(Hedysaruwmfruticcsumvar.laeve)、狗尾草(Setariaviridis)和蟲實屬(Corispermum)等；固定沙丘上的植物為沙打旺(Astragalusadsurgens)、羊草(Leymuschinensis)、花苜蓿(Melilotoidesruthenica)、大針茅(Stipagrandis)和礫苔草(Carexstenophylloides)等多年生草本植物及大籽蒿(Artemisiasieversiana)、止血馬唐(Digitariaischaemum)、狗尾草、豬毛菜(Salsolacollina)和砂藍刺頭(Echinopsgmelini)等一、二年生草本植物。

2研究方法

2.1　樣地的選擇

自2008年，正藍旗林業局組織對境內部分流動沙丘進行植被恢復，選用飛播造林方式。根據國標的要求，飛播前先建植沙障，選用耐干旱、耐沙埋且生長速度快的黃柳做材料，隨后的不同年份采用同樣的方法進行植被恢復。本試驗共選取5塊樣地，分別為飛播年限5 a(2008年)、4 a(2009年)、2 a(2011年)、1 a(2012年)的樣地及未飛播的流動沙地(CK)作為參照樣地。飛播的物種為塔落巖黃芪(Hedysaruwmlaeve)、沙地榆(Ulmuspumilavar.sabulosa)、褐沙蒿(Artemisiaintramongolica)、沙打旺(Astragalusadsurgens)，混播比例為5∶2∶2∶1。沙地每個年份的播種量均為350 kg/m2，飛播期為每年5月末至6月中旬。

2.2　群落調查

2013年8月上旬，采用樣帶法進行植物群落調查。在每個樣地內選擇典型群落設置3條樣帶，樣帶長度為100 m。在每條樣帶上每隔20 m設置一個10 m×10 m的樣方，調查灌木層；再在每個10 m×10 m樣方的4個對角線及中點上分別設置1 m×1 m的樣方，調查草本層。共設450個樣方。目測各層的總蓋度，詳細記錄每個樣方內的植物種類、自然高度、多度、分蓋度、頻度、生活型和立枯物。同時利用GPS，記錄每條樣帶的航跡及各樣方的經緯度坐標和海拔高度。

2.3　計算方法

2.3.1物種重要值(Ⅳ)

Ⅳ=(相對蓋度+相對密度+相對頻度)/3

相對密度=(單個植物種密度/所有植物總密度)×100%

相對蓋度=(單個植物種的蓋度/所有植物總蓋度)×100%

相對頻度=(某種植物的頻度/所有植物頻度之和)×100%

2.3.2α多樣性目前，α多樣性的測定方法有多種，常用的有物種豐富度Margalef指數(R)、生態優勢度Simpson指數(D)、物種多樣性Shannon—Wiener指數(H)和物種均勻度Pielou指數(E)[16-17]，具體計算公式為：

E=-∑PilnPi/lnS(i=1，2，…，S)

式中：S——樣地植物種數；N——總體個數；Pi=ni/N，ni——第i個種的個數。

3結果與分析

3.1　群落組成及物種重要值

3.1.1群落物種組成結構依據樣方調查結果(表1)，所有樣方中共出現33種植物，隸屬于10科，27屬。CK的植物群落物種組成相對簡單，共3科6屬6種，均為當地耐干旱、耐沙埋的沙生先鋒植物，可為其它物種的種子或繁殖體的入侵提供庇護作用。恢復年限為1 a的植物群落為5科7屬7種，與CK的植物群落相比，植物種數在數量上增加不甚明顯。恢復2 a的植物群落為5科13屬15種。恢復4 a的植物群落為7科18屬20種。恢復5 a的植物群落為7科18屬21種。從整體上看，在植被恢復5 a內，各群落的科、屬和種數均比對照樣地有所增加，且隨著沙地植被恢復年限的延長，植物種類不斷增加。

CK的植物群落種類組成主要以藜科的物種為主。隨著群落的發展，植物群落物種組成數量不斷增多，但不同的科中植物種增加的速率不同，使植物群落組成結構發生變化。群落總的發展趨勢是藜科植物在流動沙丘占優勢地位，其它科所占的比例很小，群落物種組成簡單，穩定性差。隨著沙丘固定及恢復年限的增長，群落結構發生了很大的變化，藜科植物的重要值逐漸減小，由CK的78.9%降為5 a的6.53%，而其它科豆科、菊科、禾本科等植物的重要值逐漸增加，群落組成結構逐漸變得復雜。

