全 文 ：第 !" 卷 第 ## 期
$% # % 年 ## 月 林 业 科 学 &’()*+(, &(-.,) &(*(’,) ./01!"!*/1## */23!$ % # %
行带式柠条锦鸡儿林在内蒙古四子王旗
退耕还草工程中的应用!
杨洪晓#4王学全$4卢4琦$4郭建英54杨文斌$4褚建民! "#3青岛农业大学资源与环境学院4青岛$""#%6# $1中国林业科学研究院荒漠化研究所4北京 #%%%6## 51水利部牧区水利科学研究所4呼和浩特 %#%%$%# !1中国林业科学研究院林业研究所4北京 #%%%6#$摘4要!4为改善温带草原区的退耕还草技术!以内蒙古中部四子王旗退耕农田为例!研究行带式柠条锦鸡儿林对 草本群落的修复能力& 结果表明’ #$ 林带间距的宽窄影响林带间隙草本群落的恢复过程!过窄或过宽的带间距都
不利于林带间隙草本群落的恢复进程# $$当退耕地与林带的距离适当时!林带能明显促进草本群落的恢复!使草 本的盖度和物种数目明显提高!当距离过大或过小时!这种促进作用显著减弱# 5$ 林带间隙内不同距离草本群落 的恢复效果符合高斯模型# !$ 根据高斯回归模型推算!当林带间距介于 #" 9$7 ;时!林带对草本群落的修复作用 能够达到最佳状态& 研究结果对优化温带草原区退耕地促草型灌木林的结构具有参考价值!就行带式柠条锦鸡儿 林来说!最好将林带间距控制在 #" 9$7 ;之间& 关键词’4退耕# 草原修复# 原生演替# 灌木# 防护林# 高斯模型 中图分类号! &:$:1$444文献标识码!,444文章编号!#%%# >:!77#$%#%$## >%%5" >%: 收稿日期’ $%%6 >%! >#5# 修回日期’ $%#% >%6 >#%& 基金项目’ 国家自然科学基金"!%6:#$75$ !国家科技支撑计划 "$%%"C,K$"C%#!$%%:C,K!"C%:!$%%:C,’%5,#%$ & !卢琦为通讯作者& U#’(F&%@’,$-’$,./"04")"5"/" 6+)%7&/%6&T.%’/’" 3&V.L,&//%&)< 0,"FK&,F%&)<()@(W(;&)6 T&)).,! M)).,3")6"%(& BGIJF/IJ_DG/#4LGIJ[EMQEGI$4-E ?D$4OE/\DGINDIJ54BGIJLMIZDI$4’=E \DGI;DI! "#I@$%)6)$&K)*$5(")*/01 <084($0=)0+! M4061/$36(4"5%+5(/%7048)(*4+,4M4061/$$ ""#%6# $I>0*+4+5+)$&L)*+4&4"/+4$0 !+514)*! @#40)*)3"/1)=,$&’$()*+(,4A)4B406 #%%%6## 5I>0*+4+5+)$&[/+)(K)*$5(")*&$(?/*+$(/%3()/*! H404*+(,$&[/+)(K)*$5(")* 95##$+%#%%$%# !I>0*+4+5+)$&’$()*+(,! @#40)*)3"/1)=,$&’$()*+(,4A)4B406 #%%%6#$
78/’,&-’’4]GDI GD;W/XT=DWWTEUNGVMT/DI2MWTDJGTMMXMRTW/XW=VEZW/I 2MJMTGTD/I VMWT/VGTD/I /XJVGWW0GIU XV/;SVM2D/EW
XGV;0GIU! GIU T=MI T//STD;D‘M;GIGJM;MIT;MGWEVMWT/ZED0U T=MJVGWW0GIU3+=MWTEUNWDTMYGWDI &D‘DYGIJCGIIMV!
