乌珠穆沁沙质退化草地人工补播调查研究（可编辑）

乌珠穆沁沙质退化草地人工补播调查研究（可编辑） 乌珠穆沁沙质退化草地人工补播调查研究 分类号 S812 学校代码10129 U D C 574 学 号 08204037 乌珠 穆沁 沙质 退化 草地 人工 补播 调查 研究 the Study of Reseeding Artificially on the Sandy Degraded Grassland in WuZhu MuQin申 请 人: 孙 树青学科 门类 :农 学 学科 专业 :草 业科 学 研究 方向 :草 地生 态与 管理 指导 教师 :卫 智军 教授论文 提交 日期 :二 ?一一年 五月摘 要 本试验分别于 2009年、2007年在东乌珠穆沁旗和西乌珠穆沁旗沙质退化草地建 立人工补播草地改良试验区,并对补播效果进行了观测和研究。东乌珠穆沁旗试验区 (?)选择沙蒿、羊柴、沙打旺和小叶锦鸡儿进行草地补播,设置沙质退化草地补播、 沙质退化草地未补播(ck)、裸沙地补播、风蚀坑补播和裸沙地沙障+补播 5 试验个 处理。西乌珠穆沁旗试验区(?)设补播沙地和未补播沙地(ck)2个处理。于 2009 年 6月至 2010年 10月对各处理的群落结构与特征、群落产量和补播植物越冬率进行 了观测,并进行植物样品营养成分,同时对土壤化学性状进行了分析,评价了不 同处理补播草地改良措施对草地退化改良的效果。试验结果如下: 1.补播草地明显提高沙质退化草地草群高度、盖度、密度和植物种类组成。尤 其是裸沙地和风蚀坑的补播效果较为明显,使裸地植被覆盖率增加。 2.补播提高沙质退化草地植物群落的补播牧草重要值,使草地植物群落复杂化, 提高了草地植物多样性。 3.补播草地经过人工补播以后,单位面积的产草量显著高于未补播草地的产量。 整体上看,植物营养成分补播处理区较低。 4. 4 种补播植物中,小叶锦鸡儿的越冬率最高,沙打旺的越冬率最差,但是各 补播植物越冬率均达到 50%以上。 5. 补播处理区土壤营养成分在表层相对沙质退化草地未补播较高,0~10cm、 10~20cm土层有机质的含量在补播处理区显著高于沙质退化草地未补播(P<0.05)。 20~30cm土层各处理区各种养分无明显变化,还较为贫瘠。 关键词:草地改良;人工补播;越冬率; The study of Reseeding Artificially on The Sandy Degraded Grassland in WuZhu MuQin Abstract In this study, two reseeding plots were chosen for reseeding observation and study which were established in DONGWUZHUMUQINQI in 2009 and XIWUZHUMUQINQI in 2007. The test? selected Artemisia desterorum, Hedysarum, Astragalus adsurgens and Caragana microphylia for grassland reseeding in DONGWUZHUMUQINQI, and 5 treatments were set respectively as sandy degraded grassland reseeding and non-reseeding ck, stable sand reseeding, blowout pit reseeding, stable sand-barrier+ reseeding.2 treatments as reseeding sand and non-reseeding sand were set in XIWUZHUMUQINQI and both of which observed community structure and characteristics, community production and overwintering reseeding plants, meantime took parts of samples for nutritional and chemical properties analysis to evaluate the effect of improved grassland degradation on the different treatment reseeding grassland improvement measures. The results were as follows: 1. Reseeding grassland significantly improved height, coverage, density and plant species composition of sandy degradation grassland. In particular, the stable sand and blowout pits reseeding were obvious that increase the vegetation coverage 