班瑪縣氣溫和降雨量對(duì)禾本科、莎草科產(chǎn)草量的影響

才 尕

(青海省玉樹(shù)州草原工作站，青海玉樹(shù) 815000)

三江源區(qū)位于青藏高原腹地的青海省西南部，長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江同源于此，被譽(yù)為“中華水塔”，是我國(guó)江河中下游地區(qū)及東南亞國(guó)家生態(tài)環(huán)境安全和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)屏障。張占峰等對(duì)近40年來(lái)三江源的氣候特征進(jìn)行了分析，認(rèn)為該區(qū)水資源、年蒸發(fā)量和各季蒸發(fā)量呈弱的減小趨勢(shì)，熱量、光能資源有所增加;氣候的暖濕變化趨勢(shì)造成冰川退縮，凍土融區(qū)范圍擴(kuò)大，季節(jié)融化層增厚，甚至下伏多年的凍土層完全消失，多年凍土退化造成植被因根系層水分減少、表土干燥而退化［1－2］。沈永平等研究認(rèn)為2100年江河源區(qū)將增溫2.4～3.2℃，降水量變幅為50～200 mm;溫帶草原到寒溫帶針葉林群落面積將增加，而溫帶荒漠到冰緣荒漠的面積將縮小，分布界線向更高海拔遷移;冰川將大量退縮，草地和濕地蒸發(fā)量加大，許多湖泊將退縮和干涸，并伴以沼澤地退化、沙化擴(kuò)展、草地退化等生態(tài)問(wèn)題［3］。

在高原和高山極端環(huán)境影響下所形成的高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱，對(duì)人類干擾和由于溫室效應(yīng)引起的全球氣候變化極其敏感，對(duì)這些干擾和變化的響應(yīng)具有超前性。因此，近年來(lái)氣候和降雨量變化對(duì)高寒草甸植被的影響已引起眾多科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注，但大部分僅限于對(duì)整個(gè)群落方面的研究［4－6］，對(duì)高寒草甸植物在該方面的定量研究較少。為此，該研究通過(guò)10年間氣溫與降水對(duì)高寒草甸禾本科和莎草科生產(chǎn)力影響的研究，揭示禾本科和莎草科植物對(duì)氣溫和降雨量的反應(yīng)，以期為更好地預(yù)測(cè)全球變化對(duì)高寒草甸植被類型的演替趨勢(shì)及生物多樣性的變化趨勢(shì)提供科學(xué)依據(jù)，也為進(jìn)一步治理三江源退化草地提供合理的理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況 研究在青海省玉樹(shù)藏族自治州斑瑪縣的高寒草甸進(jìn)行。班瑪縣位于州境東南部，東、南部與四川省接壤。班瑪縣年平均氣溫為－1.0～2.8℃，隨海拔高度的增加而氣溫遞減。班瑪縣的氣溫各地均是7月最高、1月最低，但有一個(gè)顯著的特點(diǎn)是升溫快、降溫急，且降溫幅度大于升溫幅度。班瑪縣土地總面積6 138 km2，占全州總面積8.03%。草場(chǎng)面積 39.67萬(wàn) hm2，占班瑪縣總面積的62.07%，其中可利用面積為33.60 hm2。該地區(qū)常見(jiàn)的伴生種類有小嵩草(Kobresia pygmaea)、高山嵩草(Kobresia pygmaea)、二柱頭藨草(Scirpus distigmaticus)、異針茅(Stipa aliena)、短穗兔耳草(Lagotis brachystachya)、矮火絨草(Leontopodium nanum)、細(xì)葉亞菊(Ajania tenuifolia)、蘭石草(Lancea tibetica)、美麗鳳毛菊(Saussurea superba)。