RMITVG0(IIMV]/IJ/0DG! Y=MVMT=M0/RG02MJMTGTD/I DWTM;SMVGTMGIU GVDU JVGWW0GIU3+=MX/0/YDIJWGVM/EV;GDI XDIUDIJW3
#$OVGWW0GIU VMWT/VGTD/I UMSMIUW/I YDUT= ZMTYMMI IMDJ=Z/VDIJW=VEZ ZM0TW3(XT=MYDUT= DWYDT=DI GSSV/SVDGTMUDWTGIRM! 0GIU ZMTYMMI T=MZM0TWYD0ZMVMWT/VMU YDT= JVGWWMWYM0! /T=MVYDWMI/T3$$(XGUDWTGIRMXV/;GI GZGIU/IMU XGV;0GIU T/DTW IMGVMWTW=VEZ ZM0TDW;/UMVGTM! T=M0GIU YD0ZMVMWT/VMU YDT= JVGWWMWMXMRTD2M0N! YDT= ZMTMVR/2MVGJM2MJMTGTD/I GIU VDR= JVGWWWSMRDMW! GIU /T=MVYDWM0MWWMXMRTD2M0N35$ OGEWWDGI ;GT=M;GTDR;/UM0YM0XDTWT=MVM0GTD/IW=DS ZMTYMMI VMWT/VGTD/I
UMJVMMW/XJVGWW0GIU GIU T=MUDWTGIRMWXV/;GZGIU/IMU XGV;0GIU T/W=VEZ ZM0TW3!$,RR/VUDIJT/T=MXDTMU ;/UM0! W=VEZ ZM0TWRGI SV/;/TMJVGWW0GIU VMWT/VGTD/I YM0DXT=MUDWTGIRMWZMTYMMI T=MZM0TWGVMDI GVGIJM/X#" >$7 ;3+=DWWTEUNDW
=M0SXE0T//STD;D‘MT=MWTVERTEVM/XW=VEZ ZM0TWDI UVNGZGIU/IMU XGV;0GIU WER= GWDI &D‘DYGIJCGIIMV3,WX/VT=MJMIMVG/X
@/(/6/0/ J$(*#40*J4! T=M/STD;G0YDUT= /XZM0T^JGS DWX/EIU ZMDIJZMTYMMI #" >$7 ;3
9.: ;",44退耕还草工程是我国干旱区生态建设的重要举
措之一!目的是把一些低产农耕土地修复为草原&
然而这并非易事!因为涉及植被的原生演替过程
"’0MYM0)+/%I! $%%:$& 长期耕作的农田缺乏草原恢
复所必需的植物繁殖体!它们必须由邻近草原供给
"OVG=G;)+/%I! #677# 许志信等! $%%$# 邵新庆等!
$%%8$& 即便繁殖体能够由邻近草原传播过来!由
于退耕地通常裸露!风力较大!繁殖体不容易停留下
4第 ## 期 杨洪晓等’ 行带式柠条锦鸡儿林在内蒙古四子王旗退耕还草工程中的应用
来"赵廷宁等! $%%8# BGIJ)+/%I!$%%"# 赵哈林等!
$%%:$& 即便少量繁殖体停留下来并得到萌发机
会!由于幼苗处在一种营养贫乏%蒸腾强烈%沙打严
重的环境中!很难存活下来 "’=GI )+/%I! #677# 于
云江等! $%%5# 韩永伟等!$%%8# H=G/)+/%I! $%%8# 杨树等!$%%"$& 在停止耕作的农田里!用旱生灌木 营造防护林可能是突破这些限制的最佳办法"赵哈 林等!$%%:$& 大风携带沙尘%枯落物和风播植物的 种子或果实!当经过灌木林时!被拦截下来!为草原 恢复积聚土壤和繁殖体"刘志民等!$%%8# 赵廷宁
等! $%%8# 王继和等!$%%"# H=G/)+/%I! $%%:$& 而
且!由于在灌木林间隙地表风速降低!草本植物还可
免受流沙袭击!减少体内水分的无效蒸腾!从而获得
更多萌发和生长的机会"刘广菊等! $%%%# 于云江 等!$%%5# 张华等! $%%!# &DIJ= )+/%I!$%%:$& 可 是!不少学者对灌木林的作用持有怀疑!认为在干旱 草原区!水分相对不足!建造乔木林或灌木林未必合 适& 如果强行建造!它们必然竞争水分%光照和养 分!成为阻碍草原恢复的消极因素!结果树木只能长 成*小老头树+!且草原不能正常恢复 "曹世雄等!$%%:$& 不可否认!在干旱区草原是无以代替的地带性 植被& 这并不意味着那里只能容得下草原!而容不 下其他植被"牛建明!$%%%$& 除了草原!还有各种 非地带性植被!如局域地段上的湿生植被或森林!等 等& 即便在地带性地段!当植被成熟度降低时!旱生 灌木可侵入并生长多年直到被草本群落自然取代 "李新荣等!$%%## ADMTdMVd )+/%I! $%%$# 肖洪浪等!
$%%5# 阿拉木萨等!$%%8$& 在退耕农田里营造灌 木林并不违背植被的自然分布规律!这些土地的植 被相对稀疏!植物的蒸腾强度相对微弱!下渗的雨水 可逐年积累并有深层化分布的倾向 "肖洪浪等!$%%5# 王新平等! $%%8# 田有亮等!$%%7$& 所以! 其特定水分条件可暂时允许某些灌木林的生长!为 借用灌木促进草原恢复提供可能& 当灌木林的密度 高于 !%a 98%a时!其防风固沙效果虽好!但耗水 量和遮荫面积太大!不利于草原的恢复& 可是!若没 有灌木的保护!沙化土地迟迟不能固定!草原历经多 年不能恢复"BGIJ)+/%I!$%%"# H=G/)+/%I! $%%:$&
因此!控制造林密度和合理规划灌木的布局是至关
重要的& 目前!我国学者已解决以低密度行带式灌
木林取得良好防风固沙效果的问题 "OEWTGXW/I )+
/%I! #66$# 杨 文 斌 等!$%%"# $%%:# 杨 红 艳 等!$%%7$& 然而!如何把这种结构的灌木林更好地应 用于退耕还草工程!对于其中的技术细节!人们尚存 不少疑问& 防风固沙与草原恢复是密切相关的过程!然而 它们不是完全等同的& 为推进干旱区退耕还草的生 态建设行动!需要开展更有针对性的研究& 因此!以 #66! 年在四子王旗退耕农田营造的行带式灌木林 为例!研究 #$ 年来灌木林在草原重建方面的作用!
