一种北方沙区近自然恢复下灌草种植包配置方法与流程

：
1.本发明属于植物种植技术领域，涉及一种北方沙区近自然恢复下灌草种植包配置方法。


背景技术：

2.我国北方草原面积约160万平方公里，而草牧业生产是北方地区最主要的草地利用方式。高强度利用导致植物群落退化、沙漠化扩张，甚至使某些生态系统服务功能的丧失。尽管，在国家一系列生态保育工程的支持下，该地区的生态环境得到明显改善。但是，由于受人类活动和全球气候变化的影响，该地区仍然面临着严峻的环境压力。
3.作为我国生态环境最为脆弱的地区之一，其在北方生态安全屏障和经济带建设中具有十分重要的战略地位。以往的北方风沙区治理过程中，在退化沙化草地上补播植物恢复草地植被时，虽然也用过不同的植物种组合方式，但更多考虑是修复过程中植物种的优先建植和生态效益建设，没有充分考虑植物种配置过程中与天然植被的相似关系和植被恢复后的相似程度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种北方沙区近自然恢复下灌草种植包配置方法，解决了现有的北方风沙区修复过程中如何使配置的植物种类组成、群落结构与天然植被相似，并随着植被演替，逐渐达到近自然恢复的效果的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种北方沙区近自然恢复下灌草种植包配置方法，具体步骤包括：
6.s1、搜集调查资料，结合样地、样方调查，分析当地沙地、沙化草地的立地条件和主要天然植被类型生态学特征，为灌草种植包物种组成的确定提供依据；
7.s2、通过对立地条件和天然植被类型调查数据的分析，确定“天然植被”类型，以“天然植被”的群落特征和主要植物种类组成结构，确定“灌草种植包”的物种组成，优先采用“天然植被”中的野生物种进行配置；物种配置要充分考虑禾本科和豆科植物的混配，多年生植物和一年生植物的混配，灌木植物和草本植物的混配，确保配置好的“灌草种植包”的适应性、稳定性以及长短期效益的有机结合；
8.s3、种植试验与效果评价
9.将配比好的灌草种植包进行实地播种植试验，2-3年后调查植被恢复效果，调查用灌草种植包恢复的植被种类组成、群落结构指标与天然植被指标相比较，进行相似度分析以及植物种类组成和优势种分析，优势种的确定通过计算重要值确定，相似性分析用于判断灌草种植包恢复植被的相似程度，重要值分析用于判断种植包优势种和天然植被的优势种是否相同；
10.s4、产品优化与定型
11.经过与天然植被的相似度和植物种类组成分析，如果种植包与天然植被相似度≥
0.5且种植包的优势种与天然植被优势种相同(或种植包替代天然植被的植物种与天然植被相同)，那么该种植包的物种组成和配比作为最终产品定型的物种组成和配比；如果相似度小于0.5 且种植包的优势种与天然植被优势种不同，则需要对灌草种植包的物种和配比按照相似度分析过程进行优化，通过调整种植包的植物种和配置比例，并进行种植试验、恢复效果监测和筛选，选出最佳的灌草种植包组合，直到满足相似度≥0.5和优势种相同为止，将最终确定的物种组成和配比作为最终产品定型的物种组成和配比。
12.进一步地，步骤s1的主要调查内容包括：
13.(1)区域气候特征：降水量、无霜期、积温；
14.(2)立地特征参数：地形、地貌、土壤类型和理化性质。
15.(3)群落植物学特征参数：物种组成、群落结构及不同植物的高度、盖度、密度；
16.进一步地，步骤s1的样地调查通过设置样方进行调查，具体为：
