（水土保持与荒漠化防治专业论文）多伦县封育区植被恢复与植物多样性研究.pdf

摘要 多伦县处于北方农牧交错带，是我国北方草原带沙地的一个重要组成部分，也是 我国沙漠化较严重的地区，具有典型的生态脆弱性。 本文通过对多伦县的植被状况进行调查，分析了该地的种子植物区系；揭示在采 取人工封育措施后多伦县沙地植被恢复动态规律；研究分析封育区不同区域植物群落 多样性以及多样性指数和土壤理化性质的关系；从而为多伦县的植物多样性保护、植 被的生态恢复与重建提供科学依据。研究取得如下结论： 1 多伦县共有种子植物7 5 科，2 4 9 属和4 6 5 种；其中包含1 5 种以上的科有1 2 科，共计1 5 7 属3 0 9 种，分别占本区种子植物总属数的6 4 ，总种数的6 6 。结果 表明，多伦县种子植物种类具有相对丰富的特点，其中最大的两个科为菊科和禾本科， 反应了科内属、种的分布极不平衡性。该区种子植物区系具有一定数量的古老成分， 其分布区类型以温带分布占绝对优势。 2 通过人工封育，封育中心区和边缘区植被盖度、生物量明显高于外围对照区， 人工封育是恢复当地退化植被一种行之有效的方法。 3 通过人工封育可以使退化沙地植被在较短期内得到恢复，封育中心区和边缘 区物种多样性指数升高，优势度指数降低，外围对照区物种多样性指数和优势度指数 变化规律正好与中心区和边缘区相反。从生态和经济效益综合考虑，封育期以3 年为 宜。 4 封育区植物群落的物种多样性指数、优势度指数与土壤有机质含量和土壤全 氮含量达到显著相关，封育区土壤有机质含量和土壤全氮含量是影响植物群落多样性 的主导因子。 关键词：植物区系；人工封育；植物多样性；土壤环境因子 t h es t u d i e so ne f f e c t so f a t i f i c i a lf e n c i n gr e s t o r a t i o n d i v e r s i t yi nd u o l u nc o u n t y a b s t r a c t d u o l u nc o u n t yl o c a t e i nf a r m i n g p a s t o r a lz o n emt h en o r t h e r n , i sa ni m p o r t a n t c o m p o n e n tc h i n a ss a n d yg r a s s l a n do fi nt h en o r t h e r n ，w i t ha r e a t h a td e s e r t i f i c a t i o ni sm o r e s e r i o u s 丽t l lt y p i c a le c o l o g i c a lf r a n g i b i l i t y 。 t h r o u g hi n v e s t i g a t i o no ns t a t eo fv e g e t a t i o ni nd u o l u nc o u n t y , a n da n a l y s i so ft h e s e e d so ff l o r a ；r e v e a l e dd y n a m i c so nr e s t o r a t i o no fv e g e t a t i o ns a n d 勰e rt a k e nm e a s u r e si n a r t i f i c i a le x c l u s i o n ；r e s e a r c ha n da n a l y s i so fe x c l u s i o nz o n e si nd i f f e r e n tr e g i o n sa n d d i v e r s i t yo fp l a n t sa n dr e l a t i o n s b e t w e e nt h ed i v e r s i t yi n d e xw i t ht h ep h y s i c a la n d c h e m i c a ln a t u r eo fs o i l ，s oa st op r o t e c t i o nt h ed i v e r s i t yo fp l a n t sa n de c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n o fv e g e t a t i o na n dr e c o n s t r u c t i o np r o v i d i n gas e i e m i f i cb a s i s r e s e a r c hd r a wt h ef o l l o w i n g c o n c l u s i o n s ： 1 i nd u o l u nc o u n t y , at o t a lo f 7 5b r a n c h e so f s e e dp l a n t s ，4 6 5s p e c i e sa n d2 4 9g e n e r a o fw h i c hc o n t a i nm o