呼倫貝爾典型草原主要?dú)庀笠蜃幼兓c群落多樣性特征研究

賈子金，胡艷宇，霍光偉，烏云娜，劉長(zhǎng)虹，湯 婧

(大連民族大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，遼寧大連 116600)

呼倫貝爾典型草原主要?dú)庀笠蜃幼兓c群落多樣性特征研究

賈子金，胡艷宇，霍光偉，烏云娜*，劉長(zhǎng)虹，湯 婧

(大連民族大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，遼寧大連 116600)

通過(guò)研究?jī)?nèi)蒙古呼倫貝爾市新巴爾虎右旗蘭旗廟6～8月份的降雨量和氣溫?cái)?shù)據(jù)與草原群落結(jié)構(gòu)多樣性的關(guān)系，結(jié)果顯示，從6～8月的時(shí)間尺度來(lái)看，調(diào)查樣地的月平均氣溫呈先升高后下降的趨勢(shì)，月平均降雨量也呈先升高后下降的趨勢(shì)；物種數(shù)與降雨量、氣溫呈極顯著相關(guān)，降雨量與氣溫呈極顯著相關(guān)，香農(nóng)-威納指數(shù)與均勻度指數(shù)和辛普森指數(shù)呈極顯著相關(guān)，均勻度指數(shù)與辛普森指數(shù)呈極顯著相關(guān)；在干旱少雨的新巴爾虎右旗，影響植物群落結(jié)構(gòu)的主要?dú)庀笠蜃訛闅鉁睾徒涤炅俊?/p>

典型草原；降雨量；氣溫；多樣性；群落

呼倫貝爾草原是我國(guó)溫帶草原分布最集中、最具代表性的生態(tài)系統(tǒng)類型，是我國(guó)北方地區(qū)的重要生態(tài)防護(hù)屏障，但在長(zhǎng)期過(guò)牧與連續(xù)干旱的雙重壓力下，已成為我國(guó)北方草原退化的重點(diǎn)區(qū)域，是我國(guó)境內(nèi)對(duì)全球變化反應(yīng)較為敏感的生態(tài)系統(tǒng)[1-2]。氣象因素直接影響著植物的組成、種類、結(jié)構(gòu)、更新和演替，不同氣候環(huán)境下的植物群落結(jié)構(gòu)也有不同配置狀態(tài)和特異性。氣象因素的變化對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)的影響已經(jīng)成為熱點(diǎn)。

氣候是決定草原生產(chǎn)力、植被類型及其分布的最主要因素，因此在全球變化與草原生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系的研究中，氣候-植被關(guān)系的確定具有十分重要的實(shí)際意義。其中氣溫、降雨量、相對(duì)濕度、露點(diǎn)溫度、太陽(yáng)輻射量為主要影響因素。全球變化研究中，氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響及其反饋一直是焦點(diǎn)和最為活躍的項(xiàng)目之一[3-5]。該研究以內(nèi)蒙古呼倫貝爾克氏針茅典型草原為調(diào)查對(duì)象，在研究區(qū)內(nèi)設(shè)立Watch Dog小型氣象站，監(jiān)測(cè)并記錄6～8月份的實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)，并采集植被數(shù)據(jù)，揭示主要?dú)庀笠貙?duì)植被生長(zhǎng)情況的影響機(jī)理，以期為草原管理提供科學(xué)合理的策略和依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況研究區(qū)域位于祖國(guó)東北邊陲、中俄蒙三國(guó)交界處的內(nèi)蒙古呼倫貝爾市新巴爾虎右旗境內(nèi)蘭旗廟鎮(zhèn)(115°31′～117°43′E、47°36′～49°50′N)，該區(qū)氣候?qū)儆跍貛О敫珊导撅L(fēng)氣候，風(fēng)強(qiáng)雨稀，四季分明，盛行西北風(fēng)，年平均風(fēng)速為3.6 m/s。年降水量250～400 mm，濕潤(rùn)度0.5～0.7，年蒸發(fā)量在950～1 900 mm，是降水的2～7倍，因此，該區(qū)屬于典型的干旱半干旱區(qū)域；年均氣溫-3～0 ℃，全年≥10 ℃的有效積溫1 600～2 000 ℃·d；年平均日照時(shí)數(shù)3 100 h，是年可照時(shí)數(shù)的70%；冬季干冷漫長(zhǎng)，無(wú)霜期為115～124 d。新巴爾虎右旗植被以禾本科和菊科為主的飼用植物種類繁多。全旗共有野生植物66科、232屬、472種，其中飼用植物有44科、152屬、297種，分別占野生植物的67%、66%、63%。土壤類型為栗鈣土。

