黃土高原地區不同類型天然草地群落學特征

高 陽，程積民，，劉 偉

(1.西北農林科技大學動物科技學院，陜西 楊凌 712100；2.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100)

黃土高原是全世界最大的黃土集中區，受半干旱氣候和人類活動的長期影響，形成了水土流失嚴重，生態環境脆弱的局面[1]。黃土高原地區總面積為62.38萬km2，其中草地面積達20.15萬km2,天然草地占該區草地總面積的91.2%。草地是重要的生物資源，是黃土高原地區畜牧業發展的基礎，在維持氣候、保持水土等方面，草地的生態服務價值相當巨大。研究天然草地在黃土高原的發展及分布規律是黃土高原地區植被恢復的迫切需要。

氣候條件是決定植物群落特征的最重要因素，黃土高原地區幅員遼闊，氣候條件不均一，尤其是制約植物生長的水分條件，呈從東南到西北遞減分布。這樣的氣候特征，決定了草地植被的地帶性分布規律，即依次分布著森林草原、典型草原和荒漠草原[2]。研究不同類型草地植物群落特征，可以充分認識氣候對植被的影響，為草地的保護與恢復工作提供理論指導，對指導該區植被和生態系統恢復與重建具有重要意義[3]。本研究選取不同草地類型的封育和放牧草地進行群落特征研究，旨在分析黃土高原天然草地的分布規律，為合理制定生態環境建設與恢復提供參考。

1 研究區域概況

黃土高原地區是太行山以西，日月山以東，陰山、賀蘭山以南，秦嶺以北的黃土集中分布區，地處100°52′～ 114°33′ E，33°41′～ 41°16′ N。該區由東南部溫濕季風區,向西北半干旱、干旱和高寒區過渡。年均氣溫東南部在13.6 ℃以上，北部和西部在3.6 ℃以下；≥10 ℃年積溫東南部最高，為4 500 ℃·d,西北部最低,為1 500 ℃·d。年均降水量從東南部600 mm,向西北逐步減為200 mm 以下[4]。

2 試驗設計與研究方法

2.1試驗設計 研究采用路線調查與樣方法相結合的方法。路線調查是根據氣候-植被特征，將黃土高原自東南向西北設計預定路線，路線涉及的草地類型包括森林草原、典型草原和荒漠草原。森林草原的優勢植物包括小葉懸鉤子(Rubustaiwanicola)、茜草(Rubiacordifolia)、白羊草(Bothriochloaischcemum)、鐵桿蒿(Artemisiagmelinii)、狗尾草(Setariaglauca)、阿爾泰狗娃花(Heteropappualtaicus)等，典型草原的優勢植物有本氏針茅(Stipabungeana)、厚穗冰草(Agropyrondasystachys)、賴草(Leymussecalinus)、豬毛蒿(A.scoparia)、茵陳蒿(A.capillaris)等，荒漠草原的主要優勢植物為茵陳蒿、白刺(Nitrariatangutorum)、野蔥(Alliumchrysanthum)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)、貓頭刺(Oxytropisaciphylla)、紅砂(Reaumuriasongarica)等。

2.2調查方法 本研究于2009年10月中旬進行,依據利用方式(放牧和封育)的不同，各個草地類型設置2個50 m×50 m的樣點，記錄樣點基本信息(海拔、經緯度、氣候條件和利用方式等，表1)。每個樣點內設置3個樣地，每樣地內調查5個大小為1 m×1 m樣方，測定植物群落的多度、高度、蓋度、頻度、物種數和生物量。其中，多度以該物種出現在樣方內的株數計算；高度用樣方內該種植物3株平均絕對高度表示；蓋度以植物投影蓋度表示；頻度以該植物種出現的樣方數與樣地總樣方數的比值表示；生物量以樣方內所有植物地上部分烘干質量表示。

表1 調查樣點分布情況

2.3數據處理

2.3.1多樣性分析 在分析植物群落物種多樣性的變化時選取Shannon-wiener指數作為物種多樣性指數，選取Margalef 指數作為物種豐富度指數,選取 Pielou指數作為物種均勻度指數[5]。各指數計算公式如下：

