呼倫貝爾典型草原主要氣象因子變化與群落多樣性特征研究

賈子金，胡艷宇，霍光偉，烏云娜，劉長虹，湯 婧

(大連民族大學環境與資源學院，遼寧大連 116600)

呼倫貝爾典型草原主要氣象因子變化與群落多樣性特征研究

賈子金，胡艷宇，霍光偉，烏云娜*，劉長虹，湯 婧

(大連民族大學環境與資源學院，遼寧大連 116600)

通過研究內蒙古呼倫貝爾市新巴爾虎右旗蘭旗廟6～8月份的降雨量和氣溫數據與草原群落結構多樣性的關系，結果顯示，從6～8月的時間尺度來看，調查樣地的月平均氣溫呈先升高后下降的趨勢，月平均降雨量也呈先升高后下降的趨勢；物種數與降雨量、氣溫呈極顯著相關，降雨量與氣溫呈極顯著相關，香農-威納指數與均勻度指數和辛普森指數呈極顯著相關，均勻度指數與辛普森指數呈極顯著相關；在干旱少雨的新巴爾虎右旗，影響植物群落結構的主要氣象因子為氣溫和降雨量。

典型草原；降雨量；氣溫；多樣性；群落

呼倫貝爾草原是我國溫帶草原分布最集中、最具代表性的生態系統類型，是我國北方地區的重要生態防護屏障，但在長期過牧與連續干旱的雙重壓力下，已成為我國北方草原退化的重點區域，是我國境內對全球變化反應較為敏感的生態系統[1-2]。氣象因素直接影響著植物的組成、種類、結構、更新和演替，不同氣候環境下的植物群落結構也有不同配置狀態和特異性。氣象因素的變化對草原生態系統的影響已經成為熱點。

氣候是決定草原生產力、植被類型及其分布的最主要因素，因此在全球變化與草原生態系統關系的研究中，氣候-植被關系的確定具有十分重要的實際意義。其中氣溫、降雨量、相對濕度、露點溫度、太陽輻射量為主要影響因素。全球變化研究中，氣候變化對陸地生態系統的影響及其反饋一直是焦點和最為活躍的項目之一[3-5]。該研究以內蒙古呼倫貝爾克氏針茅典型草原為調查對象，在研究區內設立Watch Dog小型氣象站，監測并記錄6～8月份的實時氣象數據，并采集植被數據，揭示主要氣象要素對植被生長情況的影響機理，以期為草原管理提供科學合理的策略和依據。

1 資料與方法

1.1 研究區域概況研究區域位于祖國東北邊陲、中俄蒙三國交界處的內蒙古呼倫貝爾市新巴爾虎右旗境內蘭旗廟鎮(115°31′～117°43′E、47°36′～49°50′N)，該區氣候屬于溫帶半干旱季風氣候，風強雨稀，四季分明，盛行西北風，年平均風速為3.6 m/s。年降水量250～400 mm，濕潤度0.5～0.7，年蒸發量在950～1 900 mm，是降水的2～7倍，因此，該區屬于典型的干旱半干旱區域；年均氣溫-3～0 ℃，全年≥10 ℃的有效積溫1 600～2 000 ℃·d；年平均日照時數3 100 h，是年可照時數的70%；冬季干冷漫長，無霜期為115～124 d。新巴爾虎右旗植被以禾本科和菊科為主的飼用植物種類繁多。全旗共有野生植物66科、232屬、472種，其中飼用植物有44科、152屬、297種，分別占野生植物的67%、66%、63%。土壤類型為栗鈣土。

1.2 研究方法

1.2.1測量方法。在調查樣地的典型地段設置50 m樣線，每間隔5 m獲得1 m×1 m樣方，登記樣方內的種類組成，分種記錄植物的蓋度、高度、株數。在調查樣地設置Watch Dog小型氣象站(美國Spectrum公司生產)，設置每30 min記錄氣象數據，以氣溫和降雨量為主要監測對象。

1.2.2數據處理方法。運用數理統計學與植被分類學的方法統計分析氣象數據和群落學數據，計算植物群落的Shannon-Wiener多樣性指數、Simpson生態優勢度多樣性指數及植物群落的均勻度指數，并應用統計軟件SPSS17.0進行相關系數分析。

