放牧方式對渾善達(dá)克沙地榆樹疏林退化的影響

姚雪玲,李 龍,王 鋒,劉書潤,吳 波,*,郭秀江

1 中國林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化所,北京 100091 2 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院,呼和浩特 010018 3 內(nèi)蒙古師范大學(xué)教育學(xué)院,呼和浩特 010018 4 華北油田技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)處計(jì)量中心站,任丘 062552

渾善達(dá)克沙地位于內(nèi)蒙古錫林郭勒高原中部,42°10′—43°50′N,112°10′—116°31′E,面積為23564 km2[1]。它地處錫林郭勒草原中部農(nóng)牧交錯帶上,被典型草原包圍。渾善達(dá)克沙地的水資源豐富,在沙丘之間的低地,往往能夠看到地下水涌出而形成的小面積水池和湖泊(俗稱水泡子)。隨著水資源的不均勻分布,各類型植被在空間上呈現(xiàn)出斑塊鑲嵌的景觀。渾善達(dá)克沙地最為典型的天然頂級植被群落是榆樹疏林,是非地帶性隱域植被類型。在沙隴陰坡(背風(fēng)坡)往往分布著高大密集的榆樹(Ulmuspumila)、柳灌叢等,覆蓋度大,甚至人畜都難以進(jìn)入,如果不是人為砍伐,放牧都很難破壞此處的植被。沙隴陽坡(迎風(fēng)坡)光照強(qiáng)烈,地表主要以褐沙蒿(Artemisiaintramongolica)和旱生雜草類草本植物群落為主。沙甸是沙隴之間的低洼濕地,分布著密集灌叢以及芨芨草(Achnatherumsplendens)等草甸植物種類。沙隴和沙甸之間的較為平緩開闊的過渡帶稱為沙平地,中旱生草本植物群落中零散分布著喬灌木[2- 3]。因沙地基質(zhì)環(huán)境的特殊性,渾善達(dá)克沙地的植被與周邊草原區(qū)截然不同,歷史記載渾善達(dá)克沙地水草豐美,號稱“小騰格里”,蒙語含義“長生天”,千百年來一直作為冬季放牧的優(yōu)質(zhì)營地[4]。20世紀(jì)60—70年代,國家實(shí)行“以糧為綱”政策,牧區(qū)強(qiáng)調(diào)糧食自給,引發(fā)多次“開荒熱”,草場破壞嚴(yán)重,大量榆樹和柳灌叢被砍伐,僅70年代砍伐的榆樹就有400余萬株,當(dāng)?shù)厝罕娡葱牡恼f：“一年開草場,二年打點(diǎn)糧,三年變沙梁”[5]。另外由于超載過牧等因素,渾善達(dá)克地區(qū)60年代流沙面積2%左右,到90年代已達(dá)27%[6]。2000年以來,隨著京津冀風(fēng)沙源工程的啟動以及國家生態(tài)政策的施行,渾善達(dá)克沙地局部地區(qū)的退化趨勢得到遏制,然而仍有大面積植被在繼續(xù)退化。究其原因,90年代后期隨著草場劃分到戶的全面落實(shí),傳統(tǒng)的隨季節(jié)走場的游牧方式轉(zhuǎn)變?yōu)槟撩穸ň印⒃谧约簢鷻趦?nèi)全年放牧或部分倒場的放牧方式[7]。伴隨著放牧方式的變化,在生態(tài)工程所無法涉及到的、更為廣闊的沙地內(nèi)部,植被仍然在急劇退化。

