主要?dú)夂蛞蜃訉?duì)不同放牧強(qiáng)度下草甸草原植被群落特征的影響

趙建國(guó) 劉存歧

摘要：試驗(yàn)研究了主要?dú)夂蛞蜃訉?duì)不同放牧強(qiáng)度下草地植物群落結(jié)構(gòu)的影響，確定了氣候因子對(duì)草句草原群落結(jié)構(gòu)變化的數(shù)量特征的影響，探討了草甸草原生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能對(duì)氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng)，為合理利用和管理天然草地以及為預(yù)測(cè)草句草原在全球氣候變化下的發(fā)展趨勢(shì)提供借鑒和依據(jù)。結(jié)果表明：不同放牧強(qiáng)度下草地群落特征指標(biāo)與不同氣候因子的相關(guān)性有明顯差異;關(guān)鍵期平均溫度和年降水量是影響草原群落特征變化的最主要的氣候因子且群落指標(biāo)對(duì)關(guān)鍵期平均溫度變化的敏感性大于年降水量的變化;零放牧和適度放牧的地上生物量與關(guān)鍵期平均溫度和年降水量的呈正相關(guān)性關(guān)系，重度放牧的地上生物量與環(huán)境因子的相關(guān)性不明顯。

關(guān)鍵詞：氣候因子;草甸草原;群落特征;RDA分析

中圖分類號(hào)：Q145

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）8-0031-03

1 引言

近年來(lái)，不同放牧制度、放牧強(qiáng)度，對(duì)草原植物種群或群落空間分布的影響成為國(guó)內(nèi)草地生態(tài)研究者關(guān)注的焦點(diǎn)[1～5]。溫度作為影響植被生長(zhǎng)發(fā)育和地理分布的關(guān)鍵環(huán)境因素之一，它的變化勢(shì)必會(huì)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生深刻影響，大氣降水是草地植被需水的主要來(lái)源，在草地的形成和演替過(guò)程中其作用非常熏要;降水由于其劇烈的波動(dòng)性，尤其在干旱半干旱地區(qū)，降水是影響植被生產(chǎn)力的重要因素，水分是限制干旱半干旱區(qū)草原生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素之一[6，7]。

本論文以主要?dú)夂蛞蜃訉?duì)不同放牧強(qiáng)度草地群落的影響為研究對(duì)象，探討主要?dú)夂蛞蜃优c不同放牧強(qiáng)度草地群落的相關(guān)性。旨在了解氣候因子與不同放牧強(qiáng)度草原群落的相關(guān)性，為草原的保護(hù)性利用和可持續(xù)發(fā)展提供基本理論依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

試驗(yàn)區(qū)位于陳巴爾虎旗呼和諾爾蘇木，海拔620～630 m，屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，年平均氣溫為-2.4℃，年積溫1580～1800℃。年均降水量為350mm，年均蒸發(fā)量1246.9 mm，降水多集中在7～9月。植被類型為貝加爾針茅十羊草十雜類草草甸草原。土壤為暗栗鈣土、栗鈣土和沙壤土組成[8]。該旗擁有天然草原面積2282.1萬(wàn)畝，其中可利用草原面積2070萬(wàn)畝，占全旗土地總面積的79%。陳巴爾虎草原總體上屬于高質(zhì)中低產(chǎn)草原，質(zhì)量上以二等為主體，產(chǎn)量上以5級(jí)為主。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法

