宁夏云雾山天然草地30年封禁利用成效显著

   ---为国家退耕还林草封山禁牧有效恢复植被提供了重要科学依据

 

云雾山位于宁夏南部山区的固原市，属典型的黄土高原半干旱区，为典型草原植被地带，是中国科学院水利部水土保持研究所80年代初期在我国西部建立最早、保护最完整的本氏针茅草原自然保护区，为全球气候变化与生物多样性研究提供了重要基地。自80年代中期于日本、美国、德国等生态学、土壤学和生物多样性等方面的科学家开展了合作研究（见照片1），目前已成为中国科学院水利部水土保持研究所、西北农林科技大学、兰州大学、宁夏大学草业科学研究与研究生培养、农业部狐狸野性化驯养和国家林业局退化生态系统定位监测基地及全球气候变化定位监测点，经过近30年的封禁和草原生态系统定位监测研究，生态经济社会效益显著，已成为我国西部植被恢复与草原自然修复的一个成功典范，为国家退耕还林草与地方封山禁牧工程的实施提供了重要科学依据。

 

20世纪80年代初期，在区域考察的基础上，我们提出并在我国西部宁夏固原云雾山建立了最早的典型草原自然保护区，封禁保护面积由0.23万hm²已扩大到1 万hm²。通过近30年封禁定位试验，根据草地退化程度采取封禁、改良、补播等草地建设技术途径，使退化草地植被种类成分、牧草生长发育和草地生境条件得到了全面改善，草地生产力有了很大提高，草群种类成分发生了显著变化。封禁初期，草原植物仅为53种，其中灌木和半灌木占8%，草本占92%，多数以旱生植物组成，物种密度平均为5种/m²。随封禁期延长物种密度逐渐增加，封禁的第15年（1996年），物种密度达到了峰值，平均为33种/m²，是未封禁的3.1倍，草地群落物种种数达到186种，是未封禁的3.5倍，其中灌木和半灌木占12%，草本占88%，多数以中生和中旱生植物组成，并出现大量森林草原地带的灌木和草本植物种。草地覆盖度由35%提高到95%，生物量由750提高到7560kg/hm²。特别是在1986和1991年降雨量274.8mm和259.7mm的大旱年份，宁夏固原2/3的地方由于干旱缺草造成60%～70%牲畜死亡，但封禁保护和改良草地周围的乡村5.0～6.0万头牲畜得到了挽救，直接减少经济损失500万元，充分发挥了“自然保护区”和改良草地的显著作用，保护区生态、经济、社会效益显著（见照片2），受到了各级政府及群众的一致赞扬，得到了地方政府表彰和奖励。但封禁15年后随封禁时间的延长，物种密度趋于下降，第24-28年（2008年）物种密度仅为19.1种/m²。封禁期过长因枯草层加厚而影响草地自然更新与物种多样性增加。草地土壤种子库研究表明，云雾山草地土壤种子库在空间分布上呈现一定的规律性，种子密度在垂直分布上呈现出由表层土壤向深层逐层减少的变化规律，水平分布上变化规律为：封禁>放牧；阴坡>阳坡；下坡>中坡>上坡，这些均是影响群落物种多样性增加和草地繁殖更新的关键问题。

通过近30年的自然封禁试验，明确提出草地恢复的适宜封禁期：在半干旱区森林草原地带，草甸植被的适宜恢复期为3～5年，方可进行合理的放牧或刈割利用，对利用过度退化严重的草甸植被在平水年需要封禁8～12年；在典型草原地带，草地植被适宜恢复期为5～8年，方可进行合理刈割和放牧利用，退化严重的草地植被在平水年约需封禁10～15年；在荒漠草原地带，草地植被适宜恢复期为10～12年，方可进行合理的刈割和放牧利用，退化严重草地在平水年约需封禁15～20年。这一结论通过多年的试验验证，已建立了示范样板，为同类型区天然植被恢复利用提供了重要科学依据。

 

通过近30年的封禁试验，首次划分了草地植被恢复与时序演替过程，分为五个阶段：第一阶段为种群持续增长聚集阶段，即在封禁的1～3年内以本氏针茅乡土种为主的建群种与其它优势种、伴生种和偶见种不断适应新的生境，各项生长指标稳定增长；第二阶段为种间激烈竞争阶段，也是封禁的第4～9年，植物数量大幅度增长，并适应了新的生境，且相互展开了激烈的种间竞争与自然选择；第三阶段为建群种加速恢复演替阶段，即封禁的10～15年，植物在激烈的种间竞争中“物竟天择、适者生存”，本氏针茅形成明显建群种，并不断加速种群自身的恢复与扩展, 且已达到“亚顶极”；第四阶段为建群种的定居生长阶段，封禁的16～21年本氏针茅种群个体数量的变化基本稳定在19株/m²，占群落总数的90.5%，已达到“亚顶极”；第五阶段22～28年本氏针茅种群的生长繁殖受枯草层的影响，个体数量急剧下降，优势种大针茅种群的数量巨增，密度为16～26株/m²，有替代本氏针茅的趋势。同时在草原群落生长的沟道还出现大量的中生灌木，多为森林草原区成分，已由草原群落坡下部的阴坡或半阴坡以片状分布，逐渐向草原腹地呈零星状入侵，使草原群落的演替进入了一个重要的阶段，形成了一个明显的拐点，直到封禁的第28年物种丰富度仍保持在148种，具有典型草原群落向森林草原群落类型演替发展的趋势。

 

在黄土高原典型草原地带，通过不同刈割强度试验，表明适度刈割可使草地保持较高的物种多样性和生产力，并能促进草地物质平衡及良性循环，为封禁草地的合理刈割利用提供了重要依据。回答了该区多年来对封禁草地刈割利用时间与强度不明确的主要问题，提出草地刈割的初期1-6年受降雨及植物生长环境的影响，草地物种多样性及生物量呈波浪式增长；刈割中后期其变化差异更加显著，物种数和生物量均呈抛物线型，7-27年平均物种数和生物量2年刈割1次区为24.1种/m²和785.6g/m²；1年刈割1次区为15.5种/m²和630.8 g/m²；1年刈割2次区为13.9种/m²和501.5g/m²。刈割草地群落的演替过程可分为五个阶段：在演替的第Ⅰ阶段，刈割草地均以本氏针茅为建群种的乡土种快速生长，以铁杆蒿和星毛萎陵菜为优势种大量出现，以冷蒿、茵陈蒿、香茅草和厚穗冰草等30-42种伴生种和偶见种大量侵入；在演替的第Ⅱ阶段，以本氏针茅为建群种的乡土种，通过刈割的刺激