國內外草本植物在沙化草地生境應用的研究進展

王 睿，朱 玲，2，胡振國，魏 宜，龍 菊

(1.沈陽建筑大學 建筑與規劃學院 ，遼寧 沈陽 110168 ；2.天津大學 建筑學院，天津 300392)

1 引言

沙化草地生境是由于受自然氣候和人為破壞性活動的影響，導致天然草地植被發生不同沙化程度退化的土地，具有土壤條件貧瘠、生物多樣性低、植被穩定性差、產業匱乏滯后等特征。最新沙化草地生境監測結果顯示，截至2014年底，全國沙化土地面積172.12萬km2，占國土面積的17.93%[1]。這些沙化草地生境喪失大部分生態系統服務功能，若不加以治理會逐漸變成沙漠[2]。恢復和提升天然草地的群落多樣性，是穩定草地生產力和生態系統韌性的必要路徑[3]。Sabino提出在流動沙丘被固定和管理的前提下，恢復原始植被是沙丘恢復過程中的一個顯著目標。2003年在美國召開的以“生態恢復、設計與景觀生態學”為主題的第15屆國際恢復生態學大會強調指出了生態恢復的目標，即“生態恢復應與其他建筑設計要求一樣，是人類有意識改變景觀的決定，必須考慮人類的需求、生態原則及美學原則”[4]。一直以來，沙化草地的植被生態恢復研究受到全球生態學家的關注。為此，通過對國內外已經開展的沙化草地生境中草本植物應用相關內容進行歸類總結和分析評述，提出對未來研究趨勢的思考與建議，旨在為該領域的相關科研人員提供參考，推進未來沙化草地生境的生態修復研究工作。

2 國外草本植物在沙化草地生境應用的相關研究

沙化草地生境的丘間低地生長著很多稀有植物種和原生植物群落，能夠對抗沙丘移動、沙埋、干旱、高溫、基質養分匱乏[5]。Ernst W H O等研究了荷蘭北部濕潤海岸沙丘上植被和土壤的發育情況，典型的濕沙草褲先鋒物種莎草科植物群落經過刈割后，與拂子茅共同建立并貢獻了85%以上的地上生物量[6]。Desmet提出，沙丘中一年生草本植物會消耗掉養分，并迅速分解后被風吹走，可能會對營養缺乏的生態系統產生負面影響[7]。Groot A P 研究發現在荷蘭海岸典型的沙丘流沙區植物群落建植成功地點的特征都是當地定期排放石灰質地下水，水源較豐富的區域[8]。Adema Erwin B提出在植物幼苗建立初期，在土壤基質表面采用藻類微生物墊層覆蓋物有助于植被建立初期幼苗的萌發和生長[9]。Grootjans Ab P通過切割沙丘草坡植被的方式，促進沙丘多種瀕危紅名單草本植物的生長[10]。Williamson提出在沙丘的灌木和某些背風處、巖石裂縫、洼地和其他提供防風和鎖住水分的微生境很可能成為干旱、受風驅動的植物種子生長的有利場所。這樣的地點需要在被干擾地區的景觀美化過程中創建[11]。Antje Burke提出在納米比亞南部沿海沙丘環境中，有必要開展探索和測試草原植被恢復的新方法，如種植原生多漿植物和大戟屬草本植物[12]。Vazquez G發現淹水過程中形成的藻類地被促進了一些莎草科植物的萌發和建立，對于減少脅迫和維持足夠的條件來維持種子發芽過程非常重要[13]。Sykes, Martin T研究發現新西蘭南島海岸的西南部保留著以腎葉打碗花為優勢種的原生沙丘植被斑塊[14]。杭燁研究發現南非的高山硬葉灌木群落幾乎都是在自由排水的砂土上生長的。

