于 洋，高 俊，王志明，王 娟，張 艷

（北京林業(yè)大學水土保持學院，北京 100083）

植物群落的波動是指可恢復的在相對較小的時間尺度下（如月、季、年）的群落變化[1]。植被波動，尤其是草地植被波動充分反映了植被群落對生態(tài)、非生態(tài)因子的作用的承受結(jié)果[2]。因此，研究植被波動規(guī)律對于草地植被經(jīng)營管理具有重要意義。但是，目前對植物群落波動性的研究在國內(nèi)外均不多見，相關(guān)研究也主要集中在植被波動的定義、類型、特征及波動產(chǎn)生的機理方面[3-8]。而且，植被動態(tài)方面的研究很多都是針對南方森林群落研究[9-11]。彭少麟等對森林群落波動及波動強度的測定進行了探討，提出了植物群落波動強度的概念，并在統(tǒng)計學和生態(tài)學理論的指導下，提出了測定波動強度的公式，對植物群落波動的定量研究起了推動作用[12-13]。而采用定點觀測資料進行植被動態(tài)研究的較少[14]，尤其是對北方荒漠化地區(qū)沙質(zhì)草地植被的波動性研究更不多見。為此，在同類研究的基礎(chǔ)上，在典型區(qū)設(shè)置樣地，進行6 a定點期觀測。結(jié)合樣地調(diào)查資料，通過構(gòu)建多倫縣沙質(zhì)草地植被波動強度計算公式，以期為干旱區(qū)荒漠化評價提供參考，并進一步為研究沙質(zhì)草地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和沙區(qū)草場植被恢復提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)多倫縣位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟東南部，東經(jīng) 115°51′～116°54′，北緯 41°46′～42°36′。面向京津，是內(nèi)蒙古距北京最近的旗。多倫縣氣候?qū)傥覈鴸|部季風區(qū)，中溫帶，半干旱向半濕潤過渡地區(qū)的典型大陸性氣候，年平均降水量385.5 mm，年平均風速3.6m/s，無霜期100 d左右。

多倫縣地處內(nèi)蒙古高原南部，陰山山地東端北坡，渾善達克沙地南端，東部與大興安嶺向西南延伸的余脈銜接，縣境地行為四周高、中間低的半環(huán)形盆地。海拔1 150～1 800m，地貌屬低山丘陵。縣境內(nèi)土壤屬栗鈣土區(qū)，土壤類型主要可分為：灰褐土、黑鈣土、栗鈣土、草甸土和風沙土。所占面積由高到低依次為：栗鈣土70.1%，風沙土16.6%，草甸土6.95%，黑鈣土3.35%，灰褐土3.00%?？h境內(nèi)主要分為典型草原、森林草原、草甸草原、沙丘沙地等植被類型。

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)及樣方調(diào)查

研究區(qū)域選擇距城南15 km處的一塊沙質(zhì)草地。為了研究的準確性，選擇植被長勢較好，人為干擾影響較小的樣地，樣地大小設(shè)置為300 m×300 m，同時采用水泥樁定位，每年進行定期和定位監(jiān)測。在樣地內(nèi)，均勻布設(shè)30個樣方，樣方大小為1 m×1m。每年以樣方為單位進行植被調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容主要包括植物種類和群落密度、蓋度、高度、生物量等指標。由于多倫縣7～9月沙質(zhì)草地植被生長較好，是植物的生長季，故選擇2004～2009年的7～9月進行調(diào)查，并根據(jù)每年的降雨情況和植被生長情況確定具體樣方調(diào)查時間。

2.2 植被波動強度公式的構(gòu)建

運用生物統(tǒng)計學的方法，初步構(gòu)建植被波動強度的計量公式：

（1）式中FS表示草地植被的波動強度；Ai為第i年植被的蓋度；Bi為第i年植被的高度；Ci為第i年植被的密度；Di為第 i年植被的生物量；a、b、c、d為相應各指標的權(quán)重系數(shù)；r為草地植被觀測年數(shù)（文中r值為6）

采用專家打分法來確定各特征值的權(quán)重系數(shù)，共選擇8位相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的專家對本文選取的4種植被特征值（蓋度、生物量、高度、密度）進行權(quán)重的評定。其權(quán)重系數(shù)的確定標準是按照4個不同指標對多倫縣沙質(zhì)草地植被生長情況的反映程度來確定各指標的權(quán)重得分，4個指標權(quán)重得分之和為40分。表1是選出的8位專家對多倫縣沙質(zhì)草地植被4種植被特征值的權(quán)重評定得分結(jié)果，最終權(quán)重系數(shù)為每位專家評定的權(quán)重得分的平均值。從表1專家評定結(jié)果來看，蓋度和生物量權(quán)重得分較高，而密度和高度權(quán)重得分則相對較小。權(quán)重系數(shù)a、b、c、d 的值分別為 16.2、2.6、3.1 和 18.1。

