鐮芒針茅、博洛特絹蒿草地群落年際動(dòng)態(tài)

張鮮花，李江艷，吳詠梅，朱進(jìn)忠

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/新疆草地資源與生態(tài)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】鐮芒針茅(Stipacaucsica)、博洛特絹蒿(Seriphidiumborotalense)群落是天山山地草原帶的地帶性植被類型，屬于典型的中亞氣候型代表性植被之一，占據(jù)山地海拔1 200～1 600 m，是荒漠草原的代表性類型[1-2]。鐮芒針茅系針茅屬針茅亞族(Stipinae)的一種多年生密叢型旱生植物，是地帶性荒漠草原的特征種，與博洛特絹蒿、新疆絹蒿(S.kaschgaricum)、刺葉錦雞兒(Caraganaacanthophylla)、刺旋花(Convolvulustragacanthoides)、羊茅(Festuc0vna)、針茅(Stipacapillta)、苔草(Carexturkestanica，Cliparocarpos)等植物組成不同群落，草地質(zhì)量好，是重要的天然放牧場(chǎng)[3]。天然草地植物生產(chǎn)重要特征是年際生產(chǎn)的波動(dòng)性，產(chǎn)生波動(dòng)性的主因一是自然因素中水條件的供給[4]，在干旱地區(qū)表現(xiàn)尤為明顯。【前人研究進(jìn)展】一般草地豐水年和干旱年草地植物產(chǎn)量可相差2～3倍，荒漠草地，旱年產(chǎn)量只相當(dāng)于豐水年的25%～30%，平年為豐水年的50%～80%[1]。草地植物生產(chǎn)年際不穩(wěn)定，如與動(dòng)物生產(chǎn)結(jié)合，給草地家畜承載量核定帶來(lái)較大難度。放牧加速成為影響草地發(fā)展變化的另一因素[5-6]。草地發(fā)生與發(fā)展及其演替是在以一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程中完成的[7-9]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】有關(guān)長(zhǎng)時(shí)期自然放牧條件下新疆天山北坡草地植物群落特征變化的研究較少。需研究新疆天山北坡鐮芒針茅、博洛特絹蒿草地群落年際動(dòng)態(tài)?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以自然放牧條件下草地類型為對(duì)象，對(duì)1985～2004年17年的定位進(jìn)行連續(xù)測(cè)定與群落學(xué)分析，研究草地植被主要群落特征演變，變化進(jìn)程與程度，為調(diào)整草地利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究區(qū)位于天山北坡中段，距烏魯木齊市西南80 km的謝家溝地區(qū)，地處87°25′～87°33′E， 43°07′～43°47′N， 占山地海拔1 200～1 600 m地段。年降水量300～400 mm，一般年份雨季6月下旬至8月上旬，有時(shí)出現(xiàn)春旱和秋旱。年平均氣溫2.1～3.3℃，無(wú)霜期100～113 d。土壤為山地棕鈣土和栗鈣土。以鐮芒針茅、博洛特絹蒿、短柱苔草(Carexturkestanica)、刺旋花、木地膚(Kochiaprostrata)等植物組成群落，占據(jù)山地陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡，與羊茅、針茅草原呈復(fù)合分布，構(gòu)成山地草地垂直帶譜的草原帶，是當(dāng)?shù)卮?、秋兩季放牧利用草?chǎng)，放牧?xí)r間春季3月中旬至6月下旬，秋季從9月上旬至11月下旬，共160 d左右。

在自然放牧利用狀態(tài)下，采用區(qū)域定位觀察方法，對(duì)植物群落種類組成、高度、蓋度和地上生物產(chǎn)量進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)段連續(xù)測(cè)定。測(cè)定時(shí)間段為1985～2001年，每年7月中旬于相同地點(diǎn)、鄉(xiāng)土?xí)r間進(jìn)行取樣。

1.2 方 法

1.2.1 取樣

以草地型為單位采取典型地段取樣法進(jìn)行。用于群落特征分析與記載樣地面積為10 m×10 m，地上生物產(chǎn)量測(cè)定樣方面積為1 m×1 m，每年調(diào)查樣方不少于30個(gè)，調(diào)查時(shí)間為每年7月10～20日植物生長(zhǎng)旺季進(jìn)行。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

草層高度：群落植物種自然生長(zhǎng)高度。

草層蓋度：群落投影總蓋度和種群投影分蓋度，采用目視法估測(cè)。

地上生物產(chǎn)量：群落植物種和類群地上生物產(chǎn)量，采用樣地實(shí)測(cè)法

植物優(yōu)勢(shì)度：采用綜合優(yōu)勢(shì)度(SDR)計(jì)算。

SDR=(C+H+W)/3。

式中：C為相對(duì)蓋度，H為相對(duì)高度，W為相對(duì)鮮重產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)及制圖，對(duì)比年際間的動(dòng)態(tài)變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 群落植物種類組成優(yōu)勢(shì)種與主要伴生種變化

