主要氣候因子對不同放牧強度下草甸草原植被群落特征的影響

趙建國 劉存歧

摘要：試驗研究了主要氣候因子對不同放牧強度下草地植物群落結構的影響，確定了氣候因子對草句草原群落結構變化的數量特征的影響，探討了草甸草原生物多樣性和生態系統功能對氣候變化的響應與適應，為合理利用和管理天然草地以及為預測草句草原在全球氣候變化下的發展趨勢提供借鑒和依據。結果表明：不同放牧強度下草地群落特征指標與不同氣候因子的相關性有明顯差異;關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對關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鍵期平均溫度和年降水量的呈正相關性關系，重度放牧的地上生物量與環境因子的相關性不明顯。

關鍵詞：氣候因子;草甸草原;群落特征;RDA分析

中圖分類號：Q145

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）8-0031-03

1 引言

近年來，不同放牧制度、放牧強度，對草原植物種群或群落空間分布的影響成為國內草地生態研究者關注的焦點[1～5]。溫度作為影響植被生長發育和地理分布的關鍵環境因素之一，它的變化勢必會對自然生態系統的結構和功能產生深刻影響，大氣降水是草地植被需水的主要來源，在草地的形成和演替過程中其作用非常熏要;降水由于其劇烈的波動性，尤其在干旱半干旱地區，降水是影響植被生產力的重要因素，水分是限制干旱半干旱區草原生產力的關鍵因素之一[6，7]。

本論文以主要氣候因子對不同放牧強度草地群落的影響為研究對象，探討主要氣候因子與不同放牧強度草地群落的相關性。旨在了解氣候因子與不同放牧強度草原群落的相關性，為草原的保護性利用和可持續發展提供基本理論依據和基礎數據支持。

2 實驗材料與方法

2.1 研究區域概況

試驗區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2282.1萬畝，其中可利用草原面積2070萬畝，占全旗土地總面積的79%。陳巴爾虎草原總體上屬于高質中低產草原，質量上以二等為主體，產量上以5級為主。

2.2 試驗設計與研究方法

本試驗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象，在土壤、植被和地形條件相對一致的地段設置不同放牧強度由輕到重的3個放牧梯度，即零放牧區（0只羊/圍欄）、適度放牧區（10只羊/小區）和重度放牧區（14只羊/小區）3個放牧強度（每小Ⅸ面積為140 m×240 m），每個放牧強度設3個重復，其中圍封設置在每個實驗小區內。地上植被調查時間為2011年、2012年、2013年8月，調查方法為：在不同放牧強度小區內分別隨機選取樣地，做Im×Im的樣方，重復三次。調杏樣方植物的種類、測定植物高度、密度、蓋度、和地上生物量。調查樣方內出現的物種名稱，用卷尺測量其高度，用日測法確定其蓋度，植物生物量采取齊地面刈割，現場用小秤測其鮮重，待其自然風干至恒重測其干重。記錄以上全部數據。根據實測數據，記錄群落內物種的密度、蓋度、高度、生物量并計算重要值、Shannon- Wiener多樣性指數、Simpson優勢度指數和Pielou均勻度指數。在實驗地安置一個小型的氣象觀測站，記錄每日的氣象資料，包括氣溫、降水量、風速等。

3 結果與分析

3.1 研究區域物種組成和結構差異

本次調查共涉及植物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、羊草為優勢種，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。

在不同的放牧強度下，群落組成具有較大的差異性。其中重度放牧強度下，發現30種物種，零放牧和適度放牧發現37種物種。零放牧情況下，羊草的重要值呈增加趨勢;而重度放牧強度下，多年生雜草和一二年生植物的優勢度增加，冷蒿、星毛萎陵菜變為優勢種。

