崔琳,王力剛,張玉柱，畢廣有,曹志偉，畢宇

(黑龍江省森林與環(huán)境科學(xué)研究院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

沙漠化是中國面臨最為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題之一，會(huì)引起沙地風(fēng)蝕、耕地毀種、草原沙漠化、生產(chǎn)力下降、侵脅村鎮(zhèn)，阻塞交通，淤積水利設(shè)施，給生產(chǎn)生活都帶來了嚴(yán)重災(zāi)難[1]。植被恢復(fù)是遏制沙漠化發(fā)展的最有效措施，而植被恢復(fù)模式是植被恢復(fù)成敗的關(guān)鍵[2]。嫩江沙地是科爾沁沙地的重要組成部分，主要分布在杜爾伯特蒙古自治縣、泰來等9個(gè)市縣，沙地面積80.628萬hm2，是黑龍江省西部生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重點(diǎn)之一[3]。目前嫩江沙地經(jīng)過治理取得了很大的成效，從前的流動(dòng)沙地經(jīng)過多年的植被恢復(fù)治理已經(jīng)逐漸固定，各種植被恢復(fù)模式也發(fā)揮了其應(yīng)有的作用。本文以嫩江沙地不同植被恢復(fù)模式下植物群落為研究對象，調(diào)查研究流動(dòng)沙地經(jīng)人工治理后的植物物種多樣性變化的情況和規(guī)律，旨在揭示治理模式對植被恢復(fù)的影響，以期為嫩江沙地的治理和開發(fā)利用、植被的恢復(fù)重建提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

1.1 自然概況

杜爾伯特蒙古族自治縣位于黑龍江省西部，是黑龍江省西部重點(diǎn)沙區(qū)縣，地理坐標(biāo)為123°45′00″—124°42′28″ E，45°53′00″—47°08′40″ N。地貌的基本特征為起伏的沙崗地、湖泡沼澤地、鹽堿低平地、江河灘地。溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季多風(fēng)少雨，夏季炎熱，降雨集中，秋季早霜，冬季漫長，嚴(yán)寒少雪。年平均氣溫3.6～4.4 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)2 780.9 h，無霜期151 d，多年平均降水量411.6 mm，降水年內(nèi)分配不均，年均蒸發(fā)量為1 774.4 mm。土壤主要有風(fēng)沙土、黑鈣土、鹽堿土、沼澤土等，其中風(fēng)沙土面積最大，占60.5%[4]。

1.2 植被概況

研究地區(qū)在人工植被建立以前，除了固山貝子草原外的三個(gè)研究地點(diǎn)均為尚在活動(dòng)的沙丘和半固定沙丘，土體極為松散，有少許植物根系和棕色植物殘?bào)w，而草原也因?yàn)檫^度放牧重度退化。針對上述問題，1993年開展了嫩江沙地綜合治理開發(fā)模式區(qū)的建立及其效益的研究，對沙丘及草原現(xiàn)有林草植被進(jìn)行不同模式治理，包含封育，在固沙區(qū)栽植樟子松容器苗，丘間低地引種落葉松(Larixgmelinii)、云杉(Piceakoraiensis)、沙棘(Hippophaerhamnoides)，以及播種優(yōu)良固沙植物胡枝子(Lespedezabicolor)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、小葉錦雞兒(Caraganamicrophylla)、花棒(Hedysarumscoparium)。

人工植被建立初期試驗(yàn)栽植的樹種有20種之多，但由于很多樹種不能適應(yīng)該地區(qū)環(huán)境，到目前只有少數(shù)幾種灌木保存了下來，如花棒、小葉錦雞兒等。隨著固沙年限的延長，固定沙地局部小環(huán)境的改善和植被區(qū)生物結(jié)皮的形成為草本植物的入侵提供了有利的條件，伴隨植物入侵，使原有流動(dòng)沙地演變成了一個(gè)復(fù)雜的人工-天然荒漠植被復(fù)合體。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

采用樣方調(diào)查的方法，在研究區(qū)域內(nèi)選取7種沙地植被恢復(fù)模式植物群落類型〔⒈樟子松固沙林治理，⒉小葉錦雞兒(播種)+樟子松固沙林治理，⒊封育治理，⒋花棒(播種)+封育治理，⒌天然草場封育，⒍天然草場封育+樟子松固沙林治理，⒎小葉錦雞兒(播種)治理〕，對每種沙地植物群落類型分別設(shè)置了3個(gè)樣地，在每個(gè)樣地隨機(jī)設(shè)置4個(gè)樣方(草本樣方為1 m×1 m，灌木樣方為4 m×4 m)測定植物群落的植物種類、數(shù)量、高度、蓋度。

