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

自法国科学家奥伯雷特（olpetin）提出沙漠以来，沙漠问题引起了国际社会的关注。与此同时，评估沙漠也被提出。许多国家的科学家在这方面做出了努力，根据他们对沙漠概念的理解，提出了不同角度和深度的评估标准。但迄今为止,还没有一个公认的、被广泛接受和推广使用的荒漠化评价指标体系。大部分研究者总是试图从各个不同角度对荒漠化进行全面揭示与综合评定,然而,由于影响因素的复杂性,使选取的指标在内容上往往相互交叉,甚至相互矛盾,同时也缺乏可操作性。综合分析荒漠化的形成原因、发展过程和表现形式,可以知道,植被是其最活跃、最重要的影响因素。植被不仅因为是自然地域综合体(自然生态系统)的重要要素和环境的重要组分,是重要的自然资源和改造自然、改善环境的重要手段,而且还因为通过植被可以较简便地、较快速地认识自然地域综合体和自然环境的许多性质及特点。这后一种功能便是植被的指示性。所以,在荒漠化评价中把植被作为主要因子不仅具有合理性,而且会增强可操作性。1要素间的联系程度及依赖性的提高近代科学的植被指示现象研究的创始人,美国植物生态学家克勒门(Clements,1920)说过,“每一个植物或群落是它生长其中的条件的尺度”。换句话说,根据植物或植物群落可以判断它们生长于其中的生境条件。研究证明,自然地域综合体或自然环境的全部要素处于紧密相互依赖、相互联系之中(这种联系是通过能量和物质的交换而实现的),它们中每一个要素的发展不是独立地进行,而是共轭地进行的,即一个要素的改变会引起一系列其它要素的改变。由于全部自然地域综合体或环境要素这种发生的、永恒的和有规律的联系,使得有可能根据复杂综合体(或环境)的一个环节确定其余的环节,利用一个要素来认识其它要素。然而远不是全部自然要素都具有同等的认识(指示)意义。任何一个要素的认识意义决定于它对其它要素的依赖性,依赖性愈大,即与其它要素的联系愈紧,它的认识意义愈大。在自然诸要素中,植被是依赖性最大的一个要素,它对其它要素(地形、地貌、土壤、水文条件、气候等)的改变最为敏感,所以它也是荒漠化过程的最好标志。2毛乌苏沙区植被对沙漠环境的指示2.1主要地貌类型毛乌素沙区位于鄂尔多斯高原的中部与南部,是鄂尔多斯高原的主体部分,处在北纬37°30′~39°20′,东经107°20′~111°30′之间,面积近4万km2,是我国12大沙区之一,其中包括内蒙古自治区伊克昭盟的南部,陕北榆林地区及宁夏回族自治区的东北部。主要地貌类型有梁地、沙地、滩地和河谷地。不同地貌类型由于自然条件的差异,植被经过长期分化、进化和演化,形成了不同的生态系统类型,沙地形成了以沙生植被为主体的生态系统,梁地形成了以干草原植被为主体的生态系统,滩地和河谷地形成了以草甸植被和盐生植被为主体的生态系统。毛乌素沙区是一个草原气候条件下的沙地,处于荒漠草原-草原-森林草原的过渡地带,是以草地放牧业为主的农牧交错地区。由于沙区所造成的生态多样性与优越的水热条件,这里曾经是水草丰美、牛羊遍野的草原,但由于历史上的长期战乱破坏,不合理的垦荒与樵采,尤其是不合理的农垦与过度放牧,引起严重的土地荒漠化,植被退化,土地沙化与盐碱化。这里经过上千年人类活动的干扰,天然植被几乎荡然无存,仅在极少数地段还能见其残存的片段或个别的植物代表,现有的植被多是次生的或人工的。2.2沙地荒化过程研究结果表明,毛乌素沙区的土地荒漠化是与地形地貌分异密切相关的。不同的地貌类型,其土地荒漠化过程是不同的。沙地荒漠化过程主要表现固定的沙丘(地)的活化和流沙扩展;梁地荒漠化过程主要表现为风蚀、水蚀交替作用而造成的土壤流失和地表组成物质粗化;滩地和河谷地的荒漠化过程主要是土壤盐渍化。与此相对应,不同的荒漠化过程也将同时伴随着植物群落类型和特征的一系列演变过程。