3 我國草本植物在沙化草地生境應用的相關研究

3.1 草本植物在沙化草地的生長適應性

我國針對沙化草地生境中草本植物的生長適應性研究相比國外起步較晚。王維明提出物種的選擇是植被重建的基礎[15]。朱學藝研究發現蘆葦既可生長在沼澤中,又可生長在沙丘上[16]。張力在研究北京重點風沙區人工植被恢復中，在人工林下層混播了白頭翁、紫花地丁、柴胡、黃芪等34種草本植物，其中青蒿、紫花地丁、針茅、細葉苦荬菜、委陵菜具有較高的重要值，從草本層生物多樣性指數計算結果看，林外植被是原始群落，所以植物多樣性最大，物種最均勻，群落中優勢植物明顯，形成的植物群落接近自然群落[17]。賀麗等提出引入原生植物群落作為建群種，可促進植物的自然正向演替，加快生態系統恢復速度[18]。要對更多草本植物種類進行沙丘生境的生態適應性試驗，包括常說的濕生植物，也許很多認為不可能在沙化草地環境下生長的中生和濕生植物具有生態適應對策，能夠良好的生長。沙區有兩大鮮明的植物類群:適應風沙流動性的沙生植物類群和適應水澇條件的草甸-沼澤植物類群。前者主要出現在沙丘體上,后者主要出現在丘間低地中[19]。李瑩等研究了川西北沙化草地生境5種原生植物(沙生苔草、賴草、紫花列當、藏茴香、地八角)的生態適應策略的差異性[20]。Yang Y等研究了多種沙化地草本植物生態適應策略，在沙化草地生境中具有良好的生態適應性[21]。科爾沁沙化草地沙丘先驅者西番蓮屬植物可以在貧瘠的土壤和風蝕下生存[22]。左小安在對科爾沁沙化草地恢復11年和12年的流動沙丘植被群落調研過程中，發現地瓜梢、糙隱子草、大戟、柳穿魚、賴草、蘆葦、列當、沙蔥、唐松草、野艾蒿等多年生草本植物生長良好，其中地瓜梢、大戟、蘆葦具有較高的重要值[23]。

3.2 草本植物群落在沙化草地生境的建植

目前，沙化草地生境的草本植物群落構建技術的研究已經在我國逐漸開展。劉之清在內蒙古西部沙化草地生態修復研究中，通過樣方實驗建立了 4 個混播草種組合，在分析群落的穩定性的基礎上提出穩定群落組合示范[24]。李慧卿通過野外調查和群落實驗，研究了烏蘭布沙漠地區灌木及草本的多種混合模式[25]。李旻在不同土壤上營建野花草地的試驗，研究了土壤對野花草地生長的影響，為野花草地在我國城市中的推廣應用提供土壤方面的相關信息和參考[26]。蔣亞蓉通過調查統計不同生境樣地的草本植物群落結構和外貌特征，得出石質砂壤土最適合營建野花組合，為石質砂壤土的城市脆弱生境，建植草本植物群落提供依據[27]。陳翔針對錫林郭勒盟的烏拉蓋不同地形條件下的沙化草地生境，運用一年生草本、多年生草本、豆科植物、禾本科植物對沙化區域采用了不同的種植模式。經過3年的演替，草本植物群落由一年生植物占優勢(植被蓋度65%)演替為多年生的豆科植物和禾本科植物占優勢(植被蓋度60%)，群落趨于成熟穩定[28]。草地建植方法，通過在大面積天然退化草地、撂荒地或開墾礦區間隔種植灌木和草本植物，形成灌木帶與草本植物間隔的布局。 灌木的恢復和建立促進了土壤養分的異質性，并支持了草本植物從沙丘底部到頂部的擴散[23]。

3.3 草本植物對沙化草地生境的生態修復效應

我國在草本植物對沙化草地生境的生態修復效應方面具有較為成熟的研究成果。草本植物群落在其組成、結構、生活型和功能群等多層次上的多樣性和復雜性的自我調整，提高整個植被系統的生態水文利用率和有效性[29]。趙文智等指出砂生槐+多花亞菊群落可形成沙化草地植被的頂極群落[30]。左小安應用多樣性指數對科爾沁沙化草地榆樹疏林草地的物種多樣性進行研究認為，灌木層多樣性較低，而草本層物種多樣性較高。在生活型功能群中，一、二年生草本處于優勢地位，多年生草本具有穩定群落的效應。

4 研究評述與展望

4.1 研究評述

國外對沙化草地生境草本植物群落的研究起步較早，在沙化草地生境野生草本植物的引種應用、植物群落設計、群落構建機理、生物多樣性等方面具有較為充分的研究成果；國內對沙化草地生境草本植物群落的相關研究起步較晚，且多以一二年生草本植物、牧草為主，研究更多側重在單株草本植物對土壤、水分等的修復效應，缺少草本植物群落的景觀應用方面的研究。國際上，在草本植物群落研究目標方面更加關注植物群落的景觀功能，在植物的選擇上試驗了更多的多年生草本花卉，提高了植物群落的生物多樣性和可持續性；在草本植物群落研究內容方面則更側重從上而下進行研究，即從宏觀的綜合生態系統服務出發，探究草本植物群落的設計與建植方法。

