基于二次调查的扎鲁特旗草地退化状况比较研究

时间：2024-05-28

谷玉梅，王明玖，*，邢旗，刘亚玲，王保林

(1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院/草地资源教育部重点实验室/农业农村部饲草栽培、加工与高效利用重点实验室/内蒙古自治区草地管理与利用重点实验室，呼和浩特 010018；2.内蒙古蒙草生态环境(集团)股份有限公司，呼和浩特 010030；3.内蒙古小草数字生态产业有限公司，呼和浩特 010030)

内蒙古草地是中国北方保护环境、调节气候、涵养水源、防风固沙的天然屏障[1]，也是畜牧业生产的物质基础，对维持生态平衡具有重要作用[2]。科尔沁草原在内蒙古草地分布格局中，占有重要地位。但在多种因素影响下，科尔沁草原的大部地区已经成为典型的农牧交错区，受干扰的程度依然严重，草原生态保护面临巨大压力。即使是地处科尔沁草原北部、草地生态状况相对较好的扎鲁特旗草地也出现大面积退化，草原生态系统结构简单化[3]，物种多样性降低[4]，生态系统服务和功能受到破坏[5]，对区域经济的可持续发展造成严重威胁。调查这类草地状况的优劣和演变，对于说明气候因素和人为因素的影响具有重要意义。

根据1980—1985年内蒙古自治区草原勘测设计院的调查结果，扎鲁特旗草地面积共1.61×106hm2，退化草地面积约1.83×105hm2，其中轻度退化1.10×105hm2，中度退化2.54×104hm2，重度退化4.84×104hm2。轻度退化草地群落成分无明显变化，优良牧草占优势，可食性牧草种类丰富；中度退化草地植物成分发生较大变化，优良牧草减少，可食性牧草种类大幅度降低；重度退化草地种类成分发生根本变化，优良牧草消失，杂类草、毒草和害草大量增加，可食性牧草剧烈减少[6]。

在草地退化过程中，植物群落的生存环境发生变化，稳定性降低，生态系统失去平衡，随着生境条件的剧烈变化，劣等牧草增加，群落中原有优势优良牧草的生活力和竞争力下降，在草地中逐渐消退。分析退化草地群落的物种组成和结构变化有助于揭示草地变化趋势，反映草地退化程度[7]。

随着3S技术的不断完善，遥感监测法已成为区域大面积草地退化研究的重要手段。本次调查在遥感监测的基础上，于2016年8月采用地面样地调查法对扎鲁特旗10个苏木(镇)的草原植物群落特征进行观测，与1980—1985年内蒙古自治区草原勘测设计院的调查结果进行对比，分析草地物种组成的变化情况，总结退化草地植被特征，探讨草地退化原因。

1 材料与方法

1.1 调查区概况

扎鲁特旗位于内蒙古自治区通辽市西北部，科尔沁草原西北端，大兴安岭南麓，地处东经119°13′48″—121°56′05″，北纬121°56′13″—45°35′31″，该旗地处中温带大陆性气候区，四季分明，气温、无霜期由北向南逐渐增加，降水量逐渐减少，年平均气温6.6 ℃，无霜期平均139 d，年平均降水量382.5 mm，主要集中在7、8月份。

依据1980—1985年内蒙古自治区草原勘测设计院对扎鲁特旗草地类型的分类，本次调查选取与其相一致的草地类型，调查该旗10个苏木(镇)的草甸草原、典型草原和低地草甸的植物群落特征。调查区包括查布嘎图苏木、乌力吉木仁苏木、道老杜苏木、毛都苏木、巴雅尔图胡硕镇、阿日昆都冷镇、黄花山镇、鲁北镇、巨日合镇和嘎亥图镇。

1.2 植物群落调查

2016年8月利用landsat 8卫星遥感影像、谷歌地图等资料，在遥感监测的基础上，利用网格布点与随机取样相结合的方法在扎鲁特旗布设采集样点(图1)，主要采用地面样地调查法，以频度调查、路线观察、样地基本特征调查为辅，勘察该旗土地利用类型和植物群落特征。每个样地取3个样方，草本样方面积为1 m2(1 m×1 m)，灌木样方面积为100 m2(10 m×10 m)，统计植物种类、植株平均高、植物种群密度和草群盖度，分析各植物种优势度。

图1 2016年扎鲁特旗草地资源调查样点分布图

1.3 数据分析

使用Excel 2016对数据进行整理分析，将2016年扎鲁特旗草甸草原、典型草原和低地草甸各类、组、型中的主要植物与1980—1985年内蒙古自治区草原勘测设计院的调查结果进行对比，分析物种组成的变化情况，统计草地多年生牧草种数、一年生牧草种数、草群盖度和草群高度，分析草地退化现状。