17.按照代表性、均匀性原则在样地内设置样方，样方的选取要能够反映整个小班内植被盖度和生物量的平均水平，样方植被在小班内具有典型性；具有灌木的样地内，灌木及高大草本样方设置1个，草本样方设置3个分种样方；草本及小半灌木样地内，样方设置时，依据典型性原则，选择能够代表整个样地草原植被、地形及土壤特征的地段进行，具体为：根据植被状况，分为草本及小半灌木样方和灌木及高大草本样方，草本及小半灌木样方，样方大小为1m
×
1m；灌木及高大草本植物样方大小分两种情况，第一种情况为灌木及高大草本分布较稀疏的样地，样方大小为10m
×
10m，第二种情况为灌木及高大草本分布较密集、均匀或株丛相对较小，样方大小为5m
×
5m；分种样方测定群落高度和盖度，以及各植物种高度、盖度、密度、生物量；记名样方测定植物种类频度。
18.进一步地，步骤s2的具体步骤如下：
19.(1)天然植被调查；
20.(2)灌草种植包植物种组成确定：通过对天然植被调查结果的分析，确定天然植被的优势种、亚优势种和伴生种，并将其作为灌草种植包物种基本组成，其物种在天然植被中的相互比例作为灌草种植包植物种配比的重要参考依据；
21.优势种通过技术群落中各种植物的重要值确定，重要值的计算公式如下：
22.重要值＝(相对密度+相对高度+相对盖度)/3
23.相对盖度＝(该种的盖度/所有种的盖度总和)
×
100％
24.相对密度＝(该种的密度/所有种的密度总和)
×
100％
25.相对高度＝(该种的高度/所有种的高度总和)
×
100％；
26.(3)种子采集
27.依据确定了的物种组成，在天然植被群落种调查即将配置的灌草种植包植物种的种子结实情况，拟定采集计划，凡是能采集到的植物种种子，尽可能地采集野生种子，按种子纯度、净度、发芽率、水分相关标准要求处理后使用；
28.(4)种子选配
29.凡不易采集到的种子或者采集种子的量不足的物种，选择相近品种或市场上销售且有相同生态适应性的种子进行替代；
30.(5)物种配比
31.依据天然植被物种的组成比例、当地立地状况、种子发芽生长状况和播种方式确
定各物种种子的配置比例。
32.进一步地，步骤s3中植被组成、群落结构采用常规生态学野外调查方法调查，调查样方采用草本样方1m
×
1m，灌木样方采用10m
×
10m；植被盖度测定采用网线法测定；密度采用计数法测定；地上生物量测定，分种齐地面剪取茎叶，称取鲜重后，装袋带回实验室 65℃下烘干测量干重。
33.进一步地，步骤s3中所述相似度分析公式为其中s＝相似性系数；a＝样本或群落a中的种数；b＝样本或群落b中的种数；c＝两个样本中共有的种数。
34.本发明与现有技术相比，通过更为科学的灌草种植包配置方法，使恢复的植被，在种类组成和群落结构等方面与天然植被更为相近，在生态系统的稳定性方面更加完善；本发明更科学的将天然植被中主要优势种和伴生种进行了搭配，配置了不同植物科属种在灌草种植包中的比例，为恢复植被逐渐向天然植被正向演替奠定了基础。
具体实施方式：
35.下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
36.实施例1：
37.本实施例涉及一种北方沙区近自然恢复下灌草种植包配置方法，具体步骤包括：
38.s1、搜集调查资料，结合样地、样方调查，分析当地沙地(漠)、沙化草地的立地条件和主要天然植被类型生态学特征，为灌草种植包物种组成的确定提供依据；主要调查内容包括：
39.①
区域气候特征：降水量、无霜期、积温等；
40.②
立地特征参数：地形、地貌、土壤类型和理化性质等；
41.③
群落植物学特征参数：物种组成、群落结构及不同植物的高度、盖度、密度等；
42.样地调查通过设置样方进行调查，具体为：
