行带式固沙林带宽对带间植被群落影响研究

骆泓旸，杨光，韩雪莹

（内蒙古农业大学沙漠治理学院，呼和浩特 010010）

通过人工措施保护、恢复、建设植被是治理沙化土地和防止沙漠化的最有效、最经济、最持久的措施，也是改造利用沙漠化土地的重要途径[1-2]。但盲目和大规模的单一类型植被重建，会导致地下水位下降、土壤水分降低和植被退化，甚至出现新的沙化，严重影响人工固沙植被的生态效应和生态恢复的可持续性[3-4]。造林过程中，多栽树木早期固沙作用相对明显，但后期会出现土壤水分持续严重亏缺，引起林分衰退，甚至死亡[5-7]。低覆盖度（20%）的行带式固沙林是一种接近天然植被的具有显著集群分布特征的带状疏林，能够完全固定流沙[7]；适宜的带宽和配置格局，将使固沙林充分发挥长效沙障作用，为带间植被的自然恢复提供稳定而持续原动力与适宜生境[8-12]。

20世纪六七十年代，科尔沁沙地已经成为我国现代沙漠化最严重的地区[13]。奈曼旗位于内蒙古自治区通辽市西南部，地处科尔沁沙地腹地。为有效治理科尔沁沙地风沙灾害，2015年在奈曼旗大柳树林场半流动沙丘地区采用低覆盖度治沙技术，种植了不同带宽的一行一带柠条固沙林，在防风固沙的同时，促进带间自然植被快速修复并形成相应的植被群落。本研究针对奈曼旗大柳树林场半流动沙丘地区不同带宽的一行一带柠条固沙林带间灌草植被的群落变化展开调查，探索不同带宽的低覆盖度行带式柠条固沙林对沙地植被的影响，旨在为退化沙地植被恢复和生态重建提供理论支持。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区概况

奈曼旗总面积8 137.6 km2，地理坐标为120°19′40″～121°35′40″E，42°14′40″～43°32′20″N。本研究区域隶属奈曼旗大柳树林场，位于120°34′4″～120°40′54″E，43°05′13″～43°10′11″N。属北温带大陆性半干旱季风气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季少雨凉爽，冬季干冷漫长，春秋升降温速度快，日温差大，降水时段集中和雨热基本同步的气候特征。年平均气温3～7 ℃，最冷月（1月份）平均温度为-12.7 ℃，最热月（7 月份）平均温度为23.7 ℃，≥10 ℃有效积温为2 300～3 200 ℃，无霜期90～140 d。极端最高气温39 ℃，极端最低气温-29.3 ℃，夏季无植被覆盖的沙丘表面最高温度可达52.7～60.0 ℃。年平均降水量350～500 mm，降水最低年份和最高年份相差可达一倍以上。

研究区域的土壤类型为栗钙土和风沙土。栗钙土，土壤质地较好，营养较丰富，但由于地上发生沙漠化，大部分已经发展为风沙土。风沙土属于发育初期的土壤，其质地粗，结构差甚至无结构，养分含量低，保水保肥能力弱，不利于植物的生长[14]。

1.2 研究方法

1.2.1 野外调查方法

2021 年8 月，在大柳树林场半流动沙地的无树流动沙丘区、一行一带柠条林区（树龄7 a）、无规则柠条林区（树龄7 a），选取典型群落样地进行调查。按柠条密度的不同选择5 块典型样地：无树流动沙丘样地A0 区，不规则柠条林样地A1 区（包含1 m×6 m、1 m×4 m、1 m×2 m带宽、且不规则分布），行带距1 m×6 m 柠条林样地A2 区，行带距1 m×4 m 柠条林样地A3 区，行带距1 m×2 m 柠条林样地A4区。在5 块典型样区林带间设置28 个1 m×1 m 的灌草本样方（其中A0区、A1区、A2区各6个，A3区、A4区各5个）进行调查取样，调查样方内植被盖度，植物名称及其盖度、个数、平均高度等。

1.2.2 数据处理

①物种重要值。物种的重要值根据群落的相对频度、相对高度、相对密度和相对盖度进行计算。

重要值(Importantvalue)IV=（相对盖度+相对密度＋相对频度+相对高度）/4[15-18]

相对重要值=(某一物种重要值/群落所有物种重要值之和)×100%[15-18]

本研究选取相对重要值大于10.00%的物种作为所选区域的优势种。

②物种多样性。本研究选用了4种常用的物种多样性指数，即Patrick 丰富度指数R、Simpson 优势度指数D、Shannon-wiener多样性指数H和Pielow均匀度指数E进行计算衡量[15，19-22]。