2. Reseeding in degraded sandy grassland improved the plant community important value and plant diversity, made plant communities more complexity 3. The grass production per unit area in reseeding grassland was significantly higher than that in non-reseeding grassland after artificially reseeding. Plant nutrients in reseeding area is low from whole aspect 4. The unit area production in reseeding grassland after artificial reseed was significantly higher than that in non-reseeding grassland. Plant nutrients in reseeding plot was lower, and the soil nutrients were better in 0 ~ 10cm soil layer while nutrients in other soil layers were more barren5. The top soil nutrients in reseeding area is relatively higher than that in non-rereeding deraded grassland. 0 ~ 10cm, 10 ~ 20cm of soil organic matter content in the reseeding area was significantly higher than that in non-reseeding degraded grassland P 0.05. 20 ~ 30cm soil nutrients in all treatments had no significant changes, but all showed impoverishment. Key words: Grassland improvement; Artificially fill sowing; Winter survival rate Directed by:WEI ZhiJun Applicant for Master degree:SUN Shuqing Grassland Ecology and Management College of Ecology and Environmental of Inner Mongolia Agricultural University , Huhhot 010018, China 目 录 1 引言 1 1.1 研究背景. 1 1.2 草地生态恢复 2 1.2.1 草地生态恢复机理 2 1.2.2 人工补播机理. 4 1.3 国内外对草地改良研究现状 5 1.3.1 国外研究现状. 5 1.3.2 国内研究现状. 5 1.4 研究目的和意义. 6 2 研究区域概况与研究方法 7 2.1 研究区域自然概况7 2.1.1 地理位置7 2.1.2 气候、地貌、土壤 7 2.1.3 试验区植被构成8 2.2 试验和研究方法 8 2.2.1 试验设计8 2.2.2 试验内容和测定方法. 8 2.2.3 数据分析. 10 3 结果与分析10 3.1 植物种群特征10 3.1.1 植物种群组份变化10 3.1.2 植物群落动态 11 3.1.3 植物群落重要值. 16 3.1.4 植物群落α多样性指数 20 3.1.5 植物群落地上现存量 21 3.1.6 草地植物营养物质含量. 24 3.1.7 补播植物越冬返青状况. 24 3.2 土壤的化学性状 25 3.2.1 试验区(?)补播地的土壤化学性状. 25 3.2.2 试验区(?)补播地的土壤化学性状. 30 4 讨论31 5 结论33 致 谢. 34 参 考 文 献. 35 作 者 简 介. 40 内蒙古农业 大学硕士 学位论文 1 1 引言 1.1 研究背景 草地生态系统是陆地生态系统的重要类型之一,在地球表面分布面积广泛,而且 占据着一定的自然地带,是在自然气候条件控制及异养生物的共同作用下形成的一种 [1] 5 庞大的自然景观,也是一个脆弱的生态系统类型 。全球草地面积约为 3.42×10 万 2 [2 ,3] 5 2 hm ,占陆地面积的 40% 。其中永久草地 3.171×10 万 hm ,约占世界陆地面积的 5 2 [4] 23.6%,为世界农田面积 1.274×10 万 hm 的 2.5 倍 。随着人口的不断增 长以及人类 物质需求的与日俱增,草地生态系统严重受到干扰,也因人为过度利用而发生不同程 度的退化与沙化,全球和土地荒漠化日趋严重,并直接或间接地威胁着人类的生存与 生活。据 2001 年联合国粮农组织资料显示,全世界 50%以上的草地己经退化或正在 退化,而且草地生态恶化的趋势仍在加剧。