43.按照代表性、均匀性原则在样地内设置样方，样方的选取要能够反映整个小班内植被盖度和生物量的平均水平，样方植被在小班内具有典型性；具有灌木的样地内，灌木及高大草本样方设置1个，草本样方设置3个分种样方；草本及小半灌木样地内，样方设置时，依据典型性原则，选择能够代表整个样地草原植被、地形及土壤等特征的地段进行，具体为：根据植被状况，分为草本及小(半)灌木样方和灌木及高大草本样方，草本及小半灌木样方，样方大小为1m
×
1m；灌木及高大草本植物样方大小分两种情况，第一种情况为灌木及高大草本分布较稀疏的样地，样方大小为10m
×
10m，第二种情况为灌木及高大草本分布较密集、均匀或株丛相对较小，样方大小为5m
×
5m；分种样方测定群落高度和盖度，以及各植物种高度、盖度、密度、生物量；记名样方测定植物种类频度；
44.s2、通过对立地条件和天然植被类型调查数据的分析，确定“天然植被”类型，以“天然植被”的群落特征和主要植物种类组成结构，确定“灌草种植包”的物种组成，优先采用“天然植被”中的野生物种进行配置。物种配置要充分考虑禾本科和豆科植物的混配，多年生植物和一年生植物的混配，灌木植物和草本植物的混配等，确保配置好的“灌草种植包”的适应性、稳定性以及长短期效益的有机结合；具体步骤如下：
45.①
天然植被调查
46.②
灌草种植包植物种组成确定：通过对天然植被调查结果的分析，确定天然植被的优势种、亚优势种和伴生种，并将其作为灌草种植包物种基本组成，其物种在天然植被中的相互比例可作为灌草种植包植物种配比的重要参考依据。
47.优势种通过技术群落中各种植物的重要值确定，重要值最大的为优势种，重要值的计算公式如下：
48.重要值＝(相对密度+相对高度+相对盖度)/3或重要值＝(相对密度+相对生物量+相对盖度)/3或用相对密度、相对高度、相对盖度、相对生物量(干重)四个指标中的任意三个的进行计算。
49.相对盖度＝(该种的盖度/所有种的盖度总和)
×
100％
50.相对密度＝(该种的密度/所有种的密度总和)
×
100％
51.相对高度＝(该种的高度/所有种的高度总和)
×
100％
52.相对生物量＝(该种的生物量/样方总的生物量)
×
100％
53.③
种子采集
54.依据确定了的物种组成，在天然植被群落种调查即将配置的灌草种植包植物种的种子结实情况，拟定采集计划，凡是可采集到的植物种种子，尽可能地采集野生种子，按种子纯度、净度、发芽率、水分等相关标准要求处理后使用。纯度：参照gb/t 3543.5-1995农作物种子检验规程真实性和品种纯度鉴定执行。净度：参照gb_t 2930.2-2017草种子检验规程，采取风选法和比重法除去秕种、种壳、枝叶等杂质，净度达到95％以上。水分：参照 gb_t 2930.8-2017草种子检验规程进行水分测定执行。发芽率：参照gb_t 2930.4-2017草种子检验规程的发芽试验执行。
55.④
种子选配。
56.凡不易采集到的种子或者采集种子的量不足的植物种，可以选择生态习性相近植物种或市场上销售且有相同生态适应性的种子进行替代。
57.⑤
物种配比
58.依据天然植被物种的组成比例、当地立地状况、种子发芽生长状况、播种方式等确定各物种种子的配置比例。
59.s3、种植试验与效果评价
60.将上述配比好的灌草种植包进行实地播种植试验，2-3年后调查植被恢复效果，调查用灌草种植包恢复的植被种类组成、群落结构等指标与天然植被指标相比较，进行相似度分析以及植物种类组成和优势种分析，优势种的确定通过计算重要值确定，相似性分析用于判断灌草种植包恢复植被的相似程度，重要值分析用于判断种植包优势种和天然植被的优势种是否相同。植被组成、群落结构采用常规生态学野外调查方法调查，调查样方采用草本样方 1m
×
1m，灌木样方采用10m
×
