圍封對西烏珠穆沁草原植物群落特征的影響

劉 歡，李蘭花，任曉萌，蒙仲舉

(1. 內蒙古農業大學 沙漠治理學院，內蒙古 呼和浩特 010011； 2. 內蒙古自治區林業和草原局，內蒙古 呼和浩特 010020； 3. 內蒙古自治區氣象科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010051)

內蒙古草原不僅是我國北疆重要的生態安全屏障，也是我國重要的畜牧業生產基地。內蒙古草原面積 7.88 × 104hm2，占全國草原總面積的 22%，占全區國土面積的 67.49%[1]，在防風固沙、保持水土、調節氣候、涵養水源、維持生態平衡等方面發揮著重要作用[2-4]，同時對實現牧區經濟社會可持續發展有著重要意義。

近年來，隨著牧區人口及牲畜數量的增加和草原不合理的利用，使得草原生態環境不斷惡化，造成草原優良牧草種類減少，單位面積產草量下降，草地退化趨勢進一步加劇。為解決草地退化問題，許多學者通過圍封、補播、施肥灌溉等方面的研究，探索草地的有效恢復策略[5-7]。其中，圍欄封育是一種簡單有效的策略，通過減少牲畜采食、踐踏等途徑，使草原植被減少干擾，進而改善草原的群落組成，促進草原的恢復。本研究以西烏珠穆沁旗巴彥胡舒蘇木人工封育區草原為研究對象，通過研究不同圍封年限草原植物群落特征，以期為該區草原制定合理的圍欄封育措施提供科學依據。

1 研究區概況

研究區位于內蒙古自治區錫林郭勒盟東部的西烏珠穆沁旗，地理坐標43°57′—45°23′N，116°21′—119°31′E，北鄰東烏珠穆沁旗，東鄰阿魯科爾沁旗，南和赤峰市接壤，西與錫林浩特市毗鄰。地勢由南向西北逐漸傾斜，海拔835～1 957 m。該區屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫1 ℃，極端最低氣溫與極端最高氣溫為 -38.6 ℃和 36.66 ℃，夏秋季短促，冬春季漫長寒冷，無霜期106 d，年均降水量345 mm，集中在7—8月，且由東南向西北遞減，年均蒸發量1 800 mm，全旗大風日數60～90 d，年平均風速 3.6 m·s-1，以西、西北風為主。土壤類型主要是栗鈣土、黑鈣土、草甸土、灰化森林土、沼澤土、風沙土和鹽土等。草地類型有溫性草甸草原、溫性荒漠草原和溫性典型草原等類型，主要優勢種有羊草(Leymuschinensis)、西北針茅(Stipasareptanavar.krylovii)、短花針茅(Stipabreviflora)、糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)，并伴有冰草(Agropyroncristatum)，冷蒿(Artemisiafrigida)，二裂委陵菜(Potentillabifurca)、銀灰旋花(Convolvulusammannii)、苔草(Carexspp.)等。

2 研究方法

2.1 樣地設置

試驗樣地自2010年9月開始圍封，選擇地勢平坦的退化草原作為永久樣地，用帶刺鐵絲網進行圍封，圍封面積為1 km × 1 km。分別于2010年、2013年、2015年、2017年、2020年7月至9月中旬進行野外調查，即圍封年限為0 a、3 a、5 a、7 a、10 a，在預設監測樣地上設置3個100 m × 100 m區域進行取樣。如果樣地內只有草本、半灌木和小半灌木，則在其對角線上設置一條100 m樣線，在樣線上等距布設6個1 m × 1 m的調查樣方。如果樣地具有灌木及高大草本植物，僅布設1個10 m × 10 m的群落調查樣方。

2.2 觀測指標與測定方法

(1)物種數量調查采用計數法；

(2)物種種類調查采用統計樣方內的植物種類[8]；

(3)植物高度調查采用直尺測量植株的自然高度；

(4)植被蓋度調查采用針刺法[9]；

(5)地上生物量調查采用將樣方內植物的地上部分齊地面割掉帶回，于65 ℃恒溫條件下烘干稱重，計算群落地上生物量[10]。

2.3 數據處理與分析

(1)重要值=(相對地上生物量+相對蓋度+相對密度)/3[11-12]

(2)相對蓋度=某一植物種蓋度/樣方內所有植物種蓋度之和×100%

(3)相對密度=某一植物種的個體數/樣方內所有植物種個體數之和×100%

(4)相對地上生物量=某一植物種的地上生物量/樣方內所有植物種地上生物量之和×100%

采用Excel 2010及SPSS 24.0進行數據處理和統計分析。

3 結果與分析

3.1 不同圍封年限植物群落結構

3.1.1不同圍封年限對植被高度的影響

從圖1可以看出，植物的平均高度隨圍封年限的增加呈增長趨勢，圍封10 a植物高度達到最高，圍封10 a植物高度由 14.4 cm增長至 30.33 cm，比未圍封樣地增長了 110.63%。圍封10 a與0 a、3 a、5 a差異顯著(P<0.05)，與圍封7 a差異不顯著。

圖1 不同圍封年限樣地植物平均高度Fig.1 Average height of plants in different enclosure years

3.1.2不同圍封年限對植被蓋度的影響

從圖2可以看出，植物的平均蓋度隨圍封年限的增加呈增長趨勢，圍封前3 a植被蓋度迅速增長，比未圍封樣地增長了 66.42%，差異顯著(P<0.05)。圍封3～7 a間植被蓋度增長幅度逐漸減小，差異不顯著。圍封7～10 a間植被蓋度增長幅度加大，圍封10 a達到最大，比圍封7 a樣地增長了 29.21%，差異顯著(P<0.05)。