本試驗(yàn)選取陳巴爾虎旗呼和諾爾蘇木以自由放牧方式利用的草地為研究對(duì)象，在土壤、植被和地形條件相對(duì)一致的地段設(shè)置不同放牧強(qiáng)度由輕到重的3個(gè)放牧梯度，即零放牧區(qū)（0只羊/圍欄）、適度放牧區(qū)（10只羊/小區(qū)）和重度放牧區(qū)（14只羊/小區(qū)）3個(gè)放牧強(qiáng)度（每?、娣e為140 m×240 m），每個(gè)放牧強(qiáng)度設(shè)3個(gè)重復(fù)，其中圍封設(shè)置在每個(gè)實(shí)驗(yàn)小區(qū)內(nèi)。地上植被調(diào)查時(shí)間為2011年、2012年、2013年8月，調(diào)查方法為：在不同放牧強(qiáng)度小區(qū)內(nèi)分別隨機(jī)選取樣地，做Im×Im的樣方，重復(fù)三次。調(diào)杏樣方植物的種類、測(cè)定植物高度、密度、蓋度、和地上生物量。調(diào)查樣方內(nèi)出現(xiàn)的物種名稱，用卷尺測(cè)量其高度，用日測(cè)法確定其蓋度，植物生物量采取齊地面刈割，現(xiàn)場(chǎng)用小秤測(cè)其鮮重，待其自然風(fēng)干至恒重測(cè)其干重。記錄以上全部數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，記錄群落內(nèi)物種的密度、蓋度、高度、生物量并計(jì)算重要值、Shannon- Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)。在實(shí)驗(yàn)地安置一個(gè)小型的氣象觀測(cè)站，記錄每日的氣象資料，包括氣溫、降水量、風(fēng)速等。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)域物種組成和結(jié)構(gòu)差異

本次調(diào)查共涉及植物52種，共19科，分別為禾本科、豆科、莎草科、菊科、薔薇科、藜科、傘形科、毛茛科、十字花科、鳶尾科、百合科、唇形科、石竹科、紫草科、龍膽科、玄參科、罌粟科、桔梗科、莧科。其中禾本科、菊科植物種類最多，分別為9種和12種之多，且多年生草本遠(yuǎn)多于一二年生草本和小半灌木。群落類型為貝加爾針茅十羊草十雜類草群落，貝加爾針茅、羊草為優(yōu)勢(shì)種，伴生種為麻花頭、冷蒿、囊花鳶尾、寸草苔、洽草等。貝加爾針茅、羊草位于草地群落上層，低矮的冷蒿、糙隱子草、星毛萎陵菜位于草地群落的下層。

在不同的放牧強(qiáng)度下，群落組成具有較大的差異性。其中重度放牧強(qiáng)度下，發(fā)現(xiàn)30種物種，零放牧和適度放牧發(fā)現(xiàn)37種物種。零放牧情況下，羊草的重要值呈增加趨勢(shì);而重度放牧強(qiáng)度下，多年生雜草和一二年生植物的優(yōu)勢(shì)度增加，冷蒿、星毛萎陵菜變?yōu)閮?yōu)勢(shì)種。

3.2 不同放牧強(qiáng)度下群落的多樣性指數(shù)

草甸草原在不同的放牧程度下，Shannon - Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)，隨時(shí)問(wèn)變化呈現(xiàn)明顯差異。多樣性指數(shù)反應(yīng)著生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、群落的復(fù)雜性和種群的多樣性。由圖1～4可以看出，在不同的放牧強(qiáng)度下，Shannon-Weiner指數(shù)介于0. 56～2.18之間。其中適度放牧條件下Shannon-Wie ner多樣性指數(shù)，有明顯增長(zhǎng)的趨勢(shì)，重度放牧旱現(xiàn)出先增長(zhǎng)后下降的趨勢(shì)，而零放牧第一年并沒(méi)有明顯的增長(zhǎng)，而第二年劇烈增長(zhǎng)。Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)不僅考慮群落內(nèi)物種數(shù)日，同時(shí)也考慮了每個(gè)種的榍對(duì)多度[9]。在適度放牧強(qiáng)度下，Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)同樣呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，重度放牧強(qiáng)度下，同樣先增后降，而零放牧強(qiáng)度下同樣呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。Pielou均勻度指數(shù)在不同放牧強(qiáng)度的強(qiáng)度下，變化趨勢(shì)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)相同。說(shuō)明適度放牧對(duì)草甸草原生態(tài)系統(tǒng)最為有利，圍封草地自然恢復(fù)不如適度放牧條件下效果好。

3.3 不同放牧強(qiáng)度下的群落特征與環(huán)境因子的RDA

本次實(shí)驗(yàn)收集到2011年1月到2014年12月相關(guān)氣象數(shù)據(jù)資料，得出年平均溫度、生長(zhǎng)期平均溫度、關(guān)鍵期平均溫度、年降水量、生長(zhǎng)期降水量和關(guān)鍵期降水量6項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)，群落特征選取地上生物量、Shannon -Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)4個(gè)指標(biāo)做RDA分析，代碼見表1，分析結(jié)果排序見圖5。

