封育在新疆蒿类荒漠草地植被及土壤恢复中的作用

2020年11月第6期(总第205期)草食家畜(双月刊) 10.16863/ki.1003-6377.2020.06.008
封育在新疆蒿类荒漠草地植被及土壤恢复中的作用
李超锋1,董乙强2*
(1.新疆瑞祥农牧工程咨询设计院有限公司,乌鲁木齐830000;
2.新疆农业大学草业与环境科学学院/新疆草地资源与生态自治区重点实验室,乌鲁木齐830052)
摘要:新疆蒿类荒漠草地退化现象十分严重,超载过牧现象日益加剧,草地沙化面积逐年扩张,已严重危及到新疆的生态安全。

退化蒿类荒漠草地适宜的封育年限仍然处于模糊不清阶段,亟需加强封育对新疆退化草地植被群落特征、多样性及土壤养分影响的归纳总结,进一步提升对新疆蒿类荒漠草地的理解。

本文以蒿类荒漠草地为综述对象,从封育后植被群落结构特征、物种多样性以及土壤性质等方面进行分析,归纳总结当前蒿类荒漠草地封育后植被恢复现状,对未来蒿类荒漠草地最适封育年限有了初步断识。

短期封育可以显著提高蒿类荒漠草地植被的高度、盖度、密度、生物量及植被多样性;长期封育虽不利于维持较高地上植被生物量和物种多样性,但土壤性质能得到较好改善,因此初步断定封育5~10a为蒿类荒漠草地最适封育年限。

在今后的研究中仍需通过更多实验站点、增加时间梯度,缩短时间节点来进一步确定蒿类荒漠草地的最佳封育年限。

关键词:封育;蒿类荒漠草地;植被恢复;植物多样性;土壤养分
中图分类号:S812.6文献标识码:A文章编号:1003-6377(2020)06-0042-05
草地生态系统是全球生态系统的重要组成部分,占近25%的陆地面积[1],其在应对全球碳减排及气候变化方面发挥着重要作用[2]。

新疆是我国五大牧区之一,是重要的畜牧基地[3~5]。

全疆拥有可利用天然草地4.8×107hm2,约占全疆土地总面积的34.44%,其中荒漠类草地面积共2.69×107hm2,占全疆可利用草地面积的56.04%[6],因此,荒漠草地在新疆可利用天然草地中占据着十分重要的生态、经济和社会地位。

新疆蒿类春秋牧场面积为3.04×106hm2,占全疆春秋牧场总面积的28%,并以菊科绢蒿属植物为其主要种群[6]。

由于蒿类春秋牧场大多自然条件严酷,本身就存在潜在的生态脆弱性[7],再加上实际生产中一直忽视两个“忌牧期”的存在[8],使其年累计利用时间高达半年之久,致使草地退化十分严重,生态系统受损极其严重[9],已成为新疆草地退化的重灾区,对草地生物多样性、畜牧业发展以及草地生态系统稳定造基金项目:新疆农业大学草学高峰学科开放课题“天山北坡蒿类荒漠植物多样性和土壤微生物多样性的研究”(CXGFXK-2019-01)作者简介:李超锋(1987-),男,本科,助理畜牧师,主要从事植被恢复与草种子研究。

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通讯作者:董乙强(1989-),男,在读博士后,讲师,研究方向为草地资源与生态。

E-mail:*****************
收稿日期:2020-09-10,修回日期:2020-09-23
2020年11月第6期(总第205期)草食家畜(双月刊)成了严重威胁[10],因此恢复与治理退化的蒿类荒漠已成为当前亟待解决的首要问题之一。

封育成为新疆退化草地恢复与治理的重要举措[11],其原理就是调节草地生态系统中食草动物与植物间的关系,保障草地植物的自我修复与更新[12],推动草地植物群落向进展方面演替,进而实现退化草地的逐步恢复。

目前,国内许多学者都针对围栏封育对荒漠草地植被恢复进行了相关的研究,研究内容主要涉及地上植被群落特征、草地多样性、草地生产力以及封育后土壤理化性质的动态变化。

1封育对植被群落结构特征的影响研究
封育是利用草地自身的更新恢复能力,在没有外界干扰以及生境改善的条件下,为植被群落创造有利环境条件,使退化草地群落的物种组成和结构发生变化,在一定时期得以繁衍。

