阿勒泰地區不同草地類型植被特征

楊 磊, 熊黑剛

(1.新疆大學 資源與環境科學學院, 烏魯木齊 830046; 2.新疆農業大學 管理學院, 烏魯木齊 830052;3.北京聯合大學 應用文理學院, 北京100083; 4.新疆大學 綠洲生態教育部重點實驗室, 烏魯木齊 830046)

草地具有獨特的資源優勢和環境優勢，一直都是人類居住的理想場所，是人類社會文明和進步的發祥地[1-2]。目前關于草地生物量研究的方法主要使用的是傳統的直接收獲法[3-5]，利用遙感估測法對草地生物量進行分析的研究也較多[6-8]，還有些研究既使用了遙感方法對生物量進行估測又對草原生物量的影響因素進行了分析[3,6-7,9-10]。

有關阿勒泰草地的研究，俞婷[11]對阿勒泰市草原退化的原因進行了分析，張煒[12]對阿勒泰市退牧還草工程生態效益進行了探討；劉興元[13]依據功能分區指數，將阿勒泰牧區草地從空間上劃分為：高效經濟、生態保護和混合功能區，然而關于整個阿勒泰地區草原的研究報道還是比較少的，只是涉及阿勒泰部分區域：如秦春艷等[14]對阿勒泰布爾津縣土地利用變化進行了分析；趙炎等[15]、馬麗[16]分別對阿勒泰地區福海縣、富蘊縣不同類型草地的主要物種、產草量、載畜量進行了分析。而有關阿勒泰地區草原生物量的研究更是少之又少：沙依拉[17]只是通過一年(2009年)數據分析了阿勒泰山區的草原生物量在月間(6月、7月、8月、9月)的差異，也沒有包括平原地區；鈔振華[18]在2004年開展相關研究時，只計算了各個縣不同產草量等級的草地面積占比情況；即使毛繼榮[19]分析了阿勒泰地區1980—2011年的草原退化，但只有少量的1980年與2011年的草原生物量實測數據。以上報道均未系統回答不同草地類型的植被特征，也未分析阿勒泰草原生物量在空間上的分布特征，而本文所用數據量覆蓋均勻分布于阿勒泰6縣1市162個大樣地、365個小樣方，針對以上問題開展相關研究，為草原生態保護提供理論基礎。

1 研究區概況與方法

1.1 研究區概況

阿勒泰地區位于新疆維吾爾自治區最北部，地處北緯45°00′—49°11′，東經85°31′—91°04′。東、北、西分別和蒙古、俄羅斯、哈斯克斯坦等國為鄰。阿勒泰地區隸屬伊犁哈薩克自治州，包括阿勒泰市、哈巴河縣、布爾津縣、福海縣、富蘊縣、青河縣、吉木乃縣7縣(市)，4個地方國營農牧廠和兵團第十師團場。

阿勒泰地區遠離海洋，大氣干燥，自然降水少。西部、山地降水多，年降水量可達400～600 mm。森塔斯(阿勒泰市山區)年降水量最多，高達700 mm以上，積雪深度1～2 m，成為亞洲大陸腹地的“濕島”。東南部、丘陵平原區降水少，年降水量只有150～200 mm，積雪深度30～80 cm。南部荒漠(戈壁)區年降水量約95 mm，少積雪。阿勒泰草地位于荒漠氣候控制之下，草地類型以荒漠類草地占優勢，占全區草地面積的70%以上。草地利用上具有明顯的季節性特征，全年分為夏牧場、春秋場和冬牧場3種季節牧場，四季輪換利用，其中春秋場一年利用兩次。

針對不同草地類型，阿勒泰地區包含有高寒草甸、山地草甸、沼澤、低地草甸、溫性草甸草原、溫性草原、溫性荒漠化草原、溫性草原化荒漠和溫性荒漠9種類型。

1.2 草地植被監測

在阿勒泰市、吉木乃、哈巴河、富蘊、福海、青河、布爾津6縣1市，于2014年7月16—30日進行不同草地類型地上植被監測：草地調查嚴格按照《草原資源與生態監測技術規程》NY/T1233—2006要求進行布設，共設監測樣地179個，去掉水蝕、風沙等嚴重破壞的，共有162個樣地、1 m×1 m的樣方365個。監測內容包括地理位置、海拔高度、坡向、坡位、土壤質地、植物種類、植物高度、植物蓋度，并將樣方內植物齊地刈割，然后稱重，再帶回實驗室烘干稱干重，以獲取地上生物量數據。

