放牧利用对浑善达克沙地榆树种群的影响_姚雪玲.pdf

2023年7月 第4期（总第221期）草食家畜（双月刊）放牧利用对浑善达克沙地榆树种群的影响姚雪玲1，2，周立华3，4，杨国清5*，姜丽娜1（1.国家林业和草原局荒漠生态系统与全球变化重点实验室，北京100091；2.中国林业科学研究院生态保护与修复研究所，北京100091；3.中国科学院科技战略咨询研究院，北京100190；4.中国科学院大学公共政策与管理学院，北京100049；5.山东省烟台南山学院经济与管理学院，山东烟台265700）摘要：【目的】浑善达克沙地广泛存在的不合理放牧是当前榆树疏林生态系统退化、榆树种群繁衍受阻的主要原因。针对沙地特殊的基质和植被特征，探讨适合其特质的放牧管理形式，为榆树疏林生态系统的恢复和可持续利用提供科学依据。【方法】选择4块对比样地，通过采集树芯，建立胸径-树龄模型，结合50 50 m2样方每株调查，获取榆树年龄结构分布。通过牧户调查，获取每块样地的放牧管理方式，探讨放牧季节和家畜种类对榆树种群繁衍更新的影响。【结果】冬季放牧的样地，榆树种群密度适宜（104株/50 50 m2），年龄分布均衡，种群繁衍更新状态良好；夏季放牧的样地，榆树密度较小（97株/50 50 m2），其中幼苗缺失，种群更新受阻；轻度牧牛的样地，新生出密集的榆树种群（750株/50 50 m2），以幼树、幼苗为主，种群处于显著恢复阶段；长期牧羊的样地，榆树密度低（31株/50 50 m2），幼苗和成年榆树缺失，种群更新不良。【结论】因沙地松软不耐踩踏的特性，沙地适合在冬季冰冻硬化后放牧，应避免在其它季节放牧。因家畜对植物的选择性采食，轻度牧牛有利于榆树种群的恢复，牧羊对榆树种群恢复不利。关键词：榆树疏林;沙地;放牧;种群更新中图分类号：S47文献标识码：A文章编号：1003-6377（2023）04-0041-06榆树疏林是分布在温带典型草原地带、适应沙地环境的隐域性天然顶级植物群落，在我国主要分布在浑善达克沙地东部、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地的海拉尔河流域南部的沙地以及通辽平原沙地上1。其景观特征是榆树在沙地中稀疏分布，不形成典型的森林环境，具有明显的草原生态系统特征，因此称为沙地榆树疏林。与环绕沙地的典型草原相比，榆树疏林是乔木、灌木和草本交错混生，具有更高的生物多样性、生境多样性和结构多样性2。另外，榆树疏林在防风固沙、保护沙区及周边土地资源方面有特殊重要的作用，有“沙地卫士”的称号3。近半个世纪以来，由于毁林开荒、不合理放牧等原因，对榆树疏林造成了严重破坏，历史上水草丰美的富饶之地已成为近年来我国北方地区的沙源区之一，引起了社会各界的广泛关注4-6。2000年以来，随着国家在草原地区生态政策的实施，榆树疏林不再有大规模的垦荒、砍伐破坏，基金项目：中国科学院战略性先导科技专项“创建草牧业科技体系”（XDA26010301）作者简介：姚雪玲（1981-），女，博士，助研，主要从事半干旱区草原生态恢复研究。E-mail：通讯作者：杨国清（1983-），女，硕士，讲师，主要从事环境保护与可持续发展研究。E-mail：收稿日期：2023-05-10，修回日期：2023-05-2310.16863/ki.1003-6377.2023.04.007412023年7月 第4期（总第221期）草食家畜（双月刊）然而放牧利用一直在持续。传统中浑善达克沙地是牧民的冬营地，主要在冬季放牧。自从草场到户，牧民定居后，游牧倒场的习俗被中断，沙地成为全年牧场，导致沙地生态系统急剧受到破坏。由于不合理的放牧利用，榆树疏林的种群更新出现明显的衰退趋势7-9。李永庚等10发现轻度放牧下的榆树疏林灌丛草原上萌发种子密度可达 141株/m2，中度放牧下的萌发种子密度降低到 100株/m2，而重度放牧下萌发种子密度仅为 4株/m2，放牧活动显著影响着榆树幼苗更新以及种群密度。另外，研究表明，过度利用导致草场退化，而长期的围封禁牧对自然生态系统也是不利的11-13。研究证明，适度放牧对维护自然生态系统长期健康是必需的，放牧的经济收入也有利于缓解牧民生活压力14。