围封对锡林郭勒沙化草地植被及土壤的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00121

摘要/Abstract

摘要：

为解析长期围封（10年）对沙化草地生态恢复的作用机制，本研究以锡林郭勒沙化草地为对象，通过样方法开展连续观测，结合冗余分析（RDA）与曼特尔（Mantel）检验，系统探讨植被结构和功能与土壤养分关系。结果表明：（1）围封10年后地上生物量增加了46.5%，群落高度、盖度及密度均得到明显提升，并以多年生禾草为主导功能群维持群落稳定，但伴随物种Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数较对照样地显著降低了14.10%、9.40%、9.57%。（2）围封10年显著提升了沙化草地的土壤肥力，围封处理下各土层全碳、有机质、全氮和水解性氮含量均显著提高，总含量分别提高26.31%、22.78%、16.08%和10.17%。（3）RDA分析与Mantel检验表明，砂粒含量和全氮是影响植物群落及功能群生物量的关键土壤因子，0~5 cm土壤pH和磷含量与植被群落特征呈显著负相关，5~20 cm土壤全碳、全氮和有机质与功能群生物量呈显著正相关。

关键词: 围封, 冗余分析, 植物功能群, 土壤因子

Abstract:

To analyze the mechanism of long-term grazing exclusion （10 years） on the ecological restoration of sandy grassland， this study was conducted in the Xilin Gol desertified grassland. Using the quadrat method for continuous observation and combining Redundancy Analysis （RDA） and Mantel test， we systematically investigated the relationships between vegetation structure/function and soil nutrients. The results indicated that：（1） After 10 years of grazing exclusion， the aboveground biomass increased by 46.5%， while community height， coverage， and density were significantly enhanced. The community stabilized with perennial grasses as the dominant functional group， but this was accompanied by significant decreases in species' Shannon-Wiener diversity index， Simpson dominance index， and Pielou evenness index by 14.10%， 9.40%， and 9.57%， respectively， compared to the control site. （2） Grazing exclusion for 10 years significantly enhanced the soil fertility of the desertified grassland. The contents of total carbon， organic matter， total nitrogen， and hydrolytic nitrogen in the grazing exclusion treatment were significantly increased across soil layers， with total contents increased by 26.31%， 22.78%， 16.08%， and 10.17%， respectively. （3） RDA and Mantel tests revealed that sand content and total nitrogen were key soil factors influencing plant community and functional group biomass. Soil pH and phosphorus content in the 0-5 cm layer showed significant negative correlations with vegetation community characteristics， while total carbon， total nitrogen， and organic matter in the 5-20 cm layer were significantly positively correlated with functional group biomass.

Key words: enclosure, redundancy analysis, plant functional groups, soil factors

中图分类号:

Q948

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图/表 9

表1 围封处理下锡林郭勒沙化草地植物群落组成的变化

Table 1 Changes in the composition of grassland plant communities under enclosure treatment

编号	物种	拉丁学名	功能群	物种重要值		功能群重要值
编号	物种	拉丁学名	功能群	围封	对照	围封	对照
1	无芒隐子草	Cleistogenes songorica	多年生禾草	—	0.0900	0.4475	0.5734
2	短花针茅	Stipa breviflora		0.1028	0.3390
3	糙隐子草	Cleistogenes squarrosa		0.2274	0.1254
4	稗草	Echinochloa crusgalli		0.0192	0.0117
5	寸草苔	Carex duriuscula		0.0981	0.0073
6	狗尾草	Setaria viridis	一、二年生草本	—	0.0085	0.1509	0.1223
7	栉叶蒿	Neopallasia pectinata		—	0.0195
8	蒺藜	Tribulus terrestris		0.1241	0.0604
9	猪毛菜	Kali collinum		0.0102	0.0066
10	画眉草	Eragrostis pilosa		0.0166	0.0273
11	草麻黄	Ephedra sinica	灌木及半灌木	0.0289	0.0503	0.1343	0.1022
12	木地肤	Bassia prostrata		0.0126	0.0049
13	狭叶锦鸡儿	Caragana stenophylla		0.0928	0.0470
14	碱韭	Allium polyrhizum	多年生杂类草	0.0221	0.0253	0.2672	0.2019
15	细叶韭	Allium tenuissimum		0.0050	0.0163
16	蒙古韭	Allium mongolicum		0.0327	0.0269
17	银灰旋花	Convolvulus ammannii		0.1314	0.0518
18	刺旋花	Convolvulus tragacanthoides		—	0.0065
19	鹤虱	Lappula myosotis		—	0.0036
20	北芸香	Haplophyllumdauricum		0.0136	0.0172
21	冬青叶兔唇花	Lagochilus ilicifolius		—	0.0066
22	天门冬	Asparagus cochinchinensis		0.0394	0.0477
23	支枝鸦葱	Takhtajaniantha austriaca		0.0230	—

图1 围封处理下植物群落和功能群高度、盖度和密度的对比注：ns表示在0.05水平无显著差异（P>0.05）；*表示在0.05水平显著差异（P<0.05）；**表示在0.01水平极显著差异（P<0.01）；***表示在0.001水平极显著差异（P<0.001）

Fig.1 Comparison of height， coverage and density of plant communities and functional groups under enclosure treatment

图2 围封处理下地上生物量的变化注：ns表示在0.05水平无显著差异（P>0.05）；*表示在0.05水平显著差异（P<0.05）；**表示在0.01水平极显著差异（P<0.01）