r et h a n15k i n d so fb r a n c hh a v e1 2b r a n c h ，at o t a lo f15 7g e n e r a3 0 9 s p e c i e s ，t h ep r o p o m t i o nw h i c ha c c o u n t e df o rt h ed i s t r i c to fs e e dp l a n t sa r et h e6 4p e r c e n t a n d6 6p e r c e n t t h er e s u l t ss h o w e d ，t h a tt h ep l a n t ss p e c i e sh a v ear e l a t i v e l yr i c h c h a r a c t e r i s t i c si nd u o l u nc o u n t y , t h el a r g e s to ft h et w ob r a n c h e sc o m p o s i t a ea n d g m r n i n e a e ，t h i sr e a c t i o no ft h ed i v i s i o no fg e n e r aa n ds p e c i e sd i s t r i b u t i o ni su n e v e n t h e s e e dp l a n t sh a v eac e r t a i nn u m b e ro fa n c i e n tc o m p o s i t i o n ，i t sd i s t r i b u t i o na r e at y p eo f t e m p e r a t ez o n ep o s s e s st h ea b s o l u t es u p e r i o r i t y 2 t h r o u g ha r q f i c i a le x c l u s i o n , i nt h ec e n t r a la r e ao fe x c l u s i o na n dt h em a r g i n a la r e a v e g e t a t i o nc o v e r , b i o m a s sa r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h ee x t e r n a la r e a , t h ea r t i f i c i a l e x c l u s i o ni sa ne r i e c t i v em e t h o dt or e s t o r ed e g r a d e dv e g e t a t i o n 3 t h r o u g ht h ea r t i f i c i a le x c l u s i o nc a nr e s t o r ed e g r a d e dv e g e t a t i o no fs a n dd u r i n ga r e l a t i v e l ys h o r tp e r i o d ，i nt h ec e n t r a la r e ao fe x c l u s i o na n dt h em a r g i n a la r e at h es p e c i e s d i v e r s i t yi n d e xi n c r e a s e d ，d o m i n a n c ei n d e xd e c r e a s e d ，b e t w e e ni ne x t e r n a la r e at h es p e c i e s d i v e r s i t yi n d e xa n da d v a n t a g e so fi n d e xc h a n g e si nt h el a wa n dt h ec e m r a la r e aa n dt h e m a r g i n a la r e ai so p p o s i t e c o n s i d e r a t i o nf r o me c o l o g i c a la n de c o n o m i cb e n e f i t s ，t h r e e y e a r sp e r i o do fe x c l u s i o ni ss u i t a b l e 4 t h es p e c i e sd i v e r s i t yi n d e x ，t h ea d v a n t a g e si n d e xa n ds o i lo r g a n i cc o n t e n ta n ds o i l n i t r o g e nc o n t e n ta r es i g n i f i c a n tc o r r e c t a t i o ni ne x c l u s i o na r e a , s o i lo r g a n i cc o n t e n ta