冷蒿草原保护与沙漠化的关系

冷蒿草原保护与沙漠化的关系

中国许多科学家对牧场的退化和恢复进行了研究。例如，草地物种的大针头和牧场在持续牧场的压力下退化，而苦艾草物种的大针头和牧场往往趋于冷箭草。李永红等人将草地牧场和大针头牧场的退化分为四个层次。各级品种的构成将决定为轻度退化（草地草地草地物种、大针头毛生再生种子的数量减少；冷艾和冰草等小水稻草的比例增加）。中等退化（冷艾已成为优势品种，但仍有许多羊草和大针头草物种）。严重退化（大多数原始物种消失，苦艾和星毛萎缩的植物和小水稻占绝对优势）；极端退化（植被消失或散布在星毛萎缩的蔬菜和一级植物）。冷箭群的行为在群落中非常特殊。随着转型过程的不同阶段，其数量也发生了变化。这一变化对群落的结构和功能产生了重要影响，也是群落转型过程的重要标志之一。王炜等在分析内蒙古退化草原植被封育禁牧11年数据(1983～1994)的基础上,阐述了植被恢复演替的动态响应,划分了群落恢复进程的四个阶段:冷蒿优势阶段、冷蒿+冰草阶段、冰草优势阶段、羊草优势阶段.经过10余年的恢复,虽然群落生产力已接近于原生群落,但是从群落结构和稳定性来看,还未完全达到顶级群落状态.赵丽娅(2000)指出植物群落的逆行、进展演替实质上对应着沙漠化的正、逆过程.赵哈林等(1999)对科尔沁沙质草地植被分异规律做过研究,特别指出沙质草地对放牧扰动十分敏感,在不同放牧强度下草地沿着各自的方向演替,其演替速度不仅与放牧强度有关,更决定于放牧持续的时间.本文将从冷蒿种群的生理生态学特征以及与这些特征有关的冷蒿种群体内碳水化合物的变化来阐明保护冷蒿草原在防止沙质草原沙漠化的作用.1冷蒿的营养状况调查1.11998年8月,分别在四个牧压梯度上用样方法做群落调查.每个梯度做4个1×1m的样方.对样方内的冷蒿连根一起取样,分别统计它的营养枝数、不定根数、匍匐茎长以及根、茎、叶各构件的干重.其中长度单位是cm,重量单位是g,枝条的数目是一级分支的数目.由于冷蒿的营养繁殖特性,在调查时其单株个体很不易区分,而且常有匍匐茎断裂的个体存在,所以按单位面积统计植株数目是不可取的,改为统计营养枝条数目.此外还在四个梯度上取25×25×10cm的土体进行根量测定.1.22001年5月、7月、9月,分别在4个牧压梯度上取样,每个梯度随机取30个单株.取样后,把冷蒿按照不同部位分开,即地上部分、茎基部、地下部分.地下部分用清水冲洗干净,各部分在70℃下烘干,粉碎后作室内分析.用3,5-二硝基水杨酸比色法测定可溶性糖和淀粉,用干灰化法测定结构碳水化合物含量.不同季节、不同牧压梯度上的各部位样品均重复测定三次.2结果与分析2.1不同牧压下冷蒿匍匐性枝条分化的动态变化对在不同牧压梯度上冷蒿的营养繁殖及构件数量变化情况进行了详细的调查统计,包括匍匐茎长、营养枝数、不定根数、构件干重等项目(见表1).牧压增加,啃食和践踏造成土壤紧实,不利于禾草及其它一些草本植物的生长,死地被物日趋稀少,裸地比例增大,从而加强了土壤的干燥程度,促使土壤理化性质发生改变,土壤有机质、氮和磷的含量下降,伴随着土壤环境的变化,冷蒿却由于在放牧践踏倒伏后的半匍匐型枝条上形成不定根,刺激了更新芽的生根及萌蘖,所以在一定的牧压范围内,践踏会使冷蒿长出更多的枝条、更多的不定根、更长的匍匐茎来扩大种群的范围,并逐渐代替了原来的建群种而形成冷蒿草原.这个过程反映了冷蒿种群随退化程度无性繁殖的匍匐枝条分化的动态变化,说明不同牧压下冷蒿匍匐性枝条分化生长和根系部分的可塑性变化,维持冷蒿草原的再生生长能力,保证草原一定的覆盖度,避免对土壤的风蚀、水蚀,就是防止沙漠化的有力措施.2.2影响冷蒿种群典型种群培养养分的随气调湿冷蒿为什么在外界干扰下,能保持较强的再生生长能力,已经受到研究者的关注.