巴丹吉林沙漠南部湖濱帶天然植被特征研究

劉 璐，武志博，郝思鳴，吳紅星

(1.內(nèi)蒙古師范大學地理科學學院，呼和浩特 010022；2.阿拉善盟航空護林站，內(nèi)蒙古 巴彥浩特750306；3.阿拉善右旗巴丹吉林綜合保障和技術推廣中心，內(nèi)蒙古 巴丹吉林 737300)

巴丹吉林沙漠是我國的第二大沙漠[1～2]，巍峨沙山與眾多湖海盆地交錯分布[3]。該區(qū)是受風力和沙埋作用影響最大的區(qū)域之一。因此，研究天然植被對防風固沙、生態(tài)環(huán)境保護以及相應政策的制定具有重要意義。一直以來，我國學者對巴丹吉林沙漠植被都進行過較多的研究。張翼飛等[4]對其植被現(xiàn)狀進行調(diào)查；王蒙等[5]研究南緣植被物種的多樣性及其與土壤之間的相互影響；劉錚瑤等[6～8]對沙漠邊緣地區(qū)植被特征、植物區(qū)系、資源利用均進行了大量的考察;孫杰利用二元指示種分析與主成分分析的方法對其植物群落進行分類[9]。可以看出，對巴丹吉林沙漠植被的研究大多集中于遠離湖泊生長在沙丘上的植物，而對沙漠中湖區(qū)周邊即湖濱帶陸地生長的植被鮮少進行詳細研究。

湖濱帶是湖泊與陸地之間的過渡帶[10]，連接著水生生態(tài)系統(tǒng)和陸生生態(tài)系統(tǒng)，具有兩者之間共有的特點。湖濱帶對于保護、維系湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康運行起著顯著性作用[11]。已有文獻記載，學者對湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)恢復[12～14]、土壤特征[15～17]、植被分布與特點[18～20]進行研究。對湖濱帶的研究多數(shù)集中在濕潤、半濕潤地區(qū)，對干旱、半干旱地區(qū)研究較少，而對沙漠中湖區(qū)湖濱帶天然植物的研究報道很少。本文以巴丹吉林沙漠南部湖區(qū)湖濱帶為研究對象，對其天然植物進行詳細調(diào)查及特征研究，為該地區(qū)的植被保護和利用以及沙漠地區(qū)的綜合治理提供科學指導，并對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復提供基礎理論支撐。

1 研究區(qū)概況

巴丹吉林沙漠地處阿拉善高平原西部，位于弱水東岸的古日乃湖以東、宗乃山和雅布賴山以西、拐子湖以南、北大山以北的地區(qū)[2]，在自然帶上處于阿拉善荒漠中心，屬典型的大陸性氣候，終年盛行西北風和西風，年平均風速3.0～4.5m/s，由東向西逐漸加強，年大風日數(shù)40～60d。在沙漠的高大沙山之間的丘間低地，分布有許多內(nèi)陸小湖(海子)，共有144個之多,主要集中分布在沙漠的東南部。湖泊(海子)的面積都不大,一般都小于0.2 km2，其中最大的是諾爾圖[21]。巴丹吉林沙漠的地帶性土壤為灰棕漠土和灰漠土，非地帶性土壤以風沙土為主，在湖盆周圍為鹽土及堿化的土壤[3]。

2 研究方法

2.1 樣地設置

2019年6～7月，在巴丹吉林沙漠南部湖泊(海子)集中的地方，隨機選取73個湖泊(海子)湖濱帶樣地，在每個樣地中選擇1個具有代表性的典型植物樣方進行調(diào)查，并根據(jù)實際情況用20m×20m的樣方調(diào)查喬木，10m×10m的樣方用于灌木和半灌木調(diào)查，1m×1m的樣方用于草本植物調(diào)查。對植物種類進行調(diào)查時對株數(shù)、高度、長短軸、生物量、蓋度進行抽樣記錄。同時,對樣地地表形態(tài)、土地沙化程度、土壤質(zhì)地等環(huán)境因子進行記錄。

2.2 植物頻度

植物頻度是描述群落中某種植物數(shù)量特征的指標，反映植物分布的均勻程度。計算公式為：

頻度=某種植物出現(xiàn)的樣方數(shù)/全部樣方數(shù)×100%

2.3 植物豐富度

植物的種類數(shù)即豐富度，反映的是研究區(qū)域內(nèi)植物的多樣性。計算公式為：

豐富度=樣方內(nèi)的物種數(shù)