据保守估计,全球每年因草地沙化造成的 经济损失约有 400多亿美元,受风沙流危害的国家多达 110个,直接或间接受灾人口 [5] 约 10 亿人,其中 1.35 亿人在短期内有失去土地的危险 。草地资源是重要的国土资 源,也是有生命的可更新的自然资源,具有极其重要的生态、经济和社会价值。然而 由于我国草地资源自身存在地形复杂环境恶劣等脆弱性,加之普遍超载过牧和不合理 的利用等人为干扰,天然草地面积减少、质量不断下降、草地载畜力锐减、草地 [6] 退化不断扩展等突出问题 。所以草地沙化问题己成为了一个全球普遍存在 的问题, 退化、沙化草地植被的恢复与重建问题,也引起了世界范围内的广泛关注,是当前生 态学界和草学界研究的热点领域之一。 2 内蒙古自治区有大面积的天然草地,总面积 8800 万 hm ,占内蒙古国土面积的 74.4%,占全国草地面积的 22%,不仅是我国北方生态系统的重要组成部分,也是草 原畜牧业发展的重要基地。内蒙古草原维持着水和营养物质循环,也是重要防风固沙 的生态屏障和内蒙古生态环境的主体,草原发展决定着畜牧业发展的规模、方式和畜 [7-9] 种 。在一定的气候、土壤和草原生产水平下就产生一定水平的畜牧业。目前随着 生产力的发展,人口数量的增加,草原畜牧业面临的一个严重问题就是草原退化,造 [10] 成草原生态系统恶性循环,进而影响草地土壤物质和养分的循环及家畜的生产性能 。 从草地退化的成因来界定,草地退化分为自然因素引起的草地退化和人为因 素引起的 草地退化,前者为气候因素,如旱化退化、风蚀退化等;后者属不合理的管理和利用 因素,如过牧退化、开垦退化等,且后者影响更大,其对草地生态系统的结构和功能 产生了重要影响,使内蒙古草地退化沙化日趋严重,退化面积 70 年代中期占可利用 面积为 30%;80 年代中期为 40%;目前为 70%,内蒙古草原退化沙化面积以,年均 2 [11] 退化速度为 2%以上,这就意味着草地退化每年 66.7多 hm 的速度蔓延 ,其中重度 和中度退化草地占退化草地面积 50%以上,有的地方草原已全部退化。同 20世纪 80 2 年代全区草地资源遥感调查数据比较, 90年代中后期,草地沙化面积 308 万 hm , 2172 乌 珠穆沁沙 质退化草 地人 工补播调查 研究 2 2 [12] 万 hm 的固定沙地活化成为半固定沙地,148 万 hm 流动沙地成为裸沙地 。内蒙古 草原是蒙族牧民的生命线,是我国北方的生态屏障。为了千百万蒙族牧民的生存,为 了内蒙古畜牧业的可持续发展,为了国家的生态安全,必须千方百计保护内蒙古草原。 2 内蒙古锡林郭勒盟可利用草原面积为 1800 万 hm ,其中退化草地面积为 956 万 2 hm ,占可利用草地面积的 53.12%。锡林郭勒草原的东部乌珠穆沁草地是内蒙古最好 2 的天然草地之一,西乌珠穆沁旗草地面积为 232万 hm ,东乌珠穆沁旗草地面积为 461 2 万 hm ,是锡林郭勒草原的重要组成部分,也是构成畜牧业发展的最基本的物质基础。 [13] 据全区第 4 次草地资源速查结果 ,锡林郭勒草原也出现了严重的生态危机。85%的 可利用天然草地发生不同程度的退化,其重度退化的草地面积已占退化草场面积的 20%。1984 年,锡林郭勒草原退化面积只是占可利用草原面积的 48.6%,而 18 年后 的 2002年,退化草原占可利用草原面积的比例已经超过 3/4,部分地区已 是赤地千里, [14] 寸草不生,出现生态移民 。乌珠穆沁旗自 20 世纪 50 年代以来,由于垦荒种耕造 [10] 2 成草原沙化,也形成了总面积为 5 万hm 的格亥额勒苏沙地 。仅东乌旗目前沙化面 2 2 积约 307达万 hm 、占草地总面积的 66.59%,沙丘沙地面积 5.3万 hm ,平均每年被 2 [15] 风沙吞没的草原面积约 1000 hm 。现在草原垦荒仍未停止,又出现了草原开矿、 办厂等经济活动, 长期以来因主导产业畜牧业靠粗放经营,加之人畜数量逐年增加, 草畜矛盾日益突出,使草场沙化、退化逐年加重,生态环境日趋恶化。特别是近年来 持续的干旱及沙尘暴、蝗虫、鼠害等现象的出现,也是加剧生态环境恶化的主要原因 之一。使乌珠穆沁草原面临种种威胁。因草地退化使草原生态环境日趋恶化,气候旱 化,沙暴迭起,鼠虫害肆虐,黑白灾等生态危害日益加剧,己成为制约畜牧业及社会 经济可持续发展的主要因素,对当地人民的生存和发展构成了严重的威胁,所以引起 了社会各界的广泛关注。保护乌珠穆沁草原,是我国当前当务之急。 1.2 草地生态恢复1.2.1 草地生态恢复机理 草地生态恢复是针对受损而言的,受损就是对生态系统结构、功能和关系的破坏。 因而,草地生态恢复也就是恢复生态系统合理的结构、高效的功能和协调的关系。草 地生态恢复的目标是把受损的生态系统返回到它先前的、类似的、或者有用的状态, 最终使受损生态系统明显的融合在周围的景观中,看上去类似以前状态且可接受当地 环境的。恢复不等于复原,恢复包含着创造与重建,当然,这种创造与重建都是有原 则的。以退化草地的生态恢复为例,草地恢复的首先目标是维持生产力,保证家畜平 衡;其次是动植物物种的保存,包括不直接影响草地承载力的那些动植物。