n d s o i l n i t r o g e nc o n t e n ta r et h ed o m i n a n tf a c t o r st h a ti m p a c tt h ep l a n t sd i v e r s i t y k e yw o rd ：p l a n tf l o r a ；a r t i f i c i a le x c l u s i o n ；p l a n t d i v e r s i t y ； s o i le n v i r o n m e n t a lf a c t o r s d ir e e f e db y ：p r o f l ig a n g t i e a p pi ic a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：w a njin gii ( w a t e ra n ds o i lc o n s e r v a t i o na n dc o m b a t t i n g d e r s e r t i f i c a t i o n ) ( c o l l e g eo f e c o l o g ya n de n v i r o n m e n t i n n e rm o n g o l i a a g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t y h o h h o t0 1 0 0 1 8 c h i n a ) 内蒙古农业大学 研究生学位论文独创声明 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢婀 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 黻作者娩剁魄丝噬衫 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定，印：研 究生在攻读学位期闻论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学本 人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子文档，允许论文被查阅和借阅学校可以公布学位论文的全部或部 分内容( 保密内容除外) ，采用影印，缩印或其他手段保存论文 论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 渺g 、以 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 引言 荒漠化问题是目前全球面临的重要生态环境问题之一，自七十年代以来，已引起 国际社会的广泛关注。1 9 9 2 年联合国环境与发展大会通过的 2 1 世纪议程，把防治 荒漠化列为国际社会优先采取行动的领域，充分体现了当今人类社会保护环境与可持 续发展的新思想。1 9 9 4 年签署的联合国防治荒漠化公约，是国际社会履行 2 1 世纪议程的重要行动之一，体现了国际社会对防治荒漠化的高度重视。土地荒漠化 所造成的生态环境退化和经济贫困，已成为二十一世纪人类面临的最大威胁，因而， 防治荒漠化不仅是关系到人类的生存与发展，而且是影响全球社会稳定的重大问题。 鉴于荒漠化发生范围之广、影响之大，各国科学家根据各自的研究提出了许多定义来 解释荒漠化，1 9 9 4 年“荒漠化公约”确定荒漠化是指在干旱、半干旱以及亚湿润干 旱地区，由于气候变异和人类活动等多种因素造成的土地退化2 一。荒漠化问题影响 世界1 6 的人口，遍及1 0 0 多个国家和地区，其面积约占全球陆地面积的1 4 ，每年 造成难以估量的损失n 一。 中国是受荒漠化危害最为严重的国家之一。据国家林业局2 0 0 2 年1 月公布的第 二次全国荒漠化、沙化监测结果显示，到1 9 9 8 年底，全国有荒漠化土地2 6 7 4 万k m 2 ， 占国土面积的2 7 9 ，与1 9 9 4 年监测结果相比，五年净增荒漠化面积5 2 万k m 2 ，年 均增加1 0 4 万k m 捆。 沙漠化即沙质荒漠化是干旱半干旱地带( 也包括一部分半湿润地带) 在干旱多风 和疏松沙质地表条件下，由于土地利用等人为强度因素，破坏了脆弱的生态平衡，使 原非沙质荒漠的地区出现了以风沙活动( 风蚀、租化、沙丘形成与发育等) 为主要标志 的类似沙质荒漠景观的土地退化过程，导致了土地生产力的下降、土地生产潜力以及 可利用土地资源的丧失，它是荒漠化三种主要类型( 水土流失、沙漠化、盐渍化) 之 一。沙漠化是一种土地退化，其土壤变化包括风蚀导致的土壤物质流失、土壤的物理、 化学和生物特性的退化以及自然植被的长期丧失；它与沙漠的区别在于沙漠是自然因 素形成的，而沙漠化是在潜在的自然因素基础上以人为因素为主形成和发展的，在人 为因素消除后，沙漠化土地可以恢复到原来的状态口1 。1 9 世纪后期以来，是我国北方 土地沙漠化迅速发展的时期。近5 0 年来我国北方沙漠化土地的发展特征为：面积扩 大，速度加快。