10m；植被盖度测定采用网线法测定；密度(株丛数)采用计数法测定；地上生物量测定，分种齐地面剪取茎叶，称取鲜重后，装袋带回实验室65℃下烘干测量干重。
61.所述相似性分析比较公式为(s＝相似性系数；a＝样本(或群落)a中的种数；b＝样本(或群落)b中的种数；c＝两个样本中共有的种数)。
62.s4、产品优化与定型
63.经过与天然植被的相似度和植物种类组成分析，如果种植包与天然植被相似度≥0.5且种植包的优势种与天然植被优势种相同(或种植包替代天然植被的植物种与天然植被相同)，那么该种植包的物种组成和配比作为最终产品定型的物种组成和配比；如果相似度小于0.5且种植包的优势种与天然植被优势种不同，则需要对灌草种植包的物种和配比按照相似度分析过程进行优化，通过调整种植包的植物种和配置比例，并进行种植试验、恢复效果监测和筛选，选出最佳的灌草种植包组合，直到满足相似度要求(≥0.5)和优势种相同为止，将最终确定的物种组成和配比作为最终产品定型的物种组成和配比。种植包筛选过程如图1所示。
64.实施例2：
65.本实施例为实施例1所述的北方沙区近自然恢复下灌草种植包配置方法的应用试验，试验主要选择在锡林郭勒盟正蓝旗那日图苏木和锡林郭勒盟乌拉盖管理区进行。
66.1、乌拉盖试验区灌草种植包优选
67.1.1试验设计
68.采用实施例1的方法对乌拉盖小区进行天然植被调查分析后，乌拉盖小区针对4种天然草场植被组成设置4个灌草种植包组合(如表1所示)，每个组合3个重复，小区大小为5*5m2, 小区于2019年7月5日完成播种，播量为3.0kg/亩。2019年8月份已对小区进行初步调查、统计。植被调查(每月实地调查样方内植被种类、多度、盖度、高度，地上生物量在生长季结束时，即每年8月下旬，采用样方法，收割法烘干称重法进行测定；采用目测、折尺等，调查植物个体性状，包括株数、株高、盖度。
69.表1乌拉盖管理区小区试验设计
[0070][0071]
1.2乌拉盖种植包恢复效果评价
[0072]
2021年8月份对乌拉盖灌草种植包进行植被调查，数据结果如表2和表3所示。
[0073]
表22021年乌拉盖灌草种植包恢复效果表
[0074]
[0075][0076]
表3乌拉盖灌草种植包多重比较
[0077]
[0078][0079]
*.均值差的显著性水平为0.05。
[0080]
乌拉盖灌草种植包评价采用2021年8月份数据进行分析，从表2可以看出，乌拉盖配比的灌草种植包恢复效果很好，种植包的样地平均高度为11.22、平均盖度为24.25％、平均密度为54.6株/m2。高度最高的为种植包3，盖度最大的为种植包2，密度最大的为种植包2。从表3可知，这四个种植包在高度、密度和盖度都没有显著性差异(p＞0.05)，种植包的效果都是一样的。
[0081]
1.3乌拉盖灌草种植包恢复后和天然草原相似性对比
[0082]
乌拉盖小区4个灌草种植包分别与天然草原对比结果如表4-表7所示。
[0083]
相似性比较
[0084]
相似性系数：
[0085]
s＝相似性系数
[0086]
a＝样本(或群落)a中的种数
[0087]
b＝样本(或群落)b中的种数
[0088]
c＝两个样本中共有的种数
[0089]
种植包1中共有种数为6，群落a中(天然草原)有物种11种，群落b(指种植包1) 中有物种9种，相似性系数s为：s＝2*6/(11+9)＝0.6＞0.5，说明种植包1与天然植被相似程度较高。
[0090]
种植包2相似系数s＝2*3/20＝0.3＜0.5,说明种植包2与天然植被相似程度较低。
[0091]
种植包3相似系数s＝2*2/20＝0.2＜0.5,说明种植包3与天然植被相似程度较低。
[0092]
