內(nèi)蒙古天然草原地上凈初級生產(chǎn)力時空動態(tài)研究

李蘭花，楊 勇

(1．內(nèi)蒙古草原勘察規(guī)劃院，內(nèi)蒙古呼和浩特010051;2．內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特010019)

植被凈初級生產(chǎn)力(Net primary productivity，NPP)也被稱為植被凈第一性生產(chǎn)力，是綠色植物在單位時間、單位面積由光合作用所產(chǎn)生的有機物質(zhì)總量中扣除自養(yǎng)呼吸后的剩余部分［1］。同時，草原植被凈初級生產(chǎn)力也是維持草原生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是草原上各種動物賴以生存的基本條件。它直接反映植物群落在自然環(huán)境條件下的生產(chǎn)能力。它也是判定生態(tài)系統(tǒng)的碳源/匯和調(diào)節(jié)生態(tài)過程的主要因子，因而在全球變化和碳循環(huán)中扮演著重要的角色［2－3］。

內(nèi)蒙古草原是我國重要的草業(yè)和畜牧業(yè)基地，是世界上類型最豐富、保存最完整的天然草原之一。近30年來，自然因素和不合理的人為活動導(dǎo)致草地退化、環(huán)境惡化和沙塵暴頻繁發(fā)生［4］。近年，人們采取一系列的保護措施，并且付出很大的努力，草原生態(tài)狀況有所改善。但是，全球氣候變化和不合理的人類活動依然在繼續(xù)，導(dǎo)致一些草原生態(tài)保護和建設(shè)的措施沒有能夠發(fā)揮效用，影響草原畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［5－7］。

基于上述背景，以內(nèi)蒙古天然草原為研究區(qū)域，在調(diào)查植物群落地上凈初級生產(chǎn)力的基礎(chǔ)上，筆者探討了內(nèi)蒙古天然草原近五年來地上凈初級生產(chǎn)力的時空變化，以期為今后的草原利用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 研究區(qū)概況 內(nèi)蒙古自治區(qū)位于我國北部邊疆，地處37°24’～53°23’N，97°12’～ 126°4’E，南北最寬處約1 700 km，東西直線長達2 400 km，土地總面積118．3 km×104.0 km，占全國總面積的12．3%。地形以高原為主，由錫林郭勒高原、呼倫貝爾高原和鄂爾多斯高原等組成。該地區(qū)屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，即溫度呈現(xiàn)從西南向東北遞減的趨勢，降水卻呈現(xiàn)從西南向東北遞增的趨勢，年平均氣溫為－5～9℃，年降水量為150～500 mm。天然草原面積占內(nèi)蒙古草原總面積的82．9%，從東到西分布著草甸草原、典型草原、荒漠草原和荒漠4種地帶性草地類型。其中，草甸草原集中分布在東部大興安嶺山麓的半濕潤區(qū)，以多年生旱生、中旱生植物占優(yōu)勢，主要優(yōu)勢植物有貝加爾針茅(Stipa baicalensis)、線葉菊(Filifolium sibiricum)、羊草(Leymus chinensis);典型草原主要由典型的旱生性多年生草本植物組成，優(yōu)勢物種包括大針茅(S．grandis)、克氏針茅(S．kryovii)、羊草等;荒漠草原則主要由旱生性更強的多年生矮小草本植物組成，其主要優(yōu)勢種為小針茅(S．klemenzii)、沙生針茅(S．glareosa)、短花針茅(S．breviflora)等;而荒漠類主要分布在阿拉善盟，草群組成中的灌木、半灌木占絕對優(yōu)勢，草本植物很少［8］。

1．2 野外調(diào)查 2008～2012年在內(nèi)蒙古天然草原共調(diào)查具有代表性的301處樣地。在每個樣地內(nèi)設(shè)置一個半徑為30 m的樣圈，以圓心為始點布設(shè)夾角為120°的3條樣線，3次重復(fù)。在每條樣線上距圓心5、15、25 m處分別設(shè)置一個調(diào)查樣方(1 m×1 m)，記錄每個樣方內(nèi)物種名稱、密度，測定自然高度，然后齊地面刈割地上部分，烘干后稱重(65℃，24 h)。在每個樣地調(diào)查9個樣方。同時，記錄樣地經(jīng)緯度、海拔以及土地利用程度等信息。

