劉利紅,劉果厚,趙 麗,桂 榮

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特010019;2.內(nèi)蒙古林業(yè)科學(xué)研究院,內(nèi)蒙古呼和浩特010010;3.內(nèi)蒙古錫林郭勒盟正藍(lán)旗林業(yè)工作站,內(nèi)蒙古錫林郭勒盟正藍(lán)旗027200;4.內(nèi)蒙古錫林郭勒盟正藍(lán)旗草原工作站,內(nèi)蒙古錫林郭勒盟正藍(lán)旗027200)

榆樹疏林草原是溫帶典型草原地帶,適應(yīng)半干旱半濕潤氣候的隱域性沙地頂級植物群落[1-2],分布在渾善達(dá)克沙地上的沙地榆疏林,是防風(fēng)固沙、保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和周邊土地資源的重要的植物群落類型。渾善達(dá)克沙地榆(Ulmus pumila L.var.sabulosa J.H.Guo Y.S.Li et J.H.Li)是當(dāng)?shù)匚┮荒苄纬墒枇值膯棠緲浞N[3],由于環(huán)境的不斷惡化及人為的不斷干擾,使渾善達(dá)克沙地榆的分布范圍逐漸縮小,種群數(shù)量減少,導(dǎo)致更新上的斷層,這對維持渾善達(dá)克沙地榆疏林草原的穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展將產(chǎn)生不利的影響。因此對渾善達(dá)克沙地榆進(jìn)行更新方面的研究具有重要意義。

目前,國內(nèi)對渾善達(dá)克沙地及榆樹疏林草原研究主要包括渾善達(dá)克沙地形成及水分狀況分析[4-5],榆樹疏林草原植被、生態(tài)環(huán)境調(diào)查分析[1,6],人為干擾對渾善達(dá)克沙地榆樹疏林的影響[3,7],榆樹疏林對維持草地生態(tài)區(qū)域生物多樣性意義[8],渾善達(dá)克沙地榆樹疏林生態(tài)系統(tǒng)的空間異質(zhì)性[9],沙地榆生長與水文氣象因子關(guān)系[10],渾善達(dá)克沙地榆根系分布特征及生物量研究[11],沙地榆的遺傳多樣性研究[12],沙地榆樹疏林草地種群空間格局[13-14]。對其更新研究很少,如郭柯[15]等對渾善達(dá)克沙地4種生境中榆樹天然更新幼苗發(fā)育進(jìn)行了比較研究,李鋼鐵[16]等對科爾沁沙地榆樹疏林草原及其封育更新進(jìn)行了研究。對渾善達(dá)克沙地榆更新能力的研究尚未見報道,通過對不同生境下渾善達(dá)克沙地榆幼苗的密度、生長情況、林緣擴(kuò)散距離及渾善達(dá)克沙地榆單株下幼苗分布密度進(jìn)行調(diào)查,分析渾善達(dá)克沙地榆的更新情況,為實(shí)現(xiàn)沙地榆的有效保護(hù)和持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)自然條件和研究方法

1.1 研究區(qū)自然條件

本研究區(qū)位于渾善達(dá)克沙地腹地正藍(lán)旗那日圖蘇木巴音塔拉嘎查(42°52′23″N,115°54′43″E)和上都鎮(zhèn)敖倫毛都嘎查(42°10′44″N,115°40′59″E)該區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫1.5℃,無霜期107 d。年平均降水量365.1 mm,降水分布不均,多集中在6—8月,年均蒸發(fā)量1 907.4 mm,為降水量的5倍。全年平均風(fēng)速4.3 m/s,大風(fēng)日平均為34 d。土壤為風(fēng)沙土。

該區(qū)植物群落中的喬木主要是渾善達(dá)克沙地榆,與之伴生的主要灌木有黃柳(Salix gordejevii)、小紅柳(Salix micrastachya)、小葉錦雞兒(Caragana microphylla)等。草本植物有冰草(Agropyron cristatum)、羊草(Leymuschinensis)、黑蒿(Artemisia palustris)、冷蒿(Artemisia frigida)、狹葉青蒿(Artemisia dacunculus)、糙隱子草(Cleistogenes squarrosa)、寸草苔(Carex duriuscula)、豬毛菜(Salsola collina)、阿爾泰狗娃花(Heteropappus altaicus)、尖頭葉藜(Chenopodium acuminatum)、燭臺蟲實(shí)(Corispermum candelabrum)、灰綠藜(Chenop odium glaucum)等。

1.2 研究方法

1.2.1 生境劃分方法 根據(jù)渾善達(dá)克沙地實(shí)際情況,將試驗(yàn)地生境劃分為固定沙地(植被蓋度＞50%)、半固定沙地(植被蓋度10%～50%)、流動沙丘(植被蓋度＜10%)[17]。