國家實(shí)施的草畜平衡以及圍封禁牧等政策,一定程度上遏制了牲畜量,然而因牧民基本的生產(chǎn)生活需要,牲畜量不可能無限度的控制。另一方面,大量研究證明適度的放牧對于自然生態(tài)系統(tǒng)健康的維護(hù)是必要的[8- 9]。有研究表明非洲瑪拉塞倫蓋蒂大草原在數(shù)千年的游牧影響下仍保持良好狀態(tài),說明在合理的放牧下,牲畜和草場并不一定是對立關(guān)系[10]。另外,圍封禁牧既消耗大量經(jīng)濟(jì)成本,又不利于發(fā)揮草場價(jià)值,而且長期的封禁對生態(tài)恢復(fù)并不一定有利[11- 12]。因此,我們需要從放牧管理著手,通過合理的草場利用方式,既維護(hù)沙地生態(tài)系統(tǒng)的健康,又緩解生態(tài)和牧民經(jīng)濟(jì)需求之間的矛盾。

1 研究方法

研究樣地位于渾善達(dá)克沙地中部的典型榆樹疏林分布區(qū),錫林郭勒盟正藍(lán)旗桑根達(dá)來鎮(zhèn)東北30 km處的巴斯海嘎查。對樣地所屬的牧戶進(jìn)行訪談,記錄其草場利用的歷史狀況。研究樣地信息見表1。該兩塊樣地相鄰,用鐵絲網(wǎng)圍欄隔開,一塊作為冬營地。冬營地是每年降雪后牲畜入場,返青之前出場,年均放牧約4—5 個月,夏營地放牧?xí)r間根據(jù)草場狀況與其他草場進(jìn)行輪牧,一般放牧約1—3個月。選則這兩塊樣地進(jìn)行對比的原因是：1)相鄰樣地,可以排除氣候背景差異;2)兩塊樣地的歷史背景狀況一致,1997年劃分草場之前,均為游牧冬營地;3)因?qū)偻患夷翍?兩塊樣地放牧的牲畜種類、數(shù)量變化一致,即放牧強(qiáng)度相似。

表1 研究樣地的放牧情況

圖1 對比樣地冬營地-夏營地的植物群落調(diào)查樣方位置示意圖(遙感影像采用無人機(jī)拍攝于2018年8月13日)Fig.1 Sample locations of plant community survey in the comparative study plots (Background image taken with drone on August 13, 2018)

分別對冬營地和夏營地的整體景觀以及不同植被層片進(jìn)行樣方調(diào)查。在研究區(qū)內(nèi),喬木主要是榆樹(Ulmuspumila),集中分布于沙隴陰坡,或者散布于開闊的沙平地；灌木的優(yōu)勢種主要有柴樺(Betulafruticosa)、小紅柳(Salixmicrostachya)、耬斗葉繡線菊(Spiraeaaquilegifolia.)等,呈團(tuán)塊狀分布于低洼沙甸中或者沙隴陰坡；草本在不同地形部位均有分布。對喬灌木,在冬營地和夏營地分別進(jìn)行樣方調(diào)查,對比各群落在冬、夏營地中的高度、郁閉度、生物量、植物種數(shù)等差別。榆樹群落采用20 m × 20 m樣方調(diào)查,冬營地、夏營地各調(diào)查兩個樣方。灌木采用10 m × 10 m樣方,調(diào)查了柴樺、小紅柳、耬斗葉繡線菊3種分布最廣的灌木群落,共12個樣方。對于草本,在冬營地、夏營地圍欄兩側(cè)拉樣線等間距調(diào)查了8個1 m× 1 m草本樣方。各個植物群落樣方空間位置見圖1。其中喬灌草的生物量估算是采用地表測量指標(biāo)如高度、冠幅、郁閉度等指標(biāo)與生物量的函數(shù)關(guān)系計(jì)算得到[13-14]。

