内蒙古天然草原地上净初级生产力时空动态研究

李兰花，杨 勇

(1．内蒙古草原勘察规划院，内蒙古呼和浩特010051;2．内蒙古农业大学，内蒙古呼和浩特010019)

植被净初级生产力(Net primary productivity，NPP)也被称为植被净第一性生产力，是绿色植物在单位时间、单位面积由光合作用所产生的有机物质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分［1］。同时，草原植被净初级生产力也是维持草原生态系统的物质基础，是草原上各种动物赖以生存的基本条件。它直接反映植物群落在自然环境条件下的生产能力。它也是判定生态系统的碳源/汇和调节生态过程的主要因子，因而在全球变化和碳循环中扮演着重要的角色［2－3］。

内蒙古草原是我国重要的草业和畜牧业基地，是世界上类型最丰富、保存最完整的天然草原之一。近30年来，自然因素和不合理的人为活动导致草地退化、环境恶化和沙尘暴频繁发生［4］。近年，人们采取一系列的保护措施，并且付出很大的努力，草原生态状况有所改善。但是，全球气候变化和不合理的人类活动依然在继续，导致一些草原生态保护和建设的措施没有能够发挥效用，影响草原畜牧业的可持续发展［5－7］。

基于上述背景，以内蒙古天然草原为研究区域，在调查植物群落地上净初级生产力的基础上，笔者探讨了内蒙古天然草原近五年来地上净初级生产力的时空变化，以期为今后的草原利用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1．1 研究区概况 内蒙古自治区位于我国北部边疆，地处37°24’～53°23’N，97°12’～ 126°4’E，南北最宽处约1 700 km，东西直线长达2 400 km，土地总面积118．3 km×104.0 km，占全国总面积的12．3%。地形以高原为主，由锡林郭勒高原、呼伦贝尔高原和鄂尔多斯高原等组成。该地区属于典型的温带大陆性季风气候，即温度呈现从西南向东北递减的趋势，降水却呈现从西南向东北递增的趋势，年平均气温为－5～9℃，年降水量为150～500 mm。天然草原面积占内蒙古草原总面积的82．9%，从东到西分布着草甸草原、典型草原、荒漠草原和荒漠4种地带性草地类型。其中，草甸草原集中分布在东部大兴安岭山麓的半湿润区，以多年生旱生、中旱生植物占优势，主要优势植物有贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、线叶菊(Filifolium sibiricum)、羊草(Leymus chinensis);典型草原主要由典型的旱生性多年生草本植物组成，优势物种包括大针茅(S．grandis)、克氏针茅(S．kryovii)、羊草等;荒漠草原则主要由旱生性更强的多年生矮小草本植物组成，其主要优势种为小针茅(S．klemenzii)、沙生针茅(S．glareosa)、短花针茅(S．breviflora)等;而荒漠类主要分布在阿拉善盟，草群组成中的灌木、半灌木占绝对优势，草本植物很少［8］。

1．2 野外调查 2008～2012年在内蒙古天然草原共调查具有代表性的301处样地。在每个样地内设置一个半径为30 m的样圈，以圆心为始点布设夹角为120°的3条样线，3次重复。在每条样线上距圆心5、15、25 m处分别设置一个调查样方(1 m×1 m)，记录每个样方内物种名称、密度，测定自然高度，然后齐地面刈割地上部分，烘干后称重(65℃，24 h)。在每个样地调查9个样方。同时，记录样地经纬度、海拔以及土地利用程度等信息。

1．3 数据分析 对采用Excel 2003所测得各项数据进行整理，并且作图。运用Arcgis9．0软件空间分析模块，通过空间插值计算内蒙古天然草原地上净初级生产力的空间分布。为便于地上净初级生产力空间分布特征分析，根据降雨量，将内蒙古草地分为3个区域。结合草地植被类型分布图，把内蒙古草地从东到西依次分为东部草原、中部典型草原、中部荒漠草原、西部荒漠草原和西部荒漠类(表1)。

表1 内蒙古天然草原划分

2 结果与分析

2．1 群落初级生产力空间分布 由图1可知，内蒙古天然草原地上净初级生产力相差较大。整体上，内蒙古天然草原的地上净初级生产力由东向西递减。这与该区域水热条件限制基本一致。地上净初级生产力较高的地区集中在东部地区的呼伦贝尔市、锡林郭勒盟东北部及南部地区以及兴安盟和赤峰市部分区域。该区域气候条件优越，水资源丰富，植被覆盖度高。而低值区主要分布于内蒙古西部地区的阿拉善盟。该地区日照充足，但是年均降水量小，蒸发量较大，生态环境极其脆弱，植被覆盖度低。中部地区属于中值区域。该区域气候条件相比西部地区有大幅改善。