2 结果与分析

2.1 扎鲁特旗土地利用类型

通过遥感监测和地面调查发现，扎鲁特旗境内主要有河流、林地、草地、耕地和其他用地5个土地利用类型，大片草地被开垦利用，地表覆被格局改变，景观破碎化严重(图2)。

图2 扎鲁特旗土地利用类型图

2.2 扎鲁特旗草地群落主要植物变化

2.2.1草甸草原群落主要植物变化

草甸草原各亚类植物群落种类成分发生变化。乔木蒙古栎(Quercusmongolica)和白桦(Betulaplatyphylia)大面积被砍伐；灌木虎榛子(Ostryopsisdavidiana)、土庄绣线菊(Spiraeapubescens)和西伯利亚杏(Armeniacasibirica)优势度下降；线叶菊(Filifoliumsibiricum)、贝加尔针茅(Stipabaicalensis)和中华隐子草(Cleistogeneschinensis)在群落中衰退。1980—1985年，草甸草原以禾本科牧草为主，主要有羊草(Leymuschinensis)、糙隐子草(C.squarrosa)和贝加尔针茅等，但2016年调查发现，禾草在群落中的优势度降低，草地的种类成分变化剧烈，阿尔泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)、裂叶蒿(Artemisiatanacetifolia)和苍耳(Xanthiumsibiricum)等菊科(Compositae)植物增加，一年生植物止血马唐(Digitariaischaemum)、小画眉草(Eragrostisminor)和狗尾草(Setariaviridis)等在群落中生长旺盛(见表1)。

表1 扎鲁特旗草甸草原群落主要物种对比

2.2.2典型草原群落主要植物变化

典型草原的优势物种发生变化。平原丘陵典型草原阔叶灌木草地的种类成分变化较大，大果榆(Ulmusmacrocarpa)、西伯利亚杏等消失严重；大针茅(S.grandis)、中华隐子草的优势度下降；糙隐子草、寸草苔(Carexduriuscula)成为主要物种。密丛禾草草地中大针茅的优势地位降低，植被种类成分未改变，但物种优势度发生了变动，达乌里胡枝子(Lespedezadavurica)的优势度下降，一年生植物种类增加。

沙地典型草原中，榆树(U.pumila)虽仍为优势种，但调查中发现了大量榆树树桩，砍伐破坏严重。东北木蓼(Atraphaxismanshurica)、山竹岩黄芪(Hedysarumfruticosum)等灌木、半灌木在草地中消失，草麻黄(Ephedrasinica)、达乌里胡枝子等在群落中衰退，糙隐子草、花苜蓿(Medicagoruthenica)等多年生牧草的优势度降低，蒺藜(Tribulusterrester)、止血马唐和虎尾草(Lysimachiabarystachys)等一年生植物增加，占优势地位(见表2)。

表2 扎鲁特旗典型草原群落主要物种对比

2.2.3低地草甸群落主要植物的变化

低地草甸草地的物种组成发生较大变化。水泛地草甸中的野古草(Arundinellaanomala)、拂子茅(Calamagrostisepigeios)等物种衰退，芦苇(Phragmitesaustralis)的优势度下降；沼泽化草甸的种类成分变动较大，芦苇、拂子茅、牛鞭草(Hemarthriaaltissima)和短芒大麦草(Hordeumbrevisubulatum)等根茎禾草在群落中消失；低地盐化草甸中羊草的生活力降低，马蔺(Irislactea)和芦苇在群落中消失，虎尾草的生长较旺盛(见表3)。

表3 扎鲁特旗低地草甸群落主要物种对比

2.3 扎鲁特旗草地退化程度分析

2016年，扎鲁特旗草地退化程度加剧。1980—1985年，扎鲁特旗退化草地面积占草地总面积的11%，轻度退化草地占退化草地面积的60%，中度退化草地占14%，重度退化草地占26%。2016年，该旗轻度退化草地占比下降至1%，中度退化草地占比增加3%，重度退化草地比例上升至82%。轻度退化草甸草原多年生牧草种类较多，植被盖度、高度较高；中度退化草地多年生牧草种类减少，一年生植物增多，草群盖度下降，高度降低；重度退化草地的物种成分剧烈改变，多年生牧草种类减少，草地盖度、高度降低。典型草原整体重度退化，群落结构简单化，植物种类少，草群低矮稀疏，覆盖度低。低地草甸处于中度退化和重度退化状态，中度退化草地多年生牧草种数为8种，一年生牧草2种，群落盖度和高度较高；重度退化草地植物种类大幅度减少，多年生牧草比例降低，草地盖度、高度剧烈下降。