以发展的速度来说，沙漠化土地年均扩展速度在2 0 世纪5 0 年代后期 至1 9 7 5 年为1 5 6 0 k m 2 、在1 9 7 5 年到1 9 8 7 年为2 1 0 0 k m 2 ，1 9 8 8 年至2 0 0 0 年为近 3 6 0 0 k m 2 。到2 0 0 0 年，我国北方沙漠化土地面积已经达到了3 8 7 5 万k m 2 ，其中轻度 沙漠化土地约1 3 9 3 万k m 2 ，占沙漠化土地面积的3 6 1 ；中度沙漠化土地面积约为 9 9 7 万k m 2 ，占沙漠化土地面积的2 5 9 ；重度沙漠化土地面积7 9 1 万k m 2 ，占2 0 5 ； 严重沙漠化土地面积6 7 6 k m 2 ，占17 5 。轻度和中度沙漠化土地占了沙漠化土地总 面积的6 0 以上，这说明在我国北方干旱半干旱地区，大面积土地已经进入了沙漠化 发展的初始阶段，虽然局部地区经过十几年的治理有所好转，但是从全局看来，发展 2多伦县封育区植被恢复与多样性研究 大于逆转，尤其近十几年的发展速度较以前有明显的增加阳。在中国北方沙漠化土地 中，约有2 5 4 的面积是由于过度农垦而导致的，2 8 3 是由于过度放牧造成的，3 1 8 是由于过度樵采造成的，由于水资源利用不当以及工矿建设破坏植被造成的沙漠化面 积占9 ，而单纯由于自然营力引起沙丘前移所形成的沙漠化土地面积只占总面积的 5 5 。 土地的沙漠化已严重制约我国的国民经济发展，成为我国北方经济可持续发展的 重大障碍。土地沙漠化不仅是生态环境问题，也是社会经济问题，它不仅导致土地生 产力下降、土地资源丧失、植被退化、生态平衡破坏、生态系统的结构和功能严重失 调，而且会严重影响沙漠化区域的经济、社会的可持续发展。 1 9 7 7 年联合国荒漠化大会以后，我国的科技工作者结合中国的实际情况，正式 提出了以“沙漠化”为对象的多学科综合研究与防治实践，经过几十年不懈努力，在 沙漠化研究方面取得了很大的进展，比如中国北方干旱半干旱及部分半湿润地区土地 沙漠化发生和发展过程及其类型和特点的研究；沙漠化的现状、分布特征及其所引起 的环境变化研究；沙漠化的成因、危害、指征体系的研究：在沙漠化严重区域进行综 合治理实验研究以及北方地区大范围的遥感与地面调查、沙漠化的监测等工作h 一。 我国在沙漠化及其防治方面投入了巨大的人力和物力，并取得了一定的成果，但 是也出现了一些问题，比如许多地方的人工植被后来都出现了不同程度的衰落，甚至 死亡，造成了二次沙漠化。如宁夏沙坡头地区在固沙初期，植物生长良好，但是由于 植株密度太高，后来植被发生了衰退，甚至杨柳科的植物逐渐枯萎嘲，甘肃省民勤县 在沙区营造的梭梭林、沙拐枣林因土壤水分条件的恶化而衰退甚至出现大面积死亡 c s o ；毛乌素沙地的人工植被随着沙丘固定程度的增加，土壤水分条件恶化，部分植物 发生衰退、死亡，人工植被的覆盖度与天然植被的覆盖度相当d ；毛乌素沙地的鄂托 克前旗6 0 年代中期在沙地上营造以小叶杨、早柳为主的林地，开始生长旺盛，后期 由于地下水位下降导致林木生长停滞甚至死亡口2 1 。因此，尽管我们取得了不少成绩， 但还追切需要提高防沙治沙的科技水平，有效的实施区域生态恢复与重建，从根本上 扼制风沙灾害的加剧，实现沙区生态、经济、社会的可持续发展。 1 研究内容及国内外研究现状 任何一个生态系统均处于动态变化之中，其结构、功能会由于物种组成、复杂程 度、物质循环、能量流动及信息传递的变化而发生变化，正常的生态系统由于其具有 抵抗力和恢复力稳定性，系统结构和功能不会因外部干扰而发生大的变化，总是在一 定范围内波动，在生物群落和自然环境之间取得一种平衡。当生态系统的结构和功能 如果在干扰的作用下发生位移( d i s p l a e e m e n t ) ，位移的结果打破了原有生态系统的平 衡状况，使系统的结构和功能发生变化和障碍，形成破坏性波动或恶性循环，这样的 生态系统即受害( 损) 生态系统( d a m a g e de c o s y s t e m ) 或退化生态系统( d e g r a d e d 内蒙古农业大学硕士学位论文 3 e c o s y s t e m ) 。康乐认为，所谓生态系统是相对于正常的顶级生态系统( 群落) 而言的， 顶级生态系统是一种结构相对稳定、功能高效、信息畅通，并处于动态平衡中的系统。 退化生态系统是指由于人类和自然灾害的干扰，破坏了生态系统的原有的特性，使系 统的物质循环、能量流动、信息联系发生了变化和障碍，形成破坏性的波动或恶性循 环，这种波动能引起有机体或种群或群落发生全部或局部的明显变化，使生态系统的 结构和功能发生位移n 帕。大自然具有很强的恢复能力，大多数情况下，人类需要的 是减少对生态系统的干扰，采取适当的措施控制各种不利的因素。自然界所具有的顽 强能力，将逐渐恢复并实现生态系统的各种功能。不过除了自然恢复以外，我们还可 以采用生态恢复的方法。生态恢复指通过人工方法，按照自然规律，恢复天然的生态 系统。生态恢复的含义远远超出以稳定水土流失为目的种树，它不仅仅是种植多样的 当地植物，还是试图重新创造、引导或加速自然演化过程。 生态恢复是针对退化生态系统的，其目的是为了打破退化生态系统破坏性的波 动，恢复系统的结构和功能。适度的自然或人工辅助措施对生态恢复建设有着很好的 效果，如：适度放牧、森林适度间伐、草场围栏封育、荒漠化治理、土壤改良和人工 植被恢复等“刀。 