1．3 數(shù)據(jù)分析 對采用Excel 2003所測得各項數(shù)據(jù)進行整理，并且作圖。運用Arcgis9．0軟件空間分析模塊，通過空間插值計算內(nèi)蒙古天然草原地上凈初級生產(chǎn)力的空間分布。為便于地上凈初級生產(chǎn)力空間分布特征分析，根據(jù)降雨量，將內(nèi)蒙古草地分為3個區(qū)域。結(jié)合草地植被類型分布圖，把內(nèi)蒙古草地從東到西依次分為東部草原、中部典型草原、中部荒漠草原、西部荒漠草原和西部荒漠類(表1)。

表1 內(nèi)蒙古天然草原劃分

2 結(jié)果與分析

2．1 群落初級生產(chǎn)力空間分布 由圖1可知，內(nèi)蒙古天然草原地上凈初級生產(chǎn)力相差較大。整體上，內(nèi)蒙古天然草原的地上凈初級生產(chǎn)力由東向西遞減。這與該區(qū)域水熱條件限制基本一致。地上凈初級生產(chǎn)力較高的地區(qū)集中在東部地區(qū)的呼倫貝爾市、錫林郭勒盟東北部及南部地區(qū)以及興安盟和赤峰市部分區(qū)域。該區(qū)域氣候條件優(yōu)越，水資源豐富，植被覆蓋度高。而低值區(qū)主要分布于內(nèi)蒙古西部地區(qū)的阿拉善盟。該地區(qū)日照充足，但是年均降水量小，蒸發(fā)量較大，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，植被覆蓋度低。中部地區(qū)屬于中值區(qū)域。該區(qū)域氣候條件相比西部地區(qū)有大幅改善。

由圖2可知，不同草地類型的地上凈初級生產(chǎn)力存有較大差異。以近五年均值為例，東部草甸草原的地上凈初級生產(chǎn)力最大，達293．36 g/m2;西部荒漠的地上凈初級生產(chǎn)力最小，為72．05 g/m2;中部典型草原、中部荒漠草原及西部荒漠草原的地上凈初級生產(chǎn)力居中，其地上凈初級生產(chǎn)力分別為233．57、113．66 和165．72 g/m2?？傮w上，近 5 年內(nèi)蒙古溫帶草地的地上凈初級生產(chǎn)力平均為175．67 g/m2。

2．2 群落初級生產(chǎn)力的時間動態(tài)變化 由圖3可知，近5年內(nèi)蒙古天然草原地上凈初級生產(chǎn)力整體的變化呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢?？傮w上，內(nèi)蒙古天然草原地上凈初級生產(chǎn)力提高71．10%，東部草原和西部荒漠草原增幅最大，都較2008年提高1倍。中部典型草原也較2008年提高71．07%，與全區(qū)整體提高幅度相當(dāng)，同時中部荒漠草原和西部荒漠類也較2008年分別提高10．86%和27．77%。這在一定程度上說明我國退牧還草工程、京津風(fēng)沙源治理工程以及草原生態(tài)保護補助獎勵政策的實施起到了保護草原的作用。由于2009年內(nèi)蒙古自治區(qū)遭受大面積的嚴(yán)重旱災(zāi)，全區(qū)降雨量大幅減少，導(dǎo)致中部典型草原、中部荒漠草原和西部荒漠類的地上凈初級生產(chǎn)力都較2008年有所下降，中部荒漠草原降幅最大，分別比上年度下降18．98%、33．36%和7．5%。中部典型草原和西部荒漠類草原地上凈初級生產(chǎn)力在2010年就恢復(fù)到2008年水平，而中部荒漠草原恢復(fù)較慢，直到2012年才恢復(fù)到2008年水平。這也從側(cè)面反映出荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)較脆弱、抗逆性，草地退化后植被恢復(fù)難度大。因此，需加大對荒漠草原的保護力度。西部荒漠草原地上凈初級生產(chǎn)力在2011年有較大幅度的下降，較上年度下降15．36%。這也與2011年鄂爾多斯市降雨量減少有直接關(guān)系。