封育后荒漠草地植被群落特征变化复杂,影响因素来源较多,随着封育在新疆蒿类荒漠草地的研究进展,是否有封育最适年限,及长期封育是否会对荒漠草地结构功能产生负面影响等问题成为研究的焦点。

有关封育对蒿类荒漠草地植物群落结构的影响,根据多年的实验研究可知,封育后植被的增加幅度与围栏年限和围封前草地的退化程度密切相关[7,10]。

许多学者[13~19]都对封育后蒿类荒漠草地进行了调查,结果表明封育后植被群落高度、盖度、密度等均有不同程度的增加。

杨静等[13]指出封育过程中植被群落组成未改变,但物种重要值随年限的增加呈现消长的动态变化,同时得出在封育6a时植被恢复达到最高值;董乙强等[14]研究不同封育年限退化蒿类荒漠草地植被群落变化情况,结果表明封育能够显著增加植被高度、盖度,同时半灌木经济类群优势度随着封育年限的增加先升后降再升,这对荒漠草地群落建造有着十分重要的作用;有学者指出,短期封育可以增加植被高度、盖度及密度等群落特征,在封育5a植被高度达到最大值[15],但在封育8a和11a时差异不显著[16];不同气候区封育相同年限伊犁绢蒿荒漠草地植被群落特征也呈现出相似规律[17],但对博乐绢蒿荒漠草地群落数量特征呈现不同的分布规律,这可能是因为封育地为中度退化荒漠草地在短期内植被未得到缓解,使其地上植被变化不明显,因而在应对中度退化草地时应当进行长期修复[18]。

长期封育修复并不意味着无限期封育,相关研究指出[19]伊犁绢蒿荒漠草地封育11a后群落数量特征均呈现降低的趋势,长期封育后,凋落物堆积使空气密闭不流通,抑制幼苗的形成以及植物的再生,不利于草地的繁殖更新。

综上所述,短期封育能显著增加植被的植物群落组成(高度、密度、盖度、物种组成)等,一般封育5~10a时,植被高度、盖度、密度出现最大值,随后呈下降趋势。

2封育对植被多样性的影响研究
关于围栏封育对退化草地植被多样性的研究仍存在较大争议,主要表现为正相关作用、负相关作用及相关性不显著。

物种多样性是指物种种类与数量的丰富程度,是群落结构的简单度量,同时也能确定一定地区内物种的数量特征[20]。

围封消除外界环境的干扰,使得退化草地在一定时间段内得以恢复,群落植被的多样性也得到增加。

有学者指出[16]封育3a后群落优势种的多样性指数得到提高,而伴生种种群的多样性指数先升后降,这说明封育能够促进优势种的增长,尤其是对半灌木植被经济类群的恢复十分有利[21],更有利于蒿类荒漠草地质量的提高。

杨合龙等[21]根据草地质量指数计算得出,封育5a为最佳封育年限。

但当荒漠草地土壤基质为沙质时,又呈现不同的局面,相关结果表明封育3a后样性指数达到最高,5a群落功能多样性指数降低,逐渐趋于稳定[22]。

除土壤基质、封育年限外,蒿类荒漠草地群落植被多样性还受到生长
2020年11月第6期(总第205期)草食家畜(双月刊)季的调控,融雪促进早春短命类短命植物大量萌发,占据相应生态位,从而提高封育区的多样性指数[23]。

综上所述,短期封育能够增加植被多样性指数,一般封育5a后围栏内植被群落稳定性指数达到基本稳定。

植被多样性不仅受封育年限的调控,同时也受到生长季节的影响,不同的建群种在应对封育过程所产生的变化十分复杂,应根据具体情况而定。

3封育对地上植被生产力的影响研究
地上生物量是初级生产力的重要组成部分和表现形式[24]。

地上植被生产力与植被的高度、盖度呈正相关关系,封育初期地上生物量与高度、盖度均呈现增高的趋势,但随着封育年限的延长,上升速率逐渐减缓。

有学者指出[25],封育4a后草地每公顷产草量比未封育草地产草量(干草)多660.75~661.50kg;随着封育年限的增加,地上生物量较放牧区能够提高158.63%~221.44%,在封育9a后虽然建群种重要值恢复到首位,但仍未恢复到原始顶级状态,因此,对生产力与经济效益同时考虑,初步认为封育5a是最佳封育年限[26]。

同时根据草地生物量结果可知,建群种在5月时草地生产力达到最大值[27],围栏内的地上生物量比围栏外地上生物量高789g/m2,优良牧草比例高出22.09个百分点[28]。