1.3 生活型劃分

植物生活型是植物對綜合環境條件的長期適應，而在外貌上反映出來的植物類型[20]。研究區內植被類型多為草原，零星喬木或者灌木，在植物群落中不是建群種或者優勢種，多為偶然出現。在進行生活型劃分時,我們首先依據Whittaker[21]對維管植物通生活型的劃分依據，結合當地植物生態學特征，將調查到的草原植物劃分為灌木、小半灌木、多年生草本、一年生草本。下文出現的植被生活型縮寫情況：AH為一年生草本植物(annuals)；ABH為一、二年生植物(annuals and biennials)；PH為多年生草本(perennial herbs)；S為灌木(shrubs)；SS為半灌木(小半灌木)(sub-shrubs)。

1.4 草原生物量遙感反演

本文將阿勒泰地區草原產草量情況分為6個等級：(1) 產草量60～300 kg/hm2，(2) 產草量300～350 kg/hm2，(3) 產草量350～400 kg/hm2，(4) 產草量400～500 kg/hm2，(5) 產草量500～1 500 kg/hm2，(6) 產草量大于1 500 kg/hm2。

利用2014年阿勒泰地區6縣1市162個監測樣地、365個1 m×1 m的草地樣方生物量數據，以及2014年7月底草地生物量實地調查同期NDVI植被指數數據，建立實測生物量與NDVI指數回歸關系，最后借助ArcGIS 10.5，反演阿勒泰地區草原生物量空間變化情況。

2 結果與分析

2.1 不同草地類型植被組成

表1是本研究對阿勒泰地區草地物種組成情況進行調查的結果，在本次調查中，共發現了127種植物，隸屬于22科，70屬。就生活型構成而言，與一、二年生植物相比，多年生草本所占比例最大。

表1 不同草地類型物種組成

續表1

續表1

阿勒泰地區不同草地類型物種組成不同。通過計算不同草地類型不同物種的重要值，發現：高寒草原以羽衣草(Alchemillasp.)、苔草、羊茅和早熟禾等為主(圖1A)；山地草甸以苔草、羽衣草、針茅、老鸛草等為建群種(圖1B)；沼澤以蘆葦(Phragmitesaustralias)、莎草等為主(圖1C)；低地草甸以蘆葦、偃麥草、拂子茅、甘草等植物為主(圖1D)；溫性草甸草原以千葉蓍、苔草、早熟禾等植物為主(圖1E)；溫性草原以苔草、針茅、羊茅為主要植物(圖1F)；溫性草原化荒漠主要是以針茅、芨芨草等植物為主(圖1G)；溫性荒漠以蒿子、駝絨藜、假木賊、木地膚等植物為主圖(1H)。

綜合以上，阿勒泰地區不同草地類型的物種組成中，高寒草原以禾本科、莎草科植物為主；山地草甸以禾本科、莎草科、薔薇科植物為主；沼澤以禾本科、莎草科植物為主；低地草甸以禾本科、豆科植物為主；溫性草甸草原以菊科、禾本科、莎草科為主；溫性草原以菊科、禾本科、莎草科為主；溫性草原化荒漠主要是菊科、禾本科為主；溫性荒漠以菊科、藜科為主。

圖1 各種草地類型中植物重要值

2.2 不同草地類型植被特征

2.2.1 不同草地類型海拔高度特征 表2是不同草地類型的海拔高度，大小依次排列為：高寒草甸>山地草甸>溫性草甸草原>溫性草原>溫性荒漠化草原>溫性草原化荒漠>溫性荒漠>沼澤>低地草甸。其中，第一等級是高寒草甸海拔最高，第二等級是山地草甸、溫性草甸草原，最低等級是溫性荒漠，這3個等級差異顯著(p<0.05)。

2.2.2 不同草地類型植被高度特征 由表3可知，阿勒泰地區草地植被高度(草群平均高度)在不同草地類型中的排序為：沼澤>低地草甸>溫性草甸草原>山地草甸>溫性草甸>溫性草原化荒漠>溫性荒漠草原>高寒草甸>溫性荒漠。其中，植被高度最高的等級包含沼澤、低地草甸，植被高度為49.10～59.50 cm，并與其他植被類型的植被高度差異顯著(p<0.05)。

表2不同草地類型海拔高度分布范圍、平均值

m

表3 不同草地類型植被高度范圍、平均值 cm

2.2.3 不同草地類型植被蓋度特征 由表4可知，不同類型草地植被蓋度由大到小排序為：沼澤>低地草甸>山地草甸>高寒草甸>溫性草甸草原>溫性荒漠草原>溫性草原>溫性荒漠>溫性草原化荒漠。其中，第一等級是高寒草甸、山地草甸、沼澤和低地草甸，具有較高的植被蓋度，植被蓋度在78.3%～87.5%，第二等級是溫性草甸草原植被蓋度為67.0%，第三等級為溫性草原與溫性荒漠草原，蓋度在46.9%～46.0%，植被蓋度等級最低是的溫性草原化荒漠與溫性荒漠，這4個等級差異顯著(p<0.05)。

