降水对高寒草甸草原植被盖度及地上生物量的影响

白文丽，胡发成,*，赵雅丽

(1.武威市草原工作站，甘肃 武威 733000；2.天祝县草原工作站)

降水量决定了植被生长的水分条件，是决定植被生产力的有效指标。本研究以高寒草甸草原为研究对象，利用多年采集的地上生物量与年度降水量数据，分析降水量对草原植被地上生物量的影响。研究地点选择在甘肃省天祝藏族自治县(以下简称天祝县)。天祝县位于甘肃省中部，祁连山东端，属青藏、内蒙古、黄土三大高原交汇地带的一部分，境内草原广阔，牧草丰美，水资源丰富，系黄河水系发源地之一。全县有天然草地39.14万hm2，是一个以牧业为主的县，天然草原生物量的产出，影响着全县生态环境保护和社会经济发展。通过分析研究降水量对高寒草甸草原植被盖度和地上生物量的影响，进而通过预测分析年度降水量来预测年度草原生产力情况，为天然草原核定载畜量提供科学依据。

天祝县位于102°01′～103°40′E，36°30′～37°35′N之间，海拔高度 2 040～4 873 m，年平均气温-0.2～1.3℃，≥0℃积温1 327.7～1 738.2℃， 降水量265.5～630 mm，相对无霜期120 d左右，无四季之分，仅分冷暖两季，冷季长达7个月之久。土壤主要有山地黑钙土、栗钙土、 亚高山草甸土、高山草甸土等。天然草原有温性草原、温性荒漠化草原、高寒灌丛草甸、高寒草甸、低平地草甸等五种类型，主要牧草有49 科158属276种，以禾本科(Poaceae)、莎草科(Cyperaceae)和蓼科(Polygonaceae)为主，其次为菊科(Asteraceae)、豆科(Leguminosae sp)、蔷薇科(Rosaceae)、藜科(Chenopodiaceae)。

1 材料与方法

1.1 区域概况

调查研究范围为天祝县高寒草甸草原。该类草原是在高寒湿润气候条件下发育形成的一类草地，分布在海拔3 400～4 100 m的高山寒漠下限的高山坡地、浑圆山顶及开阔夷平面。这里气候寒冷而潮湿，年均温度一般在0℃以下，年降雨量350～550 mm，日均温≥10℃的天数不足50 d，≥10℃年积温不足500℃，≥0℃年积温800～1000℃，土壤主要为高山草甸土，母质多为残积坡积物，土层厚 60～100 cm，腐殖质层较厚，土质疏松，其生境特点是：高寒湿润，热量不足，土壤有机质不能充分分解转化，部分地段夏季也有大雪覆盖。草地群落主要由苔草属、嵩草属和一些小丛禾草、小杂类草植物组成。植物主要种类有矮嵩草(Kobresia humips(C.B.Mey.)Sweg.)、线叶嵩草(Kobresia capillifolia (Decne.) C. B. Clarke)、珠芽蓼 (Polygonum viviparum L)、头花蓼(P.capitatum)、垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb)、凤毛菊(Saussurea japonica (Thunb.) DC.)、胎生早熟禾(Poa pratensis L.)、蚤缀(Arenaria serpyllifolia L.)、绿绒蒿(Meconopsis)等，间有灌丛分布。牧草质量和适口性较好，耐牧性强，各类家畜均宜。由于气候高寒，主要用做夏季或夏秋季牧场。

1.2 调查内容与方法

从2013年开始，在土壤类型一致、地势相对平坦的高寒草甸原禁牧区设置样地11个，每个样地随机选取3个1 m×1 m样方，样方与样方之前的间隔不少于250 m，共33个样方。每年8月中旬测定植被盖度、草群平均高度、产草量。根据年度气象资料，分析降水量对植被盖度和地上生物量的影响。

2 结果与分析

2.1. 不同年度降雨量

从表1中看出，2013～2018年，天祝县年度降雨量差异较大，2018年最高，达516 mm，其次是2016年，达468.7 mm，2015年最低，降雨量为282.4 mm。2018年降雨量比2015年提高了82.72%。