按照草地经济类群划分,半灌木在封育11a时生物量达到最高,且通过中度退化荒漠草地建群种伊犁绢蒿的生长动态初步推断7~11a为最适封育年限。

综上所述,封育后地上植被生产力均呈现增加趋势,根据众多学者综合研究结果得出一般封育5~10a 能使地上植被生产力达到最大值。

4封育对土壤理化性质的影响
封育通过地上植被恢复作用使退化草地产草量得到提高,进而对草地土壤肥力的恢复起到十分重要的作用。

土壤理化性质随着封育方式、年限的增长也会呈现出不同的变化格局。

别尔达吾列提·希哈依等指出[18],在短期封育下,博乐绢蒿荒漠草地土壤理化性质变化差异不显著,比较稳定,这可能是因为相比于植物、土壤累积效应更慢,在短期封育内未能显现出来。

范燕敏等[29]对封育5a与放牧区土壤理化性质的差异进行比对,表层土壤有机碳、微生物量碳及易氧化碳并未显著提高,因此若想使得土壤质量得到合理改善,应对其进行更长时间的保护。

同时有多位学者均指出,长期封育(9a)较短期封育(1a、4a)有助于土壤质量的恢复,对土壤碳、氮、磷均有显著升高的变化趋势,使土壤肥力得到提升[13,14,26]。

综上所述,短期封育蒿类荒漠草地土壤理化性质呈现降低或不显著的趋势,随着年限的增加,土壤理化性质呈现逐渐增加的趋势。

因此,从土壤理化性质方面推断出封育6~10a能使其土壤恢复到较好的状态。

5结论与展望
短期封育使蒿类荒漠草地植被群落特征、多样性指数及地上植被生物量产生积极影响,土壤理化性质产生降低现象,但随着封育年限的增加,土壤理化性质呈现增加趋势,植被群落特征、植被多样性及植被生产力呈现降低或稳定趋势。

通过全文对不同组分的共同理解,确定5~10a为最适封育年限。

因此,封育并不是年限越久越佳,一方面应根据研究区植被的实际生长情况以及土壤肥力等级决定是否对该地区继续进行封育,同时控制好围封时间及围封尺度,缓解草地压力,累积土壤养分,另一方面要增强牧民的草地保护意识,积极维护荒漠草地生态系统的稳定,同时也要核定载畜量,合理配置牲畜,减轻放牧压力,促使退化草地恢复生机。

2020年11月第6期(总第205期)草食家畜(双月刊)参考文献院
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The Role of Enclosure in Vegetation and Soil Restoration of
Degraded Grassland in Xinjiang
LI Chao-feng1,DONG Yi-qiang2*
(1.Xinjiang Ruixiang Agro-pastoral Engineering Consulting&Designing Institute Co.,Ltd.Urumqi830000, China;2.College of Grassland and Environmental Sciences of Xinjiang Agricultural University/Key Laboratory of Grassland Resources and Ecological Autonomous Region in Xinjiang,Urumqi830052,China)
Abstract:The degradation of desert grassland in Xinjiang is very serious.The phenomenon of over grazing is becoming more and more serious.The area of grassland desertification is expanding year by year,which has seriously endangered the ecological security of Xinjiang.The suitable closing period of degraded desert grassland in Xinjiang is still in the ambiguous stage,so it is necessary to strengthen the summary of closing effect on vegetation community characteristics,diversity and soil nutrients of degraded grassland in Xinjiang, so as to further improve the understanding of degraded desert grassland in Xinjiang.This paper takes Artemisia desert grassland as the review object,analyzes the structure characteristics of vegetation community, species diversity and soil properties after closure,summarizes the current situation of vegetation restoration after closure of Artemisia desert grassland,and preliminarily identifies the optimal closure period of Artemisia desert grassland in the future.Short-term closure can significantly improve the height,coverage,density, biomass and vegetation diversity of vegetation;Long-term closure is not conducive to the maintenance of vegetation biomass and species diversity on higher ground,but the soil properties can be better improved,so it is preliminarily concluded that5-10years of closure is the optimal closure period of Artemisia desert grassland.In the future,more experimental sites,more time gradients and shorter time nodes are needed to further determine the best closing period of Artemisia desert grassland.
Key words:enclosure;artemisia desert grassland;vegetation restoration;plant diversity;soil nutrients。