鐮芒針茅、博洛特絹蒿草地群落年際動態

張鮮花，李江艷，吳詠梅，朱進忠

(新疆農業大學草業與環境科學學院/新疆草地資源與生態實驗室，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，草地質量好，是重要的天然放牧場[3]。天然草地植物生產重要特征是年際生產的波動性，產生波動性的主因一是自然因素中水條件的供給[4]，在干旱地區表現尤為明顯。【前人研究進展】一般草地豐水年和干旱年草地植物產量可相差2～3倍，荒漠草地，旱年產量只相當于豐水年的25%～30%，平年為豐水年的50%～80%[1]。草地植物生產年際不穩定，如與動物生產結合，給草地家畜承載量核定帶來較大難度。放牧加速成為影響草地發展變化的另一因素[5-6]。草地發生與發展及其演替是在以一個較長的時間過程中完成的[7-9]。【本研究切入點】有關長時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態。【擬解決的關鍵問題】以自然放牧條件下草地類型為對象，對1985～2004年17年的定位進行連續測定與群落學分析，研究草地植被主要群落特征演變，變化進程與程度，為調整草地利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究區位于天山北坡中段，距烏魯木齊市西南80 km的謝家溝地區，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，有時出現春旱和秋旱。年平均氣溫2.1～3.3℃，無霜期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，占據山地陽坡、半陽坡，與羊茅、針茅草原呈復合分布，構成山地草地垂直帶譜的草原帶，是當地春、秋兩季放牧利用草場，放牧時間春季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下，采用區域定位觀察方法，對植物群落種類組成、高度、蓋度和地上生物產量進行長時段連續測定。測定時間段為1985～2001年，每年7月中旬于相同地點、鄉土時間進行取樣。

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，地上生物產量測定樣方面積為1 m×1 m，每年調查樣方不少于30個，調查時間為每年7月10～20日植物生長旺季進行。

1.2.2 測定指標

草層高度：群落植物種自然生長高度。

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。

地上生物產量：群落植物種和類群地上生物產量，采用樣地實測法

植物優勢度：采用綜合優勢度(SDR)計算。

SDR=(C+H+W)/3。

式中：C為相對蓋度，H為相對高度，W為相對鮮重產量。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel軟件進行數據整理統計及制圖，對比年際間的動態變化。

2 結果與分析

2.1 群落植物種類組成優勢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、博洛特絹蒿為優勢種，短柱苔草為主要伴生種的群落結構沒有發生變化，草地群落組成基本成分是穩定的，氣候的波動和放牧干擾沒有導致種類成分發生演替。表1

表1 鐮芒針茅、博洛特絹蒿群落主要植物組成年際動態

2.2 群落優勢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間序列上呈波動性變化，有時在年份間的波動幅度還較大。1985～1995年間，鐮芒針茅植株高度始終在17～25 cm波幅范圍內波動，博洛特絹蒿高度在18～26 cm波幅范圍內波動；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聚集的主體，也是放牧家畜采食的主要對象，在群落中生長高度持續降低。

短柱苔草在1985～2001年間，植株高度保持在一個較穩定狀態，在群落中沒有表現出在該時段內年度間有較大差異。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 群落與優勢種、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狀態，在一些年度間的變動幅度較大，1986、1992和2000年，草地群落的蓋度均達到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。圖2

圖2 鐮芒針茅、博洛特絹蒿群落總蓋度變化

2.3.2 群落優勢種與主要伴生種蓋度變化

研究表明，組成草地植物群落優勢種鐮芒針茅分蓋度的變化趨勢，與草地植物群落總蓋的變化趨勢基本一致。1986、1991、和2000年，鐮芒針茅的蓋度最大，達到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。博洛特絹蒿在群落中的蓋度比較穩定，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。短柱苔草在群落中的蓋度波動性較大，最大與最小年份可相差近10%，穩定性表現較差。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勢種變化

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量在1985～2001年的時間尺度內，一直處于波動變化狀態，年際之間有時出現顯著差別，如1995、1999年2001年可相差1.7倍。群落地上生物產量的波動，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；而在1996～2001年6年間，年度之間形成劇烈波動。圖4

2.4.2 群落優勢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量，年際間種間差別比較突出，優勢種鐮芒針茅地上生物量、除1991年較高達到34.5 g/m2外，其他年份間保持在15～25 g/m2波動；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年時段內，波幅在40～50 g/m2浮動，變幅較小；1996年下降幅度較大，只有15.9 g/m2，1999年大幅度提升，達到68.2 g/m2，形成研究時段內產量最高年份，隨后大幅度下降,與草地群落總生物學產量的變化規律基本一致，消長變化決定著草地群落總生物產量的變化。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，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 群落組成植物的優勢度變化

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勢地位，博洛特絹蒿在草地群落中，各年度基本占據第一優勢地位；鐮芒針茅多數年份居于次優勢地位，短柱苔草優勢度在群落中一直處于伴生種位置。從3種植物優勢度年際變化來看，均處于波動狀態之中，只是有波動幅度大小的差別。圖6

在1985～2001年時間段內，研究區草地植物群落在高度、蓋度和地上生物產量，始終處于動態變化過程，而且個別年份變化幅度較大。研究區草地在利用方式上屬于永久性放牧地，影響草地穩定性因素主要是氣候與放牧活動，降水量應該是影響草地波動的主要因素，在降雨量多的年份，草地群落各項數量特征值也相對較高，在遇到降水量少的年份，各項數量特征值也隨之降低。1985年、1986年、1991年與1996年是研究區降水量較低年份，從草地的地上生物量來看，除1991年基本沒有受到較大影響外，其余三年均顯現出較低的趨勢。圖7

圖7 1987～2003年研究區降水量年度變化

3 討 論

在干旱草原區，降水量對草地的影響極大，而草地對降水量的生物學響應也十分敏感，與以往的研究結果一致[10-12]。在天然草地上，降水量對草地植物生長發育的影響，不僅決定于年內總降水量的多寡，同時季節分配與牧草生長需求的匹配也十分重要[13-14]，降水季與植物生長季需求相匹配，盡管總降水量偏低，草地也會保持一定的生物量。

從草地群落高度、蓋度和地上生物產量的年度變化來看，群落高度與地上生物產量的波動性要較蓋度大，年度間的波幅有時可達到2倍以上，相比之下蓋度在年度間變化相對較小。

放牧對草的影響，研究中，由于放牧引起草地年度間波動缺乏牧壓調查數據，還尚不能說明放牧對草地波動有直接影響和影響程度有多大。放牧在草地形成與發展過程中的作用，與氣候因素有截然不同的區別，放牧是一種有意識和定向參與草地生態系統的形成與演化過程，其作用具有兩重性。在生產實踐中，放牧對草地影響是一個持續而循序漸進的過程[15-17]，一般不會造成年度間較大或顯著波動，而降水量則能顯著地影響草地數量特征變化，而這種變化是帶有一定的可逆性。

4 結 論

在1985～2001年期間，研究區草地群落植物種類組成與結構沒有發生變化，群落優勢種和主要伴生種在群落中的序位穩定，始終保持著群落原有的結構與功能。草地群落的高度、蓋度和地上生物產量，在1985～1995年的時段內，除個別年份波動幅度表現較大外，其它年份基本上在一個不大的波幅范圍內變化，而這種變化均表現出一定的可逆性，與降水量的波動規律基本一致。群落基本數量特征的變化，降水量是影響草地波動的主因，放牧利用干擾應該是次因。