以便全面认识其生态作用!并以此为依据!合理规划
和构建行带式灌木林!并最大限度发挥其促进草原
恢复的作用&
#4研究地区与方法
=C=>研究区概况
四子王旗位于内蒙古乌兰察布盟西北部!海拔
# %%% 9$#%% ;&属于典型温带大陆性气候区!气候 干燥寒冷!多年平均降水量 ##% 95#% ;;!降雨主要 集中在 :)6 月!年潜在蒸发量$ #5% 9$:8% ;;!年 均温 # 9" j!无霜期 6% 9#$% 天& 地带性植被包括
荒漠草原和典型草原!建群种为针茅 " !+42/ WS3$& 此外!羊草 " .),=5*"#40)0*4*$%隐子草 "@%)4*+$6)0)* *D5/(($*/$%狗尾草 " !)+/(4/ 84(414*$%蒿类 "3(+)=4*4/
WSI$和多根葱"3%45=2$%,((#4_5=$也很常见& 四子 王旗是以牧业为主%农牧结合的旗县!农作物以春小 麦"F(4+4"5= /)*+485=$%莜麦 "38)0/ 051/$%马铃薯 " !$%/05= +5;)($*5=$% 油 菜 "A(/**4"/ WS3$% 甜 菜 "A)+/ (5%6/(4*$为主& 风蚀常与农耕为伴!致使农田
沙化现象相当严重!土壤肥力连年下降!粮食产量常
低于 7%% dJ(=;>$!必须依赖施肥等措施才能维持 产量 "乌兰察布盟计划委员会! #676$&
自 #66! 年!四子王旗在国内率先展开退耕还草
试点研究& 为促进草场恢复!在退耕农田尝试用优
良旱生灌木柠条锦鸡儿 "@/(/6/0/ J$(*#40*J4$建造
防护林带& 每条林带由 $行柠条锦鸡儿构成!行间 距约为 # ;!当地将这种模式称为*两行一带+& 柠 条锦鸡儿林带的建造几乎都采用这种模式!但在不 同的地块它们的带间距 "相邻$ 条林带之间的距
离$可能不同!! 95" ;不等& 柠条锦鸡儿长势良 好!除生态效益外!经济效益也很明显!嫩枝叶可作 为牛羊的饲料!枝条耐刈割!牛羊吃剩的割条可作为 薪炭材或工业原料& 林带之间没有禁牧!粗大砾石 至今可见& 尽管如此!林带间隙的植被表现出明显 的恢复迹象!冷蒿 "3(+)=4*4/ &(4641/$%狗尾草%益母
草 " .)$05(5*B/2$04"5*$% 羊 草% 猪 毛 菜 " !/%*$%/
"$%40G$%山苦荬 ">G)(4*"#40)0*4*$%阿尔泰狗哇花 "9)+)($2/225*/%+/4"5*$%凤毛菊"!/5**5()/ /=/(/$等
草原常见种已成功定居&
:5
林 业 科 学 !" 卷4
=CB>野外调查
$%%")$%%: 年在四子王旗退耕还草实验基地开
展调查!在当地林业局的协助下找到 #66! 年以带间
距 #$!$% 和 5" ;建造的柠条锦鸡儿防护林带!林带
为南北走向!柠条锦鸡儿约 $;高& 用 # ;m# ;的 样方对林带间隙的草本群落进行调查!在每个样方内 均匀布设 #%% 个样点!样点面积可以忽略& 根据这 #%% 个样点上是否有植物出现以及相应植物种类!计 算每个样方的植物盖度和物种数目!植物盖度等于含 有植物的样点总数除以 #%%& 对于带间距为 #$ ;的
情形!从距东侧林带 # ;处开始调查!每隔 $;作为 # 个梯度!直到距东侧林带 ## ;且距西侧林带 # ;处! 共 " 个梯度& 对于带间距为$% ;的情形!从距东侧
林带 # ;处开始调查!每隔 $;作为 # 个梯度!直到 距东侧林带 #6 ;且距西侧林带 # ;处!共 #% 个梯 度& 对于带间距为 5" ;的情形!从距东侧林带 # ; 处开始!每隔 : ;作为 # 个梯度!直到距东侧林带 58 ;且距西侧林带 # ;处!共 " 个梯度& 在每个梯度 设置 5 个重复样方!共采集 "" 个样方& =CD>数据分析 #$ 对以样方为单元的植物盖度和物种数目进行
双因素方差分析!以初步判断带间距和到林带的距离
是否影响样方的植物盖度和物种数目& 根据统计学
原理!确定以带间距为第 # 因素!以到林带的距离为
第 $因素!第$ 因素是基于第 # 因素的系统分组!而