2.4 相似性系數(shù)

植物生態(tài)學中常用Jaccard相似性系數(shù)測定群落間或區(qū)域間植物種類組成的相似程度。Jaccard相似性系數(shù)計算公式為：Cj=a/(a+b+c)

上式中：a為A、B兩群落中都包含的物種數(shù)量；b為包含于群落B但不包含于群落A的物種數(shù)量；c為包含于群落A但不包含于群落B的物種數(shù)量。

2.5 數(shù)據(jù)處理和分析

根據(jù)相關文獻[22～24]并利用Microsoft Excel Office 2019和OriginPro 8.5對每個樣地植物進行統(tǒng)計分析、圖表繪制。

3 結(jié)果與分析

3.1 植物種類及頻度分析

3.1.1植物種類組成

根據(jù)研究區(qū)天然植物統(tǒng)計結(jié)果(表1)，調(diào)查樣方中共記錄到植物31種，隸屬于9科30屬。其中，蒺藜科植物4屬4種，藜科植物7屬7種，菊科植物6屬7種，禾本科植物7屬7種，豆科植物2屬2種，百合科、報春花科、鳶尾科、毛茛科植物均為1科1屬。可見，巴丹吉林沙漠南部湖濱帶植物組成種類貧乏,結(jié)構(gòu)層次簡單。從植被生活型來看，多年生草本植物占明顯優(yōu)勢，共有18種，一年生草本植物有10種，草本植物共計28種，具有絕對優(yōu)勢；灌木和半灌木各有1種，優(yōu)勢不明顯。雖然灌木和半灌木種類缺乏，但其在群落中是重要的建群種。相比于沙漠中沙丘上生長的荒漠植物，湖濱帶出現(xiàn)特殊的藤本植物，該植物對水分和溫度的要求較高。

表1 研究區(qū)天然植物

3.1.2植物頻度

頻度越高植物的分布范圍就越廣。從研究區(qū)植物出現(xiàn)頻率(圖1)可知，白刺、蘆葦是研究區(qū)內(nèi)出現(xiàn)頻率最高的植物，分別為63.0%和61.6%，表明這兩種植物在研究區(qū)分布的范圍廣且分布較為均勻。其次是甘草和芨芨草，研究區(qū)遍及較多。油蒿、沙米、霧冰藜居于其后。這些植物都是優(yōu)質(zhì)的牧草資源，科學保護和合理利用這些牧草資源，有利于資源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。但各植物出現(xiàn)的頻度具有較大的差異，翼柄霸王、灰條、花花柴、無芒隱子草出現(xiàn)頻率僅為1.4%。

圖1 研究區(qū)植物頻率

3.2 植物豐富度

植物種類越多植物豐富度越高，植被的多樣性越大。海拔高度是影響植被分布格局的重要因素，海拔高度的變化會使降水和溫度發(fā)生相應的變化，從而引起植被分布格局的改變。從研究區(qū)植物豐富度(表2)可看出，隨著海拔高度的上升植物種類數(shù)量波動較大，在海拔1150～1160m時物種數(shù)最多，表明在此海拔區(qū)間內(nèi)植被的多樣性最高。當海拔大于1260m時，植物豐富度隨海拔高度的增加呈顯著的減小趨勢，植被多樣性減小。

表2 研究區(qū)植物豐富度

3.3 植物區(qū)系地理成分

在很大程度上，植物區(qū)系分布代表了植被種類的分布格局。從植物區(qū)系地理成分(表3)來看，研究區(qū)植物雖然種類較少，但區(qū)系地理成分多樣，可分為7種類型，主要由亞洲中部分布種組成，占總種數(shù)的35.6%，而其中又以戈壁-蒙古種占優(yōu)勢。其次是古地中海分布種，占總種數(shù)的22.6%。東古北級分布種和泛北極分布種次之，分別占總種數(shù)的16.1%和9.7%。世界分布種、華北分布種和泛溫帶分布種最少，僅占總種數(shù)的6.5%、6.4%和3.2%。

表3 研究區(qū)天然植物區(qū)系成分

3.4 群落相似性

圖2為1～73個樣地對應的相似性系數(shù)，是每個樣地與其他72個樣地比較得出的相似性系數(shù)平均值。經(jīng)分析Jaccard相似性系數(shù)平均為0.21，其中樣地5、33、39、49、51、52、54、58、66平均相似性系數(shù)相對較高(在0.3左右)，而樣地5是所有樣地中平均相似性系數(shù)最高的，達到0.33。樣地1、4、10、20、37、41、55、64平均相似性系數(shù)相對較低，均在0.15以下。