1.2 氣溫、降雨量數(shù)據(jù)來(lái)源 氣溫和降雨量數(shù)據(jù)均來(lái)源于當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)1995～2004年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.3 群落調(diào)查 選擇典型的嵩草草甸，每個(gè)樣地共設(shè)置5條50 m樣帶，樣帶上每隔5 m調(diào)查1 m×1 m樣方，每個(gè)樣帶上的10個(gè)樣方計(jì)算平均值作為該試驗(yàn)點(diǎn)的樣方數(shù)據(jù)，記錄樣方內(nèi)植物種類組成、種蓋度、植物高度、植物種的密度及群落總蓋度等，完備后齊地面剪下，稱重，進(jìn)行有關(guān)分析。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用Excel和DPS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫變化 由表1可見(jiàn)，班瑪縣月間氣溫變化比較明顯，1～2、11～12月份平均氣溫均在0℃以下，期間最低溫度在1月份，達(dá)－8.5℃，最高溫度在2月份，為－1.0℃;3～10月份，除1995、1997、2000～2002年3月份平均氣溫在0℃以下外，平均氣溫均在0℃以上，期間最高溫度在7月份，達(dá)12.9℃，最低溫度在3月份，為0.1℃;全年最熱月為7月份，最高氣溫為12.9℃，最冷月為1月份，最低氣溫為－8.5℃。班瑪縣年間氣溫變化不明顯，全年平均溫度2003年最高，為3.9℃，1997年最低，為2.1℃。

2.2 降雨量變化 從表2可看出，班瑪縣月間降雨量變化比較明顯，從1月份開(kāi)始先增加后減小，平均降雨量在6月份達(dá)最大值，從11月份開(kāi)始降雨量突然減小，12月份平均降雨量最小。全年最高降雨量為168.6 mm，最低降雨量為0.4 mm。降雨量年間變化規(guī)律不明顯，期間2002年全年平均降雨量最低，為442.6 mm，1999年全年平均降雨量最高，為749.2 mm。

表1 1995～2004年班瑪縣不同月份間氣溫變化 ℃

表2 1995～2004年班瑪縣不同月份間降雨量變化 mm

2.3 產(chǎn)草量變化 由圖1可見(jiàn)，莎草科產(chǎn)草量明顯高于禾本科產(chǎn)草量，1995～2004年莎草科年間變化規(guī)律不明顯，2002年產(chǎn)草量最低，為823 kg/hm2，1999年鮮草產(chǎn)草量最高，為1 250 kg/hm2;禾本科產(chǎn)草量有逐年增大的趨勢(shì)，1995年鮮草產(chǎn)草量為88 kg/hm2，2003年鮮草產(chǎn)草量為120 kg/hm2。

2.4 相關(guān)性分析 從氣溫和禾本科產(chǎn)草量的擬合曲線(圖2a)可以看出，隨著氣溫的逐漸升高，禾本科產(chǎn)草量與氣溫呈線性函數(shù)關(guān)系變化，即禾本科產(chǎn)草量隨氣溫的升高呈增加趨勢(shì)，且相關(guān)性達(dá)到顯著水平(r=0.853 3，P＜0.05)，說(shuō)明氣溫對(duì)禾本科植物的產(chǎn)草量影響較大，隨著氣溫的升高禾本科植物的產(chǎn)草量逐漸增加。從降雨量和禾本科產(chǎn)草量的擬合曲線(圖2b)可以看出，禾本科產(chǎn)草量與降雨量呈二次函數(shù)關(guān)系變化，即禾本科產(chǎn)草量隨降雨量的升高呈先增加后減小的趨勢(shì)，但相關(guān)性不顯著，說(shuō)明降雨量對(duì)禾本科植物的影響不明顯。

圖1 1995～2004年班瑪縣不同年份間產(chǎn)草量變化

圖2 氣溫(a)和降雨量(b)與禾本科產(chǎn)草量間的相關(guān)性分析

從氣溫和莎草科產(chǎn)草量的擬合曲線(圖3a)可以看出，莎草科產(chǎn)草量與氣溫呈二次函數(shù)關(guān)系變化，即莎草科產(chǎn)草量隨氣溫的升高呈先增加后減小的趨勢(shì)，但相關(guān)性不顯著，說(shuō)明氣溫對(duì)莎草科植物的影響不明顯。從降雨量和莎草科產(chǎn)草量的擬合曲線(圖3b)可以看出，隨著降雨量的逐漸升高，莎草科產(chǎn)草量與降雨量呈線性函數(shù)關(guān)系變化，即莎草科產(chǎn)草量隨降雨量的升高呈增加趨勢(shì)，且相關(guān)性達(dá)到顯著水平(r=0.763 7，P＜0.05)，說(shuō)明降雨量對(duì)莎草科植物的產(chǎn)草量影響較大，隨著降雨量的增加莎草科植物的產(chǎn)草量逐漸增加。

