氣溫和降雨量對(duì)高寒草甸不同功能群植物產(chǎn)草量的影響

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(青海省都蘭縣熱水鄉(xiāng)畜牧獸醫(yī)工作站，青海都蘭 816100)

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氣溫和降雨量對(duì)高寒草甸不同功能群植物產(chǎn)草量的影響

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(青海省都蘭縣熱水鄉(xiāng)畜牧獸醫(yī)工作站，青海都蘭 816100)

摘要[目的]研究氣溫和降雨量對(duì)高寒草甸不同功能群植物產(chǎn)草量的影響。[方法]選擇典型的高寒草甸為研究對(duì)象，通過對(duì)1995～2004年氣溫和降雨量變化的分析，對(duì)不同功能群產(chǎn)草量的影響進(jìn)行了研究。[結(jié)果]氣溫和降雨量對(duì)禾本科功能群植物的產(chǎn)草量的影響較大，相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平；降雨量對(duì)莎草科產(chǎn)草量影響較大且相關(guān)性達(dá)到顯著水平。[結(jié)論]不同植物個(gè)體對(duì)氣溫和降雨量的反應(yīng)不同。該研究結(jié)果可為草地生態(tài)學(xué)研究提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞氣溫；降雨量；禾本科；莎草科；功能群

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”，是我國江河中下游地區(qū)及東南亞國家生態(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[1]和王根緒[2]對(duì)近40年來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)量呈減小趨勢(shì)，熱量和光能資源有所增加；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。沈永平等[3]認(rèn)為2100年江河源區(qū)溫度將增加2.4～3.2 ℃，降水量變幅為 50～200mm；溫帶草原到寒溫帶針葉林群落面積將有所增加，而溫帶荒漠到冰緣荒漠的面積將會(huì)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)問題。

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，近年來氣候和降雨量變化對(duì)高寒草甸植被的影響已引起科學(xué)家們的廣泛關(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)高寒草甸植物在這方面的定量研究較少。植物功能群(Plantfunctionaltype，PFT)是基于IGBP的核心計(jì)劃GCTE(Globalchangedterrestrialecosystem)提出來的。從植物功能群角度探討陸地生態(tài)系統(tǒng)功能與穩(wěn)定性維持機(jī)理、植物對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)與響應(yīng)以及水分、養(yǎng)分利用效率等已成為目前生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)研究的主要技術(shù)路線。植物功能群是具有確定的植物功能特征的一系列植物的組合，是研究植被隨環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的基本單元[7-8]，植物功能群可以看作是對(duì)環(huán)境有相同響應(yīng)和對(duì)主要生態(tài)系統(tǒng)過程有相似作用的組合。功能群的劃分能幫助解釋物種對(duì)生態(tài)系統(tǒng)過程影響的機(jī)理，而且可以簡(jiǎn)化對(duì)具有眾多物種生態(tài)系統(tǒng)的研究[9]。筆者通過研究氣溫和降雨量對(duì)高寒草甸不同功能群植物產(chǎn)量的影響，探索不同功能群植物在不同生境中的變化規(guī)律，為草地生態(tài)學(xué)研究提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況試驗(yàn)在青海省玉樹藏族自治州班瑪縣的高寒草甸進(jìn)行。班瑪縣位于玉樹藏族自治州東南部，東、南部與四川省接壤。班瑪縣年平均氣溫為-1.0～2.8 ℃，氣溫隨海拔高度的增加而遞減。班瑪縣各地氣溫都是7月最高，1月最底，但顯著特點(diǎn)之一是升溫快、降溫急，且降溫幅度大于升溫幅度。草場(chǎng)面積為39.67萬hm2，其中可利用面積為33.60hm2。該地區(qū)常見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氣溫和降雨量測(cè)定氣溫和降雨量均來源于班瑪縣的監(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50m樣帶，樣帶上每隔5m調(diào)查1m×1m大小的樣方，每個(gè)樣帶上10個(gè)樣方，求其平均值作為該試驗(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，完備后齊地面剪下植株地上部分并稱重。

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

2結(jié)果與分析

2.1氣溫變化班瑪縣月間氣溫變化比較明顯，1～2月、11～12月平均氣溫均在0 ℃以下，在此期間最低溫度在1月，平均氣溫為-7.5 ℃；3～10月，除1995年、1997年、2000～2002年3月平均氣溫在0 ℃以下外，平均氣溫均在0 ℃以上，在此期間最高溫度出現(xiàn)在7月，達(dá)到12.9 ℃，最低溫度出現(xiàn)在3月(0.3 ℃)；全年最高氣溫出現(xiàn)在7月，平均氣溫為12.2 ℃。班瑪縣年間氣溫變化不明顯，2003年年平均溫度最高(3.9 ℃)，1997年年平均溫度最低(2.1 ℃)(表1)。

2.2降雨量的變化班瑪縣月間降雨量變化比較明顯，從1月開始先增加后減小，平均降雨量在6月達(dá)到最大值，從11月開始降雨量驟降，12月平均降雨量最小。8月平均降雨量最大，平均降雨量為107.4mm，12月平均降雨量最小，平均降雨量為3.4mm。降雨量年間變化規(guī)律不明顯，2002年全年平均降雨量最低(442.6mm)，1999年全年平均降雨量最高(749.2mm)(表2)。