适度的人工辅助措施对于物种多样性的维持和保护起着重要作用。“中度干扰学 说”认为：适度的干扰不仅对生物多样性无害，而且可以维持较高的生物多样性，过 高或者是过低的干扰频率都会降低生物多样性d 川。原因是在适度干扰作用下，生境 受到干扰，一些新的物种或外来物种，尚未完成种群的充分发育就又受到干扰，这样 在群落中新的优势种始终不能形成，从而保持了较高的物种多样性。在频率较低的干 扰条件下，由于生态系统的长期稳定发展，某些优势种会逐渐形成，而导致一些劣势 种逐渐淘汰，这样就造成物种多样性下降；然而在干扰过于频繁的条件下，物种难以 定居和生长，同样会造成物种多样性降低嘲。人工辅助措施还能够在促进生态系统演 替的同时，改善群落生境，加速物种多样性的恢复。如：包兰铁路沙坡头段，由于采 取了人工固沙措施，建立起有效的植被防护体系，从而明显改变了治理区域的物种多 样性砼。锄。 1 1 生态恢复与重建的研究现状 生态恢复与重建研究以及恢复生态学提出、崛起到现在仅仅2 0 多年的时间，然 而，它的发展是惊人的，如今生态恢复与重建的研究已成为当前科学发展的前沿领域 之一。生态系统的退化在很多情况下是由强烈的人为不利因素造成的。因此要恢复这 些退化生态系统，首先需要降低或停止不利干扰，给这些退化生态系统以自然发育的 机会。但是对于一些成为裸地的生态系统而言，还必须采取一些人为辅助措施才能较 快的建立起可持续的生态系统。 生态恢复( e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ) 或者说生态重建的基本含义就是人类有目的地 4 多伦县封育区植被恢复与多样性研究 启动或促进退化生态系统正向演替，使其成为一个健康、稳定的整体。恢复生态学就 是要揭示人为破坏与生态系统退化及恢复重建的关系，使人们认清导致生态系统退 化、生物多样性丧失的原因与机制，制定出有助于生态系统恢复重建和生物多样性恢 复、保护和利用的有效措施，从而服务于区域的可持续发展。 1 9 8 8 年，在美国成立了国际恢复生态学会( s o c i e t yf o rr e s t o r a t i o ne c o l o g y ) ，学会 主办了( ( r e s t o r a t i o ne c o l o g y ) ) 和( e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ) ) 两种刊物，专门刊登世界 各地关于恢复生态学最新研究进展的文章。一些国际组织和国家计划已经开始恢复生 态学的研究，如：人与生物圈计划( m a b ) 、美国的持续生物圈计划( s b d 。e h 于恢复 生态研究的不断深入、目益活跃，现在已成为世界各国的研究热点。目前学术界普 遍认为，生态恢复与重建包括植被的恢复、土壤生态系统的恢复以及生态系统功益( 结 构和功能) 的恢复，这种认识，为生态恢复与重建理论的探讨提供了广阔的空间和层 次，以植被恢复与重建理论为基础的生态重建理论体系逐渐形成，这些理论包括了源 自恢复生态学的自我设计与人为设计理论以及生态学基本理论及相关学科的理论。 国外有关生态退化及恢复的侧重点不同，欧洲侧重于矿地恢复，北美侧重于水体 和林地恢复，新西兰和澳洲侧重于草原管理与恢复。研究内容主要有：( 1 ) 对采矿废 弃地采用综合措施改良土壤、选择适宜植物种，促使生物群落恢复；( 2 ) 采用工程措 施、生物措施治理污染或富营养化水体及湿地，恢复众多物种和谐共生的生态系统； ( 3 ) 研究放牧或其它人为干扰造成草原生态系统退化的原因，并对草原生态系统进行 恢复重建；( 4 ) 自然保护区的生态恢复研究，通过合理的规划与管理，使遭受破坏的 自然保护区重现光彩，成为生物多样性保护和研究的重要基地；( 5 ) 建造近自然状态 的城市绿地，在发挥生态系统各项服务功能的同时，体现出教育、娱乐、美化环境的 意义和作用2 吼。 我国在上个世纪中后期分别对退化的农田、森林、草地、绿洲、湿地及采矿废弃 地进行了恢复重建的研究瞳蚰刀。此外我国学者对废矿地恢复也开展了多方面的研究。 中国退化生态系统研究从植被带的角度较为全面地分析和概括了各个区域的自然 植被在强烈人为干扰的条件下生态系统退化的现状和原因，并总结了对退化生态系统 恢复重建的理论和经验嗍。中国科学院华南植物研究所在广东沿海侵蚀地上开展了热 带、亚热带退化生态系统恢复与重建的长期定位研究一，并取得重要的研究成果。 这些研究成果在学术上丰富和发展了人工恢复和重建生态系统的理论，并且在热带亚 热带地区得以大面积推广，带动了更多地区对退化生态系统的人工辅助恢复，对区域 经济发展起到了很有益的作用。我国生态恢复的成功例子还有腾格里沙漠东南缘的生 态恢复、科尔沁沙地的生态恢复、黄土高原安塞纸羊坊水土流失治理等渊。 我国生态恢复与重建研究由于生态多样性和生态系统退化严重也呈现明显的多 样化特点。