3.1.3不同圍封年限對地上生物量的影響

從圖3可以看出，地上生物量隨圍封年限的增加而增長，圍封10 a地上生物量最高，為 526.62 g·m-2，與圍封0 a、3 a、5 a差異顯著(P<0.05)，圍封3a后，地上生物量大幅增長，與圍封5 a差異不顯著。

圖2 不同圍封年限樣地植物平均蓋度Fig.2 average plant coverage of sample plots with different enclosure years

圖3 不同圍封年限樣地地上生物量Fig.3 Aboveground biomass of plots with different enclosure years

3.2 不同圍封年限草原植物群落組成

3.2.1不同圍封年限群落組成

經調查，研究區的植物共有1 a生或越年生草本、多年生草本、小半灌木、半灌木4種生活型[13]，對不同圍封年限的植物種數量和比例進行統計可知(表1)，隨圍封年限增加總植物種數也隨之增加，植物種數量在圍封0 a、3 a、5 a、7 a、10 a樣地中分別出現了17種(隸屬7科，14屬)、23種(隸屬8科，16屬)、24種(隸屬9科，17屬)、25種(隸屬9科，19屬)、26種(隸屬10科，21屬)。

1 a生或越年生草本植物方面，在圍封3 a內種數增加，圍封3 a后種數逐漸減少；植物種數和所占比例在圍封3 a最大，分別為7種，30.43%；圍封10 a植物種數和所占比例最少，種數減少為4種，比例減少為 15.38%，與圍封3 a相比植物種所占比例減少了 49.46%。

隨圍封年限的增加，多年生草本植物的數量增加，植物種數和所占比例在未圍封中最少，分別為10種，58.82%；圍封10 a植物種數和所占比例最大，分別為18種，69.23%，與未圍封相比植物種所占比例增加了 17.70%。小半灌木植物的數量略有增長，圍封10 a植物種數和所占比例達到最大，種數為3種，比例為 11.54%；圍封3 a植物種數和所占比例最少，種數為1種，比例為 4.35%，與圍封10 a相比植物種數所占比例減少了 62.31%。半灌木種類數量變化不明顯，所占比例稍有浮動。

表1 不同圍封年限樣地植被生活型結構組成Tab.1 Structure composition of plant life forms at different ages of enclosing

3.2.2不同圍封年限植物重要值

重要值是表示某個種在群落中的地位和作用的綜合數量指標，種群的重要值大，表明該種群在群落中的優勢地位高，反之則越低[14-15]。對不同圍封樣地主要植物的重要值進行計算表明(表2)，不同圍

封年限植物種優勢度發生了明顯的變化。未圍封植物優勢群體為二裂委陵菜+冷蒿+苔草，重要值分別為 0.404 2、0.382 3、0.378 1；圍封3 a植物優勢群體為糙隱子草+霧冰藜+鹽蒿，重要值分別為 0.776 1、0.407 4、0.380 1；圍封5 a植物優勢群體為短花針茅+羊草+糙隱子草，重要值分別為 0.763 8、0.587 4、0.581 3；圍封7 a植物優勢群體為西北針茅+短花針茅+羊草，重要值分別為 0.795 3、0.478 1、0.458 2；圍封10 a植物優勢群體為西北針茅+糙隱子草+短花針茅，重要值分別為 0.835 6、0.543 8、0.473 2。隨圍封年限的增加，薔薇科、藜科、菊科等1 a生草本和半灌木植物優勢地位下降，短花針茅、克氏針茅、糙隱子草等多年生禾本科植物優勢地位升高。

表2 不同圍封年限樣地主要植物種重要值Tab.2 The importance values of main plant species at different ages of enclosing

4 討論

進行圍欄封育后，草原植物群落特征發生了一定變化，由于圍封后減少了放牧強度和動物踐踏等干擾影響，有效增加了幼苗的存活率，草地的高度、蓋度及地上生物量都有所增加，這與李中林等[16]、閆玉春等[17]的研究結果一致。但也有研究表明，隨著圍欄封育年限的增加，圍封區域內枯落物累積量逐漸增加，抑制了幼苗的生長，阻礙了植物的再生，給草地的發育更新帶來了困難，從而導致地上生物量減少[18]。因此，在圍欄封育措施下，地上生物量是否會隨封育時間的增長而持續增加這一問題，仍需做進一步的研究。也有研究表明，適度的干擾有利于草原生態系統的穩定，由于動物的啃食，植物優勢種的生長受到抑制，使動物不喜食的雜草類數量增加，改變了植物群落的水熱條件，促進養分良性循環。然而過度放牧造成干擾強烈，植被破壞嚴重，物種多樣性減少，不利于草原可持續發展[19-21]。在生產中，如何掌握放牧規模和尺度(草蓄平衡)，實現草原科學利用和高效放牧是值得深入研究的問題。

5 結論

通過對西烏珠穆沁旗巴彥胡舒蘇木地區不同圍封年限植物群落調查發現，隨圍封年限的增加，植物種總數持續增加，由未封育的17種(隸屬7科，14屬)增至26種(隸屬10科，21屬)；植被高度、蓋度和地上生物量都有所增加，較圍封0 a樣地分別增加了 110.63%、141.33%、743.81%；隨圍封年限的增加，多年生草本植物的優勢地位顯著提升，1 a生草本和半灌木的優勢地位下降，圍封5 a后禾本科植物占據優勢地位；圍欄封育在短期內一定程度上有利于草原植被的恢復和群落結構的穩定。