然而，对于榆树疏林这样一个特殊的沙地生态系统，如何选择合适的放牧方式，基于此问题，本研究调查了四种不同放牧利用方式下榆树的种群年龄结构和繁衍更新状态，探寻适合沙地的放牧管理方式，尝试为沙地的合理利用和植被恢复提供现实可行的参考和建议。1材料与方法1.1样地选择本研究位于浑善达克沙地榆树疏林分布腹地、正蓝旗桑根达来镇。该地区基质是固定沙丘，沙丘背风坡分布着密集的榆树、柳灌丛等，迎风坡主要以褐沙蒿（Artemisia intramongolica）和旱生杂草类草本植物群落为主。沙丘间低地分布着密集灌丛和芨芨草（Achnatherum splendens）等草甸植物种类。在沙丘平缓开阔地分布着旱生草本植物群落以及稀疏的榆树。本研究选取了4个样地，因样地长期的放牧利用方式不同，导致榆树种群有显著差异（图1）。图14块样地植被景观（拍摄于2019年5月份）4个样地可以分为两组对照：第1组样地位于正蓝旗巴斯海嘎查（E 1155754；N 425948），因放牧季节不同作为对照（表1）。两块样地毗邻，样地1长期作为冬牧区，样地2长期作为夏牧区。两块样地属同一牧户，放牧的牲畜种类及数量接近。样地1每年11月份降雪后牲畜入场，次年5、6月422023年7月 第4期（总第221期）草食家畜（双月刊）份植被返青后牲畜出场，年均放牧时长6个月。样地2每年5、6月份草场返青后牲畜入场，一直到10月份间歇性放牧，年均放牧时长2个月。表1第1组对比样地放牧利用信息对比样地样地1样地2面积（公顷）4555放牧方式牧牛牧牛放牧季节冬春夏秋放牧强度重度重度第2组样地位于正蓝旗巴彦锡力嘎查（E 1154644;N 424456），因牲畜种类不同作为对照（表2）。两块样地毗邻，近20年来，样地3长期牧牛，样地4长期牧羊，主要在夏秋季节维持12个月的轻度放牧。表2第2组对比样地放牧利用信息对比样地样地3样地4面积（公顷）65.5放牧方式牧牛牧羊放牧季节夏秋夏秋放牧强度轻度轻度1.2榆树年龄的估算方法榆树的胸径与树龄通常具有良好的相关性8。我们在样地内选取40株大小不等的榆树，通过钻取树芯的方式测定树木年龄，同步测定每株胸径，通过回归分析构建胸径-树龄的关系模型（图2，Adj.R2=0.74），通过该模型进一步估算样地内其它榆树的年龄。图2榆树胸径年龄关系模型1.3榆树种群年龄结构的测定方法在4个样地内，分别测定50 50 m2样方内的榆树株数、胸径，通过图2胸径树龄关系模型，计算出每株榆树的年龄。根据榆树的繁殖特征及其与放牧的关系，我们将榆树分为4个年龄组：80年（老龄）。5年以内的榆树苗一般株高1.5 m以内，易被牲畜啃食和踩踏，受放牧影响极大；510年的幼树一般超过2 m，不易再被牲畜啃食，但是尚未有432023年7月 第4期（总第221期）草食家畜（双月刊）结实繁殖能力；10年以后的榆树有了种子繁殖能力，分为中龄；80年以上的榆树常出现空心、枝干枯死，有生命力减弱的迹象，分为老龄（表3）。表 3不同放牧季节样地的榆树种群年龄组成（5050 m2样方）样地样地1样地280年26总株数104971.4榆树繁殖方式的判别方法榆树有两种繁殖方式，一是根茎繁殖，二是种子繁殖。榆树的根茎繁殖苗从母株根系萌发，具有明显的特征，比如紧贴母株根部、绕母株环形分布等。而种子繁殖苗一般独立分布。据已有研究，榆树根系水平分布一般范围在15 m左右15。因此我们将远离成年榆树20 m以上的独立幼苗，认为是种子繁殖苗，即实生苗。2结果与分析2.1放牧季节对榆树种群的影响样地1中，榆树年龄结构分布合理，种群繁衍状态正常（表3）。榆树幼苗及幼树中，除了根茎繁殖苗，也在远离母株的空地上，能观测到独立分布的实生苗。因根茎繁殖苗依赖母株提供养分，聚集丛状分布，生长过程中种内竞争大，死亡率高，寿命短。而实生苗生命力强，寿命长，适应环境能力强16。榆树种群中有一部分实生苗，能使种群的总体质量得到保证。样地2中，成年榆树达39株，预示着种子资源丰富。然而1.5 m以下的幼苗却呈缺失状态，预示着榆树种群出现更新断层。样地中510年的幼树基本全是根茎繁殖，没有观测到种子繁殖的实生苗。因实生苗生长慢，极易在长大前被牲畜啃食，而根茎繁殖苗可以速生，更易逃脱牲畜的啃食10。过大的放牧压力，使实生苗没有成长机会，这对种群的总体繁殖质量是不利的。2.2牲畜种类对榆树种群的影响样地3中，50 50 m2样方内榆树达750株，主要由10年左右的幼树以及幼苗组成，是新生榆树群落。