拉薩空港新區風積沙地植被系統群落演替的研究

李春林 臧小龍 范小妮 曹志泉

青島冠中生態股份有限公司 山東 青島 266100

前言

雅江中游地區該區域主要植被類型為高山灌叢和高山草原,由于高、寒、旱的特點,生態系統極為脆弱,在自然和人為因素影響下極易發生退化,且恢復難度大[1]。在人類活動日益加劇的背景下,該區域草場、高山灌叢、濕地的退化、風沙化、生物多樣性減少等生態環境問題日益突出。風沙危害使可利用的土地面積不斷縮小,侵蝕破壞其他生態系統,因此對沙化地區進行植被恢復至關重要,而能否形成穩定的植物群落是植被恢復成敗的關鍵。

風積沙地具有貧瘠、保水性能差、蒸發量大、冬季低溫和夏季高溫的特點,加上風沙的掩埋,植物很難存活。本研究首先提供能適應風積沙地極端條件的固沙培植基質,采用合理的養護管理手段提高固沙植物成活率及生長速度,快速建立起植被系統。本文重點探討通過團粒噴播技術建立起的植被系統的群落演替的規律,了解群落演替的過程和植物多樣性的變化,為大面積推廣雅魯藏布江中游風積沙地植被恢復和植物固沙技術提供一定的指導。

1 試驗區概況和研究方法

1.1 試驗區概況 植被恢復試驗區位于拉薩空港新區,雅江北岸的風積沙地,沙層2m以上,原生植被白草、固沙草、毛瓣棘豆、沙蒿和砂生槐等零星分布,且分布不均,植被單一,抵抗力差[2]。

1.2 植被系統建立方法

1.2.1 植物的篩選 選擇鄉土植物和抗旱、抗寒的植物在溫室模擬現場條件進行篩選,其中喬、灌、草類植物每類選擇5—10種。記錄各種植物的發芽率、生長速度、根系狀況等指標,對各類植物的抗旱、抗寒性能進行分析評價,最終篩選出可用于風積沙地植被恢復的植物種類。

1.2.2 固沙培植基質的制備 本研究篩選出具有高蓄水性、高保水保肥性的高次團粒土壤基質配比,并進行土壤基質層噴播。噴播的土壤基質層覆蓋在沙層上,不僅可以避免沙源裸露,還因其具有較強的結構穩定性,可以有效的抵抗抗風蝕和雨蝕,為植物的生長提供長久穩定的附著。噴播時間為2017年5月份,將篩選出的植物種類的種子按一定比例混入噴播基質中,噴制在試驗區表面。

1.3 群落演替的研究方法 在試驗區設置3個1m*1m的樣方,通過樣方調查的方法,對試驗區內的植物進行持續的跟蹤觀測,記錄樣方內植物種類及數量的變化,以觀測植物群落的演替過程,并通過辛普森植物多樣性指數,判斷植物群落的穩定性[3-4]。

其中,Pi為物種i的比例,%,即Pi=Ni/N,其中Ni為樣方中第i種物種的個體數,N 為全部種的個體總數,S 為樣方面積群落中植物種數。群落中種數越多,各種個體分配越均勻,指數越接近于1,指示群落多樣性越好。

2 結果與分析

2.1 植被恢復第1生長年 植被恢復第一生長年,樣方中的植物種類是目標植物沙棘、檸條、花棒、砂生槐、沙蒿、高原早熟禾和紫花苜蓿,樣方中并未出現侵入種。

2.2 植被恢復1年后 第一生長年結束后,于2018年8月份對各樣方的植物進行調查統計,見表2.1。目的植物沙棘、檸條、花棒、砂生槐、沙蒿、高原早熟禾和紫花苜蓿表現較好且能夠越冬；樣方內有3種原生植物侵入且長勢較好：毛瓣棘豆、白草和菊葉香藜。三個樣方辛普森多樣性指數平均為0.826,最高為0.855。

表2.1 2018年8月樣方植物調查表

白草 1 68.5 2 76.4菊葉香藜 5 15.1 2 14.9

2.3 植被恢復2年后 2019年8月份繼續對上述設置樣方中的植物進行調查,調查結果見表2.2。目的植物中沙棘因極端低溫和干旱的原因未能越冬,其余6種目的植物數量也有所減少；與2018年調查結果相比；本年度新增了木本植物醉魚草,草本植物油菜、藜麥、波斯菊、蒺藜、固沙草和大籽蒿共計7種原生植物。本階段試驗區三個樣方辛普森多樣性指數平均為0.840,最高為0.887。

植被恢復第二年后,試驗區的侵入種類明顯增多,大多為周邊原生植物。研究表明,由于局部環境及土壤立地條件的改善,為周邊原生植物的侵入提供了條件[5]。

表2.2 2019年8月樣方植物調查表

2.4 植被恢復3年后 從表2.1-2.3數據可以看出,2019-2020年進行人工植被恢復的植物種類檸條、花棒、砂生槐、沙蒿數量不再變化,高度逐漸增加。紫花苜蓿、早熟禾數量逐漸減少,表明人工種植的草本植物已逐步退化。相對于前兩年又增加了蜀葵、地毯草和蕎麥等3種原生植物,植物種類已經從最初的7種逐步增加至21種,高度增加也比較明顯。本階段的三個樣方辛普森多樣性指數平均為0.871,最高為0.898。

表2.3 2020年8月樣方植物調查表

菊葉香藜 8 25.9 39 23.4 26 20.0醉魚草 1 105.7油菜 19 37.6 14 64.7藜麥 27 6.2 5 3.7 2 7.1波斯菊 5 12.4 1 37.1蒺藜 8 2.2 13 3.2固沙草 3 98.6 2 91.7大籽蒿 8 50.6 3 45.1苦豆子 5 3.8 35 5.6牛膝菊 2 19.6 4 30蕎麥 7 5.2

2.5 植被恢復區域植被群落演替變化規律 試驗區中的植被經過三個生長年的演替,群落結構相對于剛進行植被恢復時發生明顯變化,在部分區域白草、固沙草和菊葉香藜、大籽蒿為優勢種類,原噴播的植物種類已經逐漸被原生植物取代,地毯草、蜀葵、波斯菊和藜麥等植物在坡面也分布較多。研究結果表明,植被恢復之后的三年,植物通過種內或種間競爭,去劣存優,優勢物種定居并繁殖后代,物種通過競爭,平衡地進入協調進化,植物群落有比較固定的物種組成和數量比例,結構更加完善[6]。

3 結論

人工植被系統,經過三年的演替已經形成了灌木-草本復合的植物群落,植物種類多達21種,其中,原生植物白草、固沙草、菊葉香藜、大籽蒿和蒺藜長勢較好,已形成優勢種。木本植物的數量也趨于穩定,高度逐年增加,試驗區植物多樣性指數逐年提高,現已達到0.898。實驗結果表明,通過團粒噴播技術可以在高寒高海波地區建立起穩定的植被系統。