我国生态恢复与重建的研究虽然起步较晚，但发展迅速，表现出明显的特 征：首先，就研究的范围和广度而言是其它国家所不能比拟的，我国由于历史悠久， 内蒙古农业大学硕士学位论文 5 人口众多，人类活动对自然界影响深刻，退化生态系统类型多，因此我国生态系统恢 复与重建的研究范围和类别广，从干旱区到湿润区、高寒区，从热带到寒带均有；其 次，近些年国家层面上对生态恢复和重建的研究给予了高度重视，仅就国家自然科学 基金而言，就在生命科学、地理科学中就筛选了多个优先资助方向给予资助，同时还 启动了重大科学研究计划“中国西部环境与生态科学研究计划 ，与此同时科技部还 专门设立了“西部研究专项 ，对西部生态恢复研究给予资助：第三，我国生态恢复 研究方面，典型区研究倍受重视，已开展了多个典型区的研究，如余作岳、彭少麟m 等对热带亚热带植被恢复的研究，中国工程院、中国科学院对西北生态恢复与水资源 调配的研究，南方喀斯特区生态恢复的研究，北方农牧交错带草地恢复的研究等。今 天新技术、新方法也已成为生态恢复研究的重要内容。恢复生态学研究的内容不仅包 括生态恢复和重建的理论研究，更重要的是它包括生态恢复与重建的技术方法，正是 由于这一点，恢复生态学才被称之为- - 1 7 生态工程学( e c o l o g i c a le n g i n e e r i n g ) 或在生 态水平上的生物技术学( b i o t e c h n o l o g y ) 。历史表明，退化生态系统生产力和结构的破 坏，功能的下降有自然的因素，但更多是人类不合理干扰、破坏造成的。当前生态恢 复和重建的研究和实践已经从关注自然转向关注人地关系的协调，就生态重建的措施 上来讲从单一的生态工程建设转向生态工程建设、生态经济建设、生态文化建设和生 态体制建设多方面相结合，表现出明显的综合性。不仅如此，生态恢复与重建已不仅 仅是恢复生态学、生态学所关注的，众多学科如工程学、土壤学、地理学、经济学等 均从不同的角度来研究。 在北方干旱半干旱区人工封育就是进行生态恢复一种典型重要的技术手段，它在 保持近自然恢复的前提下，通过人工干预来维护生态系统的演替，促进生态系统朝向 更加稳定的方向演替，恢复封育区内的植被和生物群落，促进生态系统结构和功能的 稳定。在干旱半干旱地区大面积恢复和扩大沙生植被的最经济有效措施就是进行封沙 育林育草。封沙育林育草是增加植被退化地区植被覆盖度、改善生态环境、促进沙区 经济发展的积极措施，也是目前保护沙区天然植被及其生物多样性的最主要途径。我 国目前已经开展的许多重大的生态恢复工程，如水土流失综合治理、荒漠化治理、生 态脆弱带综合整治及荒山绿化等都是生态系统恢复重建的工作，这些生态工程的实施 将促进我国对于生态恢复和重建理沦的总结和提高。 1 2 生态恢复重建过程中关于生物多样性的研究 由于近些年来生物多样性研究的不断深入，人们不断认识到生物多样性是生物群 落、生态系统最根本的特征，是其它诸多特性的集中反映，对于退化生态系统的重建 要更多的依赖于对生物多样性原理的理解1 。 人与生物圈计划( m a b ) 、美国的持续生物圈计划( s b i ) 、美国国家自然基金会的 “保护和恢复生物学 计划，都支持恢复生态学与保护生物学的研究汹1 。“十五 期 6 多伦县封育区植被恢复与多样性研究 间，我国启动了六大林业工程，其中的退耕还林工程、“三北”及长江中上游等重点 地区防护林体系建设工程、京津风沙源治理工程都与退化生态系统的治理和生物多样 性恢复具有密切关系，这些工程的开展有助于将生物多样性保护、生态系统管理与生 态恢复结合起来进行研究口酊。2 0 0 1 年，中国环境与发展国际合作委员会生物多样性 工作组制定了利用天然植被改善中国退化环境的基本原则。 中国科学院小良人工林生态定位站、鹤山生态定位站以及一些其它的生态定位站 对华南地区的退化森林生态系统进行了恢复重建的研究，认识到：物种多样性影响生 态系统稳定性，植物多样性是生物多样性的基础。中科院植物所在对浑善达克沙地 退化温带草原的研究中提出人为因素是造成当地草原生态系统退化、生物多样性丧失 的主要原因，最佳的恢复治理措施应该是有效管理生态系统，减轻人口压力，给生态 系统以自然演替的机会，让其恢复当地的生物多样性以及生态系统生产力口刀。王炜等 人对内蒙古典型草原退化而成的冷蒿群落进行封育研究后，将恢复过程中的植物群落 按优势种划分为冷蒿阶段、冷蒿+ 冰草阶段、冰草阶段、羊草优势阶段，并分析了演 替过程中优势种和群落生产力变化的过程和原因瑚1 。在对沙坡头人工植被与环境演变 的研究中发现：植物多样性有随群落演替而增大的趋势，最后植物种的组成会趋于相 对稳定状态；由于沙土层中水分与植被的相互作用会使得最初以柠条、花棒为主的人 工植被演变为以油蒿和草本植物为主的偏顶极植物群落弦枷。综合国内外的研究，对 生态恢复重建过程中关于生物多样性的研究这一问题已经得到的主要认识有：( 1 ) 在 退化生态系统的恢复过程中要尽可能地增加生态系统的物种多样性，尤其是关键种不 能缺少，这样才能使生态系统的演替趋向于稳定的顶极状态；( 2 ) 植物多样性是生态 系统中生物多样性的基础，原因就在于植物多样性可以为其它的多样化生物提供食物 来源、时空上异质的生态位等；( 3 ) 生态系统的恢复要重视自然演替，人工措施可以 作为必要的辅助但不能取代自然演替；( 4 ) 恢复过程中要避免使用外来种侧。 这些只是关于生物多样性恢复研究的一些概括性结论。中国退化生态系统的类型 多样、退化程度与退化原因各异，其恢复过程中生物多样性的变化规律、功能和作用 机制也不同。