3 討論

近年來，我國許多學(xué)者用實地調(diào)查［9］和模型模擬［10］等方法估算我國溫帶草地的地上生產(chǎn)力，但不同的研究結(jié)果存在一定的差異。馬文紅等［10］研究表明，內(nèi)蒙古自治區(qū)荒漠草原、典型草原和草甸草原地上生物量分別為56．6、133．4、196．7 g/m2，而方精云等［11］估算的我國荒漠草原、典型草原和草甸草原的地上生物量分別為34．2、135．1 和122．4 g/m2。與前人研究相比，該研究估算的內(nèi)蒙古天然草原地上凈初級生產(chǎn)力較高。這可能是由兩者研究的區(qū)域差異樣地選擇差異造成的。馬文紅等［10－11］在我國北方溫帶地區(qū)的地上生物量和物種多樣性的關(guān)系以及內(nèi)蒙古溫帶草地生物量及其與環(huán)境因子關(guān)系的兩次研究中，發(fā)現(xiàn)所得荒漠草原、典型草原和草甸草原的地上生物量也相差較大。原因是這兩次數(shù)據(jù)來源不僅區(qū)域不同，而且野外調(diào)查樣地的利用方式、利用強度也不相同。另外，內(nèi)蒙古天然草原地上生物量存在年度動態(tài)變化，且受當(dāng)年降雨量的影響較大，因此研究的時間差異也會導(dǎo)致所得結(jié)果不同。

［1］LEITH H，WITTAKER R H．Primary productivity of the biosphere［M］．New York:Springer Verlag，1975．

［2］RUIMY A，SAUGIER B．Methodology for the estimation of terrestrial net primary production from remotely sensed data［J］．Journal of geophysical research，1994，99:5263 －5283．

［3］FIELD CB，BEHRENFELDM J，RANDERSONJT，et al．Primary production of the biosphere:Integrating terrestrial and oceanic components［J］．Science，1998，281:237 －240．

［4］王利民，姜懷志，姚紀(jì)元，等．我國北方草地的現(xiàn)狀和可持續(xù)發(fā)展對策［J］．家畜生態(tài)，2004，25(2):4 －9．

［5］徐風(fēng)君．內(nèi)蒙古草地退化原因分析及其恢復(fù)治理的科技支撐［J］．科學(xué)管理研究，2002，20(6):2 －7．

［6］陳佐忠．略論草地長期動態(tài)監(jiān)測與我國草地動態(tài)監(jiān)網(wǎng)的建立［J］．中國草地，1999(5):68 －71．

［7］陳佐忠，汪詩平，王艷芬．內(nèi)蒙占典型草原生態(tài)系統(tǒng)定位研究最新進展［J］．植物學(xué)通報，2003，20(4):423 －429．

［8］羿靜，宋向陽，王晶杰．內(nèi)蒙古草原植被近五年動態(tài)分析［J］．當(dāng)代畜禽養(yǎng)殖業(yè)，2010(6):56 －59．

［9］中國科學(xué)院內(nèi)蒙古寧夏綜合考察隊．內(nèi)蒙古植被［M］．北京:科學(xué)出版社，1985．

［10］馬文紅，楊元合，賀金生，等．內(nèi)蒙古溫帶草地生物量及其與環(huán)境因子的關(guān)系［J］．中國科學(xué)C 輯:生命科學(xué)，2008，38(1):84 －92．

［11］方精云，劉國華，徐嵩齡．中國陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳庫［M］//王庚辰，溫玉璞．溫室氣體濃度和排放監(jiān)測及相關(guān)過程．北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1996．