其中，S 为物种总数，Pi 为第i 种植物的个体数占群落中总个体数的比例。

③生态优势度。生态优势度是把群落作为一个整体，将各种群的重要性指标综合起来反映各种优势状况的指标，同时也是反映群落结构的一个度量值[25]。群落生态优势度采用生态优势度指数进行计算衡量[16,24]。

其中，S 为样地植物种数，i=1、2、3…，S；ni 为每一种的重要值；N为全部种重要值之和；C为生态优势度指数。

④群落相似性。Jaccard相似性系数是通过比较群落间共有种所占比例的高低来反映群落间的相似性，其值越大表明群落间相似程度越高[25-26]。

其中，j 为两个群落或样地共有的物种数；a 为样地A的物种总数；b为样地B的物种总数。

2 结果分析

2.1 植被群落物种组成及重要值的分析

野外实地调查记录，研究区的柠条林带间植物物种共计19 种：沙蓬Agriophyllumsquarrosum(L.)Moq，牛筋草Eleusineindica(L.) Gaertn，黑沙蒿Artemisia ordosicaKrasch，益母草Leonurusartemisia(Laur.)S.Y.Hu F，黄花蒿Artemisia annuaLinn，沙蓝刺头Leontopodiumleontopodioides，狗尾草Setariaviridis(L.) Beauv，胡枝子Lespedeza bicolorTurcz，独行菜Lepidiumapetalum，迷迭香Rosmarinusofficinalis，地肤Kochiascoparia(L.) Schrad，雾冰藜Bassiadasyphylla(Fisch.et C.A.Mey.)Kuntze，猪毛蒿Artemisia scopariaWaldst.et Kit，地锦Euphorbia humifusaWilld.ex Schlecht，蒺藜TribulusterresterL.，灰绿藜ChenopodiumglaucumL.，蒙古野韭Allium prostratumTrevir，知风草Eragrostisferruginea，马齿苋PortulacaoleraceaL.。

通过5块典型样区柠条林带间的灌草植被物种（不含柠条）及其覆盖度、个体数量、高度等数据，计算重要值和相对重要值，相对重要值大于10.00%的物种为所选区域的优势种，其中相对重要值最大的物种为所选区域的绝对优势种，详见表1。

表1 5块典型样区柠条林带间物种对比 单位：%

从表1 可知，大柳树林场半流动沙丘地区各区域，植被物种少，林带间物种最多的为A2 区，共11种植物；最少的为A4区，共6种。总体上，物种主要以一年生草本植物为主，少量多年生草本植物和小灌木，反映了该地区半流动沙丘生态环境恶劣，植被群落组成物种呈生活型简单的特性。

不同区域，物种和优势种种类、数量均存在差异；其中A0区域与A2区差异最大，且绝对优势种不同。A2、A3、A4区域，随着柠条林带宽度的减小，物种数量呈减少趋势。A1 区域与A3 区域相比较，相同物种最多，且优势物种基本重叠。A1区域由于包含不规则分布1 m×6 m、1 m×4 m、1 m×2 m带宽，柠条林的种植密度与A3 区域相近，且存在相同的1 m×4 m带宽区域，两个区域柠条林种植排列方式和密度相近是造成两个区域物种类型、数量和优势种相近的原因。

沙蓬，在A0 区为绝对优势种，但种植有柠条林的其他区域没有，在该地区沙蓬与柠条为负关联物种。狗尾草和胡枝子，存在于A0～A4所有区域；而且，狗尾草在A0～A4 所有区域为优势种，在A2、A3、A4区域为绝对优势种。独行菜、雾冰藜在A0区域未有发现记录；独行菜在A1～A4 区域柠条林带间均有存在，在A1区域中为绝对优势种，A3区域中为优势种；雾冰藜在A1、A2、A3 区域中为优势种。根据2×2 列联表的x2检验，采用Yates 公式计算其他物种与柠条的种间联结性，结果显示：狗尾草、胡枝子、独行菜、雾冰藜与柠条为显著正关联。

2.2 不同区域植被群落多样性分析

植物群落多样性可用来表征群落及生态系统结构的复杂性及生境差异[27]。物种丰富度指数R、多样性Simpson 指数D 和Shannon-wiener 指数H、均匀性指数E、植被平均覆盖度高，生态优势度指数C低，说明群落植物种类多、植物群落复杂、群落稳定性好。

通过调查记录并计算，详见表2。总体上，A1、A2、A3区域的植被平均覆盖度、物种丰富度指数R、多样性Simpson 指数D 和Shannon-wiener 指数H、均匀性指数E 高于A0 区域；A1、A2 区域的生态优势度指数C低于A0区域，A3、A4区域的生态优势度指数C高于A0区域；A4区域植被平均覆盖度、物种丰富度指数R 低于A0 区域。A2 区域植被平均覆盖度、物种丰富度指数R、多样性Simpson 指数D 和Shannon-wiener 指数H、均匀性指数E 最高，生态优势度指数C 最低。随着柠条林带间距的减小，植被平均覆盖度、物种丰富度指数R呈现下降趋势，生态优势度指数C呈现上升趋势。