2 結果與分析

2.1 氣溫變化趨勢從圖1可以看出，6月氣溫變化波動明顯，其中最低出現在6月9日，為10.48 ℃，而最高氣溫出現在6月24日，為25.81 ℃，溫差達15.33 ℃；7月氣溫變化相對穩定，溫度維持在18～24 ℃范圍波動；8月份氣溫變化曲線逐漸下降，8月中旬開始，氣溫呈現下降趨勢明顯。由月平均氣溫來看，7月平均氣溫最高，而6、8月平均氣溫相差不大，僅為2 ℃。

2.2 降雨量變化趨勢由圖2可知，6月份的降水量比較少，降雨天數較為集中；7月份降雨天數少，日降雨量高；8月份降雨天數相對較多也較為分散。6月份降雨量最高的一天出現在6月8日，達13.60 mm；7月份出現2次明顯的降雨，分別為21.10和29.40 mm，當月最大降雨量出現在7月15日；8月份相對6月份降雨量明顯增多，出現觀察期內的最大降雨量，達35.80 mm。6月份中旬降雨量非常小，氣候較干旱，對植物生長產生挑戰。而7月、8月中旬降雨量相對較高，這有利于植物生長。從6～8月份平均降雨量變化趨勢來看，平均降雨量由高到低的排列順序為7月>8月>6月，7月份平均降雨量為106.64 mm，6月降雨量僅為52.20 mm。

2.3 不同月份群落多樣性指數比較從表1可以看出，6～8月份香農-威納指數呈逐漸升高的趨勢，即群落物種多樣性逐漸升高；均勻度指數呈現出先下降后升高的趨勢，其中6月最高，7月最低；辛普森指數呈現出先上升后下降的趨勢，即群落物種豐富度呈先升后降的趨勢，其中7月辛普森指數數值僅比8月高出0.001，6月最低。

2.4 主要氣象因子與植物群落多樣性指數的相關性分析由表2可知，物種數與降雨量和氣溫呈極顯著正相關，與香農-威納指數呈顯著正相關，與均勻度指數呈負相關；香農-威納指數與均勻度指數和辛普森指數呈極顯著相關，即群落種類多樣性與群落物種豐富度和群落均勻度呈極顯著相關；均勻度指數與辛普森指數呈極顯著相關，即群落均勻度與群落物種豐富度呈極顯著相關；降雨量與氣溫呈極顯著正相關。

表1 6～8月份新巴爾虎右旗群落多樣性指數

表2 群落結構多樣性與氣象因子的相關性

注：**表示在 0.01 水平(雙側)上極顯著相關；*表示在 0.05 水平(雙側)上顯著相關。

3 結論與討論

克氏針茅(Stipakrylovii)草原是亞洲中部草原區所特有的草原群系，是典型草原的代表類型之一[6]。在內蒙古，克氏針茅草原是一類重要的草地資源，在畜牧業生產中占有重要的地位，且氣候干旱、生態系統脆弱，對氣候變化響應十分敏感，從而使得內蒙古克氏針茅草原成為全球變化研究的典型區域之一。筆者通過在Watch Dog小型氣象站所獲取的每30 min氣象數據，在分析6～8月份每日及月平均氣溫數據的基礎上，重點分析了氣溫和降雨量與草原群落結構動態的關系。結果表明，從6～8月的時間尺度來看，調查樣地的月平均氣溫呈先升高后下降的趨勢，月平均降雨量也呈先升高后下降的趨勢；物種數與降雨量、氣溫呈極顯著相關，香農-威納指數與均勻度指數和辛普森指數呈極顯著相關，均勻度指數與辛普森指數呈極顯著相關，降雨量與氣溫呈極顯著相關；在干旱少雨的新巴爾虎右旗，影響植物群落結構的主要氣象因子為氣溫和降雨量。

氣候是決定草原生產力、植被類型及其分布的最主要因素，由于草原生態系統大多在干旱半干旱氣候條件下，植物經過長時間的進化，各自逐漸形成了對草原氣候的適應，且減少氣候對其生長的影響，更好地適應惡劣的氣候以滿足其生存需求。因此，在這樣干旱的環境下降雨、氣溫等氣象因子對植被的影響較大。該研究結果表明，在干旱少雨的新巴爾虎右旗，影響植物群落結構的主要氣象因子為氣溫和降雨量，而次要因子為太陽輻射量、相對濕度以及露點溫度。張彩琴等通過逐步回歸分析方法得出的氣象因子累積回歸分析結果說明，在植物生物量的形成中降水和積溫因子的貢獻較明顯[7]。許旭等研究指出溫帶草原生長季平均蓋度與降水呈顯著正相關性，蓋度對降水十分敏感；荒漠草原植被蓋度是3種草原類型中與降水的相關性最強的，說明水分是缺水的荒漠草原重要的生態限制因子[8]。