该样地的老龄榆树在80年代前被砍伐殆尽，样方中密集的幼树群落是榆树疏林的早期恢复阶段，随着幼树成长，通过种群自疏，最终会演化为榆树疏林景观。样地4中，50 50 m2样方内榆树只有39株。虽然该样地内散布若干老榆树，提供丰富的种子资源，但是未见独立分布的实生苗，也未见中龄成年榆树，其中幼树也全部是老榆树根基处萌发的根茎繁殖苗。榆树种群的年龄结构断层，种群更新预期不良。见表4。表 4不同牲畜种类样地的榆树种群年龄组成（5050 m2样方）样地样地3样地480年08总株数750393 讨论3.1放牧季节对榆树种群的影响沙地为半流质状态，地面植被极易被牲畜踩踏破坏。样地1主要在11月降雪后放牧，雪后地面442023年7月 第4期（总第221期）草食家畜（双月刊）冰冻变得坚实，牲畜踩踏破坏大幅减轻。冬季牲畜主要啃食植被的枯枝落叶，不会影响植物生长，家畜的排泄物还为来年植被萌发提供养分。因此样地1在冬春枯草期长达5个多月的重度放牧下，植被仍然能保持良好状态。不仅榆树种群在生长、更新方面良好，其它灌木、草本也都维持着良好的多样性和生长状态。样地2在610月份间歇放牧。夏秋正是植物萌发、生长、结实的季节，另外沙地松软，家畜对植物的踩踏破坏甚至超过采食，因此虽然年均利用放牧时长不到2个月，但是植被却显著退化。表现为榆树种群密度低、更新受阻，其它灌木、草本也都严重退化，沙丘裸露。90年代前，牧区一直将沙地作为冬季营地，夏季严禁入内，这些数百年来在生产实践中的草场利用经验，值得我们思考和借鉴1，17。3.2牲畜种类对榆树种群的影响样地3中，牧户长年轻度放牧，只放养少量牛。流动沙丘上出现了大量新生的榆树幼树群落，榆树种群开始恢复。样地4中，长年以养羊为主，但是榆树种群却没有恢复的迹象。据相关研究以及牧户经验，牲畜具有明显的择食性，牛喜啃食细软的草本植物，不喜灌木，而山羊喜食灌木18-20。样地3中，近20年只少量养牛，榆树幼苗很少被采食，得以繁衍生息，形成幼树密集分布的景观。样地4中，虽然有若干成年榆树，种子资源丰富，但是榆树苗极易被羊群采食，没有生长机会，因此呈现出老榆树散布，而地面幼树缺乏的景观。3.3浑善达克沙地榆树种群的发展趋势因家畜无法采食成年榆树，放牧对榆树种群的影响主要表现在对榆树幼苗的抑制。榆树对沙地环境具有很好的适应性，如果没有人工砍伐，该种群并不易消亡。目前浑善达克沙地成年榆树仍广泛存在，种子资源丰富，只要合理管控放牧，即会萌生新的榆树种群21。李钢铁等3对内蒙古翁牛特旗调查发现，原本没有幼苗的榆树疏林地，经过两年围封，榆树幼苗数量达到 818 株/m2，说明沙地上只要杜绝人畜破坏，榆树种群便能迅速自然更新复壮。本研究样地3中，自1998年仅存数十株成年榆树，但在牧民合理放牧管理下，新生了上千株榆树幼树。可见只要放牧利用适当，沙地上榆树种群的自然恢复并不困难。4结论近几十年浑善达克沙地的榆树种群退化主要由不合理的放牧利用引起。榆树种群退化表现在种群密度减少、幼苗缺失、更新受阻等方面。本研究对沙地的放牧管理建议如下：因沙地不耐踩踏的特性，沙地适宜在冬春季地面冰冻后放牧，不适合在其它季节放牧；因牲畜的择食性，沙地适合轻度养牛，而养羊不利于榆树幼苗成长，影响种群繁衍。参考文献：1 中国科学院内蒙古宁夏考察队.内蒙古植被M.北京:科学出版社，1985:785-789.2 杨利民，韩梅，王丽君.榆树疏林对维持草地生态区域生物多样性意义的初探J.吉林农业大学学报，1996（S1）：46-49.3 李钢铁.科尔沁沙地疏林草原植被恢复机理研究D.呼和浩特:内蒙古农业大学，2004.4 史宇飞，金永焕，金兰淑.国内榆树疏林研究现状J.水土保持应用技术，2011（2）：32-35.5 李青丰，胡春元，王明玖.浑善达克地区生态环境劣化原因分析及治理对策J.干旱区资源与环境，2001，15（3）：9-16.6 杨利民，周广胜，王国宏，等.人类活动对榆树疏林土壤环境和植物多样性的影响J.应用生态学报，2003，14（3）：321-325.7 唐毅，蒋德明，陈雪峰，等.疏林草原榆树天然更新研究进展J.中国沙漠，2011，31（5）：1226-1230.8 彭羽.浑善达克沙地退化生态系统生态恢复的自然保护区途径D.