草原恢复 的主要任务应该是生物区系的重新聚集或修复,这种恢复工作需要在生态学原则的指 导下完成,要想使草原恢复,必须知道草原退化的原因,草地退化是自然干扰和人为内蒙古农业 大学硕士 学位论文 3 活动干扰两方面造成的,且两者结果是明显不同的。自然干扰是生态演替过程产生一 系列变化的正负反馈作用,使演替趋于一种稳定状态。同时种群也是不断使所生存的 自然环境发生变化,从而让环境条件变得有利于其种群生长,这样就导致了物种的不 断取代,直到生物与非生物因素之间达到动态平衡为止。人为活动干扰下可能加速、 延缓、改变方向以至向相反方向进行。草原一直是稳定、畜牧业发展的主要因素,由 于随着人口的增长以及经济的发展、自然资源的掠夺性开发频繁发生、环境恶化和生 态退化不断加剧,超出草地生态系统的调节能力,常常引起植被的“逆行演替”。使 草地的压力愈来愈大,草地退化现象日益严重,草地退化使畜草矛盾日益加剧、牧草 供应能力下降、饲草料短缺,对区域畜牧业经济可持续发展和生态环境安全受到严重 [16 、17] 威胁 。 草原过度放牧,在逆行演替中,首先草地优势种在草群中消失,种类简化;而一 些耐旱、耐践踏的植物比例不断增加。接着是高度、盖度和生产量有规律的降低。最 后只能保持稀疏植被,形成低产而脆弱的生态系统。对于一些自然条件恶劣和人为干 扰严重的地区,将引起环境不可逆变化,比如水土流失、土地沙漠化和盐碱化等。在 干旱和半干旱地区,情况更为严重,恢复到原来的顶极状态已不再可能。但是生态系 统恢复也可以从自然干扰和人为干扰所产生的位移状态中得到,结构和功能得以逐步 协调。在人类的参与下,一些生态系统也可能加速恢复,而且还可以改建和重建。改 建是将恢复和重建措施有机地结合起来,并使恶化状态得到改造;重建是将生态系统 的现有状态进行改善,结果是增加人造特点,使生态系统进一步远离它的初始状态。 受损生态系统的恢复可以遵循两种途径:如生态系统受损是不超负荷,并是可逆情况 下,压力和干扰被移去后,恢复可在自然过程中发生。如对轻度退化草场进行围栏保 护,几年之后草场可得到恢复。另一种是生态系统的受损是超负荷的,并发生不可逆 变化,只依靠自然过程已不能再使系统恢复到初始状态,必须依靠人的帮助。如对重 度退化草场进行人工补播以及围栏结合保护措施。必要时,还需用特殊的方法,至少 [1 ,17] 要使受损状态得以控制 。 在恢复和重建受损生态系统的过程中,必须了解那种干扰对生态系统的作用和生 态演替规律变化的研究,在这些基础上,对科学研究结果、技术对策和社会经济学等 问题进行综合评判,从而使受损生态系统做出合理的、有益于人类的治理措施,使受 损害的生态系统在自然及人类的共同努力下真正得到恢复、改建和重建。地球是一个 有限的资源,要是生态系统提供无止境的商品和服务,这是不切实际的。所以,草地 恢复是当今生态学研究热点之一,畜草矛盾成为人们关注的热点问题,也被众多国家 生态学界所重视。退化草地改良是畜牧业可持续发展以及拉动地区经济发展的关键所 在,促进退化生态系统功能恢复的有关研究实践是关心人类的生存,意义十分重大。 4 乌 珠穆沁沙 质退化草 地人 工补播调查 研究 1.2.2 人工补播机理 人工补播对沙质退化草地的影响是当前人们进行草地改良的重要措施,补播来改 变草地群落变化,对群落不同层次结构的影响是多方面的。补播对植被的影响研究主 要集中在对个体、种群、群落匹配的变化,以及是否适宜当地环境,植物种类成长的 [18] 消长,植物生活型的分化和群落层片结构的分异 。近年来,草地退化是我国生态环 境恶化的突出表现,所以建设人工草地是我区由于天然草地退化,导致草地覆盖度下 降、生产力降低,因此要经过人工建立草场来发展畜牧业的重要保障。人工补播退化 草地是在原有草群中播种一些适应性强,有价值的优良牧草,来增加草层的植物种类, 草地的覆盖度和提高草层的产量和草品质、扩大草地面积、有效益的提高草地的生产 力。内蒙古宝音陶格涛老师、辽宁于洪军等人、甘肃陈亚明等人、新疆阿德力?麦地 等人、西藏的杰布等人分别对不同类型的退化草地进行补播试验,结果表明:人工补 播是改良中度和重度退化草地的一项重要措施,补播牧草的种类以禾本科羊草和豆科 [19,20] 牧草的增产改良效果较好,补播牧草的种类选择可以根据各地的实际情况有所不同 。 同时,由于草地植被盖度的增加,减少了土壤流失,有效地保养了土壤养分和水分。 补播不但可以提高草地质量,又可起松土作用,还可提供肥源。补播可使草地生产力 增加 2?3 倍,补播草地有效利用年限因草种类寿命不同而有所区别,一般可利用 5 [21] ?8年 。 沙质退化草地经过人工补播以后,必须要经过保护才更有力的发展当地生产力, 本实验采取围栏封育的措施。围栏封育是将退化补播草地封闭一定时期、禁止放牧和 割草,给牧草得到休养生息的机会,为补播植物充分生长发育创造有利条件。草地在 长期过度利用、人为干扰和不利的外界环境影响下发生不同程度的退化,一 般情况下, 对轻度退化沙化的草地来说,采用轻度放牧或轮牧,进行合理利用;对于中度退化沙 化的草地来说,可采用少投资、简单易行的围栏封育措施,通过禁牧,来排除对草地 的干扰;对重度退化草地来说,采取其它改良措施如禁牧或草地补播等,实现生态系 [22] 统的自我恢复 。本实验属于重度沙质退化,在实验前,退化草地几乎没有植物,所 以我们采用网围栏封育、禁牧措施对退化草地人工补播进行保护。