1.2.2 渾善達(dá)克沙地榆種群林下更新調(diào)查 在固定沙地、半固定沙地、流動沙丘選擇渾善達(dá)克沙地榆分布的典型地段,每種生境下分別設(shè)置3個50 m×50 m的樣地,共18塊。調(diào)查樣地內(nèi)所有灌木的數(shù)量,并估測蓋度;并在每塊樣地內(nèi)隨機(jī)選取15個1 m×1 m的小樣方,記錄渾善達(dá)克沙地榆幼苗的數(shù)量、高度、地徑、主根長;隨機(jī)選取3個1 m×1 m的小樣方記錄草本植物的種類,測量其蓋度。

1.2.3 渾善達(dá)克沙地榆林緣繁殖擴(kuò)散調(diào)查 林緣繁殖擴(kuò)散反映渾善達(dá)克沙地榆向林緣外的擴(kuò)散情況[18]。在固定沙地、半固定沙地、流動沙丘按平行渾善達(dá)克沙地榆林緣的方向分別設(shè)置10 m寬的平行樣帶,樣帶距林緣的距離依次為10,20,30 m,依次類推,直至沒有發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散苗為止,記錄每條樣帶內(nèi)渾善達(dá)克沙地榆幼苗的數(shù)量。每種生境設(shè)置4次重復(fù)。

1.2.4 渾善達(dá)克沙地榆單株繁殖擴(kuò)散調(diào)查 單株擴(kuò)散反映單株樹木在散生狀態(tài)下通過有性繁殖(實(shí)生)向周圍環(huán)境擴(kuò)散的能力[18]。在固定沙地、半固定沙地、流動沙丘選半徑 100 m范圍內(nèi)無相同樹種的渾善達(dá)克沙地榆生殖株作為研究對象,記錄其胸徑、樹高、冠幅。以此生殖株為中心,沿東北、西北、西南、東南4個方向劃分4個扇形區(qū)域,在每個扇形區(qū)域內(nèi)設(shè)置10 m寬的樣帶,樣帶距生殖株的距離依次為10,20,30 m,依次類推,直至沒有發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散苗為止,記錄每條樣帶內(nèi)渾善達(dá)克沙地榆幼苗數(shù)量。同種生境下選3～4棵生殖株作為重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 渾善達(dá)克沙地榆林下更新

由表1可以看出,不同生境下沙地榆幼苗的密度是不同的,流動沙丘幼苗的密度30株/m2(巴音塔拉),44株/m2(敖倫毛都)＞半固定沙地幼苗密度23株/m2,24株/m2＞固定沙地幼苗的密度13株/m2,15株/m2。分析其主要原因是流動沙丘、半固定沙地土壤沙化程度高,種子易于穩(wěn)定、萌發(fā),少量灌木、半灌木的存在也可以使一部分沙地榆種子在灌叢下穩(wěn)定下來萌發(fā)形成幼苗;固定沙地土壤固定程度高,不利于形成種子萌發(fā)的穩(wěn)定環(huán)境,種子萌發(fā)成幼苗的數(shù)量相對減少。

幼苗生長情況調(diào)查結(jié)果表明,固定沙地、流動沙丘幼苗生長差,半固定沙地幼苗生長好。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是固定沙地草本生長旺盛,蓋度較大,渾善達(dá)克沙地榆種子落地后雖然能夠萌發(fā),但在生長過程中幼苗需要與草本植物競爭水分、養(yǎng)分,較高蓋度的草本群落使渾善達(dá)克沙地榆幼苗處于蔭蔽的環(huán)境條件下,生長細(xì)弱;流動沙丘較陡的地形加強(qiáng)了土壤水分的側(cè)向滲流,使幼苗在流動沙丘上能夠迅速萌發(fā)成苗,但因水資源總量的限制又使其不能旺盛生長,特別是在干旱少雨的時期容易大量枯死。而半固定沙地植被蓋度和土壤表層含水量介于其它2種生境之間,少量的植被利于渾善達(dá)克沙地榆幼苗抵御不良的環(huán)境,幼苗生長好。

表1 渾善達(dá)克沙地榆種群林下更新調(diào)查結(jié)果

2.2 渾善達(dá)克沙地榆林緣更新

圖1—2表明,3種生境下渾善達(dá)克沙地榆幼苗距林緣的最遠(yuǎn)距離都為100 m。幼苗密度隨距林緣距離的增加而降低,幼苗主要集中于距林緣20 m的范圍內(nèi)(占幼苗總分布密度的81%),20—40 m的范圍內(nèi)幼苗密度顯著降低(占幼苗總分布密度的10%),40—60 m的范圍內(nèi)幼苗密度僅為1株/m2(占幼苗總分布密度的6%),60—100 m范圍內(nèi)渾善達(dá)克沙地榆幼苗零星出現(xiàn)(占幼苗總分布密度的3%)。幼苗密度梯度為流動沙丘＞半固定沙地＞固定沙地。渾善達(dá)克沙地榆種子結(jié)實(shí)量大,發(fā)芽力強(qiáng),扎根迅速,只要落種期地表有少量水分,種子落地后就能迅速發(fā)芽成苗。幼苗分布密度的差異除了與渾善達(dá)克沙地環(huán)境有關(guān)外還與其種子發(fā)芽性質(zhì)有關(guān)。