Shannon-wiener指數：H′=-∑PilnPi。

Margalef指數：Ma=(S-1)/lnN。

Pielou指數：Jsw=(-∑PilnPi)/lnS。

重要值 (Pi)=(相對高度+相對多度+相對蓋度+相對頻度)/4。

式中，Pi為第i種植物的重要值；S為樣地中物種數目；N為樣地中所有物種個體數之和。

2.3.2統計分析 采用SPSS 16.0對已得數據進行均值比較和方差分析，同一草地類型2種利用方式均值比較采用t檢驗法，相同利用方式不同草地類型間多重比較采用LSD法。

3 結果

3.1不同類型草地植被特征 在比較的個體數、平均高度、蓋度和物種數指標中，荒漠草原均顯著低于其他兩類草地(P≤0.05)(圖1)，這表明荒漠草原的草地植物生長受到限制，而主要制約因素在于降水的稀缺。森林草原的樣方內個體數和平均高度顯著高于典型草原，而后者則在蓋度和物種數上優于前者。受光照條件的影響，森林草原植物垂直生長迅速，物種單一，覆蓋度降低，而水肥條件則使得群落的個體數較多。

在森林草原的個體數、蓋度和物種數上，封育與放牧利用之間未見顯著差異(P>0.05)，但顯著降低了群落的平均高度(P≤0.05)。對于典型草原和荒漠草原，封育增加了其蓋度，并顯著提高了這兩種草地類型的群落平均高度(圖1)，即在植被恢復中起到了一定作用。對干旱半干旱地區的天然草地實施圍欄封育可有效促進該區的生態恢復建設。

在封育草地中，生物量表現為典型草原(282.58±12.22 g/m2)>森林草原(213.33±8.33 g/m2)>荒漠草原(146.67±18.04 g/m2),且各草地類型之間差異顯著(P≤0.05)(圖2)。放牧草地中，生物量的大小順序與之相同，典型草原(228.67±27.15 g/m2)>森林草原(217.33±22.06 g/m2)>荒漠草原(158.67±16.16 g/m2)。放牧并未減少典型草原和荒漠草原的草地群落生物量，而森林草原出現了生物量降低的趨勢。

3.2不同草地類型多樣性比較 不同類型的草地在群落多樣性方面存在差異(表2)，在多樣性指數、豐富度指數和均勻度指數方面，荒漠草原的多樣性明顯低于其他兩個草地類型，表明荒漠草原的群落結構尚不穩定，仍需長期的改良和恢復。而封育措施對荒漠草原的植物群落結構方面有一定恢復作用。典型草原和森林草原的物種多樣性表現相類似，封育降低了這兩個草地類型的多樣性指數和均勻度指數，提高了其豐富度指數。

圖1 不同草地類型和利用方式下草地群落個體數、平均高度、蓋度和物種數

圖2 不同草地類型和利用方式下草地生物量

表2 不同利用方式下不同類型草地的多樣性指數、豐富度指數和均勻度指數

4 討論與結論

氣候是影響植被分布的主要因子，水分、溫度等條件的差異會造成植物群落組成及數量特征的不同。在干旱半干旱地區，降水的數量和分配是影響植被分布及組成的最為重要的因素[6]。李鎮清等[7]和郝彥賓等[8]分析出干旱脅迫降低了內蒙古羊草(L.chinensis)草原的總生物量。在本研究中，荒漠草原的降水量低于森林草原和典型草原，使得荒漠草原的生物量、蓋度、個體數、高度、多樣性等群落特征顯著低于其他兩類草地，表明水分條件是制約荒漠草原植物生長的主要因素。

不同的利用方式可以改變草地植物群落的結構和數量特征，大量研究表明[9-12]，過度放牧可以降低植物的物種多樣性、物種豐富度，植被蓋度、高度、密度，物種數和生物量等特征。封育是草地植被恢復建設中最經濟有效的措施之一，Belsky[13]的研究證明封育禁牧可以提高植被蓋度和物種多樣性，趙景學等[14]研究發現，短期封育即可對草地群落特征有改良效果。因此，封育是草地植被恢復的有效途徑。在本研究中，封育草地的群落特征并未明顯優于放牧草地，甚至比放牧地個體數和物種數要少，在蓋度和平均高度方面略有提高。這表明，封育措施可以適用于黃土高原干旱半干旱區的草地保護和恢復，而合理放牧可以為森林草原區域的經濟和生態建設提供參考思路。

綜上所述，黃土高原地區天然草地群落特征存在顯著差異，無論在群落數量特征還是多樣性方面，荒漠草原都亟待修復和建設。在黃土高原地區，依據不同的氣候-植被特征制定合理的植被恢復措施對該區草場建設以及經濟發展具有重要意義。

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