非交叉分组& 而且!由于与第 $因素相关联的土壤条 件是不确定因素!选用系统分组型的随机效应模型进 行双因素方差分析 "刘来福等! #677# 骆建霞等!$%%#$& 以 )[’)-为辅助工具!以统计学原理为指 导!进行离差平方和的逐级分解和 ’检验&$$分析在每种带间距条件下出现于林带间隙 的草本植物及其生态位宽度& 这里采用了 -M2DIW 生态位宽度"[$!用来反映一个物种在特定带间距
条件下的广泛或普遍程度 "张金屯!$%%!# 王祥福 等!$%%7$& 一般而言!生态位宽度越大!表明适合 该物种生活的空间越宽广!在这种条件下该物种越 普遍或越广泛& [ ‘ # ) ( B‘# "2B$
$! "#$
式中![为 -M2DIW生态位宽度!2B是特定物种在第 B
个资源状态或样方中的盖度同该物种在所有样方中
盖度总和的比值!(表示资源状态或样方的数目&
5$分别以线性模型和单峰模型拟合样方到林 带的距离同样方的植物盖度或物种数目的关系& 因 为林带间隙所受影响来自两侧林带!对于任一样方 都有$ 个距离参数!不适合建立一元模型!所以用公
式 $对每个样方的距离进行转化!转化后的距离称 为折合距离& 该公式的假定条件是’ G$林带对东西
两侧的影响是无差别的# Z$林带对林带间隙单一环 境因子的影响力同各样方到林带的距离成反比& 根 据公式!距某侧林带为 G!距另一侧林带为 ,的样 方!相当于距一侧林带为 _而另一侧没有林带的情 况& 随后!以折合距离 _为自变量!以植物盖度和物 种数目为因变量分别进行直线拟合和单峰曲线拟 合& 单峰曲线是一类曲线!包含多种具体形式!这里 尝试以最常用的高斯模型进行拟合& 拟合过程在数 学软件 oVDJDI kV/71% 中完成& _‘ # "#aG$ b"#a,$! "$$式中!G和 ,分别为样方到东西两侧林带的距离!_ 为折合距离!相当于当一侧有林带而另一侧没林带 时样方到林带的距离&$4结果与分析
图 #4宽度不同的林带间隙的植物盖度和物种数目
@DJ3#4.MJMTGTD/I R/2MVGIU WSMRDMWIE;ZMV/XUDXMVMIT
DITMV2G0WDI UDXMVMITWD‘MW
BC=>描述性统计
关于植物盖度的双因素方差分析表明!林带间
距和在林带间隙中所处的位置都显著影响植物盖度
"?e%1%#$& 当林带间距为$% ;时!植物盖度是最
高的!平均盖度达到 5$a!明显高于带间距为 #$ ;
和 5" ;的情形"图 #$& 关于物种数目的双因素方 差分析表明!林带间距能显著影响物种数目 "?e %1%#$!但在林带间隙中所处的位置对物种数目的
影响未达到显著程度"?f%1%8$& 当带间距为#$ ;
和 $% ;时!植物的物种数目是比较多的!平均多于 7 个# 当林带间距为 5" ;时!植被的物种数目是比 75 4第 ## 期 杨洪晓等’ 行带式柠条锦鸡儿林在内蒙古四子王旗退耕还草工程中的应用 较少的!平均值约为 : 个"图 #$& 因为植物盖度和
物种多样性可作为衡量植被恢复程度的重要指标
"高尚武等! #667# 杨洪晓等! $%%"# BGIJ)+/%I!$%%"$!所以初步判断当带间距过大或过小时!对林 带间隙的植被恢复都是不利的& BCB>生态位宽度 草原地区的一些常见物种!如羊草%蒿类%阿尔 泰狗哇花%瓣蕊唐松草"F#/%4"+(5=2)+/%$41)5=$% 蓄 豆 " ?$"$"J4/ (5+#)04/$% 草 木 樨 " H)%4%$+5* *5/8)$%)0*$%田旋花"@$08$%85%5*/(8)0*4*$等 $% 多种 草本植物已完成定居过程!但当地草原的建群种针 茅还没定居下来!可能是土壤尚不适合针茅的缘故 "表 #$& 在 5 种带间距条件下!林带间隙草本群落
的物种组成和生态位宽度有一定差异"表 #$& 总体 而言!多数物种在带间距为$% ;时表现出较大的生
态位宽度!只有少数物种在带间距为 #$;或 5" ; 时表现出较大的生态位宽度& 这表明!当带间距为$% ;时林带间隙的环境适合较多植物的定居与繁
衍!然而当带间距为 #$;或 5" ;时林带间隙的环 境只适合少数物种的定居与发展& 表 =>各种植物在不同带间距条件下的生态位宽度! 2&8?=>N(-+.;(<’+"0/#.-(./8.’;..)/+,$88.%’/
;(’+<(00.,.)’()’.,A&%/
物种
&SMRDMW
带间距 (ITMV2G0WZMTYMMI ZM0TW
#$;$% ; 5" ;