多数研究者认为,主要是碳水化合物含量的变化.碳水化合物是光合作用的产物,也是植物生长发育的能源.许多研究表明,刈割和放牧影响碳水化合物的分布和碳水化合物的含量变化.不同季节、不同牧压,冷蒿种群体内碳水化合物的变化是由冷蒿地上部分、茎基部和地下部分的非结构碳水化合物(可溶性糖、淀粉)和结构碳水化合物(纤维素、半纤维素、木质素等)的含量变化来表现的(图1～3).2.2.1牧草生物学特性从图1～3可知,不同季节,冷蒿体内碳水化合物含量变化极显著(p<0.01),春季、秋季含量高,夏季含量低.不同季节影响植物生长的生态因子不同,植物光合作用、呼吸作用强度不同.春季植物返青时需要消耗一定的碳水化合物,一般早春碳水化合物含量比较低.但是冷蒿返青早,在5月碳水化合物已经开始积累,因此,春季冷蒿碳水化合物含量较高.夏季,植物的光合代谢比较旺盛,碳水化合物含量低.秋季植物生长缓慢,生长受抑制的时期也是糖分积累的时期,(Pollock,Jones1979),可溶性糖含量升高,同时淀粉也水解为可溶性糖,为越冬做准备.许志信(1993)、夏景新(1994)、戎郁萍(2000)等都认为这与不同的牧草的生物学特性物候有关.2.2.2实际牧压对冷蒿体内培养养分的影响冷蒿不同部位碳水化合物的分布有着显著差异(p<0.01),地上部分(U)<茎基部(B)<地下部分(D).冷蒿地上部分通过光合作用产生的碳水化合物向地下转移,并贮存于地下.同时,随着牧压的增大,冷蒿体内碳水化合物含量地上/地下的比值减小,说明冷蒿体内碳水化合物的转移能力随着牧压的增大而增加.动物采食仅限于地上部分,大量的碳水化合物在地下得以保存.这可能是冷蒿在生理上对动物采食的响应.也是一种“回避”机制,使得植物具有耐牧性,可以在放牧系统中存活下去.2.2.3强化牧压对重新牧下有机地下比值sc的影响随着牧压的增大,地上部分非结构碳水化合物(NC)(可溶性糖、淀粉)含量减少,地下部分NC增加;结构碳水化合物(SC)含量增加.同时,反映碳水化合物转移能力的NC地上/地下比值(NCU/NCD)下降(见表2).说明碳水化合物的转移能力随着牧压的增加而增加.仅以春季可溶性糖UNC/DNC为例,无牧NCU/NCD为3.556,重牧下NCU/NCD为0.266,无牧是重牧的13.37倍,即重牧下碳水化合物的转移能力是无牧的13.37倍.3冷蒿群落的保护牧压增加,地上部分(源)NC减少,茎基部和地下部分(库)NC增加.因此,NCU/NCD随着牧压的增加而增加,即碳水化合物的转移能力随着牧压的增加而增加.但是,这种转移能力并不是无限的.许多研究表明,典型草原退化演替到冷蒿草原阶段,如果再过度放牧利用,则导致植被消失或变为零星分布星毛委陵菜及一年生杂类草.即NC→0,那么NCU/NCD不是增加,而是→0.可以说重度放牧是冷蒿群落维持的一个阈限,因此保护冷蒿群落,充分利用它补偿性生长能力强的特征,防止它的进一步退化,是一项十分重要而有意义的工作.土地沙漠化和植被退化是密切相关并相互影响的过程,植被的退化会导致土地的裸露,给风蚀和水蚀提供了前提条件;土地的风蚀破坏了植被的生存条件,促进了植被的退化,甚至使得自然植被长期丧失.草原退化和沙质草原的沙漠化在其演替进程的前一半是完全一样的,到了冷蒿阶段如果不进行保护令其继续破坏,就会有两条演替途径,对栗钙土上的植被来说,将会走向极度退化;对沙质土上的植被来说,由于地表裸露而极易受到风蚀、水蚀作用,形成沙漠化土地.汪诗平等人曾对内蒙古冷蒿草原适宜放牧率及可持续发展的问题进行了研究,提出了草地畜牧业生产可持续发展所应遵循的基本原则,认为内蒙古典型草原暖季放牧率不宜超过2.0～2.7羊/hm2,适宜始