渾善達克沙地境內(nèi)沙地榆的自然更新

劉利紅,劉果厚,趙 麗,桂 榮

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學生態(tài)環(huán)境學院,內(nèi)蒙古呼和浩特010019;2.內(nèi)蒙古林業(yè)科學研究院,內(nèi)蒙古呼和浩特010010;3.內(nèi)蒙古錫林郭勒盟正藍旗林業(yè)工作站,內(nèi)蒙古錫林郭勒盟正藍旗027200;4.內(nèi)蒙古錫林郭勒盟正藍旗草原工作站,內(nèi)蒙古錫林郭勒盟正藍旗027200)

榆樹疏林草原是溫帶典型草原地帶,適應半干旱半濕潤氣候的隱域性沙地頂級植物群落[1-2],分布在渾善達克沙地上的沙地榆疏林,是防風固沙、保護當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和周邊土地資源的重要的植物群落類型。渾善達克沙地榆(Ulmus pumila L.var.sabulosa J.H.Guo Y.S.Li et J.H.Li)是當?shù)匚┮荒苄纬墒枇值膯棠緲浞N[3],由于環(huán)境的不斷惡化及人為的不斷干擾,使渾善達克沙地榆的分布范圍逐漸縮小,種群數(shù)量減少,導致更新上的斷層,這對維持渾善達克沙地榆疏林草原的穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展將產(chǎn)生不利的影響。因此對渾善達克沙地榆進行更新方面的研究具有重要意義。

目前,國內(nèi)對渾善達克沙地及榆樹疏林草原研究主要包括渾善達克沙地形成及水分狀況分析[4-5],榆樹疏林草原植被、生態(tài)環(huán)境調(diào)查分析[1,6],人為干擾對渾善達克沙地榆樹疏林的影響[3,7],榆樹疏林對維持草地生態(tài)區(qū)域生物多樣性意義[8],渾善達克沙地榆樹疏林生態(tài)系統(tǒng)的空間異質(zhì)性[9],沙地榆生長與水文氣象因子關系[10],渾善達克沙地榆根系分布特征及生物量研究[11],沙地榆的遺傳多樣性研究[12],沙地榆樹疏林草地種群空間格局[13-14]。對其更新研究很少,如郭柯[15]等對渾善達克沙地4種生境中榆樹天然更新幼苗發(fā)育進行了比較研究,李鋼鐵[16]等對科爾沁沙地榆樹疏林草原及其封育更新進行了研究。對渾善達克沙地榆更新能力的研究尚未見報道,通過對不同生境下渾善達克沙地榆幼苗的密度、生長情況、林緣擴散距離及渾善達克沙地榆單株下幼苗分布密度進行調(diào)查,分析渾善達克沙地榆的更新情況,為實現(xiàn)沙地榆的有效保護和持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)自然條件和研究方法

1.1 研究區(qū)自然條件

本研究區(qū)位于渾善達克沙地腹地正藍旗那日圖蘇木巴音塔拉嘎查(42°52′23″N,115°54′43″E)和上都鎮(zhèn)敖倫毛都嘎查(42°10′44″N,115°40′59″E)該區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸性季風氣候,年平均氣溫1.5℃,無霜期107 d。年平均降水量365.1 mm,降水分布不均,多集中在6—8月,年均蒸發(fā)量1 907.4 mm,為降水量的5倍。全年平均風速4.3 m/s,大風日平均為34 d。土壤為風沙土。

該區(qū)植物群落中的喬木主要是渾善達克沙地榆,與之伴生的主要灌木有黃柳(Salix gordejevii)、小紅柳(Salix micrastachya)、小葉錦雞兒(Caragana microphylla)等。草本植物有冰草(Agropyron cristatum)、羊草(Leymuschinensis)、黑蒿(Artemisia palustris)、冷蒿(Artemisia frigida)、狹葉青蒿(Artemisia dacunculus)、糙隱子草(Cleistogenes squarrosa)、寸草苔(Carex duriuscula)、豬毛菜(Salsola collina)、阿爾泰狗娃花(Heteropappus altaicus)、尖頭葉藜(Chenopodium acuminatum)、燭臺蟲實(Corispermum candelabrum)、灰綠藜(Chenop odium glaucum)等。