目前,较多的地方 采用网式围栏,简便易行见效快,应大力推广。多年来的实践证明,对补播退化草地 实行封育后,草地植被结构显著发生变化,植物种类组成、植株的平均高度、植被盖 度、植物群落密度、群落优势种、群落组成多样性、地上部分生物量都大大增加,增 加的幅度因围封前的退化程度、围封年限等有所不同。同时,围封后草地的生态环境 [57 ,23] 得到了很大改善 。围栏封育是一种比较行之有效的方法,但需要的时间较长, 在 短期内难以从根本上改变土壤结构。内蒙古农业 大学硕士 学位论文 5 1.3 国内外对草地改良研究现状 1.3.1 国外研究现状 草地改良的涵义是在不破坏或很少破坏草地原生植被条件下,通过各种农艺措 施,改变天然草群赖以生存的环境条件,用生态学基本原理和方法,帮助原生植被, 必要时直接引入适宜当地生存的夭然草种或驯化种,改变天然草群成分,增加植被密 [24] 度和盖度,提高草地第一性生产力 。 恢复草地生态在国外开展的研究较早,源于 100多年前的山地、草原、森林和野 生生物等自然资源的管理研究。最早是由英国学者 Bradshaw 和 Chadwick 于 1885 年 [25] 在研究废弃地的管理和恢复中提及的 。新西兰等国早在 20 世纪初就已经开始大面 [26] 积种植三叶草,实际上这已经是生态系统恢复重建的雏形 。20世纪 30年代,1935 2 年美国威斯康星大学的 Leopold教授在学校的一块 24hm 草地上开展了较为正规和严 [27] 格的科学实验 。并在他的指导下,美国 Madison也在一块废弃地上种植草地取得成 功才使人们认识到把过度放牧、侵蚀等致损因素造成的废弃地恢复到原来的草原、森 [28] 林在理论和技术上都是可能的 。此后,长期未被重视,直到 1966 年英国的南威尔 士阿贝芬矿区发生灾难之后,才引起人们的极大关注,也为恢复生态学在各个领域的 [29] 广泛应用奠定了基础。前苏联也在 20 世纪 60 年代初开展草地改良研究 。20 世纪 70 年代以后,学术界才对受损生态系统的改良、恢复与重建开始较为系统研究,许 [30 ,31] 多学者广泛采用数学方法和计算机技术从植物群落演替角度研究草地退化问题 。 80 年代以后,研究热潮迅速崛起,其内容由矿区和废弃地植被恢复逐渐向其 它领域 渗透,许多学者并对其研究的方法、实施原则、生态设计、恢复措施与恢复途径、 [32] 恢复与重建操作程序、风险效益评价等方面进行了有益的探讨 。Heady 在 1994 年 [33] 通过播种优良牧草以恢复逆向演替的原生植被或改变植物群落的组成和结构 ,清除 [34] 有毒有害或不理想植物,增加可利用牧草产量和质量,或减少对家畜的危害 生态系 [35] 统退化或受损,是与人类持续干扰和胁迫作用相联系的 。目前,世界上畜牧业发达 国家通过草地生物量和土壤的动态监测,以草定畜,减少草地退化,实行了草地科学 [36-39] 化管理和利用 。如今恢复草地生态学也发展成为一门独立的学科。 1.3.2 国内研究现状 国内许多学者对退化、沙化草地改良和植被恢复进行了大量的科学研究。草地改 良措施对草地植被的恢复有影响。李昌平等人对不同补播方式改良草地的效果做了评 [40] [41] 价 ;祁德才等人研究了固原东部半干旱黄土丘陵区干草原草场改良方法 ;张卫国 [42] 试论草地的补播改良 ;傅林谦通过播种优良牧草以恢复逆向演替的原生植被或改变 [43] 植物群落的组成和结构 ;贾慎修等在河北围场县后沟牧场对退化草地进行的补播蒙 古冰草Agropyron mongolicum、老芒麦Elymus sibiricus和披碱草Elymus dahuricus6 乌 珠穆沁沙 质退化草 地人 工补播调查 研究 试验研究表明,改良后的草地产量有所提高,禾本科牧草的比重增加,而杂类草的比 [44] [45] 重逐年下降 ;祝延成开展了草地改良研究 ;郭思加等人对宁夏草地的沙化现状与 [46] [47] 防治对策进行了探讨 ;赵仁昌对四川若尔盖草地沙化及防治对策进行了研究 ;李 政海等人在内蒙古锡林郭勒盟中部,对退化草原在围封过程中草场质量动态 进行了研 [48] [49] 究 ;韩建国等人在河北省围场县进行了围封对退化草地牧草影响的研究 ;李建东 [50] 探讨了科尔沁草地沙化综合治理对策 ;宝音陶格涛等人在内蒙古对退化草原封育改 [51] 良过程中植物种的多样性变化进行了研究 ;川锅佑夫等人在科尔沁沙地对沙化草地 [52] 恢复过程中植被及土壤的变化进行了综合研究 ;李青云等人在青藏高原地区,就围 [53] 栏封育对高寒草甸退化植被的作用进行了研究 ;刘文清等人在内蒙古西部沙化草地 [54] 进行了沙化草地早作条件下混播人工草地的试验进行了研究 ;尚占环人工草地的建 立和合理利用是保护和建设好三江源生态环境,恢复该区“黑土型”退化草地生态功 [55] 能、实现区域生态环境良性循环与草地畜牧业可持续发展的一个主要途径 。马玉寿 在三江源地区建立人工草地,不但是治理“黑土型”退化草地的需要,而且还是创造 [56] 新的草地生产力,建立新的集约化草地畜牧业的需要 。20世纪 70年代以后,许多 学者又广泛采用数学方法和计算机技术从植物群落演替角度进行研究草地退化问题, [57-60] 并对草地退化的原因及治理对策进行定性分析 。