种植包4相似系数s＝2*6/20＝0.6＞0.5,说明种植包4与天然植被较相似。
[0093]
表4乌拉盖灌草种植包1和天然草原对比
[0094]
[0095][0096]
表5乌拉盖灌草种植包2和天然草原对比
[0097][0098]
表6乌拉盖灌草种植包3和天然草原对比
[0099][0100][0101]
表7乌拉盖灌草种植包4和天然草原对比
[0102][0103]
用配比的灌草种植包修复沙化草地使其恢复为和自然状态一下的草原是需要一个长期的过程，3年的试验数据并不能代表一个长期的过程，把最后2021年8月份数据进行重要值分析并和原始草原重要值进行对比。种植包1重要值以冰草和羊草最大分别为0.24和0.19，扁蓿豆和沙打旺次之，分别为0.15和0.10，说明主要优势种为禾本科的冰草+羊草和豆科的扁蓿豆和沙打旺，与天然植被中的优势种为羊草+冰草+杂类草类型相吻合；种植包2和种植包4羊草、冰草等禾本科的重要值和天然草原比较接近，都是群落中的优势物种，其次为豆科，种植包4虽然豆科也为次优势植物，但是替代扁蓿豆的扬柴和沙打旺。所以，经过3年的修复，种植包1、2、4更为贴近天然草原的植被组成。种植包3杂类草猪毛菜成为优势植物就更不符合天然草原植物组成。经过对比，种植包2在3年的生态修复中更贴近天然草原植物组成。
[0104]
种植包1和4相似性大于0.5，且优势种、亚优势种和主要伴生种都有天然植被相同或相近，向顶级群落正向演替，符合近自然修复的理念和原则。而种植包2尽管优势种与天草原相同，但相似性小于0.5，种植包3的相似性和优势种都不满足要求。对于种植包2和种植包3可通过调整植物种组合或配置比例进一步筛选，对于满足要求的组合进行推广试用，不满的淘汰。
[0105]
2、正蓝旗试验区灌草种植包优选
[0106]
2.1试验设计
[0107]
采用实施例1的方法对乌拉盖小区进行天然制备调查分析后，综合查阅资料、文献，已治理沙地物种调研，模拟值被调研等3种方式主要使用物种及目前市场能够大量提供的种子，初步对灌草种植包进行如下配置，并在锡林郭勒盟正蓝旗那日图苏木设置试验小区，针对5种天然草场植被组成，小区设置5个灌草种植包组合(如表8所示)，每个灌草种植包组合3个重复，小区大小为3*4m2,小区于2019年7月10日完成播种，播量为3.0kg/亩。 2019年8月份已对小区进行初步调查、统计。植被调查(每月实地调查样方内植被种类、多度、盖度、高度，地上生物量在生长季结束时，即每年8月下旬，采用样方法，收割法烘干称重法进行测定；采用目测、折尺等，调查植物个体性状，包括株数、株高、盖度。
[0108]
表8正蓝旗小区试验设计
[0109][0110]
2.2正蓝旗种植包恢复效果评价
[0111]
正蓝旗种植包恢复效果调查数据如表9和表10所示。
[0112]
表9 2021年正蓝旗灌草种植包恢复效果表
[0113][0114][0115]
表10 2021年正蓝旗多重比较
[0116]
[0117][0118]
*.均值差的显著性水平为0.05。
[0119]
灌草种植包主要根据天然植被调查样方进行配比，恢复时间越久，恢复效果越好，所以根据2021年8月份的调查数据进行恢复效果评价。从表9中可以看出，每一种的种植包的高度、盖度和密度都达到了较好的恢复效果。种植包3的平均高度最高，达到27.27cm，种
植包3的平均盖度最高，达到62.67％，种植包1的密度最高达到42.67株/m2。因为每种灌草种植包的配比植物不同，所以可能治理效果在高度、盖度和密度的表现也不尽相同。
[0120]