研究表明，在1985～2001年間，草地植物群落種類組成，以鐮芒針茅、博洛特絹蒿為優(yōu)勢(shì)種，短柱苔草為主要伴生種的群落結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化，草地群落組成基本成分是穩(wěn)定的，氣候的波動(dòng)和放牧干擾沒(méi)有導(dǎo)致種類成分發(fā)生演替。表1

表1 鐮芒針茅、博洛特絹蒿群落主要植物組成年際動(dòng)態(tài)

2.2 群落優(yōu)勢(shì)種與主要伴生種高度變化

研究表明，草地群落植物高度在時(shí)間序列上呈波動(dòng)性變化，有時(shí)在年份間的波動(dòng)幅度還較大。1985～1995年間，鐮芒針茅植株高度始終在17～25 cm波幅范圍內(nèi)波動(dòng)，博洛特絹蒿高度在18～26 cm波幅范圍內(nèi)波動(dòng)；1996年之后，在群落中的高度明顯降低，分別保持在10～16 cm和8～17 cm。鐮芒針茅、博洛特絹蒿是群落能量與物質(zhì)聚集的主體，也是放牧家畜采食的主要對(duì)象，在群落中生長(zhǎng)高度持續(xù)降低。

短柱苔草在1985～2001年間，植株高度保持在一個(gè)較穩(wěn)定狀態(tài)，在群落中沒(méi)有表現(xiàn)出在該時(shí)段內(nèi)年度間有較大差異。圖1

圖1 鐮芒針茅、博洛特絹蒿、短柱苔草植株高度變化

2.3 群落與優(yōu)勢(shì)種、主要伴生種蓋度變化

2.3.1 群落蓋度變化

研究表明，1985～2001年間，草地植物群落總蓋度一直處于波動(dòng)狀態(tài)，在一些年度間的變動(dòng)幅度較大，1986、1992和2000年，草地群落的蓋度均達(dá)到40%左右，與其他年份形成較大差別；其他年份之間除了1985年略低外，基本在30%左右上下浮動(dòng)。圖2

圖2 鐮芒針茅、博洛特絹蒿群落總蓋度變化

2.3.2 群落優(yōu)勢(shì)種與主要伴生種蓋度變化

研究表明，組成草地植物群落優(yōu)勢(shì)種鐮芒針茅分蓋度的變化趨勢(shì)，與草地植物群落總蓋的變化趨勢(shì)基本一致。1986、1991、和2000年，鐮芒針茅的蓋度最大，達(dá)到16、14.8和15%；1992與2001年，分別為12.5與12.9%，其他年份基本在6%～10%上下浮動(dòng)。博洛特絹蒿在群落中的蓋度比較穩(wěn)定，除了1996、1998、1999年的蓋度較低外，其他年度之間基本在10%～14%波動(dòng)。短柱苔草在群落中的蓋度波動(dòng)性較大，最大與最小年份可相差近10%，穩(wěn)定性表現(xiàn)較差。圖3

圖3 鐮芒針茅、博洛特絹蒿與主要伴生種蓋度變化

2 .4 地上生物量、主要伴生種群落與優(yōu)勢(shì)種變化

2.4.1 群落地上生物量變化

研究表明，草地植物群落地上生物產(chǎn)量在1985～2001年的時(shí)間尺度內(nèi)，一直處于波動(dòng)變化狀態(tài)，年際之間有時(shí)出現(xiàn)顯著差別，如1995、1999年2001年可相差1.7倍。群落地上生物產(chǎn)量的波動(dòng)，在1994年的前7年，年際間波幅并不是很大，基本保持在8%左右上下浮動(dòng)；而在1996～2001年6年間，年度之間形成劇烈波動(dòng)。圖4

2.4.2 群落優(yōu)勢(shì)種和主要伴生種地上生物量變化

研究表明，鐮芒針茅、博洛特絹蒿和短柱苔草地上生物產(chǎn)量，年際間種間差別比較突出，優(yōu)勢(shì)種鐮芒針茅地上生物量、除1991年較高達(dá)到34.5 g/m2外，其他年份間保持在15～25 g/m2波動(dòng)；博洛特絹蒿1985～1987年波幅較大，1985與1986年之間相差1.7倍，與1987年之間可相差2.3倍。1988～1995年時(shí)段內(nèi)，波幅在40～50 g/m2浮動(dòng)，變幅較??；1996年下降幅度較大，只有15.9 g/m2，1999年大幅度提升，達(dá)到68.2 g/m2，形成研究時(shí)段內(nèi)產(chǎn)量最高年份，隨后大幅度下降,與草地群落總生物學(xué)產(chǎn)量的變化規(guī)律基本一致，消長(zhǎng)變化決定著草地群落總生物產(chǎn)量的變化。伴生種短柱苔草除了在1988、1991和2001年顯著低外，其他年份基本在15～30 g/m2之間波動(dòng)，在一些年際間波幅還較大。圖5