80年代初,中国科学院植物研究 所于 1979 年在内蒙古锡林郭勒盟设立草甸草原生态定位站,在青海省海北藏族自治 州设立了高寒草甸生态系统定位站。中国农业大学在承德后沟牧场,东北师范大学在 松内草原,甘肃农业大学在河西走廊、庆阳市分别设立草地研究站点。同时内蒙古农 业大学在达茂旗设立草地研究站点。全面来开展草原研究,特别是退化草地的改良治 [61] 理研究 。 我国的研究表明,根茎型禾草草地浅耕翻之后,草场产草量显著增加,其有效利 用年限可达 15 年之久。此外,免耕补播技术是当前国际上较为先进的种植技术在不 翻耕的情况下直接用特制的带有灭茬、施肥、播种、覆土装置的免耕播种机播种。目 前,草地生态系统受损方面的研究正向着机理性和深层次发展,使得生态系统的破坏 是生态系统恢复重建的基础,己逐渐引起学术界的广泛关注。该领域的研究尽管已经 比较广泛和深入,但无论从理论方法,还是应用研究方面来讲,仍与发达国家存在着 一定的差距,所以在研究领域以及所采用的技术条件等方面,都还有待于我们进一步 作更深入的探讨。 1.4 研究目的和意义 草地资源不仅是国家重要的自然资源和国土资源,也是国民经济和生态环境保护 的重要战略资源。内蒙古自治区草地资源是我国的重要畜牧业生产基地,目前草场“三 化”逐年加剧,草地出现大面积沙化,草场资源耗竭,畜牧业生产现状濒临困境,不内蒙古农业 大学硕士 学位论文 7 仅严重破坏了当地的生态环境,阻碍了当地的经济发展,牧民群众的生产生活受到了 严重影响,还威胁到周边地区的生态安全,近几年频繁发生的沙尘暴均与草地资源的 严重破坏有关,面对严峻的现状,旗委、政府抓住西部大开发之机遇,我国治理的沙 化面积已大于沙化扩展面积,取得了历史性突破,得到初步有效遏制,但是沙化仍是 [62] 中国面临最为严重的生态问题之一 。2002年国家对内蒙古天然草原退牧还草工程, 相继出台了一系列的方针政策,广泛开展退化、沙化草地植被恢复与重建工作,启动 了保证退牧还草工程的顺利进行,改善该地区牧民的生产生活条件和生态环境。根据 内蒙古草原勘察设计院监测显示,2009 年草原植被生长状况明显好转,与近几 [63] 年同期平均相比,草原植被盖度、密度、高度和产草量都有所提高 。近年来,许多 科技工作者对沙化草地植被恢复进行了大量的研究,涉及的领域也极其广泛,但这些 [64] 研究大多是孤立进行的,多是零散的和不全面的 。本项研究在以乌珠穆沁草原为例, 对内蒙古中东部乌珠穆沁沙化草原进行人工补播,改良草地试验,在恢复过程中调查 了改良草地地上植被种类、植被高度、密度、植被覆盖率、产草量动态变化、补播植 物返青特征以及植物和土壤养分的变化规律指标,明确了沙化草地补播措施处理的恢 复效果。研究成果对沙质退化草地进行人工补播机制研究具有较高的理论意义,对当 地及条件类似地区开展沙质退化草地植被恢复与重建工作措施的制定具有实用价值。 2 研究区域概况 与研究方法 2.1 研究区域自然概况2.1.1 地理位置 试验分为 2个区域进行,试验区(?)位于锡林郭勒盟东北部东乌珠穆沁旗(简 称东乌旗)萨麦苏木陶森淖尔嘎查境内。位于北纬 44? 10 ′~46 ? 46 ′,东经 1 15 ? 10 ′~ 6 2 120? 07 ′之间。全旗总土地面积 4.7×10 hm 。该旗东起大兴安岭西麓,与兴安盟、通 辽市接壤,南与西乌珠穆沁旗相连,西与阿巴嘎旗、锡林浩特市毗邻,北与蒙古人民 共和国交界,边境线长 527.6?。试验区(?)位于西乌珠穆沁旗(简称西乌旗)浩 勒图高勒镇乌日图高勒嘎查,北纬 44?20′49〃,东经 117?44′22〃,总面积 6 2 2.3×10 hm 。该旗东与阿鲁科尔沁旗相邻,南和巴林左旗、巴林右旗、林西县、克什 克腾旗接壤,西与锡林浩特市毗邻,北邻东乌珠穆沁旗。旗府设在巴彦乌拉镇。两大 草原是锡林郭勒草原的重要组成部分。 2.1.2 气候、地貌、土壤 气候特点属地处高海拔和中、高纬度、中温带的内陆地区,为典型的半干旱半湿 润大陆性气候,由于地域辽阔,地形复杂,故具有不同的气候亚区,自然条件较为恶 劣。年平均气温 1.6?,1月平均气温-18.9?,七月平均气温 21?,极端最低气温-37.5?,8 乌 珠穆沁沙 质退化草 地人 工补播调查 研究 极端最高气温 ?,? ?的有效积温 ?,无霜期 天,年平均降水量 37 10 2000 106 260 ? ,集中分布在 ? 月份,年生长期(日均 ?以上) 天。大风日数多, 350mm 7 8 5 95 平均风速 3.6米/秒,极端最大风速 34.0米/秒,年均 7?8级大风日数 73天。其特点 是:受蒙古高压控制,春季干旱风多,夏季短促,秋季霜冻早,冬季漫长寒冷。地势 北高南低,由东向西倾斜,北部是低山丘陵,南部是盆地,海拔在 800到 1500米之 间。土壤水平地带性分布为暗栗钙土和栗钙土,非地带性土壤为沼泽土、草甸土、风 沙土。草地类行以草甸、典型草原和低地草甸为主,植物种类比较丰富。地表水资源 匮乏,难以有效利用。地下水资源相对丰富,可供开采用于小型人工饲草基地建设。 