为制定适宜的退化生态系统恢复重建的措施和生物多样性保护与利用的 措施，还需要对不同类型的退化生态系统做更深入的研究。 1 3 选题依据 随着人类社会和经济的发展，人类活动显著地改变着地球环境。其中土地沙漠化 问题日益成为全球普遍关注的焦点嘲，它不仅导致区域的植被、土壤、气候和水分条 件发生了极大的变化1 ，而且使沙漠化地区的景观结构、功能以及生物学和生态学 过程发生了变化“刀。沙漠化土地面积的迅速扩大及程度的加剧，严重影响人民生活水 平提高和制约着当地经济可持续发展。 京津唐经济圈是我国政治、经济和文化中心，也是祖国的窗口，对外开放的门户。 内蒙古农业大学硕士学位论文 7 近年来，环北京地区的沙漠化速度加快，使生态环境日益恶化，沙尘暴天气越来越频 繁。内蒙古自治区为祖国北方的重要生态屏障，是确保北京和“三北 地区免受风沙 侵袭的安全线。日益恶化的生态环境不仅使当地群众的生产生活面临严重威胁，而且 直接影响了京津经济圈的生态安全。这一严峻形势引起了党中央、国务院的高度重视， 2 0 0 0 年5 月初温家宝总理就自治区草原过度放牧造成的土地沙漠化问题作出重要批 示：“内蒙古生态环境严重恶化的局面还没有得到根本的改善，草原的退化、土地的 沙漠化呈加剧的趋势，不仅影响内蒙古经济和社会的发展，而且对华北及京津地区生 态环境构成严重威胁”。2 0 0 0 年5 月1 5 日自治区党委、政府召开了京津周边地区内 蒙古沙源治理工程工作会议，对启动京津周边地区内蒙古沙源治理工程进行了全面部 署，并编制了内蒙古自治区2 0 0 1 - - 2 0 1 0 年环北京地区防沙治沙工程规划。2 0 0 8 年3 月5 日在第十一届全国人民代表大会第一次会议上温家宝总理作政府工作报告提 出“要深入推进西部大开发，继续搞好防沙治沙、荒漠化治理工作，西部地区的土地 沙化，对工农业生产和地区经济的发展产生了严重影响，尽快将西部地区的生态恢复 好、治理好，对于加快实施西部大开发战略、推进构建社会主义和谐社会具有巨大的 战略意义 。 内蒙古多伦县位于浑善达克沙地东南端，是内蒙古到北京直线距离最近的旗县， 距北京直线距离1 8 0 多k m ，也是北京市的上风源地，是北京沙尘暴的主要尘源地之 一。多伦县处于北方农牧交错带，是我国沙漠化较严重的地区，也是我国贫困地区 之一，从现代生态学角度讲，该区具有典型的生态脆弱性，因此，研究该区域的沙漠 化问题，对于防止和治理沙漠化，恢复和重建生态系统具有重要的现实意义。该地 区为以牧为主的农牧结合区，气候干旱、风沙较大。由于受干旱多风的气候和过度垦 荒、超载放牧等人为活动的影响，生态环境发生了急剧变化，优良牧草品种逐渐减少 甚至消失、风蚀沙化严重、裸地增加、水土流失加剧、沙尘爆发生频率加大。沙漠化 土地的不断扩展不仅给当地生态环境、社会经济带来了严重的影响，还对华北地区的 生态安全构成威胁，而且目前沙漠化还在不断扩大，因此该区沙漠化的研究和防治、 沙地植被恢复不仅关系到当地生态环境的改善和社会经济的可持续发展，而且对改善 自治区及京津地区的生态环境，具有举足轻重的作用，同时对保证华北地区的生态安 全、建设华北绿色生态屏障和2 0 0 8 年绿色奥运有着重要的意义。该区天然乔木植被 广泛发育，以榆树为主构成了较大面积的榆树疏林草原，由于榆树疏林草原具有较好 的群落结构，具有较高的生物产量，恢复和重建疏林草原植被对于沙地治理、土地沙 漠化防治、发展当地畜牧业生产具有十分重要的意义。 1 4 研究内容 本论文主要内容包括：从数量和植物分类学角度来统计和调查内蒙古多伦县植物 资源特征；从植物生态学角度来分析多伦县封育区植被盖度、生物量及植物多样性的 8 多伦县封育区植被恢复与多样性研究 变化规律：研究人工封育措施对于封育区植物群落的影响；分析封育区内不同区域不 同群落物种多样性的差异；分析封育区内不同区域土壤环境因子的差异；从数量生态 学角度来探讨多伦县封育区植物群落多样性指数与环境因子之间的关系。 植物物种多样性以及由此构成的植被类型的多样性是地区性生物多样性的支持 系统，植物多样性构成了生物多样性的基本环节，它们是生物与环境相关的主体酬。 物种多样性既反映了群落或生境中物种的丰富度、变化程度或均匀度，也反映了不同 自然地理条件与群落的相互关系，可以用物种多样性来定量表征群落和生态系统的特 征，包括直接和间接地体现群落和生态系统的结构类型、组织水平、发展阶段、稳定 程度、生境差异等喳 。因此对多伦县植被状况调查及封育区物种多样性研究对于探讨 自然扰动、人类活动干扰与管理措施对沙地生态系统生物多样性的影响和生物多样性 维持机理，具有重要参考价值。 通过对多伦县植物资源的调查和统计，研究该区植物区系的基本性质、特点和物 种特有现象，以期为准为生物多样性保护提供科学依据，同时为沙地可持续开发利用 提供依据；通过对多伦县沙地中植被的生态恢复与重建进行初步的调查分析，揭示在 采取人工封育措施后沙地植被恢复动态规律，并在此基础上分析人工封育对植物群落 的影响和意义；通过研究分析封育区不同区域植物群落物种多样性以及多样性指数和 土壤理化性质的关系，了解多伦县封育区植物群落与环境的生态关系、沙生植物适应 环境的特点，对多伦县植物多样性维持、保护与生态系统的管理和恢复具有一定的参 考价值。