高苗苗蒙仲举高永张睿姝张丽乌兰图雅何英
(1.内蒙古农业大学沙漠治理学院，内蒙古 呼和浩特 010018；
2.阿拉善左旗林业工作站，内蒙古 阿拉善 750300)
植被是自然环境中最敏感的组成要素，也是最能反映自然条件变化的标志之一[1]，营造人工植被是干旱、半干旱区荒漠化防治最为有效的治理手段。飞播造林措施是快速有效实现荒山或沙地植被重建与恢复的重要途径，因速度快、范围广、省劳力、投入少、能深入人烟稀少的偏远地区等优势[2]，被选为治理内蒙古阿拉善盟境内腾格里沙漠东北缘植被恢复与重建的重要措施。植被群落的变化是反映生态恢复程度的关键部分，其物种组成、优势种变化、物种多样性不仅能够在一定程度上反映群落的生境变化趋势[3]，更能有助于把握对抗外界干扰的能力[4]。慕宗杰[4]等通过研究浑善达克沙地飞播区不同恢复阶段植物群落结构的变化，总结出随植被恢复时间延长，植被稳定性逐渐增强。李禾[5]等对毛乌素沙地飞播区植被多样性研究表明，随飞播年份增加，群落结构逐渐复杂，以飞播植物为优势种的飞播群落逐渐向毛乌素沙地的顶级群落演替。汪有科[6]等阐述了吴旗飞播区沙打旺草地的群落动态，分析发现沙打旺的快速演替实质是群落内部能量的再分配过程，这种再分配对草地改良、田草轮作十分有利。斯琴毕力格[7]等对鄂尔多斯市3个旗沙地飞播造林区进行分析得出植被恢复的多样性主要为物种丰富度所推动，而与植被的优势度和多样性指数没有明显关联。因此，深入了解沙地植被恢复过程与变化规律，有助于揭示植被演替机制，对沙地植被生态恢复、稳定干旱区生态系统具有重要作用。
综上所述，多数学者对飞播造林植被恢复的研究主要集中于库布齐、毛乌素、浑善达克等沙地飞播造林区植物群落多样性以及不同飞播植物、植被群落结构和飞播年限等因子对土壤理化性质的影响，对于腾格里沙漠飞播造林区植被群落结构、生物多样性特征的研究相对稀缺。鉴于此，本研究主要以腾格里沙漠东北缘飞播造林区植被为研究对象，探究飞播造林区植被恢复过程中灌木与草本的动态变化趋势，旨在明确该地区飞播后植被恢复变化趋势，以期为后续开展飞播造林工作提供参考。
1.1 研究区概况
研究区位于内蒙古阿拉善盟左旗境内腾格里沙漠东北缘飞播造林区，地势东南高，西北低，属温带大陆性干旱荒漠气候，日照充足，蒸发量大，无霜期较短，温差较大。年均气温8.5℃，年均降雨量80～200mm，年均蒸发量2900～3300mm。飞播造林区土壤类型属流动风沙土。受气候、地貌影响，腾格里沙漠东北边缘主要植物为霸王(Sarcozygium xanthoxylon)、猫头刺(Oxytropis aciphylla)、白刺(Nitraria tangutorum)等，偶见一年生植物沙蓬(Agriophyllum squarrosum)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)等。
1.2 研究方法
1.2.1 试验地选取
于2021年7月，通过查阅相关资料，并经过实地勘察，飞播造林区均采用花棒(Hedysarum scoparium)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、籽蒿(Artemisia sphaerocephala)为飞播物种，沙丘高度以及成土母质基本相似，基于此选择2001年播区(巴润别立镇沙勒库岱嘎查)、2004年播区(豪斯布尔都苏木浩坦淖尔嘎查)、2008年播区(吉兰泰镇哈图呼都格嘎查)、2018年播区(吉兰太镇苏里图嘎查)内具有代表性的典型样地，共计4个样地。样地基本情况见表1。
表1 飞播造林区样地基本情况
1.2.2 植被调查
每块样地内均设置3条长1000m样带，在每条样带间隔200m设置一个样点，每个样点布设10m×10m灌木样方，用于调查灌木及半灌木，在灌木样方内对角线及中心各设置1个1m×1m草本样方用于调查草本植物。调查内容为各样方内植被的总盖度及不同植物种的名称、自然高度、盖度、密度等。
1.2.3 数据分析方法
灌木与草本将同一恢复年限植物种群高度、盖度和密度进行平均，作为相应年份植物种群的高度、盖度和密度，并对飞播造林区植物群落的高度、盖度、密度进行分析，以明确飞播后播区植物群落的数量特征变化。