2.1.3 试验区植被构成 试验区属于沙质退化补播地,选择抗寒、抗旱、固沙并具有较高利用价值的植物 有沙蒿Artemisia desertorum、羊柴(Hedysarum laeve)、沙打旺(Astragalus adsurgens)、 小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)作为补播牧草,还伴有天然的羊草(Leymus chinensis)、冰草(Agropyrom cristatum)、鸢尾(Iris tenuifolia)、?蓿豆(Melilotus ruthenica)、苔草(Carex spp)、画眉草(Eragrostis pilosa)、沙米(Agriophyllum squarrosum)植物等。 2.2 试验设计 和研究方法 2.2.1 试验设计 本试验设 2个沙质退化草地改良试验区,即东乌珠穆沁旗萨麦苏木陶森淖尔嘎查 试验区(?)和西乌珠穆沁旗浩勒图高勒镇乌日图高勒嘎查试验区(?)。2 个试验 区分别从于 2009年的 6月下旬和 2007年 8月上旬进行补播,并在 2009年 6月至 2010 年 10月进行观测。试验区(?)围栏封育区内补播面积为 9000亩,主要在植被稀疏 和裸沙地上进行人工补播。试验地共设置5种处理:沙质退化草地补播、沙质退化草 地未补播(ck)、裸沙地补播 、风蚀坑补播和裸沙地补播沙障+补播。在各小区内 测定植物种群的群落特征、地上生物量(现存生物量),利用群落特征数值计算重要 值和植物群落多样性,并对补播植物养分以及试验区土壤化性质进行室内分析。试验 区(?)设补播沙地和未补播沙地(ck)2种处理,在各区测定群落的总密度、 总盖 度、总地上生物产量,也对补播植物以及天然植物混合进行养分测定以及试验区土壤 化性质进行室内分析。 2.2.2 试验内容和测定方法 2.2.2.1 植物主要种群 和群落动态 试验期间,在不同处理区观测植被组份变化,并在不同处理区随机布置5个代表 性样方,样方面积1m×1m,分种测定植物种群高度、盖度和密度。 内蒙古农业 大学硕士 学位论文 9 2.2.2.2 群落重要值 根据描述样方内测定的各植物种的密度、高度、盖度数据,利用计算公式:IV(RDE+RHI+RCO)/3 分别计算群落物种重要值 其中,IV:重要值;RDE:相对密度;RHI:相对高度;RCO:相对盖度 相对高度某一植物种的高度/各植物种高度之和×100 相对密度某一植物种的个体数/全部植物种的个体总数×100 相对盖度某一植物种的盖度/各植物种的分盖度之和×100 2.2.2.3 植物群落 α 多样性 根据描述样方内植物种数目、所有植物种的个体数和重要值,利用以下公式计算 群落 α多样性。 Margarlef丰富度指数(Ma)Ma(S-1)/LnN Shannon-Wiener多样性指数(H`)H`- ?P i L n(Pi) Pielou均匀度指数(Jp)Jp H`/Ln(S) 其中,S:物种数目;N:所有物种个体数目;Pi: I V/?I V(IV:重要值) 2.2.2.4 植物 群落地上现存量 在各处理区每月随机布设 5个测产样方,样方面积 1m×1m。采用齐地面剪割法, 测定植物地上部分,将采集的样品带回实验室风干后称量各种植物种群现存量及群落 现存量。 2.2.2.5 草群营养常规成分测定 将 2009 年 9 月份各处理区植物现存量风干称重后的牧草混合均匀,抽取部分作 为营养成分分析样品,在室内进行常规分析。包括粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗 灰分(Ash)、粗纤维(CF)、钙(Ca)和磷(P),其分析方法依据《饲料分析及饲料 [65] 质量检测技术》 进行测定。 2.2.2.6 植物群落 的越冬 返青率 在 2009年 10月份植物群落即将要枯萎的时候,在试验区(?)不同处理区分别 进行 1 m长度定点观测,测定各补播牧草的株数,重复 3次,然后再 2010年牧草返 [66] 青时期(5 月)再次测定各补播牧草成活株数和死亡株数 ,越冬率%存活株数/ 植株总数×100%,确定牧草越冬率。10 乌 珠穆沁沙 质退化 草地 人工补播调 查研究 2.2.2.7 土壤 理化性状 各处理区以土钻随机取0~10cm、10~20cm、20~30cm深度分别取10个样点的土 样,3次重复,所取土样混合均匀后,用四分法取土1kg左右,带回实验室进行化学 性质分析。 有机质含量:重铬酸钾容量法 土壤碱解氮:碱解扩散法 土壤全氮量:半微量开氏法土壤速效磷量:NaHCO 法 3 土壤全磷量:HClO -H SO 法4 2 4 土壤速效钾:NH OAc 浸提,火焰光度计法 4 土壤全钾量:NaOH-熔融,火焰光度计法 2.2.3 数据分析 利用Microsoft Office Excel2003和SAS9.0的GLM过程进行方差统计分析。 3 结果与分析 3.1 植物种群特征 3.1.1 植物种群 组份变化 2009年 9 月对试验区(?)不同样地植物种类组成进行了记载见表 1。沙质 退化草 地补播有 10种植物,其中羊柴、沙蒿、沙打旺、小叶锦鸡儿为补播种,另外 还有天然 表1 试 验区 (? ) 不 同样 地植 物种 类组 成 Tab.1 The species composition of different sample area in test site (I ) 沙质退化 沙质退化 裸沙地 风蚀坑 裸沙地沙障 植物名称 拉丁名 草地补播 草地未补播 补播 补播 +补播 沙蒿 Artemisia desertorum ?? ? ? 