1.2 研究方法

1.2.1測(cè)量方法。在調(diào)查樣地的典型地段設(shè)置50 m樣線，每間隔5 m獲得1 m×1 m樣方，登記樣方內(nèi)的種類組成，分種記錄植物的蓋度、高度、株數(shù)。在調(diào)查樣地設(shè)置Watch Dog小型氣象站(美國(guó)Spectrum公司生產(chǎn))，設(shè)置每30 min記錄氣象數(shù)據(jù)，以氣溫和降雨量為主要監(jiān)測(cè)對(duì)象。

1.2.2數(shù)據(jù)處理方法。運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)與植被分類學(xué)的方法統(tǒng)計(jì)分析氣象數(shù)據(jù)和群落學(xué)數(shù)據(jù)，計(jì)算植物群落的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson生態(tài)優(yōu)勢(shì)度多樣性指數(shù)及植物群落的均勻度指數(shù)，并應(yīng)用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS17.0進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫變化趨勢(shì)從圖1可以看出，6月氣溫變化波動(dòng)明顯，其中最低出現(xiàn)在6月9日，為10.48 ℃，而最高氣溫出現(xiàn)在6月24日，為25.81 ℃，溫差達(dá)15.33 ℃；7月氣溫變化相對(duì)穩(wěn)定，溫度維持在18～24 ℃范圍波動(dòng)；8月份氣溫變化曲線逐漸下降，8月中旬開(kāi)始，氣溫呈現(xiàn)下降趨勢(shì)明顯。由月平均氣溫來(lái)看，7月平均氣溫最高，而6、8月平均氣溫相差不大，僅為2 ℃。

2.2 降雨量變化趨勢(shì)由圖2可知，6月份的降水量比較少，降雨天數(shù)較為集中；7月份降雨天數(shù)少，日降雨量高；8月份降雨天數(shù)相對(duì)較多也較為分散。6月份降雨量最高的一天出現(xiàn)在6月8日，達(dá)13.60 mm；7月份出現(xiàn)2次明顯的降雨，分別為21.10和29.40 mm，當(dāng)月最大降雨量出現(xiàn)在7月15日；8月份相對(duì)6月份降雨量明顯增多，出現(xiàn)觀察期內(nèi)的最大降雨量，達(dá)35.80 mm。6月份中旬降雨量非常小，氣候較干旱，對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生挑戰(zhàn)。而7月、8月中旬降雨量相對(duì)較高，這有利于植物生長(zhǎng)。從6～8月份平均降雨量變化趨勢(shì)來(lái)看，平均降雨量由高到低的排列順序?yàn)?月>8月>6月，7月份平均降雨量為106.64 mm，6月降雨量?jī)H為52.20 mm。

2.3 不同月份群落多樣性指數(shù)比較從表1可以看出，6～8月份香農(nóng)-威納指數(shù)呈逐漸升高的趨勢(shì)，即群落物種多樣性逐漸升高；均勻度指數(shù)呈現(xiàn)出先下降后升高的趨勢(shì)，其中6月最高，7月最低；辛普森指數(shù)呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，即群落物種豐富度呈先升后降的趨勢(shì)，其中7月辛普森指數(shù)數(shù)值僅比8月高出0.001，6月最低。

2.4 主要?dú)庀笠蜃优c植物群落多樣性指數(shù)的相關(guān)性分析由表2可知，物種數(shù)與降雨量和氣溫呈極顯著正相關(guān)，與香農(nóng)-威納指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與均勻度指數(shù)呈負(fù)相關(guān)；香農(nóng)-威納指數(shù)與均勻度指數(shù)和辛普森指數(shù)呈極顯著相關(guān)，即群落種類多樣性與群落物種豐富度和群落均勻度呈極顯著相關(guān)；均勻度指數(shù)與辛普森指數(shù)呈極顯著相關(guān)，即群落均勻度與群落物種豐富度呈極顯著相關(guān)；降雨量與氣溫呈極顯著正相關(guān)。

表1 6～8月份新巴爾虎右旗群落多樣性指數(shù)

表2 群落結(jié)構(gòu)多樣性與氣象因子的相關(guān)性

注：**表示在 0.01 水平(雙側(cè))上極顯著相關(guān)；*表示在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

