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1960—2021年民勤沙区10种典型荒漠植物种群变化特征

来源：花匠小妙招时间：2024-12-21 12:12

The change characteristics of 10 typical desert plant populations in Minqin desert area in 1960 to 2021

Man Duoqing ,, Tang Jinnian ,, Yang Xuemei, Li Delu, Guo Shujiang, Chen Fang, Ding Feng

Minqin National Station for Desert Steppe Ecosystem Studies / Gansu Desert Plant Engineering Research Center，Gansu Desert Control Research Institute，Lanzhou 730070，China

摘要

对60 a来民勤沙区10种典型荒漠植物种群分布、消长变化及现状进行调查研究。结果表明：随着水文生态环境不断恶化，沙漠化加剧，植被从原来的沼泽、草甸植被不断向沙、旱生方向演化，大量物种消失，植被演替加快，植被发生了显著变化。原来广布的草甸关键建群种芦苇（Phragmites communis）、柽柳（Tamarix ramosissima）、盐爪爪（Kalidium foliatum）种群在沙区整体衰退，目前仅在河、湖岸，绿洲边缘生长较好；白刺（Nitraria tangutorum）种群逐渐替代柽柳成为沙区最大的天然灌木种群，并在一些沙区出现衰退，沙包活化；雨养沙区沙蒿（Artemisia sphaerocephalla）、沙拐枣（Calligonum mongolicum）、霸王（Zygophyllum xanthoxylum）等随降水多少而波动性扩展和衰退；超旱生植物膜果麻黄（Ephedra przewalskii）和红砂（Reamuria soongorica）在荒漠植被普遍退化中区域性扩展；人工梭梭（Haloxylon ammodendron）林已成为沙区仅次于白刺的种群，生态作用增强，而多年生梭梭林也出现自疏和退化现象；近年来，随着石羊河流域综合治理，民勤地区生态用水增加，局部区域地下水位有所上升，形成了一些微域性湿地，生态环境呈正向发展趋势，但多数沙区的地下水位仍在缓慢下降，沙漠化继续发展。研究将对内流河流域生态变化过程中的植被演化、生态修复与生态安全提供一定的理论依据与科技支撑。

关键词：民勤沙区;典型荒漠植物;种群变化

Abstract

This paper describes the distribution and change characteristics of 10 typical desert plant populations for 60a in Minqin desert area through investigation and research in the middle and lower reaches of Shiyang River water shed area. The results are as follows： with the long-run hydro-eco-environment deterioration， vegetation has changed from the original marsh， meadow vegetation to the sand， xerophyte direction. Some plant species disappeared， desertification process and vegetation evolution speeded up， and desert vegetation changed obviously. The key populations of Phragmites communis， Tamarix ramosissima and Kalidium foliatum have been deteriorated systemically， and which grows better only at river and lake banks and oasis fringes， now. Nitraria tangutorum has become into the largest natural population， which was instead of Tamarix ramosissima. However， some occurred degradation and their shrub sandbags activated. Artemisia arenaria， Calligonum mongolicum and Zygophyllum xanthoxylum in the rain-fed desert are developing and degrading with precipitation fluctuation； Ephedra przewalskii and Reamuria soongorica which belong to the super-xerophyte have been developing in the desert vegetation deteriorated process； Man-made shrub forest of Haloxylon ammodendron has been developing to a more bigger population which is near to the Nitraria tangutorum population， and occurred self-alienation and degradation， eco-function increased obviously. With the eco-water increases under the integrated program implementation in the middle and lower reaches of the water-shed area， ground water-table rises up in some surroundings， micro-wetland formed and their eco-positive development in recent years. However， ground water-table still decreases in the most desert areas， desertification develops continue. The research will provide some scientific and technological support for vegetation evolution， eco-restoration and eco-safety in the process of ecological change in inland River basin.

