主要气候因子对不同放牧强度下草甸草原植被群落特征的影响

赵建国 刘存歧

摘要：试验研究了主要气候因子对不同放牧强度下草地植物群落结构的影响，确定了气候因子对草句草原群落结构变化的数量特征的影响，探讨了草甸草原生物多样性和生态系统功能对气候变化的响应与适应，为合理利用和管理天然草地以及为预测草句草原在全球气候变化下的发展趋势提供借鉴和依据。结果表明：不同放牧强度下草地群落特征指标与不同气候因子的相关性有明显差异;关键期平均温度和年降水量是影响草原群落特征变化的最主要的气候因子且群落指标对关键期平均温度变化的敏感性大于年降水量的变化;零放牧和适度放牧的地上生物量与关键期平均温度和年降水量的呈正相关性关系，重度放牧的地上生物量与环境因子的相关性不明显。

关键词：气候因子;草甸草原;群落特征;RDA分析

中图分类号：Q145

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）8-0031-03

1 引言

近年来，不同放牧制度、放牧强度，对草原植物种群或群落空间分布的影响成为国内草地生态研究者关注的焦点[1～5]。温度作为影响植被生长发育和地理分布的关键环境因素之一，它的变化势必会对自然生态系统的结构和功能产生深刻影响，大气降水是草地植被需水的主要来源，在草地的形成和演替过程中其作用非常熏要;降水由于其剧烈的波动性，尤其在干旱半干旱地区，降水是影响植被生产力的重要因素，水分是限制干旱半干旱区草原生产力的关键因素之一[6，7]。

本论文以主要气候因子对不同放牧强度草地群落的影响为研究对象，探讨主要气候因子与不同放牧强度草地群落的相关性。旨在了解气候因子与不同放牧强度草原群落的相关性，为草原的保护性利用和可持续发展提供基本理论依据和基础数据支持。

2 实验材料与方法

2.1 研究区域概况

试验区位于陈巴尔虎旗呼和诺尔苏木，海拔620～630 m，属于中温带半干旱大陆性气候，年平均气温为-2.4℃，年积温1580～1800℃。年均降水量为350mm，年均蒸发量1246.9 mm，降水多集中在7～9月。植被类型为贝加尔针茅十羊草十杂类草草甸草原。土壤为暗栗钙土、栗钙土和沙壤土组成[8]。该旗拥有天然草原面积2282.1万亩，其中可利用草原面积2070万亩，占全旗土地总面积的79%。陈巴尔虎草原总体上属于高质中低产草原，质量上以二等为主体，产量上以5级为主。

2.2 试验设计与研究方法

本试验选取陈巴尔虎旗呼和诺尔苏木以自由放牧方式利用的草地为研究对象，在土壤、植被和地形条件相对一致的地段设置不同放牧强度由轻到重的3个放牧梯度，即零放牧区（0只羊/围栏）、适度放牧区（10只羊/小区）和重度放牧區（14只羊/小区）3个放牧强度（每小Ⅸ面积为140 m×240 m），每个放牧强度设3个重复，其中围封设置在每个实验小区内。地上植被调查时间为2011年、2012年、2013年8月，调查方法为：在不同放牧强度小区内分别随机选取样地，做Im×Im的样方，重复三次。调杏样方植物的种类、测定植物高度、密度、盖度、和地上生物量。调查样方内出现的物种名称，用卷尺测量其高度，用日测法确定其盖度，植物生物量采取齐地面刈割，现场用小秤测其鲜重，待其自然风干至恒重测其干重。记录以上全部数据。根据实测数据，记录群落内物种的密度、盖度、高度、生物量并计算重要值、Shannon- Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数。在实验地安置一个小型的气象观测站，记录每日的气象资料，包括气温、降水量、风速等。

3 结果与分析

3.1 研究区域物种组成和结构差异

本次调查共涉及植物52种，共19科，分别为禾本科、豆科、莎草科、菊科、蔷薇科、藜科、伞形科、毛茛科、十字花科、鸢尾科、百合科、唇形科、石竹科、紫草科、龙胆科、玄参科、罂粟科、桔梗科、苋科。其中禾本科、菊科植物种类最多，分别为9种和12种之多，且多年生草本远多于一二年生草本和小半灌木。群落类型为贝加尔针茅十羊草十杂类草群落，贝加尔针茅、羊草为优势种，伴生种为麻花头、冷蒿、囊花鸢尾、寸草苔、洽草等。贝加尔针茅、羊草位于草地群落上层，低矮的冷蒿、糙隐子草、星毛萎陵菜位于草地群落的下层。

在不同的放牧强度下，群落组成具有较大的差异性。其中重度放牧强度下，发现30种物种，零放牧和适度放牧发现37种物种。零放牧情况下，羊草的重要值呈增加趋势;而重度放牧强度下，多年生杂草和一二年生植物的优势度增加，冷蒿、星毛萎陵菜变为优势种。