表2 不同区域柠条林带间植被群落多样性

2.3 不同区域植被群落相似性分析

群落的相似性是指不同群落间群落结构特征的相似程度。采用Jaccard相似性指数Cj表示群落间相似程度的高低，Cj的变动范围是0～1，被划分为6等级[28]，详见表3。

表3 相似性指数等级数值表

通过实地调查并计算，由表4可知，A1、A4区域与A0 区域轻度相似；A2、A3 与A0 区域极不相似；A1、A2、A3三个区域相互对比，只有A1与A3是中度相似，其他均为轻度相似。

表4 不同区域相似性指数

3 讨论

有关研究表明，沙地的水分是影响植物生长发育的限制因子[29]。植物固定沙丘后，明显地增加了风沙土的蒸散量[30-31]。如果植物群落土壤水分亏缺程度较轻，且能及时得到补充，则该植物群落的适应性和稳定性较强[32]。限制流动沙地植被恢复的因素主要有两点：一是沙土基质的不稳定性和干燥多风的耦合，使得大部分植物繁殖体难以入侵定居；二是极低的土壤含水量难以维持植被的正常生长发育[33]。在流动半流动沙地上种植柠条，是人工方式促进植被重建，促进植被群落物种多样性指数和均匀度指数不断增长，优势度指数逐渐降低的过程。

综合上述结论，本研究认为：①人工种植行带式柠条后，该地区沙地水分资源对各物种进行了重新分配，宽林带柠条林种植密度小，消耗沙地水分资源相对少，窄林带柠条林种植密度大，消耗沙地水分资源相对多，导致上述不同区域植被群落物种与优势种的种类和数量、群落多样性的差异；该地区种植1 m×6 m 行带式柠条林后，带间距大，柠条林密度低，消耗沙地水分相对少，林带间沙地的水分能够有效供给带间相应灌草植被物种，加之柠条林对地面小气候环境的改善，能够促使柠条林带间的植被恢复。②相比较，A2 区域灌草植被物种最多，Patrick 丰富度指数R、Simpson 指数D、Shannonwiener 指数H、Pielow 均匀度指数E、平均覆盖度最高，生态优势度指数C 最低，林带间植被恢复最好，群落结构最复杂、群落的稳定性最好；随着柠条林带间距的不断减小，柠条林密度增加，消耗沙地水分逐渐增大，林带间沙地所能提供给带间灌草植被的水分量也在逐渐减少，导致物种、覆盖度逐渐减少；对比A2、A3、A4 区域，植被物种数量、Patrick 丰富度指数R、平均覆盖度逐渐降低，生态优势度指数C 逐渐升高，林带间植被群落逐渐趋向不稳定；A2、A3、A4 区域植被群落相似性两两对比，对比结果均为轻度相似，在该地区，柠条林带间距相差2 m，足以影响并改变带间灌草植被群落结构；A0/A2、A0/A3 区域对比出现极不相似结果，说明柠条固沙林对该区域沙地灌草植被群落影响大；A1/A3 区域对比中度相似，是由于两个区域存在有相同带宽、栽种密度相近所致；该地区生态环境恶劣，植被群落物种主要以一年生草本植物为主，少量多年生草本植物和小灌木，呈现植被组成物种生活型简单的特性；其中沙蓬与柠条为负关联物种，狗尾草、胡枝子、独行菜、雾冰藜与柠条为正关联物种；对于该地区柠条林带间灌草植被的恢复与重建，沙蓬是不选择的物种，狗尾草、胡枝子、独行菜、雾冰藜是可选择的物种。

4 结论

通过对奈曼旗大柳树林场半流动沙丘地区一行一带式柠条固沙林带间灌草植被群落的研究，得到如下结论：

一是一行一带式柠条固沙林能够改变该地区植被群落，1 m×6 m 行带式柠条林，带间植被恢复最好，相对物种数量最多、群落结构最复杂、稳定性最好。

二是柠条林带间距相差2 m足以影响并改变带间灌草植被群落结构，对于1 m×6 m、1 m×4 m、1 m×2 m不同带宽的一行一带式柠条固沙林，随着带间距的减小，柠条林密度的增加，带间植被群落物种和覆盖度逐渐减少，生态优势度指数C 逐渐升高，林带间植被群落逐渐趋向不稳定。

三是研究区生态环境恶劣，林带间的植被群落物种大多为一年生草本植物，有少量多年生草本植物、小灌木；狗尾草、胡枝子、独行菜、雾冰藜与柠条为正关联物种，是开展柠条林带间灌草植被恢复与重建可选择的物种。