3.2 不同放牧強度下群落的多樣性指數

草甸草原在不同的放牧程度下，Shannon - Wiener多樣性指數、Simpson優勢度指數和Pielou均勻度指數，隨時問變化呈現明顯差異。多樣性指數反應著生態系統的穩定性、群落的復雜性和種群的多樣性。由圖1～4可以看出，在不同的放牧強度下，Shannon-Weiner指數介于0. 56～2.18之間。其中適度放牧條件下Shannon-Wie ner多樣性指數，有明顯增長的趨勢，重度放牧旱現出先增長后下降的趨勢，而零放牧第一年并沒有明顯的增長，而第二年劇烈增長。Simpson優勢度指數不僅考慮群落內物種數日，同時也考慮了每個種的榍對多度[9]。在適度放牧強度下，Simpson優勢度指數同樣呈現增長趨勢，重度放牧強度下，同樣先增后降，而零放牧強度下同樣呈現增長趨勢。Pielou均勻度指數在不同放牧強度的強度下，變化趨勢和Simpson優勢度指數相同。說明適度放牧對草甸草原生態系統最為有利，圍封草地自然恢復不如適度放牧條件下效果好。

3.3 不同放牧強度下的群落特征與環境因子的RDA

本次實驗收集到2011年1月到2014年12月相關氣象數據資料，得出年平均溫度、生長期平均溫度、關鍵期平均溫度、年降水量、生長期降水量和關鍵期降水量6項環境指標，群落特征選取地上生物量、Shannon -Wiener多樣性指數、Simpson優勢度指數和Pielou均勻度指數4個指標做RDA分析，代碼見表1，分析結果排序見圖5。

在零放牧的RDA分析中，地上生物量、Shannon -Wiener多樣性指數、Simpson優勢度指數和Pielou均勻度指數與關鍵期平均溫度、年降水量、生長期降水量、生長期平均溫度，均呈現正相關關系。其中地上生物量、Pielou均勻度指數、Simpson優勢度指數均與關鍵期平均溫度和年降水量的的相關性最大;Shannon- Wiener多樣性指數與生長期降水量呈顯著正相關關系，與年平均溫度呈最大負相關。

適度放牧的RDA分析中，關鍵期平均溫度與Simpson優勢度指數呈顯著正相關，與關鍵期降水量呈最大負相關;Shannon - Weiner指數與關鍵期平均溫度、生長期平均溫度、年降水量呈正相關，與關鍵期降雨量呈最大負相關。

重度放牧的RDA分析中，Shannon - Wiener多樣性指數與關鍵期平均溫度呈最大正相關，Simpson多樣性指數與生長期平均溫度呈最大正相關，生物量和環境因子的相關性不明顯。

研究發現，不同放牧條件下與環境因子的相關性不同;零放牧和適度放牧的地上生物量與關鍵期平均溫度和年降水量的呈正相關性關系，重度放牧的地上生物量與環境因子的相關性不明顯;Shannon- Weiner指數與關鍵期平均溫度呈正相關，與年平均溫度、關鍵期降水量呈負相關關系;Simpson多樣性指數于生長期平均溫度、關鍵期平均溫度呈正相關，與年平均溫度關鍵期降雨量呈負相關關系;Pielou指數與生長期平均濕度、關鍵期平均溫度呈正相關，與年平均溫度、關鍵期降雨量呈負相關關系。關鍵期平均溫度與所有的群落指標均為正相關關系，且關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 結論

（1）從物種豐富度、地上生物量、Shannon - Wiener多樣性指數、Simpson優勢度指數和Pielou均勻度指數各項指標看，適度放牧對草甸草原最為有利，而重度放牧對草原不利。

（2）不同放牧強度下草地群落特征指標與不同氣候因子的相關性有明顯差異。

（3）草地群落特征的變化與關鍵期平均溫度和年降水量的正相關關系最為明顯，它們是影響草原群落特征變化的最主要的氣候因子。關鍵期平均溫度與所有的群落指標均為正相關關系，群落指標對關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鍵期平均溫度和年降水量的呈正相關性關系，重度放牧的地上生物量與環境因子的相關性不明顯。

（5） Shannon- Weiner指數與關鍵期平均溫度呈正相關，與年平均溫度、關鍵期降水量呈負相關關系;Simpson多樣性指數于生長期平均溫度、關鍵期平均溫度呈正相關，與年平均溫度關鍵期降雨量呈負相關關系;Pielou指數與生長期平均溫度、關鍵期平均溫度呈正相關，與年平均溫度、關鍵期降雨量呈負相關關系。關鍵期平均溫度與所有的群落指標均為正相關關系，且關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。

參考文獻：

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