圖3 氣溫(a)和降雨量(b)與莎草科產(chǎn)草量間的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

隨著氣候的變化植物物候期發(fā)生顯著變化，明顯地反映氣候的變化與波動(dòng)。有關(guān)植物物候的試驗(yàn)研究表明，物候變化大多與不斷升高的溫度有關(guān)。溫度升高使植物接近其最適溫度且延長(zhǎng)生長(zhǎng)季節(jié)，植物的生長(zhǎng)速度加快［7］。增溫條件下，矮嵩草草甸植物的生長(zhǎng)期被延長(zhǎng)，植物群落的枯黃期被延遲［5］。該研究結(jié)果表明，班瑪縣10年間氣溫增加不明顯，說(shuō)明在全球變暖的大背景下局部地區(qū)的氣溫變化不一定符合這一規(guī)律;氣溫對(duì)禾本科植物的產(chǎn)草量影響較大，隨著氣溫的逐漸升高，禾本科產(chǎn)草量逐漸增大;而氣溫對(duì)莎草科植物產(chǎn)草量的影響卻不明顯。

在全球氣候變暖的趨勢(shì)下，降水格局也將發(fā)生變化，且就某一地區(qū)而言，降水的變化有很大的差異［8］。全球氣候變化將會(huì)使高緯度地區(qū)的降水量增加［9］，即便溫度稍微增加，氣候變暖可能會(huì)導(dǎo)致土壤水分蒸騰蒸發(fā)損失總量將會(huì)增加且植物生長(zhǎng)條件更加干旱，尤其在那些缺乏降雨的地區(qū)。這必將影響植物的生理生態(tài)特征，進(jìn)而對(duì)植物個(gè)體、群落、生態(tài)系統(tǒng)乃至整個(gè)生物圈產(chǎn)生巨大影響［10］。該研究結(jié)果表明，莎草科產(chǎn)草量與降雨量呈線性函數(shù)關(guān)系變化，即莎草科產(chǎn)草量隨降雨量的升高呈增加趨勢(shì);禾本科產(chǎn)草量與降雨量的變化關(guān)系不明顯，說(shuō)明降雨量對(duì)莎草科產(chǎn)草量的影響較大。

綜上所述可知，局部地區(qū)的氣溫和降雨量變化與全球變暖和降水量格局的變化可能不一致，不同植物個(gè)體對(duì)氣溫和降雨量的反映也不同。

［1］張占峰.近40年來(lái)三江源氣候資源的變化［J］.青海環(huán)境，2001，11(2):60－64.

［2］王根緒.40年來(lái)江河源區(qū)的氣候變化特征及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)［J］.冰川凍土，2001，23(4):46 －51.

［3］沈永平，王根緒，吳青柏，等.長(zhǎng)江－黃河源區(qū)未來(lái)氣候情景下的生態(tài)環(huán)境變化［J］.冰川凍土，2002，24(3):308 －312.

［4］ZHANG X H，YANG D A，ZHOU G S，et al.Model expectation of impacts of global climate change on biomes of the Tibetan Plateau［M］//OMASA K，KAI K，TAODA H，et al.Climate change and plants in East Asia.Tokyo:Springer－Verlag，1996.

［5］周華坤，周興民，趙新全.模擬增溫對(duì)矮嵩草草甸影響的初步研究［J］.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，24(5):547 －553.

［6］李英年，趙亮，趙新全，等.5年模擬增溫后矮嵩草草甸群落結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)量的變化［J］. 草地學(xué)報(bào)，2004，12(3):236－239.

［7］蔣高明.全球大氣二氧化碳濃度升高對(duì)植物的影響［J］.植物學(xué)通報(bào)，1995，12(4):1 －7.

［8］IPCC.Climate Change 2001，Impact，Adaptation，and Vulnerability［M］.Cambridge:Cambridge University Press，1995.

［9］WALSH J E，KATTSO V M，CHAPMAN W L，et al.Comparison of arctic climate simulations by uncoupled and coupled global models［J］.Journal of Climate，2002，15:1429 －1446.

［10］劉建國(guó).CO2濃度的升高和全球變暖對(duì)六種生物層次的影響［M］//劉建國(guó)，王如松.生態(tài)學(xué)進(jìn)展.北京:科學(xué)出版社，1992:369－380.