1.2 研究方法

1.2.1 生境劃分方法 根據(jù)渾善達克沙地實際情況,將試驗地生境劃分為固定沙地(植被蓋度＞50%)、半固定沙地(植被蓋度10%～50%)、流動沙丘(植被蓋度＜10%)[17]。

1.2.2 渾善達克沙地榆種群林下更新調(diào)查 在固定沙地、半固定沙地、流動沙丘選擇渾善達克沙地榆分布的典型地段,每種生境下分別設置3個50 m×50 m的樣地,共18塊。調(diào)查樣地內(nèi)所有灌木的數(shù)量,并估測蓋度;并在每塊樣地內(nèi)隨機選取15個1 m×1 m的小樣方,記錄渾善達克沙地榆幼苗的數(shù)量、高度、地徑、主根長;隨機選取3個1 m×1 m的小樣方記錄草本植物的種類,測量其蓋度。

1.2.3 渾善達克沙地榆林緣繁殖擴散調(diào)查 林緣繁殖擴散反映渾善達克沙地榆向林緣外的擴散情況[18]。在固定沙地、半固定沙地、流動沙丘按平行渾善達克沙地榆林緣的方向分別設置10 m寬的平行樣帶,樣帶距林緣的距離依次為10,20,30 m,依次類推,直至沒有發(fā)現(xiàn)擴散苗為止,記錄每條樣帶內(nèi)渾善達克沙地榆幼苗的數(shù)量。每種生境設置4次重復。

1.2.4 渾善達克沙地榆單株繁殖擴散調(diào)查 單株擴散反映單株樹木在散生狀態(tài)下通過有性繁殖(實生)向周圍環(huán)境擴散的能力[18]。在固定沙地、半固定沙地、流動沙丘選半徑 100 m范圍內(nèi)無相同樹種的渾善達克沙地榆生殖株作為研究對象,記錄其胸徑、樹高、冠幅。以此生殖株為中心,沿東北、西北、西南、東南4個方向劃分4個扇形區(qū)域,在每個扇形區(qū)域內(nèi)設置10 m寬的樣帶,樣帶距生殖株的距離依次為10,20,30 m,依次類推,直至沒有發(fā)現(xiàn)擴散苗為止,記錄每條樣帶內(nèi)渾善達克沙地榆幼苗數(shù)量。同種生境下選3～4棵生殖株作為重復。

2 結(jié)果與分析

2.1 渾善達克沙地榆林下更新

由表1可以看出,不同生境下沙地榆幼苗的密度是不同的,流動沙丘幼苗的密度30株/m2(巴音塔拉),44株/m2(敖倫毛都)＞半固定沙地幼苗密度23株/m2,24株/m2＞固定沙地幼苗的密度13株/m2,15株/m2。分析其主要原因是流動沙丘、半固定沙地土壤沙化程度高,種子易于穩(wěn)定、萌發(fā),少量灌木、半灌木的存在也可以使一部分沙地榆種子在灌叢下穩(wěn)定下來萌發(fā)形成幼苗;固定沙地土壤固定程度高,不利于形成種子萌發(fā)的穩(wěn)定環(huán)境,種子萌發(fā)成幼苗的數(shù)量相對減少。

幼苗生長情況調(diào)查結(jié)果表明,固定沙地、流動沙丘幼苗生長差,半固定沙地幼苗生長好。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是固定沙地草本生長旺盛,蓋度較大,渾善達克沙地榆種子落地后雖然能夠萌發(fā),但在生長過程中幼苗需要與草本植物競爭水分、養(yǎng)分,較高蓋度的草本群落使渾善達克沙地榆幼苗處于蔭蔽的環(huán)境條件下,生長細弱;流動沙丘較陡的地形加強了土壤水分的側(cè)向滲流,使幼苗在流動沙丘上能夠迅速萌發(fā)成苗,但因水資源總量的限制又使其不能旺盛生長,特別是在干旱少雨的時期容易大量枯死。而半固定沙地植被蓋度和土壤表層含水量介于其它2種生境之間,少量的植被利于渾善達克沙地榆幼苗抵御不良的環(huán)境,幼苗生長好。