2 結(jié)果

2.1 喬木群落對比

冬營地中榆樹從植株大小形態(tài)來看,老樹、幼樹并存,表現(xiàn)出較為正常的種群自然更新狀態(tài),如圖2a中的老樹以及圖2c中較為年輕的榆樹,樣地內(nèi)另有大量高度小于1 m的榆樹苗。夏營地僅發(fā)現(xiàn)若干老樹,因牲畜過度啃食,很難找到榆樹幼苗(圖2b)。發(fā)現(xiàn)的一處榆樹群落,根據(jù)植株胸徑估測其樹齡約在10年左右,而高度僅在1 m左右,植株沒有明顯主干,已經(jīng)灌叢化(圖2c),因此認(rèn)為夏營地內(nèi)榆樹種群自然更新出現(xiàn)問題。

冬營地中榆樹群落伴生的灌木種類有耬斗葉繡線菊、小葉錦雞兒、小紅柳、楔葉茶藨子(RibesdiacanthumPall.)等多種灌木,高度1.0—3 m,郁閉度約30%；夏營地灌木伴生種因牲畜過度啃食,僅殘存?zhèn)€別耬斗葉繡線菊,高度1 m左右,郁閉度不到1%。

冬營地中榆樹群落的地面草本保持良好,平均有草本植物種類33種,覆蓋度約70%。夏營地中地面草本基本被啃食殆盡,沙質(zhì)裸露,平均有草本植物種類物種12種,覆蓋度約15%(表2)。

表2 榆樹群落植物樣方調(diào)查信息

圖2 榆樹群落在冬營地和夏營地的景觀對比Fig.2 The landscape comparison of Ulmus Pumila community in winter/summer pastoral area

2.2 灌木群落對比

2.2.1柴樺群落

冬營地的柴樺生長正常,伴生有小紅柳、越桔柳(Salixmyrtilloides)、筐柳(Salixlinearistipularis)等其他灌木,總郁閉度約73%。夏營地因?yàn)樯筮^度啃食,柴樺植株大量死亡,僅基部殘存枝葉,伴生灌木有越桔柳、楔葉茶藨子,殘存植株的郁閉度約45%(表3)。圖3a和圖3c為冬營地正常生長的柴樺群落以及植株,圖3b和圖3d為夏營地過度放牧下死亡退化的柴樺。

冬營地柴樺群落下層的草本植物種類約32種,覆蓋度99%。夏營地的柴樺群落其草本層被過度啃食,覆蓋度不到50%,物種數(shù)約20種。

圖3 柴樺群落在冬營地和夏營地的景觀對比Fig.3 The landscape comparison of Betula fruticosa community in winter/summer pastoral area

2.2.2小紅柳群落

冬營地的小紅柳生長正常,伴生有筐柳、榆樹幼苗等,總郁閉度約80%。夏營地小紅柳植株大量死亡,基部殘存枝葉,伴生灌木為柴樺,群落郁閉度約50%(表3)。

表3 灌木群落植物樣方調(diào)查信息

冬營地小紅柳群落中草本層植物種類約34種,覆蓋度99%。夏營地草本層植物種類約20種,覆蓋度小于50%。圖4a是冬營地中正常生長的小紅柳群落,圖4b是退化的小紅柳群落,圖4d是夏營地嫩枝葉被啃食殆盡的小紅柳殘存枝條。圖4c是對比樣地的圍欄邊界處,正常狀態(tài)下,圍欄兩側(cè)應(yīng)該都是小紅柳群落的分布區(qū)域,而目前左側(cè)冬營地的小紅柳群落生長茂密,而右側(cè)夏營地的小紅柳群落即將消失,僅殘存?zhèn)€別植株?？梢钥吹揭?yàn)椴煌姆拍练绞?導(dǎo)致群落景觀出現(xiàn)顯著差異。

圖4 小紅柳群落在冬營地和夏營地的景觀對比Fig.4 The landscape comparison of Salix microstachya community in winter/summer pastoral area

圖5 耬斗葉繡線菊群落在冬營地和夏營地的景觀對比Fig.5 The landscape comparison of Spiraea aquilegifolia. community in winter/summer pastoral area

