高 陽，程積民，，劉 偉

(1.西北農林科技大學動物科技學院，陜西 楊凌 712100；2.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100)

黃土高原是全世界最大的黃土集中區(qū)，受半干旱氣候和人類活動的長期影響，形成了水土流失嚴重，生態(tài)環(huán)境脆弱的局面[1]。黃土高原地區(qū)總面積為62.38萬km2，其中草地面積達20.15萬km2,天然草地占該區(qū)草地總面積的91.2%。草地是重要的生物資源，是黃土高原地區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展的基礎，在維持氣候、保持水土等方面，草地的生態(tài)服務價值相當巨大。研究天然草地在黃土高原的發(fā)展及分布規(guī)律是黃土高原地區(qū)植被恢復的迫切需要。

氣候條件是決定植物群落特征的最重要因素，黃土高原地區(qū)幅員遼闊，氣候條件不均一，尤其是制約植物生長的水分條件，呈從東南到西北遞減分布。這樣的氣候特征，決定了草地植被的地帶性分布規(guī)律，即依次分布著森林草原、典型草原和荒漠草原[2]。研究不同類型草地植物群落特征，可以充分認識氣候對植被的影響，為草地的保護與恢復工作提供理論指導，對指導該區(qū)植被和生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建具有重要意義[3]。本研究選取不同草地類型的封育和放牧草地進行群落特征研究，旨在分析黃土高原天然草地的分布規(guī)律，為合理制定生態(tài)環(huán)境建設與恢復提供參考。

1 研究區(qū)域概況

黃土高原地區(qū)是太行山以西，日月山以東，陰山、賀蘭山以南，秦嶺以北的黃土集中分布區(qū)，地處100°52′～ 114°33′ E，33°41′～ 41°16′ N。該區(qū)由東南部溫濕季風區(qū),向西北半干旱、干旱和高寒區(qū)過渡。年均氣溫東南部在13.6 ℃以上，北部和西部在3.6 ℃以下；≥10 ℃年積溫東南部最高，為4 500 ℃·d,西北部最低,為1 500 ℃·d。年均降水量從東南部600 mm,向西北逐步減為200 mm 以下[4]。

2 試驗設計與研究方法

2.1試驗設計 研究采用路線調查與樣方法相結合的方法。路線調查是根據氣候-植被特征，將黃土高原自東南向西北設計預定路線，路線涉及的草地類型包括森林草原、典型草原和荒漠草原。森林草原的優(yōu)勢植物包括小葉懸鉤子(Rubustaiwanicola)、茜草(Rubiacordifolia)、白羊草(Bothriochloaischcemum)、鐵桿蒿(Artemisiagmelinii)、狗尾草(Setariaglauca)、阿爾泰狗娃花(Heteropappualtaicus)等，典型草原的優(yōu)勢植物有本氏針茅(Stipabungeana)、厚穗冰草(Agropyrondasystachys)、賴草(Leymussecalinus)、豬毛蒿(A.scoparia)、茵陳蒿(A.capillaris)等，荒漠草原的主要優(yōu)勢植物為茵陳蒿、白刺(Nitrariatangutorum)、野蔥(Alliumchrysanthum)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)、貓頭刺(Oxytropisaciphylla)、紅砂(Reaumuriasongarica)等。

2.2調查方法 本研究于2009年10月中旬進行,依據利用方式(放牧和封育)的不同，各個草地類型設置2個50 m×50 m的樣點，記錄樣點基本信息(海拔、經緯度、氣候條件和利用方式等，表1)。每個樣點內設置3個樣地，每樣地內調查5個大小為1 m×1 m樣方，測定植物群落的多度、高度、蓋度、頻度、物種數和生物量。其中，多度以該物種出現在樣方內的株數計算；高度用樣方內該種植物3株平均絕對高度表示；蓋度以植物投影蓋度表示；頻度以該植物種出現的樣方數與樣地總樣方數的比值表示；生物量以樣方內所有植物地上部分烘干質量表示。