北京:中国科学院研究生院植物研究所，2005.9 唐蛟，蒋德明，王永翠.疏林草原榆树种子-幼苗更新过程研究进展J.生态学杂志，2014，33（4）：1114-1120.452023年7月 第4期（总第221期）草食家畜（双月刊）10 李永庚，蒋高明，高雷明，等.人为干扰对浑善达克沙地榆树疏林的影响J.植物生态学报，2003，27（6）：829-835.11 肖金玉，蒲小鹏，徐长林.禁牧对退化草地恢复的作用J.草业科学，2015，32（1）：138-145.12 阿拉坦达来，张金福，包根晓，等.长期禁牧对阿拉善左旗荒漠草原的影响J.内蒙古草业，2011，23（1）：56-58.13 赵凌平，谭世图，白欣，等.封育年限对云雾山典型草原植物繁殖与植被更新的影响J.草业学报，2017，26（10）：1-9.14 Marshall F，Reid RE，Goldstein S，et al.Ancient herders enriched and restructured African grasslandsJ.Nature，2018（561）:387-390.15 李红丽，董智，王林和，等.浑善达克沙地榆树根系分布特征及生物量研究J.干旱区资源与环境，2002，16（4）：99-105.16 钟章成.植物种群的繁殖对策J.生态学杂志，1995，14（1）：37-42.17 韩念勇，刘书润，恩和，等.对话尘暴M.北京:中国科学技术出版社，2018:360-360.18 武倩，韩国栋，王成杰，等.短期内混合放牧对荒漠草原植物群落特征的影响J.草原与草业，2015（1）：40-45.19 李艳龙，石椿珺，程建伟，等.内蒙古典型草原三种家畜采食量和食性选择的研究J.草地学报，2018，26（5）：1091-1096.20 杨泽新，蔡维湘.灌丛草地放牧山羊的牧草适口性与嗜食性及山羊采食率研究J.草业科学，1995，12（2）：17-21，24.21 刘美珍.浑善达克退化生态系统恢复研究自然力在沙地草地恢复中的应用D.北京：中国科学院研究生院植物研究所，2004.Effects of Grazing on theUlmus pumilaPopulation inHunshandake Sandy LandYAO Xueling1，2，ZHOU Lihua3，4，YANG Guoqing5*，JIANG Lina1（1.Key Laboratory of Desert Ecosystem and Global Change，National Forestry and Grassland Administration,Beijing 100091,China;2.Institute of Ecological Protection and Restoration,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China；3.Institutes ofScience and Development,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China;4.School of Public Policy and Management,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;5.College of Economics and Management,Yantai NanshanUniversity,Yantai Shandong，265700,China）Abstract:【Objective】The widespread irrational grazing in the Hunshandak sandy land is the main reason for the degradation ofthe Ulmus pumila woodland ecosystem and the obstruction of Ulmus pumila population reproduction and renewal.In order toexplore suitable grazing forms that fit the special substrate and vegetation characteristics of sandy land,so as to provide scientificbasis for the restoration and sustainable utilization of the Ulmus pumila woodland ecosystem.