2.2.3耬斗葉繡線菊群落

耬斗葉繡線菊(Spiraeaaquilegifolia.)多集中分布于沙壟陰坡。冬營地的耬斗葉繡線菊植株均高1.3 m,冠幅1.3 m,伴生有小葉錦雞兒、楔葉茶藨子等灌木,群落中草本植物約16種,覆蓋度約90%。夏營地的植株體型較小,均高0.8 m,冠幅0.9 m,無伴生灌木,群落中草本植物約13種,覆蓋度約50%(表3)。圖5a是冬營地耬斗葉繡線菊群落景觀,圖5b是夏營地群落景觀。

2.3 草本群落的對比

圖6中鐵絲網(wǎng)圍欄左側(cè)是冬營地,圍欄右側(cè)是夏營地。草本調(diào)查樣線所在的坡向朝南,坡度約10度,是沙丘的迎風(fēng)坡(陽坡),樣方的位置在圍欄兩側(cè)對稱分布(圖1),以保證所有樣方處于同一個沙隴坡面上,地理環(huán)境相似,具有可比性。草本群落在冬營地和夏營地的調(diào)查數(shù)據(jù)見表4。冬營地優(yōu)勢草本物種為糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)、狗尾草(Setariaviridis(L.) Beauv.)、褐沙蒿(Artemisiaintramongolica)、展枝唐松草(Thalictrumsquarrosum)等多年生草本。夏營地優(yōu)勢草種為蟲實(shí)(Corispermumheptapotamicum)、黃蒿(Artemisiascoparia)等一年生草本以及沙蒿等喜沙植物。一、二年生草本的體積占比(即重要值)是沙地退化的一個重要指標(biāo)[12]。冬營地一、二年生草本重要值是24%,夏營地一、二年生草本的重要值是67%,表明夏營地草場退化更加顯著。

表4 草本群落植物樣方調(diào)查信息

圖6 草本植物群落在冬營地和夏營地的景觀對比 Fig.6 The landscape comparison of grass community in winter/summer pastoral area

2.4 冬營地和夏營地整體植被狀況比較

根據(jù)地面調(diào)查以及航拍影像,冬營地總體植被覆蓋約85%,夏營地植被覆蓋度小于30%,裸沙面積達(dá)到70%以上(圖1)。冬營地主要在沙隴的陽坡植被較為稀少。另外風(fēng)蝕坑和沙隴背風(fēng)坡(落沙坡)存在小面積的裸沙。冬營地的沙甸、沙隴陰坡以及廣闊的沙平地植被狀況仍保持良好狀態(tài)。相比之下,夏營地?zé)o論在什么地形部位,已經(jīng)出現(xiàn)全面沙化的跡象,包括植被狀況最好的沙甸,灌木已經(jīng)大面積死亡,地表草本也被啃食殆盡,沙質(zhì)裸露(圖3)。在沙隴陰坡,原本是喬灌草生長茂盛的地方,在夏營地僅剩下高大的榆樹沒有被牲畜啃食,林下的灌木、草本也已經(jīng)嚴(yán)重退化,地表出現(xiàn)大面積流沙(圖2)。對冬營地、夏營地喬、灌、草的單位面積(10 m × 10 m)生物量以及植物種數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對于生物量,榆樹群落冬營地生物量是夏營地的1.8倍,灌木群落冬營地是夏營地的2.2倍,草本植物群落冬營地是夏營地的10.6倍。對于植物種數(shù),冬營地的植物種數(shù)是夏營地的2倍(圖7)。

圖7 喬、灌、草植物群落在10 m × 10 m樣方內(nèi)的生物量與植物種數(shù)對比Fig.7 Comparison of biomass and plant species of trees, shrubs and grass communities in 10 m × 10 m quadrats

3 討論與總結(jié)

3.1 榆樹疏林退化的主要表現(xiàn)