表1 渾善達克沙地榆種群林下更新調(diào)查結(jié)果

2.2 渾善達克沙地榆林緣更新

圖1—2表明,3種生境下渾善達克沙地榆幼苗距林緣的最遠距離都為100 m。幼苗密度隨距林緣距離的增加而降低,幼苗主要集中于距林緣20 m的范圍內(nèi)(占幼苗總分布密度的81%),20—40 m的范圍內(nèi)幼苗密度顯著降低(占幼苗總分布密度的10%),40—60 m的范圍內(nèi)幼苗密度僅為1株/m2(占幼苗總分布密度的6%),60—100 m范圍內(nèi)渾善達克沙地榆幼苗零星出現(xiàn)(占幼苗總分布密度的3%)。幼苗密度梯度為流動沙丘＞半固定沙地＞固定沙地。渾善達克沙地榆種子結(jié)實量大,發(fā)芽力強,扎根迅速,只要落種期地表有少量水分,種子落地后就能迅速發(fā)芽成苗。幼苗分布密度的差異除了與渾善達克沙地環(huán)境有關外還與其種子發(fā)芽性質(zhì)有關。

圖1 巴音塔拉不同生境林緣擴散結(jié)果

圖2 敖倫毛都不同生境林緣擴散結(jié)果

2.3 渾善達克沙地榆單株擴散

從表2的調(diào)查結(jié)果可以看出,渾善達克沙地榆樹高5～6.2 m,胸徑18～22.7 cm,由于渾善達克沙地氣候干旱、生態(tài)條件較差,所以渾善達克沙地榆生長比較低矮,但這些單株都處于結(jié)實量較高的成年樹階段。同種生境下敖倫毛都渾善達克沙地榆的冠幅大于巴音塔拉渾善達克沙地榆的冠幅,但幼苗分布密度的差異不顯著,說明冠幅對幼苗分布密度的影響不大。生境對渾善達克沙地榆幼苗分布密度的影響較大,渾善達克沙地榆幼苗分布密度呈以下規(guī)律:流動沙丘＞半固定沙地＞固定沙地,這與林下、林緣更新調(diào)查結(jié)果是一致的。

從表2中還可以看出,風向?qū)τ酌绶植济芏鹊挠绊戄^大,不同方向幼苗分布的密度為西北＞東南＞西南＞東北方向,這與渾善達克沙地榆種子成熟落地時地面的風向是一致的,渾善達克沙地榆種子成熟落地時渾善達克沙地盛行東南風,這是造成西北方向幼苗密度最高的主要原因。

3 結(jié)論

(1)渾善達克沙地榆種群在半固定沙地、固定沙地、流動沙丘3種生境的自然更新情況是不同的,半固定沙地比流動沙丘、固定沙地適合渾善達克沙地榆的自然更新。渾善達克沙地榆種子萌發(fā)、生長與其所處生境的植被蓋度密切相關,植被適中,種子落地后易接觸土壤并吸收土壤水分和養(yǎng)分,萌發(fā)率高;植被蓋度過高,渾善達克沙地榆種子很難接觸地面,即使種子能夠萌發(fā),其競爭力較弱,幼苗生長不良。

對生長在沙地上的植物來講,水分是其生存和繁殖的主要限制性因子,由于降水量小,沙地土壤含水量有限,種子即使能夠萌發(fā),沒有充足的水分,幼苗仍無法正常生長,調(diào)查中發(fā)現(xiàn)幼苗存在死亡現(xiàn)象,流動沙丘更為嚴重。這是因為流動沙丘植被蓋度低,沒有先鋒物種定居形成穩(wěn)定群落,土壤表層含水量較低,幼苗密度高、根系淺、地表蒸發(fā)和消耗根系層水分多,導致幼苗大量死亡。

(2)渾善達克沙地榆種群的擴散能力較強,研究發(fā)現(xiàn)渾善達克沙地榆擴散繁殖的最遠距離可達100 m。渾善達克沙地榆的擴散除了與其外界的環(huán)境條件有關外,還與種子生物學特性有關,為了更深入了解渾善達克沙地榆的更新機制,今后有必要對種子萌發(fā)的適應性及幼苗生長特性進行研究,探討光照、溫度、土壤含水量、沙埋厚度對種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。