Keywords：desert areas in Minqin;typical desert plants;species population change

本文引用格式

满多清, 唐进年, 杨雪梅, 李得禄, 郭树江, 陈芳, 丁峰. 1960—2021年民勤沙区10种典型荒漠植物种群变化特征. 中国沙漠[J], 2023, 43(6): 20-28 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00046

Man Duoqing, Tang Jinnian, Yang Xuemei, Li Delu, Guo Shujiang, Chen Fang, Ding Feng. The change characteristics of 10 typical desert plant populations in Minqin desert area in 1960 to 2021. Journal of Desert Research[J], 2023, 43(6): 20-28 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00046

0 引言

石羊河流域中、下游的民勤地区2 000多年前以河流、湖泊、沼泽、草甸草原生态景观为主，随着气候变化，绿洲扩展，水文演化，干旱程度不断加强，沙漠化加剧，植被也随生态环境变化逐渐从水生、沼泽、草甸植被向沙、旱生方向演化［1-3］。特别是，20世纪50年代的民勤盆地很多低洼处仍有水域、湿地与广布的草甸草场，而后由于上游来水逐年减少，河流、湖泊干涸，又因绿洲扩展，地下水超量开采，绿洲及周边大范围沙区地下水位以每年20~70 cm的速度下降，从60年代1~3 m降至现在普遍的15 m以下，生物多样性降低，大量物种消失，植被覆盖度下降，生态稳定性减弱，沙漠化过程加速，荒漠植被发生了显著变化，已演化成中国典型的沙漠、戈壁与绿洲景观，影响该区的生态环境与生态安全［1，4］。多年来，有关内陆河流域气候变化、水文演化、植被退化、沙漠化过程中的环境演变、风沙地貌等研究较多［1-6］，对河岸带芦苇种群梯度变化，柽柳灌丛沙堆特征与空间异质性，白刺沙堆退化与土壤水分关系，沙拐枣种群退化特征，沙蒿种群生长、繁殖与土壤水分关系，霸王、红砂、麻黄等种群生境与生态适应性，柽柳、梭梭 “肥岛”效应等也进行了研究［1，7-15］。但针对60 a来石羊河流域中、下游沙漠化发展过程中一些典型植物种群的分布、生态适应性及其种群演化特征报道较少［1，16-17］。鉴于此，本文对石羊河流域中、下游民勤沙区60 a来典型荒漠植物种群的变化特征进行了研究，以期对内陆河流域沙漠化防治、生态修复与区域生态安全提供一定的指导意义。

1 研究区自然概况

石羊河流域中、下游的民勤盆地，从南到北海拔1 290~1 400 m；年降水量72.4~115.9 mm，年蒸发量2 020~3 900 mm；年均气温6.1~8.4 ℃，昼夜温差7.9~25.2 ℃，年日照时间2 873.4~3 073.5 h，无霜期150~162 d；年平均风速2.4 ｍ·s-1，多年平均大风日数26.3 d，沙尘暴日数25 d；区域内沙漠、戈壁、荒漠化草原、荒漠山地等风沙地貌占90%，仅10%左右的绿洲、河流、湖泊等；土壤以风沙土、灰棕漠土、棕漠土、绿洲灌淤土、黄土为主。自然植被稀疏，以沙旱生荒漠植物为主，主要有唐古特白刺（Nitraria tangutorum）、多枝柽柳（Tamarix ramosissima）、泡泡刺（Nitraria sphaerocarpa）、蒙古沙拐枣（Calligonum mongolicum）、盐爪爪（Kalidium foliatum）、沙蒿（Artemisia sphaerocephalla）、红砂（Reamuria soongorica）、猫头刺（Oxytropis aciphylla）、柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）、梭梭（Haloxylon ammodendron）、霸王（Zygophyllum xanthoxylum）、膜果麻黄（Ephedra przewalskii）、黑果枸杞（Lycium ruthenicum）、骆驼刺（Alhagi maurorum）、芦苇（Phragmites communis）、沙米（Agriophyllum pungens）、白茎盐生草（Halogeton glomeratus）、五星蒿（Bassia dasyphylla）、骆驼蒿（Peganum nigellastrum）、刺沙蓬（Salsola ruthenica）、蒙古虫实（Corispermumhepta mongolicum）、碱蓬（Suaeda glauca）、沙蓝刺头（Echinops gmelini）、猪毛菜（Salsola collina）、黄花矶松（ Limonium aureum ）、驼蹄瓣（Zygophyllum fabago）、沙生针茅（Stipa glareosa）、赖草（Leymus secalinus）、芨芨草（Achnatherum splendens）、西伯利亚蓼（Polygonum sibiricum）、甜甘草（Glycyrrhiza uralensis）、大花罗布麻（Poacynum hendersonii）、骆驼蓬（Peganum harmala）等。随着沙区地下水位下降，生态植被逐渐退化，沙漠化加强，植被演替加剧［1-4，15-17］。