圖5 鐮芒針茅、博洛特絹蒿與主要伴生種地上生物量變化

2.4.3 群落組成植物的優(yōu)勢(shì)度變化

研究表明，鐮芒針茅與博洛特絹蒿在草地群落中一直保持著優(yōu)勢(shì)地位，博洛特絹蒿在草地群落中，各年度基本占據(jù)第一優(yōu)勢(shì)地位；鐮芒針茅多數(shù)年份居于次優(yōu)勢(shì)地位，短柱苔草優(yōu)勢(shì)度在群落中一直處于伴生種位置。從3種植物優(yōu)勢(shì)度年際變化來(lái)看，均處于波動(dòng)狀態(tài)之中，只是有波動(dòng)幅度大小的差別。圖6

在1985～2001年時(shí)間段內(nèi)，研究區(qū)草地植物群落在高度、蓋度和地上生物產(chǎn)量，始終處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，而且個(gè)別年份變化幅度較大。研究區(qū)草地在利用方式上屬于永久性放牧地，影響草地穩(wěn)定性因素主要是氣候與放牧活動(dòng)，降水量應(yīng)該是影響草地波動(dòng)的主要因素，在降雨量多的年份，草地群落各項(xiàng)數(shù)量特征值也相對(duì)較高，在遇到降水量少的年份，各項(xiàng)數(shù)量特征值也隨之降低。1985年、1986年、1991年與1996年是研究區(qū)降水量較低年份，從草地的地上生物量來(lái)看，除1991年基本沒(méi)有受到較大影響外，其余三年均顯現(xiàn)出較低的趨勢(shì)。圖7

圖7 1987～2003年研究區(qū)降水量年度變化

3 討 論

在干旱草原區(qū)，降水量對(duì)草地的影響極大，而草地對(duì)降水量的生物學(xué)響應(yīng)也十分敏感，與以往的研究結(jié)果一致[10-12]。在天然草地上，降水量對(duì)草地植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響，不僅決定于年內(nèi)總降水量的多寡，同時(shí)季節(jié)分配與牧草生長(zhǎng)需求的匹配也十分重要[13-14]，降水季與植物生長(zhǎng)季需求相匹配，盡管總降水量偏低，草地也會(huì)保持一定的生物量。

從草地群落高度、蓋度和地上生物產(chǎn)量的年度變化來(lái)看，群落高度與地上生物產(chǎn)量的波動(dòng)性要較蓋度大，年度間的波幅有時(shí)可達(dá)到2倍以上，相比之下蓋度在年度間變化相對(duì)較小。

放牧對(duì)草的影響，研究中，由于放牧引起草地年度間波動(dòng)缺乏牧壓調(diào)查數(shù)據(jù)，還尚不能說(shuō)明放牧對(duì)草地波動(dòng)有直接影響和影響程度有多大。放牧在草地形成與發(fā)展過(guò)程中的作用，與氣候因素有截然不同的區(qū)別，放牧是一種有意識(shí)和定向參與草地生態(tài)系統(tǒng)的形成與演化過(guò)程，其作用具有兩重性。在生產(chǎn)實(shí)踐中，放牧對(duì)草地影響是一個(gè)持續(xù)而循序漸進(jìn)的過(guò)程[15-17]，一般不會(huì)造成年度間較大或顯著波動(dòng)，而降水量則能顯著地影響草地?cái)?shù)量特征變化，而這種變化是帶有一定的可逆性。

4 結(jié) 論

在1985～2001年期間，研究區(qū)草地群落植物種類組成與結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化，群落優(yōu)勢(shì)種和主要伴生種在群落中的序位穩(wěn)定，始終保持著群落原有的結(jié)構(gòu)與功能。草地群落的高度、蓋度和地上生物產(chǎn)量，在1985～1995年的時(shí)段內(nèi)，除個(gè)別年份波動(dòng)幅度表現(xiàn)較大外，其它年份基本上在一個(gè)不大的波幅范圍內(nèi)變化，而這種變化均表現(xiàn)出一定的可逆性，與降水量的波動(dòng)規(guī)律基本一致。群落基本數(shù)量特征的變化，降水量是影響草地波動(dòng)的主因，放牧利用干擾應(yīng)該是次因。