4.2 未來有待深入的研究方向

4.2.1 關注對野生草本植物的引種與應用研究

野生草本植物種類多樣且對本土地域具有良好的適應能力。調研保存較好的原生生境斑塊群落植被，充分挖掘野生植物資源，對干旱環境和風沙環境下生長健康的植物種類進行引種培育，測定其耐干旱和耐貧瘠脅迫反應和生物學特性，從其形態特征及光合生理生態指標的變化進行評價，以擴充沙化草地生境草本植物資源種子庫。同時，通過研究植物的危害特性和入侵性機制，確定入侵性植物種類和防除措施。外來物種對退化生態系統的適應對策、適應機理、良好適應性的種間差異及對生態修復所采用物種的借鑒意義等研究。

4.2.2 演繹不同模式草本植物群落的組合與配置研究

不同模式的草本植物群落能夠呈現更多生態價值和觀賞價值。植物群落的組合與配置包括植物種植的數量、密度、種類及比例等，影響植物之間的競爭關系，植物的種間競爭關系又可驗證和優化植物群落組配的有效性。通過演繹草本植物群落的組合與配置標準，形成不同模式的草本植物群落，豐富城鄉生態景觀的多樣性與可持續性。而人們對如何在大型景觀設計中聚集這些物種群落的生態學知識較少，很少有人研究在沙化草地中如何通過播種或種植來創建這些群落。因此，草本植物群落組合與配置是在沙化草地生境中建植草本植物群落的重要內容，有待于深入探究。

4.2.3 探究草本植物群落的正向演替機制研究

我國大多數本地種植基本上只是園藝模擬，這是因為在設計過程中沒有注意到再生策略，所以通常不可能成功地管理這樣的種植，在原地重新生成樹冠或允許種子再生。探究群落的正向演替機制有助于在沙化草地脆弱生境中群落建植的穩定，在研究中需要以自然修復和人工干預修復相結合，通過樣方實驗、野外調查等途徑探究群落的正向演替機制。因此，更需要對草本植物進行生態種植組合，探究沙化草地生境中穩定草本植物群落的構建機制。

4.2.4 加強草本植物群落生態服務功能評價研究

在我國沙化草地生境植被生態恢復體系中，與固沙造林相比，構建草本植物群落更加符合沙化草地生境生態恢復的演替規律，在演替初期草本植物覆蓋度顯著增加，為植被進一步向次生草原頂級群落的正向演替創造了生物定居與繁衍的生境。沙化草地生境草本植物群落從植被自然分布規律和生境條件為基礎，選擇具有生態效益和經濟效益的適宜草本植物種類，群落建植需要研究不同植被類型恢復途徑的投入產出比、生態功能比,建立生態服務功能評價體系，進一步評價和篩選優勢植物種類。

4.3 展望

草本植物在沙化草地生境中具有重要的應用潛力。研究通過對國內外草本植物在沙化草地生境應用的文獻進行歸類總結和分析評述，提出對未來我國草本植物在沙化草地生境應用研究的思考與建議，即有待深入的研究方向。既有研究表明，國外對沙化草地生境草本植物群落的研究起步較早，在野生草本植物在沙化草地生境中的引種應用、植物群落設計、群落構建機理、生物多樣性等方面具有較為充分的研究成果；國內對沙化草地生境草本植物群落的相關研究起步較晚，且多以一二年生草本植物、牧草為主，研究更多側重在單株草本植物對土壤、水分等的修復效應，缺少草本植物群落的景觀應用方面的研究。草本植物在沙化草地生境中應用的研究可從:①關注野生草本植物在沙化草地生境中的引種與應用研究;②演繹不同模式的草本植物群落組合與配置研究;③探究草本植物群落的正向演替機制研究;④加強草本植物群落生態服務功能評價研究這4個方面進行深入研究。借鑒國內外草本植物在沙化草地生境應用的研究評述與思考，總結研究進展和研究趨勢，旨在為沙化草地生境的植被生態修復研究提供參考。

未來，我國沙化草地生態修復的目標可從以生態功能為主的植物生態適應性、生物多樣性研究，逐漸轉變成生態功能和景觀功能為主導的目標下植物群落設計與管理、植物群落生態審美評價、群落種間競爭關系等方面的研究。生態草本植物群落構建應強調尊重原生生境條件，通過生態層和美學層形成正向演替的有機群體，讓自然過程發揮作用。同時，通過人工干預，營造具有豐富色彩和動態變化的植物群落。通過生態學、風景園林學、植物學等學科理論的交叉融合，使得沙化草地植被生態修復不只是傳統的綠化與植樹，而是創造滿足于生態需求和審美需求的具有荒野美的可持續植物群落景觀。