与1980—1985年内蒙古自治区草原勘测设计院的调查结果对比，此次调查发现，重度退化草甸草原、典型草原，中度退化和重度退化的低地草甸的植物种类大幅度减少，物种多样性降低，群落结构简单化；草甸草原和典型草原的草群盖度、高度偏高，中度退化低地草甸的盖度偏低(见表4)。

表4 扎鲁特旗草甸草原、典型草原和低地草甸不同退化程度下的草地植物组成成分

3 讨论

3.1 退化草地物种组成的变化

草原植物群落的结构与外貌通常由植物种类组成来反映，物种和植物功能群组成对草地稳定性具有强烈影响[8]，其变化能反映草地生态系统退化、群落结构简单化和环境基质稳定性减弱等一系列植被与生境系统变化的趋向[9]。优势种的更替常用作判断群落演替阶段的指标[10]。扎鲁特旗草原具有多种植被类型，但以草原植被为主体，呈过渡性特征[11]，由北向南生长着线叶菊群系、贝加尔针茅群系、羊草群系、大针茅群系等代表类型，此次调查发现，贝加尔针茅、大针茅、羊草等建群种和优势种的优势度下降，冷蒿(A.frigida)和糙隐子草的优势度升高，一、二年生植物数量增加，草群组成成分变动较大。

由正常草地至重度退化草地，牧草种类的更替鲜明。与1980—1985年内蒙古自治区草原勘测设计院对扎鲁特旗草甸草原、典型草原、低地草甸不同退化程度下的多年生牧草种数、一年生牧草种数的调查结果对比[6]，轻度退化草地多年生牧草种数、一年生植物种数变化较小；中度退化草地多年生牧草种数、一年生植物种数降低；重度退化草地的牧草种类剧烈减少，生物多样性下降，物种丰富度降低。随着退化程度加重，多年生牧草的种类减少，生活力降低，植被结构不断简单化，影响群落的稳定性和生态系统的演变进程。张帆等人的研究发现青藏高原退化高寒草甸群落结构具有相同的变化规律[12]。

3.2 退化草地植物功能性状的变化

植物功能性状是植物对外界环境长期响应与适应后所呈现出来的可度量的特征。在诸多植物功能性状中，影响植物生长、繁殖、存活及资源利用的功能性状备受关注[13]，其中，植物高度、盖度是反应物种竞争的重要功能性状。草地退化必然伴随着草层盖度、高度的变化，此次调查发现，随着退化程度的加剧，草地高度、盖度均出现明显下降的趋势，但与1980—1985年内蒙古自治区草原勘测设计院的调查结果对比[6]，草地盖度、高度偏高，这可能是因为一年生植物生长发育旺盛，部分区域形成了以某种一年生植物为优势种的群落，使植被盖度和高度提高，由于一年生植物盖度大，多年生牧草种类少，生长发育弱，一旦遇上干旱年份，地表裸露面积加大，土壤易遭受风蚀，草地受到严重破坏。

3.3 退化草地牧草质量的变化

植物群落的生态功能下降，结构简单化，优良牧草的活力下降，种类减少，竞争力降低。据1980—1985年内蒙古自治区草原勘测设计院的调查，轻度退化草地存在少量劣等牧草，优良牧草占优势；中度退化时优良牧草减少，劣等牧草迅速增加；重度退化草地优良牧草在群落中衰退甚至消失，劣质牧草占优势[6]。2016年调查发现，在典型草原、草甸草原和低地草甸中，羊草、中华隐子草、花苜蓿等优良牧草均不同程度的减少，止血马唐、刺藜(Chenopodiumaristatum)、马齿苋(Portulacaoleracea)等劣质牧草增加，甚至出现了狼毒(Stellerachamaejasme)、蒺藜等毒草害草，生长旺盛，草地毒杂草化是草地严重退化的标志。

3.4 草地退化原因分析

3.4.1气候变化

干旱多风的气候是造成草地退化的重要原因。扎鲁特旗处于东亚季风区的东北缘[14]，四季分明，春季干旱多风，降水从西北向东南递减，年际和年内的降水量差异较大。分析扎鲁特旗2000—2016年气候数据发现，该旗年平均气温呈升高趋势，年降水量虽呈增加趋势(图3)。气温升高、降水波动加剧地表蒸发[15]，且当地土质松散[16]，植物覆盖度低，冬春季大风使干燥裸露的土地极易发生退化[17]。然而，研究区土地退化整体呈现扩展趋势，局部未发生较大变动又说明，气候因素的变化对本区土地退化扩展虽有影响，但并不是主要驱动因子。