物种多样性选用Margarlef丰富度指数、Pielou 均匀度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和重要值等对飞播造林区不同恢复年限的植被群落进行测定分析。计算公式：
重要值=(相对高度+相对盖度+相对密度)/3
相对高度=(物种高度/样方内全部物种高度之和)×100
相对盖度=(物种盖度/样方内全部物种盖度之和)×100
相对密度=(物种盖度/样方内全部物种盖度之和)×100
Margarlef丰富度指数(R)：
Shannon-Wiener多样性指数(H′)：
Simpson优势度指数(D)：
Pielou均匀度指数(E)：
优势度指数(C)：
式中，S为样方内物种数目；
Pi表示第i种植物的重要值；
N为总个体数量；
ln为自然对数。
2.1 飞播造林区植物群落物种组成及重要值
由表2、表3可知，飞播造林区植被恢复过程中，样地内植物群落主要由21种植物构成，隶属9科17属。其中灌木有4种，即隶属于3科4属，占总物种数19.05%；
半灌木2种，隶属于2科2属，占总物种数9.52%；
草本植物有15种，隶属于6科13属，占总物种数71.43%。腾格里沙漠东北缘飞播造林区植物主要由天然植物和飞播植物构成，其中飞播植物有3种，分别为花棒(Hedysarum scoparium)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、籽蒿(Artemisia sphaerocephala)，这3种植物均呈现抗干旱、耐盐等特点，是飞播造林树种选择的优势种。
表2 飞播造林区植被生活型组成特征
由表3可知，飞播造林区植被恢复3a，主要以飞播植物为主，草本层仅有沙竹和芦苇。恢复13a以籽蒿为优势种，草本层种类逐渐丰富，出现沙蓬、碱蓬(Suaeda glauca)和蒙古虫实(Corispermum mongolicum)等；
恢复17a天然植物与飞播植物都生长趋势较好，植物种类共有15种，物种种类最丰富，以花棒为优势物种，天然植物白刺也得到有效的恢复，其重要值为0.36；
恢复20a时物种种类有降低趋势，主要以籽蒿为优势物种，但蒙古虫实、珍珠猪毛菜、油蒿(Artemisia desertorum)、沙蓬、针茅(Stipa capillata)、碱蓬等草本层植物其重要值从0分别上升到0.25、0.03、0.04、0.06、0.03、0.16。飞播造林区植被群落类型共3种，见表4，随植被恢复年限延长，飞播造林区植被群落结构由单一的半灌木群落逐渐变为灌木群落和半灌木加草本群落，草本层植被逐渐丰富。
表3 飞播造林区植被物种重要值
表4 飞播造林区各样地植被群落类型
2.2 飞播造林区植被恢复群落数量特征变化
由表5可知，飞播造林区各植被层平均高度随植被恢复年限延长总体表现出增长的趋势，在植被恢复20a时平均高度最高，灌木层植被平均高度较3a、13a和17a，分别增长100.65%、55.58%、17.50%，草本层平均高度分别增长331.33%、15.68%、107.02%，各植被群落差异显著(P<0.05)。随着恢复年限得增加，各植被群落得平均盖度总体呈上升的变化趋势，植被恢复20a平均盖度较3a分别增加99.82%、460.34%，草本层不同恢复年限间差异显著(P<0.05)。平均密度随植被恢复年限延长各植物群落呈现波动式上升，各层随恢复时间的延长均有明显差异(P<0.05)。
表5 飞播造林区植物群落高度、盖度和密度的变化
2.3 飞播造林区植物恢复群落物种多样性变化
通过对飞播造林区不同生活型植被多样性综合分析发现，见表6，飞播造林区R、H′、D指数逐年呈上升趋势，草本层物种种类逐渐增多，飞播造林措施对腾格里沙漠东北缘沙地固定与植被恢复具有显著成效；
飞播造林区植被恢复20a H′与D较3a分别增长89.74%、57.45%，植物各层的多样性逐渐丰富；
飞播造林区C随着恢复年限延长呈先升高后降低的趋势，各恢复年限灌木层植被均匀度指数显著高于草本层；
综上所述，腾格里沙漠东北缘飞播造林区植被恢复状况稳步增进，草本层在群落中相对占优势且分布均匀、植被种类繁多。