將 a、b、c、d 四個權(quán)重值帶入公式（1），得到多倫縣沙質(zhì)草地植被波動強度公式：

表1 各特征值權(quán)重系數(shù)專家打分

3 結(jié)果分析

3.1 植被特征值分析

從2004～2009年多倫縣沙質(zhì)草地的植被蓋度分析結(jié)果（圖1）可以看出，2004年、2006年、2007年的植被蓋度均大于平均值31.27%，其中以2004年為最大，達到42.12%，2005年、2008年、2009年的植被蓋度均小于平均值，以2008年蓋度最小，僅為18.21%。

圖1 2004～2009年植被蓋度

樣地植物群落高度的波動趨勢見圖2。2004～2009年平均群落高度為16.2 cm，除2008年、2009年群落高度低于平均值外，其余年份均大于平均值，其中以2004年最大，為17.7 cm。本文統(tǒng)計的群落高度是指群落的平均高度，雖然能在一定程度上反映沙質(zhì)草地的植被生長情況，但影響較小，因此群落高度權(quán)重值僅為2.6。

圖2 2004～2009年植被群落高度

草地植被群落密度受調(diào)查前期降水影響較大，主要是前期降雨豐富導致一年生草本大量生長，造成群落密度增大。群落密度波動情況見圖3。2006、2007年調(diào)查前期研究區(qū)降水量較為豐富，調(diào)查時伴生植物大量生長，使得群落密度較大，分別為 154、112、140株/m2，均高于多年平均密度（79株/m2）。其余年份均低于平均值，其中2005年群落密度最低，僅28株/m2。這是由于2005年調(diào)查前期降水較少，嚴重影響了草本植物特別是伴生植物的生長。

圖3 2004～2009年植被密度和生物量

樣地內(nèi)，建群種主要以多年生草本植物為主，群落生物量則主要由建群種和優(yōu)勢種構(gòu)成，較大程度上能反映植被生長狀況，故權(quán)重系數(shù)較大。2004～2009年，樣地內(nèi)群落生物量分別為395.92、284.73、263.52、228.94、120.04、160.36 g/m2， 多 年 平均 為242.45 g/m2。生物量波動趨勢與蓋度基本一致（圖3），前 4 a（2004～2007 年）生物量較高，都在平均水平以上，2008～2009年生物量較低，都在平均值以下。

3.2 植被波動強度分析

根據(jù)上述植被波動強度計算公式，根據(jù)表1權(quán)重系數(shù)，計算出沙質(zhì)草地植被波動強度，結(jié)果（見圖4）?？煽闯?，研究區(qū)2004～2009年草地植被波動強度分別為 0.412、－0.032、0.198、0.133、－0.430、－0.282。波動強度在一定程度上反映了該年度的沙質(zhì)草地植被生長狀況。以植被波動強度將草地植被波動強度劃分為正向波動和負向波動，波動強度大于0為正向波動，表明植被生長好于正常年；波動強度小于0則為負向波動，表明植被生長狀況較正常年差。正向波動以2004年最大，波動強度為0.412，其次為2006 年、2007 年，分別為 0.198、0.133；負向波動最大的是2008年，波動強度為－0.430，其次為2009年和2005年，波動強度分別為－0.282和－0.032。一般而言，正向波動強度越大表明植被生長越好，負向波動率的絕對值越大則植被越差。

圖4 多倫縣沙質(zhì)植被波動強度曲線

3.3 調(diào)查前期降雨量分析

通過當?shù)貧庀缶质占斈甑慕涤曩Y料，考慮到樣方調(diào)查時間安排在當年的7～9月份，試驗對與當年植被調(diào)查結(jié)果關(guān)系密切的4～7月降雨量進行統(tǒng)計，并結(jié)合上文得出的植被強度曲線進行比較分析，結(jié)果見圖5。

圖5 2004～2009年植被波動強度曲線與4～7月降雨量的吻合情況

除2007年外，其余年份4～7月降雨量波動情況與植被波動強度曲線基本一致。降雨量已被普遍證明是荒漠化地區(qū)植被生長的最主要影響因子，所以，這在一定程度上表明植被波動強度能較好的反映荒漠化地區(qū)植被生長情況。2007～2009年4～7月降雨量統(tǒng)計結(jié)果與植被波動強度不一致，其原因有待進一步探討。

4 結(jié)論與討論

（1）降雨量的多少已被普遍證明是荒漠化地區(qū)植被生長的最主要影響因子之一。2004～2006年植被波動強度曲線與調(diào)查前期降雨量曲線基本一致，說明植被波動強度曲線在一定程度上能夠反映多倫縣沙質(zhì)草地植被的生長狀況。2007～2009年植被波動強度曲線與降雨量曲線不一致。這可能與取樣點選擇、植被種類、植被種群競爭等因素有關(guān)。

（2）基于生態(tài)學、統(tǒng)計學，結(jié)合中國北方半干旱地區(qū)沙質(zhì)草地植被的脆弱性、邊緣性等特征，構(gòu)建了多倫縣沙質(zhì)草地植被波動強度的計算公式，這是一種較為簡便快速的統(tǒng)計方法。試驗參數(shù)采用專家權(quán)重法確定，其中蓋度、高度、生物量參數(shù)基本一致，而密度參數(shù)存在差異。因此，關(guān)于公式中參數(shù)的確定，有待進一步探討。

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