羊柴 Hedysarum laeve ?? ? ? 沙打旺 Astragalus adsurgens ?? ? ? 锦鸡儿 Caragana microphylla ?? ? ? 羊草 Leymus chinensis ? ? 冰草 Agropyrom cristatum ? ? ?蓿豆 Melilotus ruthenica ? ? 画眉草 Eragrostis pilosa ? ?? ? 沙米 Agriophyllum squarrosum ? ?? ? 鸢尾 Iris tenuifolia ? ? 苔草 Carex spp?内蒙古农业 大学硕士 学位论文 11 牧草羊草、冰草、?蓿豆、鸢尾和一年生画眉草、沙米植物相伴;沙质退化草地未补 播有 7种植物,在其它处理区补播之前,沙质退化草地有零星的几株植物,补播处理 以后,沙质退化草地未补播主要以羊草、冰草为主,鸢尾、苔草和?蓿豆为偶见种, 还伴有一年生牧草沙米、画眉草;裸沙地补播、风蚀坑补播和裸沙地沙障+补播主要 由补播种羊柴、沙蒿、沙打旺、小叶锦鸡儿伴有一年生牧草画眉、沙米草组成。沙化 草地经人工补播增加了草群的种类成分,明显提高了草地多样性。虽然补播植物占有 很大优势,但是一年生植物也起重要的作用。 3.1.2 植物群落 动态 3.1.2.1 植物 群落高度 2009年和 2010年对试验区(?)不同年限不同样地植物种类的高度进行了观测, 如表 2所示, 2009年沙蒿、羊柴、沙打旺、小叶锦鸡儿四种补播植物的高度 8、9、 10三个月在不同的补播处理区表现较高,其中沙蒿 8、10月份裸沙地补播表 现最高, 显著高于风蚀坑补播(P<0.05),9 月份沙质退化草地补播表现最高,显著高于风蚀 坑补播(P<0.05)。羊柴在 8、9 月份裸沙地补播表现最高,10 月份风蚀坑补播表现 最高。沙打旺 8、9、10三个月裸沙地补播表现最高,8、9、10月份风蚀坑补播显著 低于其它处理区(P<0.05)。小叶锦鸡儿在各个处理补播区无显著差异(P>0.05), 其中 8、9月份沙质退化草地补播表现最高,10月份裸沙地补播表现最高。羊草在各 月份沙质退化草地补播高于对照沙质退化草地未补播区。冰草8月份沙质退化草地补 播显著高于对照区(P<0.05),9、10 月份高于对照区。一年生植物沙米、画眉草在 各月份生长较好。2010年沙蒿的高度在 6、7两月份裸沙地沙障+补播>裸沙地补播 >沙质退化草地补播>风蚀坑补播,8、9、10 月份沙质退化草地补播>裸沙地沙障 +补播>裸沙地补播>风蚀坑补播,最大高度能达到 65cm。羊柴的高度在 6、7两月 份裸沙地补播表现为最高,8、9两月份沙质退化草地补播显著高于其它处理 区(P< 0.05),10 月份各处理没有明显变化。沙打旺的高度在 6、7、8 三个月份沙质退化草 地补播表现为最高,9月份风蚀坑补播>裸沙地沙障+补播>裸沙地补播>沙质退化 草地补播,10月份裸沙地补播显著高于其它处理区(P<0.05) 。小叶锦鸡儿的高度在 6、8月份沙质退化草地补播最高,其次裸沙地沙障+补播,风蚀坑补播为最低,7、 9、10 月份裸沙地补播表现为最高,且显著高于其它处理(P<0.05)。羊草和冰草的 高度在沙质退化草地补播和沙质退化草地未补播各月份没有太大变化。一年生植物沙 米、画眉草也是偶见。 裸沙地补播、风蚀坑补播、裸沙地沙障+补播几乎没有原始植被,经补播后形成 了以沙蒿沙打旺、羊柴和小叶锦鸡儿为主且较为稳定的群落。在补播植物生长的同时 一年生植物画眉草、沙米相继侵入,成为在植物群落中首先定居的野生侵入植物,两12 乌 珠穆沁沙 质退化 草地 人工补播调 查研究 年期间高度总体的高度呈现上升趋势,补播植物沙蒿高度占有优势状态。这可能和降 雨量增加有关。特别是一年生植物在雨水好的条件下,短时间内得以很快的生长速度。 在补播区,2010 年由于补播植物生长占优势,抑制了一年生植物生长。总体来看, 对退化草地进行人工补播有利于整体群落高度的增加。 3.1.2.2 植物群落盖度 试验区(?)不同年限不同样地植物种类的盖度见表 3。植物群落的盖度在草地 生态中占有相当重要的地位,也是作为衡量草地退化的重要指标。沙蒿的盖度 2009 年 8月裸沙地补播表现最高,其中 9、10月份表现显著高于其它处理区(P<0.05), 8、9月风蚀坑补播最低,10月沙质退化草地补播最低并与风蚀坑补播无显著差异(P >0.05);2010 年沙蒿的盖度在各月份、各处理都变现为最好,6 月份在裸沙地补播 最高为 24.33%显著高于裸沙地补播沙障+补播、风蚀坑补播、沙质退化草地补播(P <0.05),7、8、9、10四个月份沙蒿的盖度为裸沙地补播沙障+补播裸沙地补播沙 质退化草地补播风蚀坑补播,6、7、8、9月沙质退化草地补播与风蚀坑补播之间无 显著差异(P>0.05),8、9、10月裸沙地补播沙障+补播与裸沙地补播之间无 显著差 异(P>0.05),10月各补播处理区显著高与风蚀坑补播(P<0.05)。 羊柴的盖度 2009年 8月份裸沙地沙障+补播表现最高,