在典型草原及草甸草原，由于降水充沛，水分條件不足以成為植被生長的限制性因子。與生長季等長的同期降水、生長季中期降水及夏季降水對溫帶草原及各草原類型生長季平均蓋度有著顯著的影響。這與該研究的結果相一致。這主要是因為內蒙古典型草原植物與當地自然氣候條件長期適應的結果，該地區的氣候特點是太陽輻射能較豐富，降水量變率大，主要集中在7月份[9]。因此，氣溫和降雨量成為該地區影響植物群落結構的主要氣象因子。

[1] IPCC.Climate Change 2007：Synthesis Report[R].Oslo：Intergovernmental Panel on Climate Change，2007.

[2] 陳寶瑞，李海山，辛曉平．呼倫貝爾草原植物群落空間格局及其環境解釋[J]．生態學報，2010，30(5)：1265-1271．

[3] 白永飛.降水量的季節分配對克氏針茅草原群落初級生產力的影響[J].植物生態學報，1999，23(2)：155-160.

[4] KAWABATA A，ICHII K，YAMAGUCHI Y.Global monitoring of the interannual changes in vegetation activities usingNDVIand its relationships to temperature and precipitation[J].In ternational Journal of Remote Sensing，2001，22(7)：1377-1382.

[5] 許旭，李曉兵，梁涵瑋，等.內蒙古溫帶草原區植被蓋度變化及其與氣象因子的關系[J].生態學報，2010，30(14)：3733-3743.

[6] YUAN W P.Phenological observation method in China[M].Beijing：Science Press，2007：42-58.

[7] 張彩琴，楊持.生長季內草原植物生長動態與氣象因子的相關分析及其模擬研究[J].內蒙古大學學報，2009，30(1)：91-96.

[8] 許旭，李曉兵，梁涵瑋，等.內蒙古溫帶草原區植被蓋度變化及其與氣象因子的關系[J].生態學報，2010，30(14)：3733-3743.

[9] 黃富祥，高瓊，傅德山，等.內蒙古鄂爾多斯高原典型草原百里香-本氏針茅草地地上生物量對氣候響應動態回歸分析[J].生態學報，2001，21(8)：1339-1346.

Analysis of the Change of Main Meteorological Factors and Community Diversity Characteristics of Typical Steppe in Hulun Buir

JIA Zi-jin, HU Yan-yu, HUO Guang-wei, WU Yun-na*et al

(College of Environment and Resources, Dalian Nationalities University, Dalian, Liaoning 116600)

The relation of the meteorological data from June to Autumn and grassland community structure in Hulun Buir, Inner Mongolia was studied. The results showed that the month average temperature and the month average rainfall in this place first increase and then decrease from June to Autumn; Species are significantly correlated to the rainfall and temperature; the rainfall is significantly correlated to temperature; Shannon-Wiener index is significantly correlated to Simpson index and evenness index; evenness index is significantly correlated to Simpson index. The climate of the experimental sample in New Barag Right Banner is dry and rain-less, the main meteorological factors influencing the structure of plant community are the temperature and rainfall, and the secondary factors are the solar radiation, relative humidity and dew point temperature.

Typical steppe; Precipitation; Temperature; Diversity; Community

2014年遼寧省大學生創新創業訓練計劃項目(201412026000 051，201412026000008)；國家自然科學基金項目(31170402，31470504)；中央高校基本業務費重點項目(DC201501070101)；東北草地植物資源專項調查(2014FY210300)；大連民族學院2014年“太陽鳥”學生科研立項(tyn2014319，tyn2014318)。

賈子金(1994- )，男，內蒙古赤峰人，本科，專業：環境科學。*通訊作者，教授，博士，碩士生導師，從事草地生態學研究。

2015-03-26

S 812.1

A

0517-6611(2015)13-235-03