2.2 數(shù)據(jù)分析

對采集標(biāo)本進(jìn)行鑒定，應(yīng)用SPSS版本統(tǒng)計(jì)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

本研究釆用Margalef物種豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)來描述樣地的多樣性[5,6]。

Margalef豐富度指數(shù)：R=(S-1)/lnN

式中S為物種數(shù)目，N為所有物種的個(gè)體數(shù)之和。

Shannon-Wiener指數(shù)：H=-∑PilnPi

Simpson多樣性指數(shù)：D=1-∑Pi2

式中Pi為物種i的相對重要值。Pi=pi/P，Pi為第i個(gè)物種的相對重要值，pi為物種i的重要值，P為全部物種重要值之和。

式中:Pi為物種i的相對重要值，S為物種數(shù)目。

3 結(jié)果與分析

3.1 杜蒙沙地植物區(qū)系科屬組成

植物科、屬、種的統(tǒng)計(jì)是了解某一地區(qū)，或者是某一時(shí)期，某一分類群，某類植被植物區(qū)系組成的基礎(chǔ)[7]。研究區(qū)域在人工植被建立之前，由于風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)烈，植物在流動(dòng)的沙面難以存活，覆蓋度僅為1%～2%。人工植被建立以后，積累的大量塵土，加上分解的枯枝落葉，增加了沙地的肥力，促使大量的草本植物侵入到人工植被區(qū)中，豐富了植物種類。

在7種沙地治理模式植物群落中，共出現(xiàn)26種植物，其生活型主要包括1年生草本、2年及多年生草本、灌木三種類型。物種分別屬于11科，其中禾本科 7 種、豆科 3種、百合科 3 種、菊科 3種、蘿藦科 2種、莎草科 2種、藜科2種、玄參科 1 種、馬齒莧科1種、蒺藜科1種、旋花科1種，物種組成有限。植物種組成中，草本占88.46%(其中1年生草本26.92%，2年及多年生草本 61.54%)，灌木占11.54%。統(tǒng)計(jì)生活型可知草本是該研究區(qū)域的主要生活型。

對科屬進(jìn)行分析，含2種及2種以上的科有禾本科、豆科、百合科、菊科、蘿藦科、莎草科、藜科，占總科數(shù)的63.63%，占總種數(shù)的84.61%。單種科有玄參科、馬齒莧科、蒺藜科、旋花科，占總科數(shù)的36.36%，占總種數(shù)的15.38%。單屬科和多屬科占總科數(shù)的比例相差不大，但在總種數(shù)上比例相差巨大，說明沙地植物組成中以多科屬植物為主。禾本科是研究區(qū)域分布最廣的科，含有7種，占總種數(shù)的26.92%，是沙生植物群落建群植物和先鋒植物。

3.2 不同沙地治理模式植物的種類組成

杜蒙沙地在不同治理方式下，經(jīng)過近20年的演變，從前的流動(dòng)沙地均向固定沙地轉(zhuǎn)變，隨著人工植被固沙年限的增長，其他適合在固定沙地上生長的植物逐步入侵，植物的種類越來越豐富。

表1 沙地治理模式下植物群落組成

注：At：樟子松固沙林治理；At(Sh)：小葉錦雞兒(播種)+樟子松固沙林治理；Ex：封育治理；Ex(Sh)：花棒(播種)+封育治理；Eg：天然草場封育治理；Eg(At)：天然草場封育+樟子松固沙林治理；Osh：小葉錦雞兒(播種)治理。下同

從表1可以看出，采取小葉錦雞兒(播種)+樟子松固沙林治理比單純營建樟子松固沙林植物種類豐富；花棒(播種)+封育治理也比單純封育治理的植物種類豐富；相同封育條件下，樟子松固沙林的營建并未給草原的植物種類帶來太大的影響；而單純播種小葉錦雞兒并且未能進(jìn)行封育，導(dǎo)致植物種類單一，僅有播種的小葉錦雞兒大面積存活，但已經(jīng)開始衰退，樹下可見天然下種更新，500～600株·m-2，此外零星分布少量蒺藜。