表1 天祝县不同年度不同阶段降雨量

根据天祝县降雨量对植被生长的影响，将降雨量分为三个阶段，即1～4月份，5～8月份，9～12月份。1～4月份，2014年、2017年降雨量分别为68.8 mm和63.9 mm，2015年、2016年、2018年基本一致，为30～50 mm。2013年最低，为8.3 mm。5～8月份，2018年降雨量最高，为352.6 mm，其次是2016年，为318 mm，2013年、2014年和2017年在200～270 mm。9～12月份，2013年、2014年和2015年在60～90 mm之间，2016年、2017年和2018年基本一致，在100 mm以上。

2.2 不同年度地上生物量和植被盖度

从表2中看出，2013～2018年6年中，植被盖度均为100%。2017年鲜草产量最高，为1 1215.95 kg/hm2,其次是2014年、2018年，2013年鲜草产量最低，为6289.8 kg/hm+2。草群平均高度和鲜草产量呈正相关。

表2 不同年度降雨量及地上生物量和植被盖度

2.3 降雨量对地上生物量及植被高度的影响

天祝县高寒草甸草原牧草种类主要以下繁草为主，植株矮小，株丛多半是短营养枝，大量叶片集中于株丛基部。还有莲座丛草，如车前、风毛菊等。在正常年景降雨量下，植被盖度均在100%以上。

从不同年度降雨量及地上生物量变化情况分析，天然高寒草甸草原产草量不因降雨量的增加而增加。从表2和图1分析，降雨量在400 mm左右，即可满足牧草生长需水要求。降雨量过多，由于年度气温不高，草群密度大，制约牧草生长，植被低矮，牧草产量降低，从而影响了草原生产能力。

图1 产草量随降雨量变化情况 图2 草群平均高度随降雨量变化情况

从一年中降雨量的分布来看，1～4月份和5～8月份降雨量的多少，对高寒草甸草原影响较大。2014年、2017年1～4月份降雨量达68.8和63.9 mm，5～8月份降雨量达270.1mm和216.7 mm，鲜草产量为8 614.7 kg/hm2和11 215.95 kg/hm2。2016年、2018年1～4月份降雨量达38.2 mm和34.2 mm，5～8月份降雨量达318 mm和352.6 mm，鲜草产量为6 349.1 kg/hm2和8 614.95 kg/hm2。2013年，1～4月份降雨量达8.3mm，5～8月份降雨量达206.5 mm，鲜草产量为6 289.8 kg/hm2，6年中鲜草产量最低。从以上对比分析可知，1～4月份和5～8月份降雨量对牧草的生长有促进和抑制作用。通过综合分析，2014年、2017年两年，1～4月份降雨量60～70 mm之间，5～8月份降雨量在200～270 mm之间，高寒草甸草原牧草长势最佳，产草量较理想。从图2看出，降雨量与植被高度的关系和以上分析基本一致，再不做对比分析。

3 结论

综上所述，在高寒草甸草原生态系统中，春季降水是影响植物生长的重要因素，对于植被群落地上生物量积累具有重要作用，而夏季降水也是一个关键因素，一定幅度的增加或减少不会影响植被群落地上生物量积累；而降水量过大，由于气温较低，植被光热需求不能保障，植被群落地上生物量积累则会减少。通过分析，1～4月份降雨量60～70 mm之间，5～8月份降雨量在200～270 mm之间，高寒草甸草原牧草长势最佳，产草量较理想。可以据此在未来气候变化背景下，通过预测年度降水量来预测年度草原生产力，为高寒草甸草原核定载畜量提供科学依据。本次只对降水这一单一因子对高寒草甸草原地上生物量的影响进行了研究，今后结合温度、土壤肥力等多项因子进行研究，以便更加准确的预测高寒草甸草原地上生物量，为核定载畜量提供精准的理论依据。