Fig.2 Changes in aboveground biomass under enclosure treatment

图3 围封处理下植物各功能群地上生物量（A）及其占比（B）变化注：不同小写字母表示不同功能群之间的差异显著（P<0.05）

Fig.3 Changes in the aboveground biomass of plant functional groups （A） and their proportional variations （B） under enclosure treatment

图4 围封处理下植物群落和功能群物种多样性指数注：ns表示在0.05水平无显著差异（P>0.05），*表示在0.05水平显著差异（P<0.05）

Fig.4 Species diversity index of plant communities and functional groups under enclosure treatment

表2 围封处理下土壤理化性质变化（ N=108×2）

Table 2 Changes in soil physicochemical properties under enclosure treatment（ N=108×2）

土壤理化指标	围封			对照
土壤理化指标	0~5 cm	5~10 cm	10~20 cm	0~5 cm	5~10 cm	10~20 cm
含水率	2.00±1.03^Ab	2.83±0.48^Aa	2.79±0.59^Aa	1.67±0.54^Ab	2.91±0.87^Aa	3.64±1.09^Aa
pH值	8.16±0.37^Aa	8.17±0.31^Aa	8.18±2.95^Aa	8.29±0.03^Aa	8.28±0.03^Aa	8.27±0.06^Aa
全碳/(g·kg^-1)	11.01±1.73^Aa	11.14±2.07^Aa	11.12±1.64^Aa	9.00±0.78^Ba	8.51±1.46^Ba	8.83±1.09^Ba
有机质/(g·kg^-1)	14.60±1.85^Aa	15.37±2.46^Aa	15.03±1.54^Aa	12.51±1.94^Ba	11.61±1.23^Ba	12.53±1.27^Ba
全磷/(g·kg^-1)	0.29±0.02^Ab	0.30±0.01^Ab	0.32±0.01^Ba	0.31±0.04^Ab	0.33±0.03^Aab	0.35±0.02^Aa
全钾/(g·kg^-1)	21.49±0.73^Aa	21.17±0.60^Aa	21.79±0.62^Aa	21.27±2.10^Aa	21.01±1.79^Aa	20.79±1.71^Aa
全氮/(g·kg^-1)	0.99±0.08^Aa	0.99±0.08^Aa	0.98±0.09^Aa	0.91±0.06^Ba	0.84±0.07^Bab	0.80±0.07^Bb
有效磷/(mg·kg^-1)	6.88±1.22^Bb	10.08±0.83^Aa	10.31±0.55^Aa	9.61±0.56^Aa	10.01±0.71^Ba	9.60±0.64^Ba
速效钾/(mg·kg^-1)	106.78±12.58^Aa	106.00±12.54^Aa	106.11±12.09^Aa	107.78±17.54^Aa	114.11±18.57^Aa	115.78±18.97^Aa
水解性氮/(mg·kg^-1)	56.33±4.06^Aa	53.33±4.16^Aa	56.33±3.07^Aa	49.78±5.80^Ba	51.67±4.27^Ba	49.22±4.44^Ba
砂粒(0.05~2 mm)/%	81.28±0.98^Aa	81.59±0.65^Aa	81.51±0.69^Aa	77.52±0.61^Aa	77.69±0.70^Aa	77.77±0.68^Aa
粉粒(0.02~0.05mm)/%	10.39±0.16^Aa	10.21±0.32^Aa	10.24±0.12^Ba	12.00±1.14^Aa	11.65±1.11^Aa	11.61±1.12^Aa
黏粒(<0.02 mm)/%	8.33±0.87^Aa	8.38±0.79^Aa	8.26±0.69^Aa	10.48±1.58^Aa	10.67±1.67^Aa	10.61±1.71^Aa

图5 围封处理下不同土层土壤因子与植物群落和功能群的冗余分析（RDA）以及各因子对植物群落和功能群的解释度注：SWC为土壤含水率；pH为土壤pH值；TC为全碳含量；OM为土壤有机质含量；TK为土壤全钾含量；TN为土壤全氮含量；TP为土壤全磷含量；AK为土壤速效钾含量；AP为土壤有效磷含量；HN为土壤水解性氮含量；Sand为砂粒含量；Silt为粉粒含量；Clay为黏粒含量；Coverage为植被盖度；Height高度；Density为密度；Biomass为植物地上生物量；h.Biomass为多年生禾草地上生物量；y.Biomass为一、二年生草本地上生物量；g.Biomass为灌木及半灌木地上生物量；z.Biomass为多年生杂类草地上生物量。ns表示在0.05水平无显著差异（P>0.05）；*表示在0.05水平显著差异（P<0.05）；**表示在0.01水平极显著差异（P<0.01）

Fig.5 Redundancy analysis （RDA） of soil factors and plant communities and functional groups under enclosure treatment， and the explanatory degree of each factor on plant communities and functional groups

（续）

图6 围封处理下不同土层土壤因子与植物群落和功能群的Mantel检验和相关性分析注：SWC为土壤含水率；pH为土壤pH值；TC为全碳含量；OM为土壤有机质含量；TK为土壤全钾含量；TN为土壤全氮含量；TP为土壤全磷含量；AK为土壤速效钾含量；AP为土壤有效磷含量；HN为土壤水解性氮含量；Sand为砂粒含量；Silt为粉粒含量；Clay为黏粒含量；Coverage为盖度；Height高度；Density为密度；Biomass为植物地上生物量；h.Biomass为多年生禾草地上生物量；y.Biomass为一、二年生草本地上生物量；g.Biomass为灌木及半灌木地上生物量；z.Biomass为多年生杂类草地上生物量

Fig.6 Mantel test and correlation analysis between soil factors and plant communities and functional groups under enclosure treatment

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