3.2 不同放牧强度下群落的多样性指数

草甸草原在不同的放牧程度下，Shannon - Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数，随时问变化呈现明显差异。多样性指数反应着生态系统的稳定性、群落的复杂性和种群的多样性。由图1～4可以看出，在不同的放牧强度下，Shannon-Weiner指数介于0. 56～2.18之间。其中适度放牧条件下Shannon-Wie ner多样性指数，有明显增长的趋势，重度放牧旱现出先增长后下降的趋势，而零放牧第一年并没有明显的增长，而第二年剧烈增长。Simpson优势度指数不仅考虑群落内物种数日，同时也考虑了每个种的榍对多度[9]。在适度放牧强度下，Simpson优势度指数同样呈现增长趋势，重度放牧强度下，同样先增后降，而零放牧强度下同样呈现增长趋势。Pielou均匀度指数在不同放牧强度的强度下，变化趋势和Simpson优势度指数相同。说明适度放牧对草甸草原生态系统最为有利，围封草地自然恢复不如适度放牧条件下效果好。

3.3 不同放牧强度下的群落特征与环境因子的RDA

本次实验收集到2011年1月到2014年12月相关气象数据资料，得出年平均温度、生长期平均温度、关键期平均温度、年降水量、生长期降水量和关键期降水量6项环境指标，群落特征选取地上生物量、Shannon -Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数4个指标做RDA分析，代码见表1，分析结果排序见图5。

在零放牧的RDA分析中，地上生物量、Shannon -Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数与关键期平均温度、年降水量、生长期降水量、生长期平均温度，均呈现正相关关系。其中地上生物量、Pielou均匀度指数、Simpson优势度指数均与关键期平均温度和年降水量的的相关性最大;Shannon- Wiener多样性指数与生长期降水量呈显著正相关关系，与年平均温度呈最大负相关。

适度放牧的RDA分析中，关键期平均温度与Simpson优势度指数呈显著正相关，与关键期降水量呈最大负相关;Shannon - Weiner指数与关键期平均温度、生长期平均温度、年降水量呈正相关，与关键期降雨量呈最大负相关。

重度放牧的RDA分析中，Shannon - Wiener多样性指数与关键期平均温度呈最大正相关，Simpson多样性指数与生长期平均温度呈最大正相关，生物量和环境因子的相关性不明显。

研究发现，不同放牧条件下与环境因子的相关性不同;零放牧和适度放牧的地上生物量与关键期平均温度和年降水量的呈正相关性关系，重度放牧的地上生物量与环境因子的相关性不明显;Shannon- Weiner指数与关键期平均温度呈正相关，与年平均温度、关键期降水量呈负相关关系;Simpson多样性指数于生长期平均温度、关键期平均温度呈正相关，与年平均温度关键期降雨量呈负相关关系;Pielou指数与生长期平均湿度、关键期平均温度呈正相关，与年平均温度、关键期降雨量呈负相关关系。关键期平均温度与所有的群落指标均为正相关关系，且关键期平均温度与年降水量是草甸草原气候因子中最重要的。

4 结论

（1）从物种丰富度、地上生物量、Shannon - Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数各项指标看，适度放牧对草甸草原最为有利，而重度放牧对草原不利。

（2）不同放牧强度下草地群落特征指標与不同气候因子的相关性有明显差异。

（3）草地群落特征的变化与关键期平均温度和年降水量的正相关关系最为明显，它们是影响草原群落特征变化的最主要的气候因子。关键期平均温度与所有的群落指标均为正相关关系，群落指标对关键期平均温度变化的敏感性大于年降水量的变化。

（4）零放牧和适度放牧的地上生物量与关键期平均温度和年降水量的呈正相关性关系，重度放牧的地上生物量与环境因子的相关性不明显。

（5） Shannon- Weiner指数与关键期平均温度呈正相关，与年平均温度、关键期降水量呈负相关关系;Simpson多样性指数于生长期平均温度、关键期平均温度呈正相关，与年平均温度关键期降雨量呈负相关关系;Pielou指数与生长期平均温度、关键期平均温度呈正相关，与年平均温度、关键期降雨量呈负相关关系。关键期平均温度与所有的群落指标均为正相关关系，且关键期平均温度与年降水量是草甸草原气候因子中最重要的。

参考文献：

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[2]薛睿，郑淑霞，白永飞.不同利用方式和载畜率对内蒙卉典型草原群落初级生产力和植物补偿性生长的影响[J].生物多样性，2010，（18）：300～311.

[3]宝音陶格涛，李艳梅，杨持.年不同牧压梯度下植物群落特征的比较[j].草业科学，2002，19（2）：13～15.

[4]刘颖，王德利，王旭，放牧强度对羊草草地植被特征的影响[J].草业学报，20D2，11（2）：22--28.

[5]闫瑞瑞，辛晓平，张宝辉，等.肉牛放牧梯度对呼伦贝尔草甸草原植物群落特征的影响[J].中国草地学报，2010，32（3）：62～67.

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[9]李博.生态学[M].北京：高等教育出版社，2000.