2.2.1动态演化序列沙地活化过程总体上表现为固定沙丘(地)—半固定沙丘(地)—半流动沙丘(地)—流动沙丘(地)的动态演化序列,有时也可由固定沙丘(地)直接退变为流动沙丘(地)。不论何种过程,总能在植被上得到体现。在野外植物样方调查的基础上,采用双向指示种分析方法(TWINSPAN)进行分类,并应用除趋势对应分析(DCA)方法对样方进行排序分析,即可得到沙地活化与群落演替的对应关系(表1)。2.2.2梁地的土地退化梁地是毛乌素沙区原生植被分布区,这里的未覆沙梁地上存在着反映气候地带性的草原与灌丛植被(在沙区西部荒漠草原亚地带以荒漠草原群落为主),但几乎全部处于退化状态。梁地的土地退化一般向两个极端方向发展:一是地表石砾质化,基岩裸露,砾石遍野;另一是沙化,地表形成厚度不等的覆沙,当覆沙厚度超过1m时,已与通常的沙地性质基本一样。梁地土地退化的客观标志主要是土壤剖面完整度的破坏,腐殖质残留层厚度的减小和土壤有机养分的降低等。一般按侵蚀程度的不同划分为轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀和极强度侵蚀4级,其相应的植物群落见表2所示。2.2.3土壤盐分含量与主要植物群落类型的关系毛乌素沙区滩地土壤盐渍化问题主要是土壤中含有过量的盐分和代换性钠,为此我们在测量不同植物群落类型中土壤的全盐量和pH值的基础上,参考有关研究者关于土壤盐渍化程度的分级标准,结合毛乌素沙区土壤盐渍化的具体情况,得到了滩地土壤盐渍化程度与主要植物群落类型的对应关系(表3)。3关于植被盖度与沙结皮的克氏原螯虾群落结构研究结果表明,在毛乌素沙区的土地荒漠化中,风蚀荒漠化是最重要的一种类型。它不但分布面积广,而且危害最为严重。植被作为关键的评价因子,不仅体现在植物群落类型的演替方面,其本身对地面的保护作用更加重要。因为对于这个生态条件如此脆弱的区域,一旦失去植被的保护,地表面在很短时间内可能会面目全非;另一方面,毛乌素沙区存在大量的人工植被,这种人工植被由于有外界能量的注入,从指示性上是无法定位其演替阶段的,但是它们存在的重要意义却是不容忽视的。毋庸质疑,最能够充分体现植被保护性的指标应该是植被覆盖度。为此我们选择毛乌素沙区中最常见和最具代表性的半灌木、低矮灌木植物群落(高度50~100cm)开展植被风蚀保护性问题研究,以确定植被盖度的分级。表4为各种不同盖度、不同风速条件下风沙流中输沙率的野外实际测量结果。可以看出,在毛乌素沙区,对于盖度小于10%的半灌木、低矮灌木群落,4~5m/s的风速就能够引起风沙运动,5~6m/s时会产生明显的风沙运动,一般情况下流沙的起动风速约为5m/s,所以这种盖度的植被几乎没有抵抗风蚀的能力;而植被盖度>50%的植物群落,在各种风速下,输沙率都很小,可以认为是被保护较好的地表;从气象资料可知,这里经常性的、引起风沙运动的风速为5~8m/s,这时40%~50%的盖度就有明显的固沙效果,但当风速超过10m/s时,其输沙率会急剧增加。由此,我们便可界定出地表稳定性与植被盖度的对应关系(表5)。上述结论从地面一些基本特征上也能够得到很好地说明(表6)。因为只有稳定的地面才能保证成土过程的进行,沙结皮的出现是衡量地面稳定程度的重要指标之一;同样沙波纹的出现也是衡量沙地流动性的指标之一。4评价指标有待进一步深入(1)在毛乌素沙区的滩地和梁地中存在有相当面积的侵蚀农田,它是一种特殊的荒漠化类型,在本研究中未作考虑,可单独制定评价标准,或人为划定为某一程度类型。(2)植被对地面的保护作用与植被类型(乔木、灌木、草本)、分布格局、空间配置以及风况等许多因素有关,而最能够表达植被这种保护性的“植被覆盖度”指标在荒漠化评价的科学、准确分级是一件很复杂的事情。本研究只是针对该区分布较广的沙地半灌木、低矮灌木群落进行研究,更复杂的情况有待今后进一步深入探讨。(3)在土壤盐渍化评价中,只考虑了总含盐量和