由图2可知，不同草地类型的地上净初级生产力存有较大差异。以近五年均值为例，东部草甸草原的地上净初级生产力最大，达293．36 g/m2;西部荒漠的地上净初级生产力最小，为72．05 g/m2;中部典型草原、中部荒漠草原及西部荒漠草原的地上净初级生产力居中，其地上净初级生产力分别为233．57、113．66 和165．72 g/m2。总体上，近 5 年内蒙古温带草地的地上净初级生产力平均为175．67 g/m2。

2．2 群落初级生产力的时间动态变化 由图3可知，近5年内蒙古天然草原地上净初级生产力整体的变化呈现逐年递增的趋势。总体上，内蒙古天然草原地上净初级生产力提高71．10%，东部草原和西部荒漠草原增幅最大，都较2008年提高1倍。中部典型草原也较2008年提高71．07%，与全区整体提高幅度相当，同时中部荒漠草原和西部荒漠类也较2008年分别提高10．86%和27．77%。这在一定程度上说明我国退牧还草工程、京津风沙源治理工程以及草原生态保护补助奖励政策的实施起到了保护草原的作用。由于2009年内蒙古自治区遭受大面积的严重旱灾，全区降雨量大幅减少，导致中部典型草原、中部荒漠草原和西部荒漠类的地上净初级生产力都较2008年有所下降，中部荒漠草原降幅最大，分别比上年度下降18．98%、33．36%和7．5%。中部典型草原和西部荒漠类草原地上净初级生产力在2010年就恢复到2008年水平，而中部荒漠草原恢复较慢，直到2012年才恢复到2008年水平。这也从侧面反映出荒漠草原生态系统较脆弱、抗逆性，草地退化后植被恢复难度大。因此，需加大对荒漠草原的保护力度。西部荒漠草原地上净初级生产力在2011年有较大幅度的下降，较上年度下降15．36%。这也与2011年鄂尔多斯市降雨量减少有直接关系。

3 讨论

近年来，我国许多学者用实地调查［9］和模型模拟［10］等方法估算我国温带草地的地上生产力，但不同的研究结果存在一定的差异。马文红等［10］研究表明，内蒙古自治区荒漠草原、典型草原和草甸草原地上生物量分别为56．6、133．4、196．7 g/m2，而方精云等［11］估算的我国荒漠草原、典型草原和草甸草原的地上生物量分别为34．2、135．1 和122．4 g/m2。与前人研究相比，该研究估算的内蒙古天然草原地上净初级生产力较高。这可能是由两者研究的区域差异样地选择差异造成的。马文红等［10－11］在我国北方温带地区的地上生物量和物种多样性的关系以及内蒙古温带草地生物量及其与环境因子关系的两次研究中，发现所得荒漠草原、典型草原和草甸草原的地上生物量也相差较大。原因是这两次数据来源不仅区域不同，而且野外调查样地的利用方式、利用强度也不相同。另外，内蒙古天然草原地上生物量存在年度动态变化，且受当年降雨量的影响较大，因此研究的时间差异也会导致所得结果不同。

［1］LEITH H，WITTAKER R H．Primary productivity of the biosphere［M］．New York:Springer Verlag，1975．

［2］RUIMY A，SAUGIER B．Methodology for the estimation of terrestrial net primary production from remotely sensed data［J］．Journal of geophysical research，1994，99:5263 －5283．

［3］FIELD CB，BEHRENFELDM J，RANDERSONJT，et al．Primary production of the biosphere:Integrating terrestrial and oceanic components［J］．Science，1998，281:237 －240．

［4］王利民，姜怀志，姚纪元，等．我国北方草地的现状和可持续发展对策［J］．家畜生态，2004，25(2):4 －9．

［5］徐风君．内蒙古草地退化原因分析及其恢复治理的科技支撑［J］．科学管理研究，2002，20(6):2 －7．

［6］陈佐忠．略论草地长期动态监测与我国草地动态监网的建立［J］．中国草地，1999(5):68 －71．

［7］陈佐忠，汪诗平，王艳芬．内蒙占典型草原生态系统定位研究最新进展［J］．植物学通报，2003，20(4):423 －429．

［8］羿静，宋向阳，王晶杰．内蒙古草原植被近五年动态分析［J］．当代畜禽养殖业，2010(6):56 －59．

［9］中国科学院内蒙古宁夏综合考察队．内蒙古植被［M］．北京:科学出版社，1985．

［10］马文红，杨元合，贺金生，等．内蒙古温带草地生物量及其与环境因子的关系［J］．中国科学C 辑:生命科学，2008，38(1):84 －92．

［11］方精云，刘国华，徐嵩龄．中国陆地生态系统的碳库［M］//王庚辰，温玉璞．温室气体浓度和排放监测及相关过程．北京:中国环境科学出版社，1996．