荒漠主要植物指示群落演替研究

荒漠主要植物指示群落演替研究

自法國科學(xué)家奧伯雷特（olpetin）提出沙漠以來，沙漠問題引起了國際社會的關(guān)注。與此同時，評估沙漠也被提出。許多國家的科學(xué)家在這方面做出了努力，根據(jù)他們對沙漠概念的理解，提出了不同角度和深度的評估標(biāo)準(zhǔn)。但迄今為止,還沒有一個公認(rèn)的、被廣泛接受和推廣使用的荒漠化評價指標(biāo)體系。大部分研究者總是試圖從各個不同角度對荒漠化進(jìn)行全面揭示與綜合評定,然而,由于影響因素的復(fù)雜性,使選取的指標(biāo)在內(nèi)容上往往相互交叉,甚至相互矛盾,同時也缺乏可操作性。綜合分析荒漠化的形成原因、發(fā)展過程和表現(xiàn)形式,可以知道,植被是其最活躍、最重要的影響因素。植被不僅因為是自然地域綜合體(自然生態(tài)系統(tǒng))的重要要素和環(huán)境的重要組分,是重要的自然資源和改造自然、改善環(huán)境的重要手段,而且還因為通過植被可以較簡便地、較快速地認(rèn)識自然地域綜合體和自然環(huán)境的許多性質(zhì)及特點(diǎn)。這后一種功能便是植被的指示性。所以,在荒漠化評價中把植被作為主要因子不僅具有合理性,而且會增強(qiáng)可操作性。1要素間的聯(lián)系程度及依賴性的提高近代科學(xué)的植被指示現(xiàn)象研究的創(chuàng)始人,美國植物生態(tài)學(xué)家克勒門(Clements,1920)說過,“每一個植物或群落是它生長其中的條件的尺度”。換句話說,根據(jù)植物或植物群落可以判斷它們生長于其中的生境條件。研究證明,自然地域綜合體或自然環(huán)境的全部要素處于緊密相互依賴、相互聯(lián)系之中(這種聯(lián)系是通過能量和物質(zhì)的交換而實現(xiàn)的),它們中每一個要素的發(fā)展不是獨(dú)立地進(jìn)行,而是共軛地進(jìn)行的,即一個要素的改變會引起一系列其它要素的改變。由于全部自然地域綜合體或環(huán)境要素這種發(fā)生的、永恒的和有規(guī)律的聯(lián)系,使得有可能根據(jù)復(fù)雜綜合體(或環(huán)境)的一個環(huán)節(jié)確定其余的環(huán)節(jié),利用一個要素來認(rèn)識其它要素。然而遠(yuǎn)不是全部自然要素都具有同等的認(rèn)識(指示)意義。任何一個要素的認(rèn)識意義決定于它對其它要素的依賴性,依賴性愈大,即與其它要素的聯(lián)系愈緊,它的認(rèn)識意義愈大。在自然諸要素中,植被是依賴性最大的一個要素,它對其它要素(地形、地貌、土壤、水文條件、氣候等)的改變最為敏感,所以它也是荒漠化過程的最好標(biāo)志。2毛烏蘇沙區(qū)植被對沙漠環(huán)境的指示2.1主要地貌類型毛烏素沙區(qū)位于鄂爾多斯高原的中部與南部,是鄂爾多斯高原的主體部分,處在北緯37°30′~39°20′,東經(jīng)107°20′~111°30′之間,面積近4萬km2,是我國12大沙區(qū)之一,其中包括內(nèi)蒙古自治區(qū)伊克昭盟的南部,陜北榆林地區(qū)及寧夏回族自治區(qū)的東北部。主要地貌類型有梁地、沙地、灘地和河谷地。