呼伦贝尔典型草原主要气象因子变化与群落多样性特征研究

贾子金，胡艳宇，霍光伟，乌云娜，刘长虹，汤 婧

(大连民族大学环境与资源学院，辽宁大连 116600)

呼伦贝尔典型草原主要气象因子变化与群落多样性特征研究

贾子金，胡艳宇，霍光伟，乌云娜*，刘长虹，汤 婧

(大连民族大学环境与资源学院，辽宁大连 116600)

通过研究内蒙古呼伦贝尔市新巴尔虎右旗兰旗庙6～8月份的降雨量和气温数据与草原群落结构多样性的关系，结果显示，从6～8月的时间尺度来看，调查样地的月平均气温呈先升高后下降的趋势，月平均降雨量也呈先升高后下降的趋势；物种数与降雨量、气温呈极显著相关，降雨量与气温呈极显著相关，香农-威纳指数与均匀度指数和辛普森指数呈极显著相关，均匀度指数与辛普森指数呈极显著相关；在干旱少雨的新巴尔虎右旗，影响植物群落结构的主要气象因子为气温和降雨量。

典型草原；降雨量；气温；多样性；群落

呼伦贝尔草原是我国温带草原分布最集中、最具代表性的生态系统类型，是我国北方地区的重要生态防护屏障，但在长期过牧与连续干旱的双重压力下，已成为我国北方草原退化的重点区域，是我国境内对全球变化反应较为敏感的生态系统[1-2]。气象因素直接影响着植物的组成、种类、结构、更新和演替，不同气候环境下的植物群落结构也有不同配置状态和特异性。气象因素的变化对草原生态系统的影响已经成为热点。

气候是决定草原生产力、植被类型及其分布的最主要因素，因此在全球变化与草原生态系统关系的研究中，气候-植被关系的确定具有十分重要的实际意义。其中气温、降雨量、相对湿度、露点温度、太阳辐射量为主要影响因素。全球变化研究中，气候变化对陆地生态系统的影响及其反馈一直是焦点和最为活跃的项目之一[3-5]。该研究以内蒙古呼伦贝尔克氏针茅典型草原为调查对象，在研究区内设立Watch Dog小型气象站，监测并记录6～8月份的实时气象数据，并采集植被数据，揭示主要气象要素对植被生长情况的影响机理，以期为草原管理提供科学合理的策略和依据。

1 资料与方法

1.1 研究区域概况研究区域位于祖国东北边陲、中俄蒙三国交界处的内蒙古呼伦贝尔市新巴尔虎右旗境内兰旗庙镇(115°31′～117°43′E、47°36′～49°50′N)，该区气候属于温带半干旱季风气候，风强雨稀，四季分明，盛行西北风，年平均风速为3.6 m/s。年降水量250～400 mm，湿润度0.5～0.7，年蒸发量在950～1 900 mm，是降水的2～7倍，因此，该区属于典型的干旱半干旱区域；年均气温-3～0 ℃，全年≥10 ℃的有效积温1 600～2 000 ℃·d；年平均日照时数3 100 h，是年可照时数的70%；冬季干冷漫长，无霜期为115～124 d。新巴尔虎右旗植被以禾本科和菊科为主的饲用植物种类繁多。全旗共有野生植物66科、232属、472种，其中饲用植物有44科、152属、297种，分别占野生植物的67%、66%、63%。土壤类型为栗钙土。

1.2 研究方法

1.2.1测量方法。在调查样地的典型地段设置50 m样线，每间隔5 m获得1 m×1 m样方，登记样方内的种类组成，分种记录植物的盖度、高度、株数。在调查样地设置Watch Dog小型气象站(美国Spectrum公司生产)，设置每30 min记录气象数据，以气温和降雨量为主要监测对象。

1.2.2数据处理方法。运用数理统计学与植被分类学的方法统计分析气象数据和群落学数据，计算植物群落的Shannon-Wiener多样性指数、Simpson生态优势度多样性指数及植物群落的均匀度指数，并应用统计软件SPSS17.0进行相关系数分析。

2 结果与分析

2.1 气温变化趋势从图1可以看出，6月气温变化波动明显，其中最低出现在6月9日，为10.48 ℃，而最高气温出现在6月24日，为25.81 ℃，温差达15.33 ℃；7月气温变化相对稳定，温度维持在18～24 ℃范围波动；8月份气温变化曲线逐渐下降，8月中旬开始，气温呈现下降趋势明显。由月平均气温来看，7月平均气温最高，而6、8月平均气温相差不大，仅为2 ℃。

2.2 降雨量变化趋势由图2可知，6月份的降水量比较少，降雨天数较为集中；7月份降雨天数少，日降雨量高；8月份降雨天数相对较多也较为分散。6月份降雨量最高的一天出现在6月8日，达13.60 mm；7月份出现2次明显的降雨，分别为21.10和29.40 mm，当月最大降雨量出现在7月15日；8月份相对6月份降雨量明显增多，出现观察期内的最大降雨量，达35.80 mm。6月份中旬降雨量非常小，气候较干旱，对植物生长产生挑战。而7月、8月中旬降雨量相对较高，这有利于植物生长。从6～8月份平均降雨量变化趋势来看，平均降雨量由高到低的排列顺序为7月>8月>6月，7月份平均降雨量为106.64 mm，6月降雨量仅为52.20 mm。