表1　1995～2014年班瑪縣月平均氣溫的變化

表2　1995～2004年班瑪縣月平均降雨量的變化

2.3產(chǎn)草量的變化由表3可知，1995～2004年莎草科產(chǎn)草量的變化規(guī)律不明顯，其中2002年產(chǎn)草量最低(823kg/hm2)，1999年鮮草產(chǎn)草量最高(1 250kg/hm2)；禾本科產(chǎn)草量有逐年增加的趨勢(shì)，1995年鮮草產(chǎn)草量為88kg/hm2，2003年鮮草產(chǎn)草量為120kg/hm2；1995～2004年豆科草產(chǎn)量變化規(guī)律不明顯，2001年產(chǎn)草量最低(386kg/hm2)，1995年產(chǎn)草量最高(520kg/hm2)；雜類草產(chǎn)草量變化規(guī)律不明顯，2002年產(chǎn)草量最低(2 025kg/hm2)，1999年產(chǎn)草量最高(2 630kg/hm2)；雜類草平均產(chǎn)草量最高(2 338kg/hm2)，莎草科平均產(chǎn)草量次之(1 013kg/hm2)，禾本科平均產(chǎn)草量最低(105kg/hm2)；1996年總草產(chǎn)量最低(3 453kg/hm2)，1999年總草產(chǎn)量最高(4 422kg/hm2)(表3)。

2.4相關(guān)性分析從表4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，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)，說明氣溫對(duì)禾本科植物產(chǎn)草量的影響較大，隨著氣溫的升高，禾本科植物的產(chǎn)草量逐漸增加。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)草量隨著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，說明降雨量對(duì)禾本科植物的影響不明顯。

從表4可以看出，氣溫和降雨量與禾本科功能群植物的產(chǎn)草量的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，氣溫和降雨量均對(duì)禾本科植物的生長(zhǎng)發(fā)育有較大的影響；降雨量與莎草科產(chǎn)草量的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，說明降雨量對(duì)莎草科生長(zhǎng)發(fā)育的影響較大；莎草科與雜類草的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，說明莎草科產(chǎn)草量在群落中的比例的變化趨勢(shì)與雜類草的產(chǎn)草量比例變化趨勢(shì)一致；莎草科產(chǎn)草量、雜類草產(chǎn)草量和總產(chǎn)草量的相關(guān)性達(dá)到極顯著水，說明莎草科和雜類草產(chǎn)草量在群落中的比例變化趨勢(shì)與總產(chǎn)草量變化趨勢(shì)一致。

表3　不同年份產(chǎn)草量的變化

3討論與結(jié)論

隨著氣候的變化植物物候期發(fā)生顯著變化，明顯反映出氣候的變化與波動(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[10]。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1995～2004年班瑪縣氣溫增加不明顯，說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個(gè)規(guī)律；氣溫對(duì)禾本科植物產(chǎn)草量的影響較大，隨著氣溫的逐漸升高，禾本科產(chǎn)草量逐漸增大；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，而且就某一地區(qū)而言，降水的變化有很大的差異[11]。全球氣候變化將會(huì)使高緯度地區(qū)的降水量增加[12]，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)增加而且植物生長(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[13]。該研究結(jié)果表明降雨量對(duì)莎草科和禾本科產(chǎn)草量影響較大，說明隨著降雨量的增加，莎草科和禾本科的產(chǎn)草量將逐漸增大。綜上所述，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)氣溫和降雨量的反應(yīng)也不同。

表4　氣溫和降雨量與不同功能群植物產(chǎn)草量之間的相關(guān)系數(shù)

注：**表示相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

Note：**indicatedthatcorrelationreachedextremelysignificantlevel(P<0.01).

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作者簡(jiǎn)介晁元?jiǎng)?1966- )，男，青海樂都人，草原農(nóng)藝師，從事畜牧獸醫(yī)工作。

收稿日期2016-03-26

中圖分類號(hào)S 812.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)13-177-03

EffectsofTemperatureandPrecipitationonGrassYieldofDifferentPlantFunctionalGroupsinAlpineMeadow

CHAOYuan-gang

(TheAnimalHusbandryandVeterinaryStationinReshuiVillageofDulanCounty,Dulan,Qinghai816100)

Abstract[Objective] To research the effects of temperature and precipitation on grass yield of different plant functional groups in alpine meadow. [Method] With typical alpine meadow as the research object, we analyzed the temperature and precipitation changes from 1995 to 2004, and researched the effects on grass yield of different plant functional groups. [Result] Temperature and precipitation had relatively great impacts on the grass yield of Gramineae functional group; the correlation reached extremely significant level. Precipitation had relatively great impacts on Cyperaceae yield, and the correlation reached significant level. [Conclusion] Different plants have different reaction to temperature and precipitation. This research provides theoretical foundation for the research on grassland ecology.

Key wordsTemperature; Precipitation; Gramineae; Cyperaceae; Functional group