黄土高原地区不同类型天然草地群落学特征

高 阳，程积民，，刘 伟

(1.西北农林科技大学动物科技学院，陕西 杨凌 712100；2.中国科学院水利部水土保持研究所，陕西 杨凌 712100)

黄土高原是全世界最大的黄土集中区，受半干旱气候和人类活动的长期影响，形成了水土流失严重，生态环境脆弱的局面[1]。黄土高原地区总面积为62.38万km2，其中草地面积达20.15万km2,天然草地占该区草地总面积的91.2%。草地是重要的生物资源，是黄土高原地区畜牧业发展的基础，在维持气候、保持水土等方面，草地的生态服务价值相当巨大。研究天然草地在黄土高原的发展及分布规律是黄土高原地区植被恢复的迫切需要。

气候条件是决定植物群落特征的最重要因素，黄土高原地区幅员辽阔，气候条件不均一，尤其是制约植物生长的水分条件，呈从东南到西北递减分布。这样的气候特征，决定了草地植被的地带性分布规律，即依次分布着森林草原、典型草原和荒漠草原[2]。研究不同类型草地植物群落特征，可以充分认识气候对植被的影响，为草地的保护与恢复工作提供理论指导，对指导该区植被和生态系统恢复与重建具有重要意义[3]。本研究选取不同草地类型的封育和放牧草地进行群落特征研究，旨在分析黄土高原天然草地的分布规律，为合理制定生态环境建设与恢复提供参考。

1 研究区域概况

黄土高原地区是太行山以西，日月山以东，阴山、贺兰山以南，秦岭以北的黄土集中分布区，地处100°52′～ 114°33′ E，33°41′～ 41°16′ N。该区由东南部温湿季风区,向西北半干旱、干旱和高寒区过渡。年均气温东南部在13.6 ℃以上，北部和西部在3.6 ℃以下；≥10 ℃年积温东南部最高，为4 500 ℃·d,西北部最低,为1 500 ℃·d。年均降水量从东南部600 mm,向西北逐步减为200 mm 以下[4]。

2 试验设计与研究方法

2.1试验设计 研究采用路线调查与样方法相结合的方法。路线调查是根据气候-植被特征，将黄土高原自东南向西北设计预定路线，路线涉及的草地类型包括森林草原、典型草原和荒漠草原。森林草原的优势植物包括小叶悬钩子(Rubustaiwanicola)、茜草(Rubiacordifolia)、白羊草(Bothriochloaischcemum)、铁杆蒿(Artemisiagmelinii)、狗尾草(Setariaglauca)、阿尔泰狗娃花(Heteropappualtaicus)等，典型草原的优势植物有本氏针茅(Stipabungeana)、厚穗冰草(Agropyrondasystachys)、赖草(Leymussecalinus)、猪毛蒿(A.scoparia)、茵陈蒿(A.capillaris)等，荒漠草原的主要优势植物为茵陈蒿、白刺(Nitrariatangutorum)、野葱(Alliumchrysanthum)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)、猫头刺(Oxytropisaciphylla)、红砂(Reaumuriasongarica)等。

2.2调查方法 本研究于2009年10月中旬进行,依据利用方式(放牧和封育)的不同，各个草地类型设置2个50 m×50 m的样点，记录样点基本信息(海拔、经纬度、气候条件和利用方式等，表1)。每个样点内设置3个样地，每样地内调查5个大小为1 m×1 m样方，测定植物群落的多度、高度、盖度、频度、物种数和生物量。其中，多度以该物种出现在样方内的株数计算；高度用样方内该种植物3株平均绝对高度表示；盖度以植物投影盖度表示；频度以该植物种出现的样方数与样地总样方数的比值表示；生物量以样方内所有植物地上部分烘干质量表示。

表1 调查样点分布情况

2.3数据处理

2.3.1多样性分析 在分析植物群落物种多样性的变化时选取Shannon-wiener指数作为物种多样性指数，选取Margalef 指数作为物种丰富度指数,选取 Pielou指数作为物种均匀度指数[5]。各指数计算公式如下：