圖2 研究區(qū)植物群落間Jaccard平均相似性

4 討論

研究區(qū)調(diào)查到的植物以菊科、藜科、禾本科為主，這與阿拉善沙漠植物物種組成和巴丹吉林沙漠植物物種組成調(diào)查結(jié)果[9]相一致，表現(xiàn)出荒漠植被的分布特征。沙漠環(huán)境條件決定植被類型簡單，因研究區(qū)地處巴丹吉林沙漠的南部腹地，氣候干旱，且在湖濱帶地區(qū)湖泊多為咸水湖，所以周邊植被以旱生、耐鹽堿植物為主，這是植被與環(huán)境相互適應的重要體現(xiàn)。草本植物在研究區(qū)為常見的類型，在研究區(qū)具有不可替代的作用，且在生長過程中由于嚴酷的環(huán)境條件限制，木本植物逐漸消亡，草本植物和雜草類植物逐漸入侵，數(shù)量較多。湖濱帶出現(xiàn)的藤本植物對于環(huán)境條件要求較高，只有嚴格達到條件才能夠生長，在研究區(qū)中出現(xiàn)較少。

白刺是分布范圍最廣的灌木，是荒漠和鹽堿地重要的建群種；蘆葦是分布范圍最廣的草本植物，除在森林中不生長外，只要在有水源的空曠地帶都能夠快速繁殖生長。白刺和蘆葦均可適應干旱區(qū)湖濱帶環(huán)境，分布最為廣泛，頻率最高，且都具有較高的生態(tài)價值、藥用價值、飼用價值。頻率較低的植物，可能與適應研究區(qū)環(huán)境的能力較差有關。

海拔梯度會影響水熱條件狀態(tài)。在研究區(qū)湖濱帶海拔1150～1160m時物種數(shù)最多，這是由于此海拔區(qū)間研究區(qū)植物所需要的光照、水分、溫度等環(huán)境條件較為適中，適合多種植物生長。在不同海拔梯度上，會有相同的植物豐富度，而在海拔相近的地方也會有相差較大的植物豐富度，這可能與人類活動的干擾及土壤的理化性質(zhì)有關。隨著海拔的逐漸升高，溫度隨之下降，在較高的海拔梯度上植物豐富度下降，這可能與溫度的下降有關。

植物區(qū)系分布與環(huán)境的關系密不可分，只有能夠較強的適應干旱條件的分布種才能在該調(diào)查區(qū)生存。巴丹吉林沙漠湖濱帶植物區(qū)系地理成分復雜多樣,植物以亞洲中部分布種和古地中海分布種為主，但多數(shù)反應出溫帶氣候特點。泛北極分布種分布中心在北溫帶，東古北極分布種分布在溫帶亞洲，泛溫帶分布種在南北半球的溫帶分布，這些分布種是溫帶大陸性質(zhì)的集中體現(xiàn)。

從群落相似性系數(shù)來看，Jaccard相似性系數(shù)平均為0.21，說明研究區(qū)植物群落之間總體上差異性較大，這是由于湖濱帶具有水生和陸生生態(tài)系統(tǒng)共有的特點，而植物與環(huán)境相適應就會出現(xiàn)差異性較大的現(xiàn)象。平均相似性系數(shù)相對較高的樣地，是因為樣地中都包含芨芨草、甘草、蘆葦3種植物；平均相似性系數(shù)最高的5號樣地，群落中不僅有芨芨草、蘆葦、甘草，還有白刺，均為樣地中出現(xiàn)頻率相對高的植物，既有旱生植物也有濕生植物；平均相似性系數(shù)相對較低的樣地，與其他樣地的植物組成差異性較大，植物種類豐富。

5 結(jié)論

5.1巴丹吉林沙漠南部湖區(qū)湖濱帶植物組成種類較少，共調(diào)查到植物31種，隸屬于9科30屬，其中草本植物28種，灌木、半灌木各1種，藤本植物1種，白刺、蘆葦、芨芨草、甘草出現(xiàn)頻率最高。

5.2研究區(qū)植物豐富度隨海拔高度增加呈波動變化趨勢；植物種類雖貧乏，但植物地理區(qū)系成分多樣，可分為7大類；群落相似性系數(shù)平均為0.21。