表1　樣地群落組成

3.1.2群落物種重要值重要值是一種綜合性數量指標，反映了物種在群落中所起的作用及所占地位的重要程度。不同群落中物種重要值的變化(表2)。由表2可知，CK上重要值占前3位的植物種為沙蓬、狗尾草和華蟲實(Corispermumstauntonii)，其重要值分別為61.32%，11.02%，10.68%。恢復1 a的群落與CK的相比，混播種塔落巖黃芪、沙地榆以及褐沙蒿成功的發芽、生長，它們均為當地的鄉土植物種。群落中物種重要值占前3位的為沙蓬、沙地榆和塔落巖黃芪，其重要值分別為41%，20.29%，13.48%。恢復2 a的群落物種重要值在前3位的為塔落巖黃芪、華蟲實和狗尾草，其重要值分別為22.08%，21.17%，13.40%。恢復4 a的群落物種重要值在前3位的為塔落巖黃芪、繩蟲實和止血馬唐，其重要值分別為37.19%，21.20%，15.12%。恢復5 a的群落物種重要值在前3位的為沙打旺、塔落巖黃芪和大籽蒿，其重要值分別為26.28%，17.28%，12.50%。總體來看，沙地植物種不僅隨著恢復年限的增加而增加，而且群落中物種的重要值也發生了規律性變化。沙地治理之前，沙蓬作為先鋒植物迅速占據了植物群落的主要地位，成為流動沙丘地的主要優勢種。隨著恢復年限的延長及流沙的固定，物種豐富，沙蓬等一年生先鋒植物陸續退化；狗尾草和蟲實屬等一年生植物開始增加，并逐漸占優勢地位，成為恢復2 a的群落和4 a的群落中的主要優勢種；同時伴隨生境條件的改善，多年生植物開始入侵，恢復5 a后大籽蒿和羊草等多年生植物成為群落中的主要優勢種。

3.2　α多樣性指數

物種多樣性作為植物群落的重要特征之一，反映群落系統內部及其與周圍環境關系的變化[18]。根據野外調查數據，對不同群落物種多樣性指數、物種均勻度指數、生態優勢度指數等幾個指標進行了計算。由圖1可知，在植被恢復5 a內，Shannon—Wiener指數和Pielou指數的變化趨勢相似，呈上升趨勢。Shannon—Wiener指數變化幅度較大，由CK的1.20上升至5 a的2.77；Pielou指數增加幅度不大，由0.67升高至0.91。而Simpson指數隨著恢復年限的增長呈下降趨勢，由CK的0.57減少至5 a的0.32。由圖1中曲線還可以看出，群落物種多樣性并不是無限制的呈增加趨勢，由4~5 a間群落物種多樣性增幅減小，逐漸向穩定方向發展。

圖1　沙地植被恢復過程中α多樣性指數的變化

3.3　群落蓋度

群落蓋度是植被恢復的一個重要參數指標，也是指示生態系統變化的重要指標。由不同恢復年限的群落總蓋度測定結果可知，在植被恢復5 a內，群落蓋度隨著恢復年限的增加而呈線性顯著增加(R2=0.985 3)。CK的群落蓋度為2.06%，恢復1，2，4，5 a的群落蓋度分別為3.81%，20.18%，53.11%，75.58%。恢復1 a的群落蓋度約為CK的2倍，這與人工飛播有關。

表2　沙地植被恢復過程中物種重要值的變化　%

4結果討論

研究區土地資源豐富，有大量的荒山、荒地。近年來，植樹造林取得了不少成績，但是綠化速度還不夠快，特別是山勢較陡的地方，無法進行人工造林。實踐證明，飛機播種造林是大面積綠化荒山最有經濟、有效的治理措施，具有推廣價值意義。飛播造林是一種新型、快速、高效、優質的科學造林方法，是植被恢復與重建的重要手段[19]。特別是在高山、遠山人工造林無法開展的地區，有獨特的不可替代的作用。

渾善達克沙地面積大、人工造林治沙比較困難，適宜飛播造林。沙地類型復雜、氣候多變、立地條件不同，每個植物種對環境條件有特殊的要求，因此，正確的選擇固沙植物種是飛播治沙的關鍵。許多研究者[20]認為，用于流動沙地飛播的植物種除了具有抗旱、風蝕、耐沙埋、發芽快、生長迅速、繁殖能力強的特點以外，還應具有種子易于覆沙、經濟價值高和固沙能力強等生物學特性。研究者[21]前幾年通過渾善達克沙地飛播治沙試驗及沙地自然植物種的分布已證明，最適宜渾善達克沙地飛播成功的植物種為：褐沙蒿、塔落巖黃芪、沙打旺、沙地榆等。