Shannon-wiener指数：H′=-∑PilnPi。

Margalef指数：Ma=(S-1)/lnN。

Pielou指数：Jsw=(-∑PilnPi)/lnS。

重要值 (Pi)=(相对高度+相对多度+相对盖度+相对频度)/4。

式中，Pi为第i种植物的重要值；S为样地中物种数目；N为样地中所有物种个体数之和。

2.3.2统计分析 采用SPSS 16.0对已得数据进行均值比较和方差分析，同一草地类型2种利用方式均值比较采用t检验法，相同利用方式不同草地类型间多重比较采用LSD法。

3 结果

3.1不同类型草地植被特征 在比较的个体数、平均高度、盖度和物种数指标中，荒漠草原均显著低于其他两类草地(P≤0.05)(图1)，这表明荒漠草原的草地植物生长受到限制，而主要制约因素在于降水的稀缺。森林草原的样方内个体数和平均高度显著高于典型草原，而后者则在盖度和物种数上优于前者。受光照条件的影响，森林草原植物垂直生长迅速，物种单一，覆盖度降低，而水肥条件则使得群落的个体数较多。

在森林草原的个体数、盖度和物种数上，封育与放牧利用之间未见显著差异(P>0.05)，但显著降低了群落的平均高度(P≤0.05)。对于典型草原和荒漠草原，封育增加了其盖度，并显著提高了这两种草地类型的群落平均高度(图1)，即在植被恢复中起到了一定作用。对干旱半干旱地区的天然草地实施围栏封育可有效促进该区的生态恢复建设。

在封育草地中，生物量表现为典型草原(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),且各草地类型之间差异显著(P≤0.05)(图2)。放牧草地中，生物量的大小顺序与之相同，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)。放牧并未减少典型草原和荒漠草原的草地群落生物量，而森林草原出现了生物量降低的趋势。

3.2不同草地类型多样性比较 不同类型的草地在群落多样性方面存在差异(表2)，在多样性指数、丰富度指数和均匀度指数方面，荒漠草原的多样性明显低于其他两个草地类型，表明荒漠草原的群落结构尚不稳定，仍需长期的改良和恢复。而封育措施对荒漠草原的植物群落结构方面有一定恢复作用。典型草原和森林草原的物种多样性表现相类似，封育降低了这两个草地类型的多样性指数和均匀度指数，提高了其丰富度指数。

图1 不同草地类型和利用方式下草地群落个体数、平均高度、盖度和物种数

图2 不同草地类型和利用方式下草地生物量

表2 不同利用方式下不同类型草地的多样性指数、丰富度指数和均匀度指数

4 讨论与结论

气候是影响植被分布的主要因子，水分、温度等条件的差异会造成植物群落组成及数量特征的不同。在干旱半干旱地区，降水的数量和分配是影响植被分布及组成的最为重要的因素[6]。李镇清等[7]和郝彦宾等[8]分析出干旱胁迫降低了内蒙古羊草(L.chinensis)草原的总生物量。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、盖度、个体数、高度、多样性等群落特征显著低于其他两类草地，表明水分条件是制约荒漠草原植物生长的主要因素。

不同的利用方式可以改变草地植物群落的结构和数量特征，大量研究表明[9-12]，过度放牧可以降低植物的物种多样性、物种丰富度，植被盖度、高度、密度，物种数和生物量等特征。封育是草地植被恢复建设中最经济有效的措施之一，Belsky[13]的研究证明封育禁牧可以提高植被盖度和物种多样性，赵景学等[14]研究发现，短期封育即可对草地群落特征有改良效果。因此，封育是草地植被恢复的有效途径。在本研究中，封育草地的群落特征并未明显优于放牧草地，甚至比放牧地个体数和物种数要少，在盖度和平均高度方面略有提高。这表明，封育措施可以适用于黄土高原干旱半干旱区的草地保护和恢复，而合理放牧可以为森林草原区域的经济和生态建设提供参考思路。

综上所述，黄土高原地区天然草地群落特征存在显著差异，无论在群落数量特征还是多样性方面，荒漠草原都亟待修复和建设。在黄土高原地区，依据不同的气候-植被特征制定合理的植被恢复措施对该区草场建设以及经济发展具有重要意义。

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