2.3 不同月份群落多样性指数比较从表1可以看出，6～8月份香农-威纳指数呈逐渐升高的趋势，即群落物种多样性逐渐升高；均匀度指数呈现出先下降后升高的趋势，其中6月最高，7月最低；辛普森指数呈现出先上升后下降的趋势，即群落物种丰富度呈先升后降的趋势，其中7月辛普森指数数值仅比8月高出0.001，6月最低。

2.4 主要气象因子与植物群落多样性指数的相关性分析由表2可知，物种数与降雨量和气温呈极显著正相关，与香农-威纳指数呈显著正相关，与均匀度指数呈负相关；香农-威纳指数与均匀度指数和辛普森指数呈极显著相关，即群落种类多样性与群落物种丰富度和群落均匀度呈极显著相关；均匀度指数与辛普森指数呈极显著相关，即群落均匀度与群落物种丰富度呈极显著相关；降雨量与气温呈极显著正相关。

表1 6～8月份新巴尔虎右旗群落多样性指数

表2 群落结构多样性与气象因子的相关性

注：**表示在 0.01 水平(双侧)上极显著相关；*表示在 0.05 水平(双侧)上显著相关。

3 结论与讨论

克氏针茅(Stipakrylovii)草原是亚洲中部草原区所特有的草原群系，是典型草原的代表类型之一[6]。在内蒙古，克氏针茅草原是一类重要的草地资源，在畜牧业生产中占有重要的地位，且气候干旱、生态系统脆弱，对气候变化响应十分敏感，从而使得内蒙古克氏针茅草原成为全球变化研究的典型区域之一。笔者通过在Watch Dog小型气象站所获取的每30 min气象数据，在分析6～8月份每日及月平均气温数据的基础上，重点分析了气温和降雨量与草原群落结构动态的关系。结果表明，从6～8月的时间尺度来看，调查样地的月平均气温呈先升高后下降的趋势，月平均降雨量也呈先升高后下降的趋势；物种数与降雨量、气温呈极显著相关，香农-威纳指数与均匀度指数和辛普森指数呈极显著相关，均匀度指数与辛普森指数呈极显著相关，降雨量与气温呈极显著相关；在干旱少雨的新巴尔虎右旗，影响植物群落结构的主要气象因子为气温和降雨量。

气候是决定草原生产力、植被类型及其分布的最主要因素，由于草原生态系统大多在干旱半干旱气候条件下，植物经过长时间的进化，各自逐渐形成了对草原气候的适应，且减少气候对其生长的影响，更好地适应恶劣的气候以满足其生存需求。因此，在这样干旱的环境下降雨、气温等气象因子对植被的影响较大。该研究结果表明，在干旱少雨的新巴尔虎右旗，影响植物群落结构的主要气象因子为气温和降雨量，而次要因子为太阳辐射量、相对湿度以及露点温度。张彩琴等通过逐步回归分析方法得出的气象因子累积回归分析结果说明，在植物生物量的形成中降水和积温因子的贡献较明显[7]。许旭等研究指出温带草原生长季平均盖度与降水呈显著正相关性，盖度对降水十分敏感；荒漠草原植被盖度是3种草原类型中与降水的相关性最强的，说明水分是缺水的荒漠草原重要的生态限制因子[8]。

在典型草原及草甸草原，由于降水充沛，水分条件不足以成为植被生长的限制性因子。与生长季等长的同期降水、生长季中期降水及夏季降水对温带草原及各草原类型生长季平均盖度有着显著的影响。这与该研究的结果相一致。这主要是因为内蒙古典型草原植物与当地自然气候条件长期适应的结果，该地区的气候特点是太阳辐射能较丰富，降水量变率大，主要集中在7月份[9]。因此，气温和降雨量成为该地区影响植物群落结构的主要气象因子。

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

[2] 陈宝瑞，李海山，辛晓平．呼伦贝尔草原植物群落空间格局及其环境解释[J]．生态学报，2010，30(5)：1265-1271．

[3] 白永飞.降水量的季节分配对克氏针茅草原群落初级生产力的影响[J].植物生态学报，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] 许旭，李晓兵，梁涵玮，等.内蒙古温带草原区植被盖度变化及其与气象因子的关系[J].生态学报，2010，30(14)：3733-3743.

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

[7] 张彩琴，杨持.生长季内草原植物生长动态与气象因子的相关分析及其模拟研究[J].内蒙古大学学报，2009，30(1)：91-96.

[8] 许旭，李晓兵，梁涵玮，等.内蒙古温带草原区植被盖度变化及其与气象因子的关系[J].生态学报，2010，30(14)：3733-3743.

[9] 黄富祥，高琼，傅德山，等.内蒙古鄂尔多斯高原典型草原百里香-本氏针茅草地地上生物量对气候响应动态回归分析[J].生态学报，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年辽宁省大学生创新创业训练计划项目(201412026000 051，201412026000008)；国家自然科学基金项目(31170402，31470504)；中央高校基本业务费重点项目(DC201501070101)；东北草地植物资源专项调查(2014FY210300)；大连民族学院2014年“太阳鸟”学生科研立项(tyn2014319，tyn2014318)。

贾子金(1994- )，男，内蒙古赤峰人，本科，专业：环境科学。*通讯作者，教授，博士，硕士生导师，从事草地生态学研究。

2015-03-26

S 812.1

A

0517-6611(2015)13-235-03