2 研究方法

2.1　典型荒漠植物种的选择

为研究60 a来的民勤盆地生态演化与沙漠化过程，选择分布广、生态作用大、适应性强且具有长期生态稳定性、代表性的关键建群种为典型荒漠植物。通过实地调查、文献查阅、专家咨询、地方问询等方法，确定了芦苇、柽柳、白刺、盐爪爪、沙拐枣、沙蒿、霸王、红砂、膜果麻黄、梭梭10种关键植物建群种。

2.2　典型荒漠植物种群调查

由于以上10种典型荒漠植物种在民勤沙区分布分散，以民勤沙井子沙区（A）、青土湖及北山沙区（B）、中沙窝沙区（C）及东沙窝沙区（D）为主要调查研究区范围（图1）。在每个典型植物建群种主要分布区的中部至边缘分别设置3个样地，在样地内随机设置5个5 m×5 m或10 m×10 m样方，于2021年9月下旬测定典型植物种群及群落中植物种类、数量、高度、冠幅、覆盖度等植物生长发育指标。

图1

图1 民勤沙区典型荒漠植物种群调查区域

Fig.1 A map of study areas of typical plant species in

2.3　典型荒漠植物种群变化长期监测

利用民勤治沙站在民勤沙区的长期生态定位监测数据，其中有各沙区长期植物生长发育指标观测数据、观测井地下水位观测数据、气象站气象数据、土壤数据等，进行60 a生态监测数据对比分析。

3 结果与分析

3.1　典型荒漠植物种群分布变化特征

历史上，内陆河流域中、下游植被主要依靠来自上游的地表水和地下水生存。20世纪50—60年代以来，随着石羊河流域中、下游民勤盆地地表水逐渐消失，地下水位从1~3 m降至现在普遍的15 m以下，干旱与沙漠化发展，大面积草甸、沼生和水生植被退化和消失，沙旱生、盐生植物入侵生长，之后浅根系沙旱生植物随地下水位持续下降、土壤水盐变化与沙漠化发展而退化，更耐风沙、耐旱的深根系灌木、强旱生、超旱生和雨养性沙、旱生植物不断演替分布。大量种群绝灭和消失，植物种类也发生了很大变化，一些适应性强的种群随生境因子变化而扩展或萎缩，植被覆盖度降低，典型荒漠植物种群随水文和沙漠化发展发生了显著变化（表1）［1，3-6，17］。

表1 民勤沙区60 a来10种典型荒漠植物种群分布变化特征

Table 1 The characteristics on 10 typical desert plant distribution and change in Minqin desert area for 60 a

