祁連山東端北麓不同降水區對退化草原飛播修復成效的影響

趙雅麗

(甘肅省天?？h草原工作站,甘肅 天祝 733299)

草原是綠色的象征,被稱為大地的底色,我國草原面積約占國土面積的40%。草原是重要的生態系統和自然資源,在維護國家生態安全、促進經濟社會可持續發展、農牧民增收致富等方面具有基礎性和戰略性地位[1]。然而,受自然因素干旱、病蟲害,人為因素過度放牧、采挖等的影響,我國90%的天然草原出現不同程度的退化,重度和中度退化面積占30%以上[2]。加強草原保護修復已刻不容緩,2021年國務院辦公廳發布了《關于加強草原保護修復的若干意見》,標志著我國草原保護修復進入新的發展階段[3]。

天然草原的退化是由量變到質變的累積過程,其成因、機理和結果非常復雜,修復也是一個復雜的系統工程[4]。修復技術大體可以分為兩類,一類是自然修復,包括封育、禁牧、休牧和輪牧等措施;另一類是人工修復,包括淺耕翻、切根、施肥、補播等措施[5]。馬鳳江等研究表明,退化草地修復技術有明顯的地域特征[6]。草種飛播可增加土壤種子含量,是退化草原人工修復重要措施之一,其修復成效受播種量、播種季節、播種地自然條件和后期管護水平的影響。

開展草原修復項目成效評估和評價是加快和促進修復進程的重要手段,對修復項目可行性報告、作業設計編制、工程實施和技術改進等方面具有導向作用。尤其在草原由單一生產型向雙重生態+生產型轉變的新時代背景下,引入生態評價指標顯得尤為必要和重要。本試驗在祁連山東端北麓淺山區通過對退化草原實施飛播修復,研究了不同降水區對地上植物群落總生物量、高度、蓋度、密度、豐富度、多樣性和均勻性指標的影響,旨在為退化草原精準修復提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省天?？h境內,該地位于祁連山東端北麓淺山區,土地面積7 149 km2,根據第三次國土調查主要數據公報,草地面積3 154.6 km2,占全縣土地總面積的44.13%。該地海拔2 500～3 300 m,屬大陸性高原季風氣候,冬長夏短、春寒秋涼,年均氣溫0.8 ℃,無霜期90～120 d,年降水量300～500 mm,60%集中在7-9月,同一海拔降水量自東向西依次遞減。土壤為山地栗鈣土。試驗地草原為溫性草原,主要為甘青針茅(StipaprzewalskyiRoshev.)和扁穗冰草(Agropyroncristatum(L.) Gaertn),受長期人為活動和不利自然因素的影響,該地草原中度退化,部分裸露地植被稀疏,僅叢生芨芨草(Achnatherumsplendens(Trin.) Nevski)受風蝕侵害,表現出沙化和荒漠化。2022年天?？h實施了祁連山北麓退化草原修復治理項目,主要通過草種飛播來提高草地質量,在全縣19個鄉鎮43個行政村退化草原飛播草種400 km2。

1.2 試驗材料

試驗用草種為垂穗披堿草(ElymusnutansGriseb.)、草地早熟禾(PoapratensisL.)和扁穗冰草,按質量比8∶1∶1均勻混合,每666.7 m2飛播量3 kg。

1.3 試驗方法

2022年5月上旬在海拔2 600 m草原地帶自東向西選取地勢相對平坦的不同降水量飛播地為不同處理,處理1為500 mm降水區,處理2為450 mm降水區,處理3為400 mm降水區,處理4為350 mm降水區,處理5為300 mm降水區,并將相應處理附近沒有飛播草種地設為對照(CK),若降水量達不到,可人工輔助灌溉。不同處理面積15 hm2,重復3次。飛播地選定后,選擇晴朗無風天氣,采用無人機撒播草種。無人機由專業人員操控,飛行高度20～30 m,采用北斗導航系統導航,飛行路線不重疊,撒播均勻。

1.4 測定內容

2022年9月底每個樣地沿對角線(X形)均勻選取面積1 m×1 m樣方9個(重復9次),測定和統計樣方內草種萌發率、不同植物高度(RH)、蓋度(RC)、密度(RD)、物種數目(N)、物種個體數目(S)和地上群落總生物量(DW)。蓋度用目測法,不同物種i枝葉投影面積占樣方總面積的比例,用0～1表示。以上指標測定完成后將樣方內地上植物用剪刀沿地表剪下裝入布袋內帶回實驗室,在105 ℃條件下烘至恒重,用電子天平稱其重量。并計算物種i重要值(Pi)、豐富度指數(Ma)、多樣性指數(H)和均勻度指數(JP),計算公式如下。

草種萌發率(%)=萌發草種數/播種數×100%

(1)

Pi=(RH+RC+RD)/3

(2)

Ma=(S-1)/InN

(3)

H=∑Pi InPi

(4)

JP=H/InS

(5)

式中Pi為樣方中物種i重要值;RH為高度;RC為蓋度;RD為密度;式中S為樣方中的物種數目;N為樣方中所有物種個體數目。

1.5 數據處理

所有試驗數據求平均值,利用Excel 2007和DPS 6.01進行統計新復極差顯著分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對飛播草原植物數量的研究

從表1可以看出,祁連山東端北麓不同處理草種飛播后總生物量有很大不同。其中,處理1的總生物量最多,為384.36 g/m2,比對照增加18.12%。與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理2,總生物量為342.51 g/m2,比對照增加24.26%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)?？偵锪孔钌俚氖翘幚?,為125.28 g/m2,比相應的對照(CK)增加13.58%,比處理1減少,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表1還可以看出,隨著不同處理降水量的增加總生物量迅速增多。