榆樹疏林是千百年來渾善達(dá)克沙地最為穩(wěn)定的守護(hù)者,其退化對渾善達(dá)克沙地的生態(tài)變化具有典型的指示意義。野外調(diào)研中發(fā)現(xiàn),榆樹疏林的退化具有以下幾個顯著特征: 1)榆樹的自然更新受阻,榆樹幼苗因牲畜過度啃食,灌木化或者死亡,無法長成正常喬木形態(tài)；2)灌木群落大批死亡、退化甚至消失；3)草本覆蓋度顯著降低,植物種類減少,多年生草本比例減小,一、二年生植物占比增加。4)裸沙面積顯著增加,沙丘出現(xiàn)活化趨勢。

其中地表植被覆蓋度的減少直接導(dǎo)致沙質(zhì)裸露,沙丘活化風(fēng)險(xiǎn)增加,是沙地植被退化最明顯的表現(xiàn)。另外,一、二年生植物的比例增加,也是沙地植被退化的重要指征[15]。內(nèi)蒙古90%以上的沙塵暴發(fā)生于3—5月份,也是沙地最脆弱,最易遭受風(fēng)蝕活化的時(shí)候[16],此時(shí)一、二年生植物尚未萌發(fā),主要依賴多年生植物的枯枝葉以及根系來保護(hù)沙丘。因而一、二年生的植物占比過高,說明多年生植物已經(jīng)減少和退化,植被對沙丘的防護(hù)作用勢必減弱,預(yù)示著沙地植被的退化。

3.2 榆樹疏林退化的原因

很多學(xué)者關(guān)注氣候變化對渾善達(dá)克沙地植被退化的影響。據(jù)相關(guān)研究,渾善達(dá)克沙地的降雨量在近50年呈波動平穩(wěn)趨勢,年均溫呈增加趨勢(季節(jié)差異較大),而年蒸發(fā)量呈略下降趨勢,氣候上未見明確的旱化趨勢[17- 18]。在理論上,一個地區(qū)的氣候旱化,其植被群落會向旱生方向演替,也就是優(yōu)勢植物種群會被更為耐旱的植物種群替代,而不會導(dǎo)致植被驟然減少、沙丘大面積裸露等對人類生活生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害的生態(tài)問題。植被隨著氣候的變化而調(diào)節(jié)其種群結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象不能稱之為生態(tài)退化,而是植被與氣候相適應(yīng)的自然現(xiàn)象。在我們的研究樣地里,冬營地和夏營地的氣候背景是一致的,僅隔一鐵絲網(wǎng),而冬營地的植被多年來并未見顯著的退化,沙丘整體固定良好。另外,渾善達(dá)克沙地圍封禁牧后的草場,減少了牲畜干擾,在3—5年內(nèi)植被會明顯的恢復(fù)。因此筆者認(rèn)為,渾善達(dá)克沙地的植被退化和沙丘活化主要原因不在于氣候的變化,而在于人類活動。

也有學(xué)者關(guān)注地下水位下降導(dǎo)致的沙地植被退化[19]。渾善達(dá)克沙地的地下水位近幾十年確實(shí)明顯下降,地下水資源不可再生,其減少對渾善達(dá)克地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有更為深遠(yuǎn)和嚴(yán)重的危害[20]。然而對于地表植被來說,沙地草本和灌木植被,據(jù)相關(guān)研究,主要利用近地表數(shù)米的淺層土壤儲水[21]。對于根系較深的高大榆樹,因牲畜無法啃食,即使地下水下降,很多榆樹仍在正常存活。在本研究的樣地以及更為廣闊的沙地中,隨處都能看到近地表低矮的植被已被破壞殆盡,而大量高大的榆樹仍生長良好的例證。地下水位下降會導(dǎo)致沙地湖泊的縮小和消失,濕生植物被中旱生植物替代,然而并不會直接導(dǎo)致植被的大量消失和沙丘活化。因此榆樹疏林植被的退化,并非主要由地下水位下降引起。