不同地貌類型由于自然條件的差異,植被經(jīng)過長期分化、進(jìn)化和演化,形成了不同的生態(tài)系統(tǒng)類型,沙地形成了以沙生植被為主體的生態(tài)系統(tǒng),梁地形成了以干草原植被為主體的生態(tài)系統(tǒng),灘地和河谷地形成了以草甸植被和鹽生植被為主體的生態(tài)系統(tǒng)。毛烏素沙區(qū)是一個草原氣候條件下的沙地,處于荒漠草原-草原-森林草原的過渡地帶,是以草地放牧業(yè)為主的農(nóng)牧交錯地區(qū)。由于沙區(qū)所造成的生態(tài)多樣性與優(yōu)越的水熱條件,這里曾經(jīng)是水草豐美、牛羊遍野的草原,但由于歷史上的長期戰(zhàn)亂破壞,不合理的墾荒與樵采,尤其是不合理的農(nóng)墾與過度放牧,引起嚴(yán)重的土地荒漠化,植被退化,土地沙化與鹽堿化。這里經(jīng)過上千年人類活動的干擾,天然植被幾乎蕩然無存,僅在極少數(shù)地段還能見其殘存的片段或個別的植物代表,現(xiàn)有的植被多是次生的或人工的。2.2沙地荒化過程研究結(jié)果表明,毛烏素沙區(qū)的土地荒漠化是與地形地貌分異密切相關(guān)的。不同的地貌類型,其土地荒漠化過程是不同的。沙地荒漠化過程主要表現(xiàn)固定的沙丘(地)的活化和流沙擴(kuò)展;梁地荒漠化過程主要表現(xiàn)為風(fēng)蝕、水蝕交替作用而造成的土壤流失和地表組成物質(zhì)粗化;灘地和河谷地的荒漠化過程主要是土壤鹽漬化。與此相對應(yīng),不同的荒漠化過程也將同時伴隨著植物群落類型和特征的一系列演變過程。2.2.1動態(tài)演化序列沙地活化過程總體上表現(xiàn)為固定沙丘(地)—半固定沙丘(地)—半流動沙丘(地)—流動沙丘(地)的動態(tài)演化序列,有時也可由固定沙丘(地)直接退變?yōu)榱鲃由城?地)。不論何種過程,總能在植被上得到體現(xiàn)。在野外植物樣方調(diào)查的基礎(chǔ)上,采用雙向指示種分析方法(TWINSPAN)進(jìn)行分類,并應(yīng)用除趨勢對應(yīng)分析(DCA)方法對樣方進(jìn)行排序分析,即可得到沙地活化與群落演替的對應(yīng)關(guān)系(表1)。2.2.2梁地的土地退化梁地是毛烏素沙區(qū)原生植被分布區(qū),這里的未覆沙梁地上存在著反映氣候地帶性的草原與灌叢植被(在沙區(qū)西部荒漠草原亞地帶以荒漠草原群落為主),但幾乎全部處于退化狀態(tài)。梁地的土地退化一般向兩個極端方向發(fā)展:一是地表石礫質(zhì)化,基巖裸露,礫石遍野;另一是沙化,地表形成厚度不等的覆沙,當(dāng)覆沙厚度超過1m時,已與通常的沙地性質(zhì)基本一樣。梁地土地退化的客觀標(biāo)志主要是土壤剖面完整度的破壞,腐殖質(zhì)殘留層厚度的減小和土壤有機(jī)養(yǎng)分的降低等。一般按侵蝕程度的不同劃分為輕度侵蝕、中度侵蝕、強(qiáng)度侵蝕和極強(qiáng)度侵蝕4級,其相應(yīng)的植物群落見表2所示。2.2.3土壤鹽分含量與主要植物群落類型的關(guān)系毛烏素沙區(qū)灘地土壤鹽漬化問題主要是土壤中含有過量的鹽分和代換性鈉,為此我們在測量不同植物群落類型中土壤的全鹽量和pH值的基礎(chǔ)上,參考有關(guān)研究者關(guān)于土壤鹽漬化程度的分級標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合毛烏素沙區(qū)土壤鹽漬化的具體情況,得到了灘地土壤鹽漬化程度與主要植物群落類型的對應(yīng)關(guān)系(表3)。