表1 調查樣點分布情況

2.3數據處理

2.3.1多樣性分析 在分析植物群落物種多樣性的變化時選取Shannon-wiener指數作為物種多樣性指數，選取Margalef 指數作為物種豐富度指數,選取 Pielou指數作為物種均勻度指數[5]。各指數計算公式如下：

Shannon-wiener指數：H′=-∑PilnPi。

Margalef指數：Ma=(S-1)/lnN。

Pielou指數：Jsw=(-∑PilnPi)/lnS。

重要值 (Pi)=(相對高度+相對多度+相對蓋度+相對頻度)/4。

式中，Pi為第i種植物的重要值；S為樣地中物種數目；N為樣地中所有物種個體數之和。

2.3.2統(tǒng)計分析 采用SPSS 16.0對已得數據進行均值比較和方差分析，同一草地類型2種利用方式均值比較采用t檢驗法，相同利用方式不同草地類型間多重比較采用LSD法。

3 結果

3.1不同類型草地植被特征 在比較的個體數、平均高度、蓋度和物種數指標中，荒漠草原均顯著低于其他兩類草地(P≤0.05)(圖1)，這表明荒漠草原的草地植物生長受到限制，而主要制約因素在于降水的稀缺。森林草原的樣方內個體數和平均高度顯著高于典型草原，而后者則在蓋度和物種數上優(yōu)于前者。受光照條件的影響，森林草原植物垂直生長迅速，物種單一，覆蓋度降低，而水肥條件則使得群落的個體數較多。

在森林草原的個體數、蓋度和物種數上，封育與放牧利用之間未見顯著差異(P>0.05)，但顯著降低了群落的平均高度(P≤0.05)。對于典型草原和荒漠草原，封育增加了其蓋度，并顯著提高了這兩種草地類型的群落平均高度(圖1)，即在植被恢復中起到了一定作用。對干旱半干旱地區(qū)的天然草地實施圍欄封育可有效促進該區(qū)的生態(tài)恢復建設。

在封育草地中，生物量表現為典型草原(282.58±12.22 g/m2)>森林草原(213.33±8.33 g/m2)>荒漠草原(146.67±18.04 g/m2),且各草地類型之間差異顯著(P≤0.05)(圖2)。放牧草地中，生物量的大小順序與之相同，典型草原(228.67±27.15 g/m2)>森林草原(217.33±22.06 g/m2)>荒漠草原(158.67±16.16 g/m2)。放牧并未減少典型草原和荒漠草原的草地群落生物量，而森林草原出現了生物量降低的趨勢。

3.2不同草地類型多樣性比較 不同類型的草地在群落多樣性方面存在差異(表2)，在多樣性指數、豐富度指數和均勻度指數方面，荒漠草原的多樣性明顯低于其他兩個草地類型，表明荒漠草原的群落結構尚不穩(wěn)定，仍需長期的改良和恢復。而封育措施對荒漠草原的植物群落結構方面有一定恢復作用。典型草原和森林草原的物種多樣性表現相類似，封育降低了這兩個草地類型的多樣性指數和均勻度指數，提高了其豐富度指數。

圖1 不同草地類型和利用方式下草地群落個體數、平均高度、蓋度和物種數

圖2 不同草地類型和利用方式下草地生物量

表2 不同利用方式下不同類型草地的多樣性指數、豐富度指數和均勻度指數

4 討論與結論

氣候是影響植被分布的主要因子，水分、溫度等條件的差異會造成植物群落組成及數量特征的不同。在干旱半干旱地區(qū)，降水的數量和分配是影響植被分布及組成的最為重要的因素[6]。李鎮(zhèn)清等[7]和郝彥賓等[8]分析出干旱脅迫降低了內蒙古羊草(L.chinensis)草原的總生物量。在本研究中，荒漠草原的降水量低于森林草原和典型草原，使得荒漠草原的生物量、蓋度、個體數、高度、多樣性等群落特征顯著低于其他兩類草地，表明水分條件是制約荒漠草原植物生長的主要因素。