阿尔泰狗哇花 9)+)($2/225*/%+/4"5* %1%% #5165! %1%% 瓣蕊唐松草 F#/%4"+(5=2)+/%$41)5= %1%% #1%%! %1%%
扁蓄豆 ?$"$"J4/ (5+#)04/ $1%% #"16!! %1%% 草木樨 H)%4%$+5**5/8)$%)0* %1%% 615#! 61%% 大籽蒿 3(+)=4*4/ *4)8)(*4/0/ %1%%$1%%! $1%%! 独行菜 .)24145=/2)+/%5= #1%% %1%%$1$:! 蘩缕 !+)%%/(4/ =);4/ #1%%! #1%%! %1%% 凤毛菊 !/5**5()/ /=/(/$1%% 617%! "1:"
狗尾草 !)+/(4/ 84(414* #!1%" #71:7! #%1"%
鹤虱 ./225%/ =,$*$+4* 6178! 51%% $1%% 画眉 <(/6($*+4*24%$*/ #1%%! %1%% #1%%! 黄芪 3*+(/6/%5*WS1 51%% #%1$6! #1%%
菊叶香藜 @#)0$2$145=&$)+415= %1%% %1%% #1%%! 蓝刺头 <"#40$2*%/+4&$%45* 7155! %1%% :1%% 老鹳草 E)(/045=Q4%&$(14 71%% #51$!! 51%% 冷蒿 3(+)=4*4/ &(4641/$1%% %1%% %1%%
藜 @#)0$2$145=/%;5= 81%% $%1%%! 81%% 林地蒿 3(+)=4*4/ *,%8/+4"/ #1%%! %1%% %1%% 麦瓶草 !4%)0)"$0$41)/ %1%% !1!8! %1%% 山苦荬 >G)(4*"#40)0*4* 71%8 #515%! :1%% 山莴苣 ./"+5"/ 4014"/ %1%% 81%%! #1%% 田旋花 @$08$%85%5*/(8)0*4* ##1$:! 81%% "1%%
羊草 .),=5*"#40)0*4* #51:7 $1": :17"! 野胡萝卜 L/5"5*"/($+/ %1%% %1%% #1%%!
野亚麻 .405=*+)%/(4$41)* %1%% 51%%! %1%% 益母草 .)$05(5*B/2$04"5* 7185 #"1##! 81%% 茵陈蒿 3(+)=4*4/ "/24%/(4* #:1%7$"18%! 71##
栉叶蒿 3(+)=4*4/ 2)"+40/+/ %1%% 616:! %1%%
猪毛菜 !/%*$%/ "$%40G #81$# #"1$%! #!1 $$猪毛蒿 3(+)=4*4/ *"$2/(4/ %1%% 8155! %1%% 44.! 表示相应的生态位宽度值为 5 种带间距条件下的最大值& ! (IUDRGTDIJT=GTT=MIDR=MYDUT= DWT=M;/WTDI T=MT=VMMRGWMW/XZM0T DITMV2G0W3 BCD>拟合 比较样方到林带的距离同样方盖度%物种数目 的拟合关系!可以发现用高斯模型得到的拟合结果 明显优于用线性模型得到拟合结果!其中植物盖度 高斯拟合曲线的最大值出现在折合距离为 ! ;处 "图$$ !物种数目高斯拟合曲线的最大值出现在折
合距离为 518: ;处"图 5$!两者比较接近& 这些拟 合曲线都达到极显著水平"?u%1%%#$!而线性模型
未达到显著水平"?f%1%8$"图$!5$!这表明柠条 锦鸡儿林带确实影响林带间隙的植被恢复过程!这 种影响同各样方到林带的距离有关& 根据这些拟合 曲线!可以判断’ #$ 当与柠条锦鸡儿林带的折合距
离大约为 ! ;时!林带对植被恢复的促进作用是最
明显的# $$当与柠条锦鸡儿林的折合距离不足! ; 时!植被恢复受到的促进作用反而减弱# 5$ 当与柠 条锦鸡儿林的折合距离超出 ! ;时!植被恢复受到 的促进作用也会减弱# !$ 当与柠条锦鸡儿林的折 合距离大于 : ;时!林带对植被恢复的促进作用将 消失& 图 $4植物盖度同样方到林带的折合距离的关系 @DJ3$4AMJVMWWD/I VM0GTD/IW=DSW/X2MJMTGTD/I R/2MV YDT= ;/UDXDMU UDWTGIRMWXV/;GW=VEZ ZM0T 线性模型"-DIMGV;/UM0$ ’ 8u$$ 155 >%1%78_"’u%1%$e’%1%8 "#! "!$ u5166! 2u%176$& 高斯模型"OGEWWDGI ;/UM0$ ’ 8u#"1%5 q !51"7