【Methods】Four adjacent comparisonplots were selected in the Hunshandak sandy land,and a DBH-age model of Ulmus pumila was established by collecting tree cores.Combined with a measurement of each tree in a 50 m50 m plot,the age distribution of Ulmus pumila in the four plots wasanalyzed.Through a survey of ranchers,the grazing utilization forms of each plot were obtained to explore the effects of grazingseason and livestock species on the reproduction and regeneration of Ulmus pumila populations.【Results】In the winter grazing plot,the population density of Ulmus pumila was suitable(104 plants/50 m50 m),with a balanced age distribution and goodregeneration status,while in the summer grazing plot,the density was relatively small(97 plants/50 m50 m),with missingseedlings and hindered population renewal;In the plot for mild cattle grazing,a dense population of Ulmus pumila(750 plants/50m50 m)had emerged,mainly consisting of young trees and seedlings,indicating that the population was in a significant recoverystage,while in the plot for long-term sheep grazing,the density was low(31 plants/50 m50 m),and seedlings and adult trees weremissing,indicating poor population renewal.【Conclusion】Due to the soft and easily trampled nature of the sandy land,grazingshould be avoided in other seasons and only be conducted in winter after the ground had been frozen.Besides,in consideration ofthe food selectivity of livestock,mild cattle grazing was more beneficial to the recovery of the Ulmus pumila population than sheepgrazing in a long term.Key words:Ulmus pumila woodland;sandy land;grazing;population reproduction46