3.3 不同治理模式下沙地植物的主要科屬變化

不同治理模式下沙地植物的主要科屬組成如表2所示。

表2 不同治理模式下沙地植物科屬組成

研究表明：除了小葉錦雞兒(播種)治理模式下植物種類僅有2科2種外，其他模式沙地內(nèi)的植物群落的科屬都保持在5科以上，其中以花棒(播種)+封育治理模式下植物群落的植物種類最為豐富，達(dá)到了8科9種。

治理模式不同，植物群落的種類也有所變化。其中，菊科和百合科植物在不同治理模式下相差不大，維持在1～2種，表現(xiàn)對各種恢復(fù)模式自然環(huán)境條件均能適應(yīng)。柳穿魚僅在小葉錦雞兒(播種)+樟子松固沙林治理模式下出現(xiàn)，表明這種模式下改良的自然環(huán)境已經(jīng)適于多年生植物的生長。其他科屬植物在不同群落中差異較大，如馬齒莧科、蒺藜科、旋花科均只出現(xiàn)在一種恢復(fù)模式的沙地上，可作為一種區(qū)別其他模式的指示性植物。

3.4 不同治理模式下沙地植物的多樣性分析

表3表明了不同治理模式下沙地植物群落類型的Margalef指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)及Pielou均勻度指數(shù)變化規(guī)律。小葉錦雞兒(播種)治理模式下植物群落的Margalef指數(shù)(R=0.171 6)，Shannon-Wiener指數(shù)(H=0.356 0)，Pielou均勻度指數(shù)(J=0.405 8)，Simpson指數(shù)(D=0.202 9)，表明該治理方式下群落的物種多樣性水平最低；小葉錦雞兒(播種)+樟子松固沙林治理模式下植物群落的Margalef指數(shù)R=1.750 4，Shannon-Wiener指數(shù)H=2.199 7，Pielou均勻度指數(shù)J=0.934 1，Simpson指數(shù)D=0.883 0，表明該狀態(tài)下群落的物種多樣性水平最高。

表3 不同治理模式下沙地植物多樣性指數(shù)(均值±標(biāo)準(zhǔn)差)

注：同列數(shù)據(jù)后有不同字母者為差異顯著(P<0.05)

和未播種灌木的樣地相比，小葉錦雞兒(播種)+樟子松固沙林治理模式和花棒(播種)+封育治理模式下沙地的物種多樣性指數(shù)均較高。這表明：通過在沙地播種灌木的人為活動(dòng)，流動(dòng)沙丘在被逐漸固定，隨時(shí)間推移，人工固沙灌木林生態(tài)系統(tǒng)特征發(fā)生系列演變，植物種類與數(shù)量發(fā)生明顯變化。天然草場和天然草場+人工林模式下，物種多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)及均勻度指數(shù)并未表現(xiàn)出變化一致的規(guī)律。

4 結(jié)論

杜蒙縣一心鄉(xiāng)沙地不同治理模式下共有26種植物出現(xiàn)，隸屬于11科，其中禾本科7種，占總種數(shù)的26.92%，是沙生植物群落建群植物和先鋒植物。植物種組成中，草本占88.46%，為該研究區(qū)域的主要生活型。

不同治理模式下植物種類與數(shù)量發(fā)生明顯變化，人工治理措施實(shí)施后，沙地群落的優(yōu)勢種主要為小葉錦雞兒和花棒等人工建植的灌木種，表現(xiàn)出良好的生長狀態(tài)且處于優(yōu)勢地位，且植物種類也較未播種灌木治理模式豐富，人工林+播種灌木治理模式和封育+播種灌木治理模式下植物群落的植物種類最為豐富，豐富度達(dá)到10種和9種；播種單一灌木未封育最低，豐富度僅為2種。

灌木播種對沙地植物群落的豐富度、多樣性和均勻度指數(shù)均有影響，不同治理模式下群落物種組成與多樣性特征總的趨勢為：人工林+播種灌木模式>封育+播種灌木模式>人工林模式、天然草場、封育模式>天然草場+人工林模式>單一灌木未封育模式。

總之，在不同沙地治理模式固定流動(dòng)沙丘過程中，采取人工固沙林+播種灌木模式和封育+播種灌木模式均可以迅速穩(wěn)定流沙，促進(jìn)多年生植物的侵入，進(jìn)一步提高植物物種豐富度；對于天然草場，人工林的栽植并沒有提高物種豐富度，可以選擇對草場進(jìn)行適度輪牧，增大群落蓋度。