$1%" !a槡$
mM>$m _>!( )$1%" $"’u6%18: f’%1%%# "!!"$$u81$7! 2e%1%%#$& 上述两式中!8表 示植物盖度!_表示到单一林带的折合距离& (I T=MX/V;E0GM! T=M 2GVDGZ0M8VMSVMWMITW2G0EMW/X2MJMTGTD/I R/2MVGJM! GIU _VMSVMWMITW ;/UDXDMU UDWTGIRMWT/GWDIJ0MZM0T3 65 林 业 科 学 !" 卷4 图 54物种数目同样方到林带的折合距离的关系 @DJ354AMJVMWWD/I VM0GTD/IW=DSW/XWSMRDMWIE;ZMV YDT= ;/UDXDMU UDWTGIRMWXV/;GW=VEZ ZM0T 线性模型"-DIMGV;/UM0$ ’ *u71#6 >%1%!#_"’u%1#" e’%1%8 "#!
"!$u5166! 2u%1"6$ &
高 斯 模 型 " OGEWWDGI ;/UM0$’ *u :1%7 q "1:7$1"5 !a槡 $m M>$ m
_>518:( )$1"5$ "’u5!$1$ f’%1%%# "!!" $$u81$7! 2e%1%%#$ & 上 述 $ 式中!*表示物种数目!_表示到单一林带的折合距离& (I T=M X/V;E0GM! T=M2GVDGZ0M*VMSVMWMITWWSMRDMWIE;ZMV! GIU _VMSVMWMITW ;/UDXDMU UDWTGIRMWT/GWDIJ0MZM0T3 BCO>预测 既然农田的植被恢复效果同它们到林带的距离 有关!便可通过优化灌木林的结构!发挥林带的积极 影响并减轻消极影响& 根据高斯拟合曲线! 比较明 智的做法是让林带间隙内最难防护地点的折合距离 _大于 ! ;且小于 : ;& 假定林带间距为 1!依据折 合距离的计算公式 $ 可以算出!当G和,同时取 1i$ 时!折合距离 _取得最大值 1i!!即这里最难防护& 只有让 1 在 #" 9$7 ;之间取值!折合距离 _的最大 值才会在 ! 9: ;之间变动& 所以!在建设行带式柠 条锦鸡儿防护林时!最好让林带间距 1 介于 #" 9$7 ;& 如果林带间距小于 #" ;!那么最难防护地点的 折合距离小于 ! ;!会浪费林带的正面促进作用!无 效增加单位面积上负面效应& 当林带间距为 #$ ; 时!林带间隙的植被恢复效果反倒不如林带间距为 $% ;时好& 如果林带间距大于 $7 ;!那么最难防护 地点的折合距离大于 : ;!这样就会有部分林带间 隙得不到防护& 当林带间距为 5" ;时!林带间隙的 植被恢复效果也不如林带间距为 $% ;时好& 根据 这些预测!如果采用 #" 9$7 ;的带间距!几十年后 草原能较好地恢复起来& 那时柠条锦鸡儿可能因水 分不足而死亡!但它们已完成促进草原恢复的历史 使命& 也许在柠条锦鸡儿死后会留下部分空地!但 周围草本容易扩散过去并修复它们!不会让它们再 度出现严重的退化或沙化& 54讨论 DC=>林带间隙草原恢复的空间差异 在研究中!采用草本植物的多样性和盖度作为 评价草原恢复进程的指标& 虽然没有采用光照%水 分%养分%土壤种子库%风沙流等因素!却未把这些因 素排除于考虑范围!这种方法不违背国内外学者对 此类研究的通常做法"许志信等! $%%$# 李裕元等! $%%!# BGIJ)+/%I! $%%"# H=G/)+/%I! $%%:# H=GIJ)+ /%I! $%%:$& 基于林带间隙草本群落在多样性和盖 度方面的空间差异!可以认识草本群落恢复进程的 空间差异& 造成这种差异的决定性因素只能是两侧 的林带& 当林带出现于退耕地后!可改变周围的条 件!如光照%风%土壤水分%土壤养分%风沙流等 "向 开馥!#66## 刘广菊等! $%%%# 张华等! $%%!# 宗萍 萍等! $%%8# 王继和等! $%%"$& 根据文献!可以知 道这些条件的变化与退耕地到林带的距离有密切关 系!在距林带远近程度不同的地方这些环境条件发 生变化的性质和幅度是不同的 "向开馥! #66## 杨 文斌等! $%%"# 杨红艳等! $%%7$& 由于这些条件的 空间差异!