飞播造林是一种大面积治理土地沙漠化与植被快速恢复的沙漠治理方法，在腾格里沙漠东北缘沙地的植被建设中发挥着重要作用。由于飞播后沙地植物成功定居引起群落环境变化，进而对天然植被的生长与繁殖产生一定影响[8]。本研究表明，飞播造林区植被随时间的延长，物种数明显升高，但恢复20a时沙地植物的物种数出现下降趋势。分析其原因，沙地条件不同，气候多变，不同植物种类自身的生态适应条件有差异，使得恢复20a植物种类相比恢复17a的略低。在沙地不同恢复阶段，豆科、蓼科、菊科和禾本科表现出较强的适应能力，流动沙地向固定沙地转变，沙地植被恢复效果明显好转，这与姚国龙[9]对毛乌素沙地不同演替阶段沙地植被群落物种多样性研究结果相似。飞播后，飞播物种耐沙埋、发芽快、生长迅速并且繁殖能力强[10]，迅速成为沙地群落的优势种，因此，沙地植物群落特征也发生一定变化，即在植被恢复的过程中，植物群落的平均高度、平均盖度和平均密度均有明显提高，这也进一步验证飞播造林对天然植被恢复有促进作用。
表6 飞播造林区分层物种多样性指数
腾格里沙漠东北缘飞播造林区随植被恢复，一年生草本逐渐占有一定优势，总物种数达到71.43%，灌木与半灌木次之，分别占总物种数的19.05%和9.52%，表明群落组成结构向多样化和复杂化发展，沙地逐步稳定。重要值是荒漠植被的综合体现，通过重要值确定群落类型，能客观反映植物物种在群落中的相对重要性。本研究结果表明，在飞播造林区植被恢复过程中，群落由单一半灌木类型逐步发展为灌木和半灌木加草本组合类型，说明飞播物种在雨季快速发芽并定居，形成防风屏障，阻止沙丘表面沙粒流动，飞播造林区天然植被得到有效保护，同时为其他植物定居创造稳定的土壤环境，飞播物种与天然植被共生效果较好。张翼飞等[11]对巴丹吉林和库布齐2大沙漠共计12个点的植被进行调查，结果也显示以灌木为建群种后都伴有大量一年生沙生先锋物种植物。因此飞播有助于沙地天然植被的恢复与重建。
物种多样性是生物多样性的中心，也是生物多样性最主要的结构和功能单位[12]。植被群落演替会伴随着多样性的变化，有的观点认为随植被恢复演替，物种多样性会逐渐增加[13]，还有观点认为在演替初期到中期物种多样性会升高，到达峰值后在演替后期则呈现下降趋势[14]。本研究中，物种多样性指数随植被恢复进程先升高后降低。分析其原因，可能是随植被的恢复，地表有机物的分解和土壤养分的增加，提高了各物种的竞争能力，导致植被恢复20a时物种多样性有下降的趋势，此外，沙漠地区水分限制也是造成物种多样性指数下降的原因之一。荒漠植被的特征可用物种多样性指数来体现。司建华等研究阿拉善雅布赖风沙区荒漠植被群落物种多样性在0.23～1.09[15]，腾格里沙漠东南边缘荒漠植被群落物种多样性在0.60～1.63[16]，新疆阜康绿洲荒漠过渡带植物群落物种多样性在0.48～1.57[17]，归纳荒漠沙地植被群落物种多样性普遍偏低，群落整体结构简单，物种组成稀少，这与荒漠生境条件恶劣且种的分布不均匀有关。本研究区群落H物种多样3a和17a灌木层>草本层，13a和20a灌木层<草本层，但飞播造林区整体H物种多样现在0.78～1.48，符合上述沙区研究特点，可见，飞播造林区物种多样性整体随植被恢复年限延长而增长，说明飞播造林措施有效促进腾格里沙漠东北边缘飞播造林区植被恢复。
通过对腾格里沙漠东北缘飞播造林区群落数量特征及多样性分析，得出如下结论。
腾格里沙漠东北缘飞播造林区植被恢复处于稳步发展阶段。飞播造林区共21种植物，隶属9科17属，植物种大多属于蓼科、菊科、禾本科；
灌木层以飞播物种籽蒿或花棒为主，草本层多为旱生或盐生性植物，如油蒿、蒙古虫实、珍珠猪毛菜等；
在植被恢复过程中，群落由单一灌木类型逐步演变为灌木与半灌木加草本组合类型。
腾格里沙漠东北缘沙地植被群落灌木层的平均高度、密度总体表现为恢复20a比恢复初期3a高出2倍，平均盖度20a>13a>17a>3a；
随着植被恢复年限的增加，草本层植被各生长指标总体呈上升趋势，综上可知，飞播造林有利于改善沙地植被群落环境，植被生长状况稳定提高。
沙区的生境条件决定群落多样性指数，降雨是植物生长主要获取水分的来源。研究区随着植被恢复年限延长，草本层Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数均高于灌木层，总体植被恢复向着稳定和物种多样的方向发展，环境得到改善的同时也会加速植被演替的进程。
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