3關(guān)于植被蓋度與沙結(jié)皮的克氏原螯蝦群落結(jié)構(gòu)研究結(jié)果表明,在毛烏素沙區(qū)的土地荒漠化中,風(fēng)蝕荒漠化是最重要的一種類型。它不但分布面積廣,而且危害最為嚴(yán)重。植被作為關(guān)鍵的評價因子,不僅體現(xiàn)在植物群落類型的演替方面,其本身對地面的保護(hù)作用更加重要。因為對于這個生態(tài)條件如此脆弱的區(qū)域,一旦失去植被的保護(hù),地表面在很短時間內(nèi)可能會面目全非;另一方面,毛烏素沙區(qū)存在大量的人工植被,這種人工植被由于有外界能量的注入,從指示性上是無法定位其演替階段的,但是它們存在的重要意義卻是不容忽視的。毋庸質(zhì)疑,最能夠充分體現(xiàn)植被保護(hù)性的指標(biāo)應(yīng)該是植被覆蓋度。為此我們選擇毛烏素沙區(qū)中最常見和最具代表性的半灌木、低矮灌木植物群落(高度50~100cm)開展植被風(fēng)蝕保護(hù)性問題研究,以確定植被蓋度的分級。表4為各種不同蓋度、不同風(fēng)速條件下風(fēng)沙流中輸沙率的野外實際測量結(jié)果?？梢钥闯?在毛烏素沙區(qū),對于蓋度小于10%的半灌木、低矮灌木群落,4~5m/s的風(fēng)速就能夠引起風(fēng)沙運(yùn)動,5~6m/s時會產(chǎn)生明顯的風(fēng)沙運(yùn)動,一般情況下流沙的起動風(fēng)速約為5m/s,所以這種蓋度的植被幾乎沒有抵抗風(fēng)蝕的能力;而植被蓋度>50%的植物群落,在各種風(fēng)速下,輸沙率都很小,可以認(rèn)為是被保護(hù)較好的地表;從氣象資料可知,這里經(jīng)常性的、引起風(fēng)沙運(yùn)動的風(fēng)速為5~8m/s,這時40%~50%的蓋度就有明顯的固沙效果,但當(dāng)風(fēng)速超過10m/s時,其輸沙率會急劇增加。由此,我們便可界定出地表穩(wěn)定性與植被蓋度的對應(yīng)關(guān)系(表5)。上述結(jié)論從地面一些基本特征上也能夠得到很好地說明(表6)。因為只有穩(wěn)定的地面才能保證成土過程的進(jìn)行,沙結(jié)皮的出現(xiàn)是衡量地面穩(wěn)定程度的重要指標(biāo)之一;同樣沙波紋的出現(xiàn)也是衡量沙地流動性的指標(biāo)之一。4評價指標(biāo)有待進(jìn)一步深入(1)在毛烏素沙區(qū)的灘地和梁地中存在有相當(dāng)面積的侵蝕農(nóng)田,它是一種特殊的荒漠化類型,在本研究中未作考慮,可單獨(dú)制定評價標(biāo)準(zhǔn),或人為劃定為某一程度類型。(2)植被對地面的保護(hù)作用與植被類型(喬木、灌木、草本)、分布格局、空間配置以及風(fēng)況等許多因素有關(guān),而最能夠表達(dá)植被這種保護(hù)性的“植被覆蓋度”指標(biāo)在荒漠化評價的科學(xué)、準(zhǔn)確分級是一件很復(fù)雜的事情。本研究只是針對該區(qū)分布較廣的沙地半灌木、低矮灌木群落進(jìn)行研究,更復(fù)雜的情況有待今后進(jìn)一步深入探討。(3)在土壤鹽漬化評價中,只考慮了總含鹽量和