植物繁殖体的输入%萌发%矿质代谢%水分 代谢%光合作用%呼吸作用%生长和存活等生态或生 理过程也表现出空间差异!表现在群落层次上就是 物种多样性和植物盖度的空间差异!即在林带间隙 的不同部位!物种多样性和盖度是不同的 "于云江 等! $%%5# 姜丽娜等!$%%6 $& 在靠林带很近的地 方!风力小!有利于繁殖体和矿物质的积累和数量增 加!但是土壤水分容易被柠条锦鸡儿夺去!阳光容易 受到柠条锦鸡儿的遮蔽!不利于草本植物的生长& 在靠林带很远的地方!尽管阳光相对充足!土壤水分 相对丰富!但是风力大!繁殖体和矿物质不易停留和 积聚!蒸腾作用强烈!制约草本植物的定居& 只有在 距离林带为最适数值时!繁殖体%土壤水分和阳光均 不少!即各种条件都相对适宜& 依据 -DMZDJ最小因 子定律!这时制约草本群落恢复的最小因子优于其 他任何距离值时!所以草本群落的恢复程度最好!草 本植物的多样性和盖度最高& DCB>线性模型对单峰模型 值得关注的是为什么行带式柠条锦鸡儿林对植 %! 4第 ## 期 杨洪晓等’ 行带式柠条锦鸡儿林在内蒙古四子王旗退耕还草工程中的应用 被恢复的影响符合单峰模型而不是线性模型& 柠条 锦鸡儿林对植被恢复的影响包括 $ 个方面!即正面 的促进效应和负面的抑制效应& 柠条锦鸡儿林截留 从空中或地面输入的种实等繁殖体!还可通过降低 地表风速把繁殖体%枯落物和细土保持在林带周围! 为土壤发育和植物的定居与繁衍创造有利条件"赵 廷宁等! $%%8# 赵哈林等! $%%:# H=G/)+/%I! $%%:$& 另外!林带可以降低风速!使植物的蒸腾作用减弱! 有利于提高周围植物的水分利用效率和生长速率 "向开馥! #66## 刘广菊等! $%%%# 于云江等! $%%5# 杨树等! $%%"$& 这些集中体现为对草原恢复的促 进作用& 然而!因为柠条锦鸡儿林可以争夺周围的 土壤水分!可以对周围造成遮荫!所以还会对林带间 隙的植被恢复产生抑制作用"王志强等! $%%8# 王 新平等! $%%8$& 这 $ 个方面的作用是相反的!然而 都与到林带的距离有关!距林带越近这些作用越强! 距林带越远这些作用越弱"向开馥! #66#$& 它们随 距离增加而减弱的步调未必一致!结果导致它们的 综合作用遵循单峰变化& 当距林带很近时!这些正 面促进作用很强!可是这些负面抑制作用也很强!结 果它们的综合作用未必是明显的促进作用# 当距林 带很远时!这些负面抑制作用很弱!可是这些正面促 进作用也很弱!结果它们的综合作用也不可能是明 显的促进作用# 当与林带保持某个适当的距离时! 尽管促进作用降低了!但是抑制作用更低!结果 $ 方 面综合起来的作用却是相当明显的促进作用& 这里 只尝试了高斯模型!或许用其他形式的单峰模型也 能得到类似结果!甚至更好的结果& 然而!不管用什 么具体形式!单峰模型可能是最好的模型!这是认识 促草型灌木林的关键& DCD>合理性与局限性 这项研究的关键是运用公式 $!将林带间隙内 各样方到两侧林带的距离转化为折合距离 _& 该公 式的假定条件是’ #$ 林带对东西两侧的影响是无 差别的!$$ 林带对林带间隙单一环境因子的影响力
与各地点到林带的距离成反比!也就是说是以距离
的倒数作为权重的& 这 $个条件都是根据经验得出 的假定!未必恰好满足"向开馥!#66#$& 首先!林带
对两侧的影响可能相似!但未必完全相同& 其次!林
带对两侧的影响主要表现为水分竞争%养分竞争%枝
叶遮荫等负面影响!还有降低风速%减少地表风蚀等
正面影响"陈炳浩等! $%%5# 宗萍萍等!$%%8# 赵哈
林等! $%%:$& 它们都随距离的增加而急速下降!用
距离的倒数作为权重可能近似地符合这种趋势!但
不能确定真实规律是否如此 "杨文斌等! $%%"#$%%:# 杨红艳! $%%7$& 在无法精确把握客观规律
的时候!尽量接近客观规律也是科学研究的追求目
标& 另外!林带对环境因子的影响同它们对林带间
隙植被恢复的影响是不同的!林带对各项环境因子
的影响是直接的!可以用距离的倒数作为权重近似
反映它们的影响力!但对植被的影响主要是间接的%
综合的和可累积的& 林带通过影响水分%光照%风力
等环境因子而影响植被!而且这些因子要综合起来