在零放牧的RDA分析中，地上生物量、Shannon -Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)與關(guān)鍵期平均溫度、年降水量、生長(zhǎng)期降水量、生長(zhǎng)期平均溫度，均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。其中地上生物量、Pielou均勻度指數(shù)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)均與關(guān)鍵期平均溫度和年降水量的的相關(guān)性最大;Shannon- Wiener多樣性指數(shù)與生長(zhǎng)期降水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與年平均溫度呈最大負(fù)相關(guān)。

適度放牧的RDA分析中，關(guān)鍵期平均溫度與Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與關(guān)鍵期降水量呈最大負(fù)相關(guān);Shannon - Weiner指數(shù)與關(guān)鍵期平均溫度、生長(zhǎng)期平均溫度、年降水量呈正相關(guān)，與關(guān)鍵期降雨量呈最大負(fù)相關(guān)。

重度放牧的RDA分析中，Shannon - Wiener多樣性指數(shù)與關(guān)鍵期平均溫度呈最大正相關(guān)，Simpson多樣性指數(shù)與生長(zhǎng)期平均溫度呈最大正相關(guān)，生物量和環(huán)境因子的相關(guān)性不明顯。

研究發(fā)現(xiàn)，不同放牧條件下與環(huán)境因子的相關(guān)性不同;零放牧和適度放牧的地上生物量與關(guān)鍵期平均溫度和年降水量的呈正相關(guān)性關(guān)系，重度放牧的地上生物量與環(huán)境因子的相關(guān)性不明顯;Shannon- Weiner指數(shù)與關(guān)鍵期平均溫度呈正相關(guān)，與年平均溫度、關(guān)鍵期降水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;Simpson多樣性指數(shù)于生長(zhǎng)期平均溫度、關(guān)鍵期平均溫度呈正相關(guān)，與年平均溫度關(guān)鍵期降雨量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;Pielou指數(shù)與生長(zhǎng)期平均濕度、關(guān)鍵期平均溫度呈正相關(guān)，與年平均溫度、關(guān)鍵期降雨量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。關(guān)鍵期平均溫度與所有的群落指標(biāo)均為正相關(guān)關(guān)系，且關(guān)鍵期平均溫度與年降水量是草甸草原氣候因子中最重要的。

4 結(jié)論

（1）從物種豐富度、地上生物量、Shannon - Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)各項(xiàng)指標(biāo)看，適度放牧對(duì)草甸草原最為有利，而重度放牧對(duì)草原不利。

（2）不同放牧強(qiáng)度下草地群落特征指標(biāo)與不同氣候因子的相關(guān)性有明顯差異。

（3）草地群落特征的變化與關(guān)鍵期平均溫度和年降水量的正相關(guān)關(guān)系最為明顯，它們是影響草原群落特征變化的最主要的氣候因子。關(guān)鍵期平均溫度與所有的群落指標(biāo)均為正相關(guān)關(guān)系，群落指標(biāo)對(duì)關(guān)鍵期平均溫度變化的敏感性大于年降水量的變化。

（4）零放牧和適度放牧的地上生物量與關(guān)鍵期平均溫度和年降水量的呈正相關(guān)性關(guān)系，重度放牧的地上生物量與環(huán)境因子的相關(guān)性不明顯。

（5） Shannon- Weiner指數(shù)與關(guān)鍵期平均溫度呈正相關(guān)，與年平均溫度、關(guān)鍵期降水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;Simpson多樣性指數(shù)于生長(zhǎng)期平均溫度、關(guān)鍵期平均溫度呈正相關(guān)，與年平均溫度關(guān)鍵期降雨量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;Pielou指數(shù)與生長(zhǎng)期平均溫度、關(guān)鍵期平均溫度呈正相關(guān)，與年平均溫度、關(guān)鍵期降雨量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。關(guān)鍵期平均溫度與所有的群落指標(biāo)均為正相關(guān)關(guān)系，且關(guān)鍵期平均溫度與年降水量是草甸草原氣候因子中最重要的。

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