綜上所述,筆者認(rèn)為渾善達(dá)克沙地目前大面積的植被的退化并非由氣候變化或者地下水位下降導(dǎo)致,而主要是由不合理的放牧所致。

3.3 放牧方式對榆樹疏林退化的影響

本研究中的冬營地和夏營地是相鄰樣地,具有一致的氣候和地理環(huán)境背景,然而由于不同的放牧方式,冬營地和夏營地的植被狀況出現(xiàn)顯著差異。兩塊對比樣地每年放牧的牲畜種類和數(shù)量是相似的,冬營地每年放牧持續(xù)時(shí)間約4—5個月,夏營地1—3個月時(shí)間不等,冬營地的放牧強(qiáng)度高于夏營地,而冬營地植被仍能保持較好狀態(tài),夏營地卻退化顯著,可見草場利用方式,即放牧方式是渾善達(dá)克沙地生態(tài)惡化的一個重要因素。

在傳統(tǒng)的游牧?xí)r期,沙地千百年來是作為冬營地使用的[22]。因?yàn)橄募旧车刂袣夂蜓谉?牲畜又缺乏飲用水,沙地湖澤中的水是死水,鹽堿化、寄生蟲多,不適宜牲畜飲用,逐水草而居的牧民在夏季一般不進(jìn)入沙地放牧。一直到冬季降雪之后,因沙地地形起伏,風(fēng)小,陽坡溫暖,陰坡有大量積雪可以解決牲畜飲水問題,另外沙地中豐富的枯枝葉,為牲畜提供充足的過冬食物,因此沙地是牧民理想的冬營地。另外,沙地中夏季地表沙子松軟,牲畜對植被的踩踏破壞要遠(yuǎn)大于啃食破壞,因而沙地尤其不適于夏季放牧。冬季地表凍結(jié),牲畜對沙地的踩踏破壞較小,牲畜啃食植被枯落的枝葉,對植物本身破壞較小,而牲畜的排泄物又為來年植物生長提供養(yǎng)分,因而冬營地的植被群落能較好的保存[23- 25]。渾善達(dá)克沙地周邊的典型草原區(qū)因地勢平坦廣闊,土質(zhì)硬,耐踩踏,適合夏季放牧,而冬季卻因?yàn)轱L(fēng)大、寒冷、草少等原因不適合放牧。牧民傳統(tǒng)是夏季在沙地周邊的草原區(qū)放牧,冬季遷至沙地中放牧,既不對生態(tài)造成太大壓力,冬季也不用給牲畜補(bǔ)飼,這是一種合理的草場利用方式[15]。90年代后隨著草場劃分到戶,牧民定居,很多牧戶的草場全部劃分在沙地內(nèi)部,牧民通過打井解決牲畜的飲水問題,無論冬夏皆駐于沙地中放牧,牲畜啃食連帶踩踏,沙地植被沒有緩歇的機(jī)會,從而導(dǎo)致牧區(qū)沙地植被的大面積退化。

一般研究認(rèn)為載畜量過多和放牧?xí)r間過長是草場退化的重要因素[8- 9]。然而在本研究中,冬營地和夏營地的牲畜量是一致的,冬營地的放牧強(qiáng)度大于夏營地,但是冬營地的草場能保持良好而夏營地草場破壞嚴(yán)重,可見除了載畜量和放牧?xí)r長外,草場的利用方式也是其退化的重要因素。在合理利用草場資源方面,牧民千百年來的傳統(tǒng)習(xí)俗,將沙地作為冬營地使用,配合沙地周邊的草場進(jìn)行季節(jié)性倒場的放牧方式,其中的生態(tài)意義值得我們思考和借鑒。在適度控制牲畜量的同時(shí),充分了解不同地區(qū)草場的特性,遵循自然規(guī)律,合理調(diào)配放牧,是緩解牧民經(jīng)濟(jì)需求和生態(tài)環(huán)境之間矛盾的必經(jīng)之路。