从表10中可知，在恢复后植被高度表现中，种植包3的高度显著高于种植包2和种植包 5(p＜0.05)，在恢复后植被盖度的表现中，种植包3的盖度显著高于种植包2和种植包5 (p＜0.05)，从高度和盖度来看，灌草种植包3的修复效果最好。在恢复后植被密度的表现中，种植包1显著高于种植包3(p＜0.05)，可能因为种间竞争的关系，导致种植包3的密度减少。
[0121]
2.3相似性比较
[0122]
正蓝旗种植包效果和天然草原相似性比较结果如表11-表15所示。
[0123]
相似性比较
[0124]
相似性系数：
[0125]
s＝相似性系数
[0126]
a＝样本(或群落)a中的种数
[0127]
b＝样本(或群落)b中的种数
[0128]
c＝两个样本中共有的种数
[0129]
种植包1相似性系数s为：s＝2*3/(6+4)＝0.6，说明种植包1与天然植被相似程度较高。
[0130]
种植包2相似系数s＝2*4/13＝0.62,说明种植包2与天然植被相似程度较高。
[0131]
种植包3相似系数s＝2*3/10＝0.6,说明种植包3与天然植被相似程度较高。
[0132]
种植包4相似系数s＝2*4/12＝0.67,说明种植包4与天然植被相似程度较高。
[0133]
种植包5相似系数s＝2*5/18＝0.56，说明种植包5与天然植被相似程度较低。
[0134]
通过相似度比较，得出种植包4恢复效果与天然草地植被最为相似。
[0135]
表11正蓝旗灌草种植包1和天然草原对比
[0136][0137]
表12正蓝旗灌草种植包2和天然草原对比
[0138]
[0139][0140]
表13正蓝旗灌草种植包3和天然草原对比
[0141][0142]
表14正蓝旗灌草种植包4和天然草原对比
[0143][0144]
表15正蓝旗灌草种植包5和天然草原对比
[0145][0146]
重要比较主要是为了得出每个种植包的优势植物，每个种植包重要值最大属于优势种，比较种植包的优势种和天然植被的优势种是否相同，相同则说明模拟的植被演替方向正确，反之则说明模拟植被的演替方向有变化，应该以优势种相同或相近的类型作为模拟植被的选择方向。
[0147]
通过对正蓝旗种植包种植3年后，对2021年8月份数据进行重要值分析确定优势种
和伴生种，并和原始天然植被重要值进行对比，确定种植包。
[0148]
种植包1重要值以小叶锦鸡儿、冰草和扁蓿豆的重要值最大，分别为0.26、0.35、0.24，主要优势种为灌木以小叶锦鸡儿为主，草本以冰草、扁蓿豆和一年生的燕麦为主，与天然植被类型小叶锦鸡儿+冰草+扁蓿豆类型相同。
[0149]
对种植包2重要值分析，类型为差巴嘎蒿+冰草+沙打旺的类型，与其模拟的植被结构褐沙蒿+冰草的结构相吻合，差巴嘎蒿是原天然植被中褐沙蒿的替代种。
[0150]
种植包3以杨柴和冰草重要值最大，天然植被类型为褐沙蒿+小叶锦鸡儿+冰草，种植包在配置的时候用杨柴替代了小叶锦鸡儿，其主要优势种和天然植被中优势种基本相同。
[0151]
种植包4在种植包3的基础上，添加了禾本科的中间偃麦草和菊科的差巴嘎蒿，并且用沙打旺替代了原包中的扁蓿豆，种植后的效果以杨柴+冰草+中间偃麦草的重要值较大，与原天然植被类型为褐沙蒿+小叶锦鸡儿+冰草主要优势种基本相同。
[0152]
种植包5以冰草和小叶锦鸡儿的重要较大，原天然植被中小叶锦鸡儿+冷蒿+沙生针茅+ 冰草的天然植被中优势种基本相同。
[0153]
正蓝旗种植包1-5相似性都大于0.5，且优势种、亚优势种和主要伴生种都有天然植被相同或相近，向顶级群落正向演替，符合近自然修复的理念和原则。所以，正蓝旗种植包在配置组合和比例上接近天然植被，且逐渐有除配置物种以外的物种在进入，逐渐向天然植被类型方向演替，更多论证仍需以后对种植包不断监测和数据采集。