表4 不同草地類型植被蓋度范圍、平均值 %

2.2.4 不同草地類型生物量特征 從表5可以看出，不同類型草地地上生物量由大到小排序為：沼澤>低地草甸>溫性草甸草原>山地草甸>溫性草原>高寒草甸>溫性草原化荒漠>溫性荒漠。其中，第1等級為沼澤，擁有最高生物量為(1 606.8±95.50) g/m2(鮮重)，(521.67±33.27) g/m2(干重)；第2等級為低地草甸，生物量為(764.80±168.68) g/m2(鮮重)，(240.71±59.28) g/m2(干重)，第3等級為溫性草甸草原、山地草甸，生物量為369.42～411.09 g/m2(鮮重)，113.60～116.47 g/m2(干重)，其余類型為第4等級，生物量在57.99～153.83 g/m2(鮮重)，21.45～48.04 g/m2(干重)。以上4個等級差異顯著(p<0.05)。

表5 不同草地類型地上生物量(鮮重)范圍、平均值 g/m2

2.3 阿勒泰草原生物量空間分布特征

圖2量化了實測生物量與歸一化植被指數NDVI關系，兩者之間的關系可用冪函數來模擬：y=7695.807x1.327(R2=0.421，p<0.05)。

圖2 地上生物量與歸一化植被指數回歸模型

現分析阿勒泰草原生物量空間分布情況。基于均勻分布于6縣1市草原生物量數據，得到阿勒泰地區2014年生物量分布圖(圖3A)，可以看出阿勒泰地區草原生物量空間分布呈自南向北逐漸增加的趨勢，這與該區水分自南向北遞增的趨勢一致。結合行政區劃(圖3B)，福海縣、富蘊縣、青河縣以南生物量水平較低，越向準噶爾盆地古爾班通古特沙漠方向生物量越少。

圖3 草原生物量分布

3 結 論

(1) 阿勒泰地區不同草地類型物種組成為：高寒草原以禾本科(羊茅、早熟禾等)、莎草科(苔草等)植物為主；山地草甸以禾本科(早熟禾、禾草等)、莎草科(苔草等)、薔薇科(羽衣草等)植物為主；沼澤以禾本科(蘆葦等)、莎草科(莎草等)植物為主；低地草甸以禾本科(蘆葦、拂子茅、偃麥草等)、豆科(甘草等)植物為主；溫性草甸草原以菊科(千葉蓍等)、禾本科(早熟禾、羽狀針茅等)、莎草科(苔草等)為主；溫性草原以菊科(蒿子等)、禾本科(針茅、羊茅等)、莎草科(苔草等)為主；溫性草原化荒漠主要是菊科(絹蒿等)、禾本科(針茅等)為主；溫性荒漠草原以禾本科(針茅、隱子草等)、菊科(蒿子等)、藜科為主(木地膚等)；溫性荒漠以菊科(蒿子等)、藜科(駝絨藜、假木賊、木地膚等)為主。

(2) 針對不同草地類型的植被特征：① 海拔高度中，高寒草甸海拔最高，其次是山地草甸、溫性草甸草原；② 植被蓋度中，第一等級是高寒草甸、山地草甸、沼澤和低地草甸(蓋度為78.3%～87.5%)，第二等級是溫性草甸草原(67.0%)，第三等級為溫性草原與溫性荒漠草原(蓋度為46.9%～46.0%)，最低是的溫性草原化荒漠與溫性荒漠。③ 地上生物量中，第一等級為沼澤(鮮重為1 606.8±95.50 g/m2，干重為521.67±33.27 g/m2)，第二等級為低地草甸(鮮重為764.80±168.68 g/m2，干重為240.71±59.28 g/m2)，第三等級為溫性草甸草原、山地草甸(鮮重為369.42～411.09 g/m2，干重為113.60～116.47 g/m2)，其余草地類型單位面積生物量較小(鮮重為57.99～153.83 g/m2，干重為21.45～48.04 g/m2)。④ 植被高度中，沼澤、低地草甸植被最高(49.10～59.50 cm)，并與其他植被類型形成顯著差異(p<0.05)。

(3) 阿勒泰草原生物量呈現自南向北增加的空間分布特征，這與該區水分自南向北遞增的趨勢一致。依據行政區劃富蘊、福海、吉木乃縣以南地表植被地上生物量水平較低，越向古爾班通古特沙漠方向生物量值越低。