植物群落的發展是由簡單到復雜的過程。物種組成、物種多樣性和群落蓋度作為植物群落特征的重要指標，其變化是植被恢復過程的重要標志。本研究結果表明，在一定時間內，植物群落的物種多樣性指數呈現增加的變化趨勢，這一結果與劉美珍等[10]和張繼義等[22]的研究結果基本一致。而植被恢復符合自然演變規律，隨著恢復年限的延長，物種多樣性并不是無限制地增加，群落最終會達到一個穩定狀態。在本研究中，植被恢復5 a后的群落趨于穩定(圖1)。

流動沙丘是植被退化的極端狀況，其生境條件比較惡劣，不利于植物繁殖體的傳播和定居[23]。流動沙丘上主要有一些喜沙的一年生先鋒植物，物種間競爭較小。喜沙的先鋒植物在雨季來臨時能夠快速萌發、定居，但其生命周期短，枯死的植株可以阻止沙丘表面的沙粒流動[24]。因此，沙地先鋒植物對流動沙丘的穩固起關鍵作用，同時對飛播物種起到保護作用，為其他植物的定居創造了穩定的土壤環境。隨著時間的延長，更多物種侵入到群落，群落蓋度提高，生境條件發生改變，而耐沙埋的飛播物種(如褐沙蒿)不適應改變后的沙地環境逐漸退出群落；多年生草本逐漸取代一年生草本，占優勢地位，群落組成結構趨于復雜化和多樣化，沙地逐步穩定。

5結 論

(1) 植物群落物種組成結果表明，渾善達克沙地植被恢復5 a后，群落內共出現33種植物，分屬于10科27屬，其中，藜科植物在流動沙丘中占優勢地位，是植被恢復的起點。隨著恢復年限的延長，植物群落種類發生明顯的變化，植物群落物種組成由6種(未治理)增加到21種(治理5 a)；物種多樣性指數由1.20增加至2.77；物種均勻度指數由0.67升高至0.91；生態優勢度指數由0.57減少至0.32。群落物種多樣性總體呈上升趨勢。據此說明渾善達克沙地飛播后的植被得到明顯恢復，植物群落物種組成結構逐漸復雜化和多樣化，群落趨于穩定。

(2) 通過對不同飛播年限的群落蓋度分析結果表明，在沙地飛播后的植物群落蓋度明顯高于對照地的群落蓋度，并且群落蓋度隨著植被恢復年限增加而增加，由2.06%(未治理)增加至75.58%(治理5 a)，沙地逐步穩定，說明飛播對沙地退化植被具有明顯的恢復和改善作用。

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Changes of Plant Diversity After Aerial Seeding in Hunshandake Sandy Land A Case Study in Zhenglan Banner of Inner Mongolia

TIAN Haichen, LIU Guohou

(CollegeofEcologyandEnvironment,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot,InnerMongolia010019,China)

Abstract：[Objective] To understand the variation of species composition and species diversity of plant community in Hunshandake sandy land with different recovery ages in the process of vegetation restoration， and to provide theoretical basis and scientific guidance for the vegetation restoration in the area. [Methods] Plant community was investigated by transect sampling method. [Results] (1) There were 33 species of 10 genera in 27 families after five years restoration; (2) Species richness, diversity, evenness and community coverage increased gradually with the increase of vegetation recovery period, while the ecological dominance index reduced yearly. After five years recovery, the species number increased from 6 to 21; The species diversity increased from 1.20 to 2.77; Species evenness raised from 0.67 to 0.91; Community coverage was improved obviously(from 2.06% to 75.58%); Ecological dominance index degraded from 0.57 to 0.32. [Conclusion] Vegetation recovered obviously, plant community tended to be stable after the sandy restored to a certain stage, and the wind drifted desertification in Hunshandake sandy land was repressed to some extent.

Keywords:Hunshandake sand; aerial seeding; species diversity; vegetation restoration

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)02-0269-05

中圖分類號：S718.5

通信作者：劉果厚(1956—)，男(漢族)，內蒙古自治區呼和浩特市人，教授，博士生導師，主要從事植物多樣性保護與利用方面的研究。E-mail:guohouliu@163.com。

收稿日期：2014-03-21修回日期：2014-03-28
資助項目：內蒙古自治區科技創新引導獎勵資金項目“渾善達克沙地植被恢復與風沙環境綜合治理關鍵技術集成示范”(20121607)
第一作者：田海晨(1987—)，女(漢族)，內蒙古自治區呼倫貝爾市人，碩士研究生，研究方向為植物多樣性保護與利用。E-mail:tianhaichen123@126.com。