图3 2000—2016年扎鲁特旗年平均气温、年降水量变化曲线

3.4.2过度垦殖

解放后，人口快速增长，对粮食的需求迅速增大，为了解决温饱问题，人们大面积开垦草地，扩大种植面积，使草地生态系统遭到严重破坏[18]。1988—1997年，扎鲁特旗土地利用的总趋势是由林地转化为灌木林地，灌木林地转化为草地，草地转化为耕地，水域转化为盐碱地和沙地，盐碱地转化为沙地。从20世纪80年代末到2000年，扎鲁特旗耕地增长41.19%，以开垦草原为主，仅1988—1997年就有15.44%的草地转化为耕地[19]。扎鲁特旗土壤多沙质，森林和草地被砍伐开垦后，植被和土壤维持力降低，人们不断开垦新地，撂置荒地，没有采取相应的保护修复措施，疏松了表土层，使土壤养分得不到补充而日益贫乏[20]，在干旱时节，下伏沙质沉积物被大风吹扬而起，在风力的搬运作用下，逐步扩张，日积月累，造成如今退化、沙化严重的局面[21]。

3.4.3过度樵采

据历史资料记载，古时科尔沁沙地林木茂盛，但从辽金时代开始，人们伐薪烧炭，大兴土木，修建城池，经历朝代变迁，人们对森林草地的利用有增无减，打破了生态系统的平衡[6]。扎鲁特旗煤炭资源匮乏，煤价较高，草原上生长的灌木、半灌木和草本植物却是可以无偿获得的天然燃料，农、牧民为满足日常所需，大量砍伐灌木枝条、搂枯草，将灌木庞大的根部挖出用作燃料。在20世纪70年代，该旗中南部密集生长着漫山遍野的西伯利亚杏灌丛，到20世纪90年代末却很少见到成片分布的了[22]。

扎鲁特旗生长着草麻黄、黄芩(Scutellariabaicalensis)、蒲公英(Taraxacummongolicum)、防风(Saposhnikoviadivaricata)、北柴胡(Bupleurumchinense)等珍贵药材，成本低，售价高，是当地居民一种重要的经济收入来源。20世纪七八十年代，扎鲁特旗中南部地区的中药被大量采挖，草原遭到严重破坏。20世纪80年代以后，这些行为得到了一定程度的控制，但并没有从根本上解决问题。挖掘药材不仅造成药材生长地植被退化，还会导致地表裸露，土堆成群，破坏土壤结构，影响物质循环，加重水分流失和土壤风蚀，影响下风处的草地，扩大危害面积[23]。

3.4.4不合理放牧

扎鲁特旗草地放牧压力较大[24]。据调查，1985年扎鲁特旗载畜率为1.34×106羊单位[25]，各类草原的载畜率大多数在1.30羊单位/hm2以下，最低的只有0.64羊单位/hm2[26]，平均载畜率仅为0.79羊单位/hm2。而实际上，1989年该旗牲畜合计2.37×106羊单位，平均载畜率为2.32羊单位/hm2，几乎是1985年的3倍[27]。1999年，该旗牲畜合计2.33×106羊单位，但由于草地面积减少，平均载畜率已经上升为2.45羊单位/hm2。在不考虑草场退化的情况下，1989年全旗牲畜超载1.03×106羊单位，1999年超载9.9×105羊单位。过度放牧，家畜对叶片的啃食严重，影响植物光合速度，植物制造养分的功能受到限制，生长发育减弱。当营养供应不足时，植物只能消耗自身积累的有机物质，随着贮藏营养物质的减少，植物的生长发育受到限制，严重时可导致死亡。过度放牧不仅影响地上部分的生物量，对地下部分的影响也很大，可促使营养贮藏器官，如根、根茎、鳞茎等变小、变少，无性繁殖能力降低，阻碍牧草的繁殖更新。家畜啃食和畜蹄践踏使优良牧草丧失了再生机会，草地质量下降，草地退化进程加速。

由于牧民的受教育水平有限，该旗大部分地区采用连续放牧制，这种放牧方式下，家畜的选择性采食会使适口性好的牧草衰退，适口性差或不采食的牧草增加，不仅造成牧草浪费，还给劣质牧草提供了生长机会，使草地种类成分发生变化[28]，长此以往，草地的生态平衡被破坏，致使草地退化。