防治多伦县沙漠化，对维持生态系统平衡和京津地区、域和滦河上游水源地 的保护，以及保障京津经济圈的生态安全和可持续发展具有至关重要的意义， 2 研究区概况 2 1 地理位置 研究区地处内蒙古自治区锡林郭勒盟南部，浑善达克沙地东南端的多伦县，东经 1 1 5 0 5 1 ，1 1 6 0 5 4 ，北纬4 1 0 4 6 - 4 2 0 4 6 。东与河北省围场县接壤；南与丰宁、沽源交 界；西与镶白旗、蓝旗为邻；北与赤峰市克什克腾旗毗邻，县境南北长1 l o k m ，东西 宽7 0 k i n 。多伦县面向京津，是塞北通往内地的门户。多伦县属于生态脆弱区，是华 北地区尤其是京津地区生态屏障的重要组成部分，其生态环境的优劣关系到周边地区 的发展嗽1 。 2 2 自然条件 2 2 1 气候特征 多伦县属中东部季风区，半干旱向半湿润过渡地区，大陆性气候明显，主要受蒙 古南下的冷高压气候影响，气候高寒，冬季漫长，无明显夏季，植被覆盖时间短，风 力作用强。风是沙漠化地区的自然营力，对沙漠化的发展以及对沙漠化的地表形态的 内蒙古农业大学硕士学位论文 9 塑造都起着主要作用。 豳露纛露懑 熬 一霉 游北 l 三i i 褥赣 l 该区地处内蒙古高平原南缘，西衔阴山山系东端北部，东接大兴安岭南部山地余 脉，为半封闭构造盆地。该区域属中温带半干旱大陆性季风气候区典型草原带，年平 均降水量4 0 0 m m 左右，蒸发量1 9 2 5 5 m m 左右，四季降水分配不均，春季降水较少， 占年降水量的1 2 1 5 ，夏季降水较为集中，6 - - - - 8 月份降水可占全年降水量的6 5 - - - 7 0 9 6 ，牧草生长期( 4 9 月份) 降水可占年降水量的9 0 左右。年均气温较低，约为1 5 左右。冬季寒冷，1 月份平均气温一1 8 一1 9 ，但严寒期较短，日最低气温一3 0 日数每年约为7 1 5 天。夏季温凉，7 月份平均气温1 8 。c 1 9 。c ，日最高气温3 0 日数每年约为6 , - - , 7 天。牧草生长期( 日平均气温1 5 ) 日数1 5 5 1 6 0 天，枯草期约 2 0 0 天左右，日平均气温1 0 。c 积温1 8 5 0 。c 左右。无霜期较短，平均约为1 1 0 天左右。 全年光照充足，年日照时数为2 9 4 7 - - 3 1 2 7 小时。 全年风力较强劲，年平均风速4 3 - 4 7 m s ，以春季风力最大，4 月份风速最高， 可达5 6 - - 6 1 m s ，年平均大风( 风速 1 7 2 m s ) 日数3 0 - - - 6 5 天，扬沙及沙尘暴天气频 繁发生嘲侧。 2 2 2 植被特征 该区地处中温型草原带典型草原亚带。属欧亚草原植物区，地带性植被应为草原 植被。但由于地形、地貌等造成的水热再分配及土壤条件的差异特别是浑善达克沙地 的存在并作为保护区的主体，使区内形成了多样的生境类型和发育在此生境上的植 被，从而构成了多种植被类型镶嵌分布的植被复合体。 1 0 多伦县封育区植被恢复与多样性研究 多伦县草原植被以禾本科和菊科为主，群落结构简单，种类少，以耐旱的草本和 沙生灌木为主。干草原主要分布在县境中部和南部低山丘陵及波状丘陵地区，主要植 物种类以旱生灌木、禾草、杂类草植被为主。主要植物有小叶锦鸡) l , ( c a r a g a n a m i c r o 纠砂f ? 力、楼斗叶绣线菊( s p i r a e aa q u i l e g i f o l i a ) 、克氏针茅( s a p ak r y o v i i ) 、大针茅 ( s a mg r a n d i s ) 、小针茅 驷口k l e m e n z i i ) 、冰草( a g r o p y r o nc i r s t a t u m ) 、羊草( l e y n u s c h i n e n s i s ) 、冷蒿似，耙朋括砌f r i g i a a ) 、寸草苔( c a r e x d u r i u s c u l a ) 、星毛委陵菜( p o t e n t i l l a c c a u l i s ) 、花旗竿( d o n t o s t e m o nd e n t a t u s ) 、百里香( t h y m u sm o n g o l i c u s ) 、鹤虱( f r u c t u s c a r p e s i i ) 等；草甸草原又分低山丘陵、林缘、沼泽化植被等，低山丘陵草甸植被主要 分布在县境北部和东南部，植物种类以菊科、禾本科为主，其次是莎草科、蔷薇科、 豆科。主要植被有贝加尔针茅( s a mb a i c a l e n s i s ) 、大针茅( s a mg r a n d i s ) 、克氏针茅、 线叶菊( f i l i f o l o u ms i b i r i c u m ) 、羊草、冷蒿、蓝盆花( s c a b i o s a ) 、苔草( c a r e xs p p ) 、三 叶委陵菜( p o t e n t i l l af r e y n i a n ab o r u m ) 、糙隐子草( c l e & t o g e n e ss q u a r r o s a ) 、万年蒿 似胞m 西妇s a c r o r u m ) 、寸草苔、杂类草等。林缘草