才能对植被产生作用!这种综合不仅是在同一时刻
上的综合!而且是在过去 #$年间不断地累积和综 合& 当前林带间隙的植被是过去 #$ 年里不断发展
的结果!所以林带对林带间隙草本群落的影响更复
杂!不同于对各项环境因子的影响方式&
!4结论
行带式柠条锦鸡儿林对草原恢复过程的影响是
复杂的!既有积极作用!也有消极作用& 当退耕地与
林带的距离保持适当时!其恢复过程可受到良好促
进& 相反!要么积极效应极其微弱!要么消极效应严
重抑制积极效应!不利于发挥它们对草原的修复
作用&
这一认识对改进四子王旗等草原地带的退耕还
草措施具有参考价值& 以促草型柠条锦鸡儿林来
说!在营造林带时应把带间距控制在 #" 9$7 ;!否 则不能有效发挥它们对于草原恢复过程的促进作 用& 除了柠条锦鸡儿林带!还有其他灌木林带!可能 遵循类似规律& 参 考 文 献 阿拉木萨! 蒋德明! 骆永明3$%%83半干旱区人工固沙灌丛发育过
程土壤水分及水量平衡研究3水土保持学报! #6 " ! $’ #%: >##%3 曹世雄! 陈4军! 陈4莉! 等3$%%:3退耕还林项目对陕北地区自然
与社会的影响3中国农业科学! !%"8$’ 6:$ >6:63
陈炳浩! 郝玉光! 陈永富3$%%53乌兰布和沙区区域性防护林体系 气候生态效益评价的研究3林业科学研究! #""#$ ’ "5 >"73
高尚武! 王葆芳! 朱灵益! 等3#6673中国沙质荒漠化土地监测评价
指标体系3林业科学! 5!" $$’ # >#%3 韩永伟!韩建国!张蕴薇! 等3$%%83农牧交错带退耕还草地土壤风 蚀影响因子分析3生态环境! #!"5$ ’ 57$ >57"3 姜丽娜! 杨文斌! 卢4琦! 等3$%%63低覆盖度柠条固沙林不同配置 对植被修复的影响3干旱区资源与环境! $5"$$ ’ #7% >#783
李新荣!马凤云!龙立群!等3$%%#3沙坡头地区固沙植被土壤水分 动态研究3中国沙漠!$#"5$’$#: > $$$3 李裕元! 邵明安3$%%!3子午岭植被自然恢复过程中植物多样性的 变化3生态学报! $!"$$ ’ $8$ >$"%3 刘广菊! 胡4光! 曲海红3$%%%3半干旱风沙区疏林式草牧场防护
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#!
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牛建明3$%%%3内蒙古主要植被类型与气候因子关系的研究3应用 生态学报! ##"#$ ’ !: >8$3 邵新庆! 王4! 吕进英3$%%83华北农牧交错带退化草地土壤种
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向开馥3#66#3防护林学3哈尔滨’ 东北林业大学出版社3
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杨红艳! 戴晟懋! 乐4林! 等3$%%73不同分布格局低覆盖度油蒿群 丛防风效果3林业科学3!!"8$ ’ ## >#"3
杨洪晓! 卢4琦! 吴4波! 等3$%%"3青海共和盆地沙化土地生态修 复效果的研究3中国水土保持科学! !"$$’ : >#$3
杨4树! 温雨金! 刘鸿雁3$%%"3内蒙古中部地区退耕还林还草后 植被与土壤性状的变化3水土保持研究! #5"!$ ’ #!5 >#!:3
杨文斌! 丁国栋! 王晶莹! 等3$%%"3行带式柠条固沙林防风效果3 生态学报!$""# $$’ !#%" >!##53 杨文斌! 卢4琦! 吴4波! 等3$%%:3杨树固沙林密度%配置与林木 生长过程的关系3林业科学! !5"7$ ’ 8! >863 于云江! 史培军! 鲁春霞! 等3$%%53不同风沙条件对几种植物生态 生理特征的影响3植物生态学报! $:"#$ ’ 85 >873 张4华! 李锋瑞! 伏乾科! 等3$%%!3沙质草地植被防风抗蚀生态效 应的野外观测研究3环境科学!$8"$$ ’ ##6 >#$!3 张金屯3$%%!3数量生态学3北京’ 科学出版社!##53
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