表1 不同處理的草原地上總生物量和草種萌發率

祁連山東端北麓不同處理草種萌發率也有很大不同。其中,處理2的草種萌發率最高,為72.16%,比對照增加10.81%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理3,萌發率為52.54%,比對照增加5.14%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。草種萌發率最低的是處理5,為21.09%,比相應的對照(CK)增加13.14%,比處理1減少52.21%,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表1還可以看出,隨著不同處理降水量的增加草種萌發率先升高后降低。

2.2 不同處理對飛播草原植物質量的研究

從表2可以看出,祁連山東端北麓不同處理草種飛播后植物高度有很大不同。其中,處理1的高度最高,為52.24 cm,比對照增加15.83%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理2,高度為40.08 cm,比對照增加27.36%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。高度最低的是處理5,為18.61 cm,比相應的對照(CK)增加14.24%,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表1還可以看出,隨著不同處理降水量的增加植物高度迅速增高。

表2 不同處理的草原植物高度、蓋度和密度

祁連山東端北麓不同處理植物蓋度也有很大不同。其中,處理1的蓋度最高,為0.88,比對照增加7.32%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理2,蓋度為0.81,比對照增加15.71%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。蓋度最低的是處理5,為0.52,比相應的對照(CK)增加4.00%,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表2還可以看出,隨著不同處理降水量的增加草蓋度迅速提高。

祁連山東端北麓不同處理植物密度也有很大不同。其中,處理1的密度最高,為415株/m2,比對照增加7.51%。與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理2,密度為354株/m2,比對照增加75.25%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。密度最低的是處理5,為58株/m2,比相應的對照(CK)增加52.63%,比處理1減少86.02%,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表2還可以看出,隨著不同處理降水量的增加密度迅速提高。

2.3 不同處理對飛播草原群落多樣性的研究

從表3可以看出,祁連山東端北麓不同處理草種飛播后植物豐富度指數有很大不同。其中,處理1的豐富度指數最高,為0.35,比對照增加9.38%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理2,豐富度指數為0.22,比對照增加22.22%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。豐富度指數最低的是處理5,為0.10,雖比相應的對照(CK)增加11.11%,卻比處理1減少71.43%。從表3還可以看出,隨著不同處理降水量的增加豐富度指數迅速增高。

表3 不同處理的草原地上植物豐富度、多樣性和均勻性指數

祁連山東端北麓不同處理植物多樣性指數也有很大不同。其中,處理1的多樣性指數最高,為0.94,比對照增加2.17%。其次是處理2,多樣性指數為0.90,比對照增加4.65%。多樣性指數最低的是處理5,為0.40,比相應的對照(CK)增加2.56%,比處理1減少57.45%,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表3還可以看出,隨著不同處理降水量的增加多樣性指數迅速提高。

祁連山東端北麓不同處理植物均勻度指數也有很大不同。其中,處理1的均勻度指數最高,為0.92,比對照增加6.98%。與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。其次是處理2,均勻度指數為0.82,比對照增加12.33%,與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。均勻度指數最低的是處理5,為0.42,比相應的對照(CK)增加5.00%,比處理1減少54.35%,且與其它處理相比差異極顯著(P<0.01)。從表3還可以看出,隨著不同處理降水量的增加均勻度指數迅速提高。

3 結論與討論

試驗結果表明,祁連山東端北麓淺山區退化草原飛播修復后,均提高了地上植物數量、質量和多樣性。海拔2 600 m地帶不同降水區地上植物總生物量、高度、蓋度、密度和豐富度指數、多樣性指數、均勻度指數均隨著降水量的增多而增加。除草種萌發率和多樣性指數外,降水量450 mm區域的各項指標增長率均最高,建議該區域優先采用飛播措施來修復退化草原。

在干旱半干旱區降水量直接影響草原的生長量和草種的萌發率[7]。在相同海拔條件下影響因子比較單一,可能僅僅為降水量不同,在不同海拔條件下影響因子可能除將水量不同外,還涉及氣溫。焦潤安等[8]研究表明海拔每提高100 m,溫度降低0.6 ℃。喬琴等[9]研究表明祁連山烏鞘嶺地區降水量具有明顯的垂直帶譜特征,山頂受氣溫和峰面對流的影響,降水量較多。

在相同草種數量飛播條件下,不同降水區飛播地植物數量、質量和多樣性指數增加值受降水量和草種萌發率的雙重影響[10]。降水量450 mm區域的地上群落總生物量、草種萌發率、高度、蓋度、密度和豐富度指數、多樣性指數和均勻度指數的增加值最高,可能是在這一區域天然群落稀疏度適合飛播草種的著陸,且降水量能滿足草種的萌發,萌發率較高。降水量400 mm、350 mm和300 mm區域的天然群落稀疏度依次增加,稀疏度雖適合飛播草種的著陸,但降水量依次減少,干旱程度增加,草種著陸后萌發率較低。降水量500 mm區域的天然群落較稠密,飛播草種可能受地上群落莖葉的阻隔,很難著陸,發芽率也降低。

根據《全國重要生態系統保護和修復重大工程總體規劃(2021-2035)》中對退化草原不同區域應采取不同的修復措施的思路[11],試驗地不同降水區也應采取不同的修復措施以提高修復成效,降水量較高的500 mm區域可采用圍欄封育修復,在自然修復作用下節約草種,可降低修復成本,降水量450 mm區域可直接采用飛播修復,降水量≤400 mm區域可采用淺耕翻播種修復來提高草種在干旱條件下的萌發率。因此,今后編制退化草原修復項目可行性報告、作業設計等文件時應立足實際自然條件,差別化對待不同圖斑,采取差別化修復措施。