圖1 巴音塔拉不同生境林緣擴(kuò)散結(jié)果

圖2 敖倫毛都不同生境林緣擴(kuò)散結(jié)果

2.3 渾善達(dá)克沙地榆單株擴(kuò)散

從表2的調(diào)查結(jié)果可以看出,渾善達(dá)克沙地榆樹高5～6.2 m,胸徑18～22.7 cm,由于渾善達(dá)克沙地氣候干旱、生態(tài)條件較差,所以渾善達(dá)克沙地榆生長比較低矮,但這些單株都處于結(jié)實(shí)量較高的成年樹階段。同種生境下敖倫毛都渾善達(dá)克沙地榆的冠幅大于巴音塔拉渾善達(dá)克沙地榆的冠幅,但幼苗分布密度的差異不顯著,說明冠幅對幼苗分布密度的影響不大。生境對渾善達(dá)克沙地榆幼苗分布密度的影響較大,渾善達(dá)克沙地榆幼苗分布密度呈以下規(guī)律:流動沙丘＞半固定沙地＞固定沙地,這與林下、林緣更新調(diào)查結(jié)果是一致的。

從表2中還可以看出,風(fēng)向?qū)τ酌绶植济芏鹊挠绊戄^大,不同方向幼苗分布的密度為西北＞東南＞西南＞東北方向,這與渾善達(dá)克沙地榆種子成熟落地時地面的風(fēng)向是一致的,渾善達(dá)克沙地榆種子成熟落地時渾善達(dá)克沙地盛行東南風(fēng),這是造成西北方向幼苗密度最高的主要原因。

3 結(jié)論

(1)渾善達(dá)克沙地榆種群在半固定沙地、固定沙地、流動沙丘3種生境的自然更新情況是不同的,半固定沙地比流動沙丘、固定沙地適合渾善達(dá)克沙地榆的自然更新。渾善達(dá)克沙地榆種子萌發(fā)、生長與其所處生境的植被蓋度密切相關(guān),植被適中,種子落地后易接觸土壤并吸收土壤水分和養(yǎng)分,萌發(fā)率高;植被蓋度過高,渾善達(dá)克沙地榆種子很難接觸地面,即使種子能夠萌發(fā),其競爭力較弱,幼苗生長不良。

對生長在沙地上的植物來講,水分是其生存和繁殖的主要限制性因子,由于降水量小,沙地土壤含水量有限,種子即使能夠萌發(fā),沒有充足的水分,幼苗仍無法正常生長,調(diào)查中發(fā)現(xiàn)幼苗存在死亡現(xiàn)象,流動沙丘更為嚴(yán)重。這是因?yàn)榱鲃由城鹬脖簧w度低,沒有先鋒物種定居形成穩(wěn)定群落,土壤表層含水量較低,幼苗密度高、根系淺、地表蒸發(fā)和消耗根系層水分多,導(dǎo)致幼苗大量死亡。

(2)渾善達(dá)克沙地榆種群的擴(kuò)散能力較強(qiáng),研究發(fā)現(xiàn)渾善達(dá)克沙地榆擴(kuò)散繁殖的最遠(yuǎn)距離可達(dá)100 m。渾善達(dá)克沙地榆的擴(kuò)散除了與其外界的環(huán)境條件有關(guān)外,還與種子生物學(xué)特性有關(guān),為了更深入了解渾善達(dá)克沙地榆的更新機(jī)制,今后有必要對種子萌發(fā)的適應(yīng)性及幼苗生長特性進(jìn)行研究,探討光照、溫度、土壤含水量、沙埋厚度對種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。

(3)同種生境下,風(fēng)向?qū)τ酌绶植济芏鹊挠绊戄^大。不同風(fēng)向幼苗分布密度為:西北風(fēng)＞東南風(fēng)＞西南風(fēng)＞東北風(fēng),這與渾善達(dá)克沙地榆種子成熟落地時地面的風(fēng)向是一致的。

表2 渾善達(dá)克沙地榆單株下幼苗調(diào)查結(jié)果

調(diào)查過程中還發(fā)現(xiàn),渾善達(dá)克沙地榆灌叢化現(xiàn)象嚴(yán)重,常常是只見樹苗不見大樹,這很大程度上取決于放牧的強(qiáng)度,家畜過度的啃食和踐踏抑制了渾善達(dá)克沙地榆的生長和繁殖。因此,為了促進(jìn)渾善達(dá)克沙地榆自然更新,應(yīng)采取以保護(hù)為主的措施,注意協(xié)調(diào)林牧矛盾,促進(jìn)林業(yè)和牧業(yè)生產(chǎn),以持續(xù)發(fā)揮渾善達(dá)克沙地榆種群在防風(fēng)固沙、保護(hù)植被等方面的生態(tài)作用。

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