不同的利用方式可以改變草地植物群落的結構和數量特征，大量研究表明[9-12]，過度放牧可以降低植物的物種多樣性、物種豐富度，植被蓋度、高度、密度，物種數和生物量等特征。封育是草地植被恢復建設中最經濟有效的措施之一，Belsky[13]的研究證明封育禁牧可以提高植被蓋度和物種多樣性，趙景學等[14]研究發(fā)現，短期封育即可對草地群落特征有改良效果。因此，封育是草地植被恢復的有效途徑。在本研究中，封育草地的群落特征并未明顯優(yōu)于放牧草地，甚至比放牧地個體數和物種數要少，在蓋度和平均高度方面略有提高。這表明，封育措施可以適用于黃土高原干旱半干旱區(qū)的草地保護和恢復，而合理放牧可以為森林草原區(qū)域的經濟和生態(tài)建設提供參考思路。

綜上所述，黃土高原地區(qū)天然草地群落特征存在顯著差異，無論在群落數量特征還是多樣性方面，荒漠草原都亟待修復和建設。在黃土高原地區(qū)，依據不同的氣候-植被特征制定合理的植被恢復措施對該區(qū)草場建設以及經濟發(fā)展具有重要意義。

[1]Fu X L,Shao M A,Wei X R,etal.Soil organic carbon and total nitrogen as affected by vegetation types in northern loess plateau of China[J].Geoderma,2010,155(1/2):31-35.

[2]吳欽孝,楊文治.黃土高原植被建設與持續(xù)發(fā)展[M].北京:科學出版社,1998:28.

[3]胡秀娟,程積民,萬惠娥.子午嶺林區(qū)遼東櫟、油松、柴松群落特征及其枯枝落葉層水文效應研究[J].水土保持通報,2010,30(4):46-50.

[4]劉建華,蘇大學,鐘華平.黃土高原地區(qū)草地資源兩次遙感調查比較研究[J].草地學報,2005,13(z1):20-27.

[5]周萍,劉國彬,侯喜祿.黃土丘陵區(qū)不同坡向及坡位草本群落生物量及多樣性研究[J].中國水土保持科學,2009,7(1):67-73.

[6]Peri P L,Lasagno R G.Biomass,carbon and nutrient storage for dominant grasses of cold temperate steppe grasslands in southern Patagonia,Argentina[J].Journal of Arid Environments,2010,74(1):23-34.

[7]李鎮(zhèn)清,劉振國,陳佐忠,等.中國典型草原區(qū)氣候變化及其對生產力的影響[J].草業(yè)學報,2003,12(1):4-10.

[8]郝彥賓,王艷芬,崔驍勇.干旱脅迫降低了內蒙古羊草草原的碳累積[J].植物生態(tài)學報,2010,34(8):898-906.

[9]金曉明,韓國棟.放牧對草甸草原植物群落結構及多樣性的影響[J].草業(yè)科學,2010,27(4):7-10.

[10]張靜妮,賴欣,李剛,等.貝加爾針茅草原植物多樣性及土壤養(yǎng)分對放牧干擾的響應[J].草地學報,2010,18(2):177-182.

[11]楊浩,白永飛,李永宏,等.內蒙古典型草原物種組成和群落結構對長期放牧的響應[J].植物生態(tài)學報,2009,33(3):499-507.

[12]趙登亮,劉鐘齡,楊桂霞,等.放牧對克氏針茅草原植物群落與種群格局的影響[J].草業(yè)學報,2010,19(3):6-13.

[13]Belsky J A.Effects of grazing,composition,disturbance and fire on species composition and diversity in grasslang communities[J].Journal of Vegetation Science,1992,3(2):187-200.

[14]趙景學,祁彪,多吉頓珠,等.短期圍欄封育對藏北3類退化高寒草地群落特征的影響[J].草業(yè)科學,2011,28(1):59-62.