(3)同種生境下,風向?qū)τ酌绶植济芏鹊挠绊戄^大。不同風向幼苗分布密度為:西北風＞東南風＞西南風＞東北風,這與渾善達克沙地榆種子成熟落地時地面的風向是一致的。

表2 渾善達克沙地榆單株下幼苗調(diào)查結(jié)果

調(diào)查過程中還發(fā)現(xiàn),渾善達克沙地榆灌叢化現(xiàn)象嚴重,常常是只見樹苗不見大樹,這很大程度上取決于放牧的強度,家畜過度的啃食和踐踏抑制了渾善達克沙地榆的生長和繁殖。因此,為了促進渾善達克沙地榆自然更新,應采取以保護為主的措施,注意協(xié)調(diào)林牧矛盾,促進林業(yè)和牧業(yè)生產(chǎn),以持續(xù)發(fā)揮渾善達克沙地榆種群在防風固沙、保護植被等方面的生態(tài)作用。

[1]李鋼鐵,姚云峰,鄒受益,等.科爾沁沙地榆樹疏林草原植被研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2004,18(6):132-137.

[2]徐文鐸,鄒春靜.中國沙地森林生態(tài)系統(tǒng)[M].北京:中國林業(yè)出版社,1998:209-212.

[3]李永庚,蔣高明,高雷明,等.人為干擾對渾善達克沙地榆樹疏林的影響[J].植物生態(tài)學報,2003,27(6):829-834.

[4]李孝澤,董光榮.渾善達克沙地的形成時代與成因初步研究[J].中國沙漠,1998,18(1):16-21.

[5]陳有君,關世英.內(nèi)蒙古渾善達克沙地土壤水分狀況的分析[J].干早區(qū)資源與環(huán)境,2000,14(1):80-85.

[6]王興文,徐海聲,岳太青.賀蘭山東坡灰榆疏林草原與灰榆林生態(tài)特征及生態(tài)環(huán)境狀況調(diào)查分析[J].防護林科技,2007,79(9):76-78.

[7]楊利民,周廣勝,王國宏,等.人類活動對榆樹疏林土壤環(huán)境和植物多樣性的影響[J].應用生態(tài)學報,2003,14(3):321-325.

[8]楊利民,韓梅,王麗君.榆樹疏林對維持草地生態(tài)區(qū)域生物多樣性意義的初探[J].吉林農(nóng)業(yè)大學學報,1996,25(S):46-49.

[9]劉建,朱選偉,于飛海,等.渾善達克沙地榆樹疏林生態(tài)系統(tǒng)的空間異質(zhì)性[J].環(huán)境科學,2003,24(4):29-34.

[10]馬龍,劉廷璽,寇志強,等.科爾沁沙地榆樹生長與水文氣象因子的關系及氣候重建[J].冰川凍土,2007,29(5):802-807.

[11]李紅麗,董智,王林和,等.渾善達克沙地榆樹根系分布特征及生物量研究[J].干早區(qū)資源與環(huán)境,2002,16(4):99-105.

[12]劉果厚,賈寶麗.沙地榆遺傳多樣性的研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2003,17(5):123-127.

[13]劉建,劉鳳紅,董鳴,等.渾善達克沙地南緣榆樹種群的大小結(jié)構(gòu)和鄰體格局[J].中國沙漠,2005,25(1):75-80.

[14]左小安,趙學勇,張銅會,等.科爾沁沙地榆樹疏林草地物種多樣性及喬木種群空間格局[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2005,19(4):63-68.

[15]郭柯,劉海江.渾善達克沙地四種生境中榆樹天然更新幼苗發(fā)育的比較[J].生態(tài)學報,2004,24(9):2025-2028.

[16]李鋼鐵,姚云峰,鄒受益,等.科爾沁沙地榆樹疏林草原及其封育更新研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2004,18(4):152-157.

[17]李雪華,韓士杰,蔣德明,等.科爾沁沙地不同演替階段植被特征及固沙作用[J].遼寧工程技術大學學報,2006,25(5):789-791.

[18]劉寧,鄭勇奇,張川紅,等.廣東江門地區(qū)雷林1號桉的自然更新與擴散[J].林業(yè)科學研究,2006,19(5):616-620.