序号植物种20世纪60年代分布特征变化情况现主要分布区现分布特征1芦苇广布种。此时期地下水位普遍在1~3 m，各地势低洼区与禾草、柽柳等植被的草甸发育，植被覆盖度高；沙区芦苇较稀疏，生长较旺盛，为关键建群种重度退化青土湖、南湖、黄案滩、白土井、河岸带、红崖山水库周边、绿洲边缘及沙区在季节性浅水、地下水位浅及绿洲边缘多密集生长，随地下水位下降草甸植被退化，直至雨养荒漠区稀疏或零星分布，盖度降低，生长弱小，虽广布，但重度退化2柽柳广布种。在草甸草原多分布柽柳灌丛，绿洲边缘柽柳灌丛密集，沙区多柽柳灌丛沙包，与芦苇、沙生植物等生长发育良好，为关键建群种重度退化青土湖、黄案滩、薛百、红砂梁、扎子沟、河岸边、绿洲边缘集中分布于芦苇单优群落外围地带，形成草甸灌丛-沙区灌丛沙包以及绿洲边缘灌丛沙包，大多数沙区柽柳随地下水位下降而退化和消失，已退化为区域分布种3盐爪爪广布种。在草甸、湿地多分布，与芦苇、禾草、柽柳、黑果枸杞等形成草甸，沙区较稀疏，生长发育良好，主要建群种重度退化青土湖、南湖、黄案滩、河岸盐渍化草甸和沙区多分布于中、下游各湖、河盐渍化草甸、湿地地带，各类沙区随土壤水、盐变化稀疏或零星分布，已退化为区域分布种4白刺广布种。在草甸、湿地、水边分布少；地表干燥区域较多生长，生长一般，与密集的芦苇、赖草、柽柳等相间分布；沙区多白刺沙包，为主要建群种扩展-退化各区域均有分布，多白刺灌丛沙包已发展为最广布的天然优势种群。在河、湖、湿地周边荒漠发育扩展；在绿洲边缘、沙区多灌丛沙包分布，并随地下水位下降，呈退化-稳定状态，为关键建群种5沙蒿广布种。在草甸、湿地分布少，在沙区多分布，与柽柳、白刺、油蒿、芦苇、赖草、芨芨草、沙米等形成群落，生长旺盛，为主要建群种退化-恢复薛百、东湖、重兴、白土井、甘蒙交界区及沙区属浅根系沙旱生植物，地下水位较浅区促进生长，盖度增加，地下水位下降而退化；随雨养呈生态适应性，随降水量波动而退化和恢复，仍为广布种，但稀疏、矮小化6霸王区域分布种。稀疏或密集生长于民勤北部沙砾质荒漠等，常与白刺、沙蒿、油蒿、芦苇等生长，个体高大，生长良好退化-扩展义粮滩、莱菔山后、甘蒙交界区、红砂岗、薛白沙区等多分布于覆沙地、沙砾质荒漠、干河床阶地与丘陵山岗，种群基本稳定，随干旱的波动性退化和恢复，为区域分布种7沙拐枣区域分布种。在沙区常形成灌丛和灌丛沙包，与沙蒿、白刺、柽柳、芦苇等生长，根蘖繁殖扩展为主，生长发育良好退化-扩展薛百、宋和、红崖山水库沙区水平根系发达，根蘖繁殖为主，耐旱性强，雨养沙区退化和扩展随降水而波动，沙区水分合适扩展性强，为区域扩展种8红砂区域分布种。湿地、草甸、水边几乎无分布，与沙旱生植物形成群落，一些沙区有聚集和零星分布扩展红砂梁、红砂岗、薛百、红崖山水库、南湖沙区沙区聚集、均匀和零星分布，在退化白刺、柽柳等沙包及沙地、丘间地生长发育，分布范围明显扩大，渐成为广布种9膜果麻黄区域分布种。在沙砾质沙地及戈壁等区域有分布，常与白刺、泡泡刺、柽柳、芦苇、沙蒿、中麻黄、油蒿等形成群落扩展薛百、红砂岗、莱菔山、苏武山丘陵沙地多分布于沙砾质、覆沙地的荒漠，随地下水位下降，群落其他植物种退化，植被稀疏，其种群呈扩展的趋势，为区域分布种10梭梭引自新疆，区域分布种。开始引种驯化、育苗造林，主要在沙井子沙区造林，生长良好[1,3-4,7,15-17]扩展-退化各沙区均有大面积人工造林面积仅次于白刺的广布种。造林初期生长良好，多年后随造林密度和地下水位下降而退化，有自然更新林分，为关键建群种

资料来源于20世纪60年代以来民勤治沙站长期生态定位观测数据和实地测定数据。

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3.2　典型荒漠植物种群生态适应性变化特征3.2.1　典型草甸植物芦苇、柽柳与盐爪爪种群退化特征

芦苇是石羊河流域中、下游民勤盆地草甸草原的关键建群种，历史以来广布。自20世纪50—60年代以来，随水土等生境因子变化而不断退化，有季节性地表水和地下水位在2 m以内的区域，以芦苇为主的草甸植物群落发育良好；随着地表水消失和地下水位继续下降，干旱加强，芦苇草甸因沙化而退化，沙、旱生植物定居和扩展，芦苇种群密度和生长量下降，重度退化，逐渐演化为干旱沙区荒漠植物群落的伴生或次要种。目前，芦苇仅在河、湖岸带、绿洲边缘适宜区密集生长，发育良好，在地下水位较浅的沙区正常-稀疏生长，在雨养沙区稀疏、零星分布和低矮生长（表2）［1，4，7，17］。

表2 石羊河流域中、下游地区芦苇分布与生长特征

Table 2 The distribution and growth characteristics of Phragmites australis in mid-lower reaches of Shiyang River water-shed area

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