克氏針茅(Stipakrylovii)草原是亞洲中部草原區(qū)所特有的草原群系，是典型草原的代表類型之一[6]。在內(nèi)蒙古，克氏針茅草原是一類重要的草地資源，在畜牧業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位，且氣候干旱、生態(tài)系統(tǒng)脆弱，對(duì)氣候變化響應(yīng)十分敏感，從而使得內(nèi)蒙古克氏針茅草原成為全球變化研究的典型區(qū)域之一。筆者通過(guò)在Watch Dog小型氣象站所獲取的每30 min氣象數(shù)據(jù)，在分析6～8月份每日及月平均氣溫?cái)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了氣溫和降雨量與草原群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)的關(guān)系。結(jié)果表明，從6～8月的時(shí)間尺度來(lái)看，調(diào)查樣地的月平均氣溫呈先升高后下降的趨勢(shì)，月平均降雨量也呈先升高后下降的趨勢(shì)；物種數(shù)與降雨量、氣溫呈極顯著相關(guān)，香農(nóng)-威納指數(shù)與均勻度指數(shù)和辛普森指數(shù)呈極顯著相關(guān)，均勻度指數(shù)與辛普森指數(shù)呈極顯著相關(guān)，降雨量與氣溫呈極顯著相關(guān)；在干旱少雨的新巴爾虎右旗，影響植物群落結(jié)構(gòu)的主要?dú)庀笠蜃訛闅鉁睾徒涤炅俊?/p>

氣候是決定草原生產(chǎn)力、植被類型及其分布的最主要因素，由于草原生態(tài)系統(tǒng)大多在干旱半干旱氣候條件下，植物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)化，各自逐漸形成了對(duì)草原氣候的適應(yīng)，且減少氣候?qū)ζ渖L(zhǎng)的影響，更好地適應(yīng)惡劣的氣候以滿足其生存需求。因此，在這樣干旱的環(huán)境下降雨、氣溫等氣象因子對(duì)植被的影響較大。該研究結(jié)果表明，在干旱少雨的新巴爾虎右旗，影響植物群落結(jié)構(gòu)的主要?dú)庀笠蜃訛闅鉁睾徒涤炅?，而次要因子為太?yáng)輻射量、相對(duì)濕度以及露點(diǎn)溫度。張彩琴等通過(guò)逐步回歸分析方法得出的氣象因子累積回歸分析結(jié)果說(shuō)明，在植物生物量的形成中降水和積溫因子的貢獻(xiàn)較明顯[7]。許旭等研究指出溫帶草原生長(zhǎng)季平均蓋度與降水呈顯著正相關(guān)性，蓋度對(duì)降水十分敏感；荒漠草原植被蓋度是3種草原類型中與降水的相關(guān)性最強(qiáng)的，說(shuō)明水分是缺水的荒漠草原重要的生態(tài)限制因子[8]。

在典型草原及草甸草原，由于降水充沛，水分條件不足以成為植被生長(zhǎng)的限制性因子。與生長(zhǎng)季等長(zhǎng)的同期降水、生長(zhǎng)季中期降水及夏季降水對(duì)溫帶草原及各草原類型生長(zhǎng)季平均蓋度有著顯著的影響。這與該研究的結(jié)果相一致。這主要是因?yàn)閮?nèi)蒙古典型草原植物與當(dāng)?shù)刈匀粴夂驐l件長(zhǎng)期適應(yīng)的結(jié)果，該地區(qū)的氣候特點(diǎn)是太陽(yáng)輻射能較豐富，降水量變率大，主要集中在7月份[9]。因此，氣溫和降雨量成為該地區(qū)影響植物群落結(jié)構(gòu)的主要?dú)庀笠蜃印?/p>

[1] IPCC.Climate Change 2007：Synthesis Report[R].Oslo：Intergovernmental Panel on Climate Change，2007.

[2] 陳寶瑞，李海山，辛?xí)云剑魝愗悹柌菰参锶郝淇臻g格局及其環(huán)境解釋[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30(5)：1265-1271．

[3] 白永飛.降水量的季節(jié)分配對(duì)克氏針茅草原群落初級(jí)生產(chǎn)力的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，23(2)：155-160.

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[8] 許旭，李曉兵，梁涵瑋，等.內(nèi)蒙古溫帶草原區(qū)植被蓋度變化及其與氣象因子的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30(14)：3733-3743.

[9] 黃富祥，高瓊，傅德山，等.內(nèi)蒙古鄂爾多斯高原典型草原百里香-本氏針茅草地地上生物量對(duì)氣候響應(yīng)動(dòng)態(tài)回歸分析[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21(8)：1339-1346.

Analysis of the Change of Main Meteorological Factors and Community Diversity Characteristics of Typical Steppe in Hulun Buir

JIA Zi-jin, HU Yan-yu, HUO Guang-wei, WU Yun-na*et al

(College of Environment and Resources, Dalian Nationalities University, Dalian, Liaoning 116600)

The relation of the meteorological data from June to Autumn and grassland community structure in Hulun Buir, Inner Mongolia was studied. The results showed that the month average temperature and the month average rainfall in this place first increase and then decrease from June to Autumn; Species are significantly correlated to the rainfall and temperature; the rainfall is significantly correlated to temperature; Shannon-Wiener index is significantly correlated to Simpson index and evenness index; evenness index is significantly correlated to Simpson index. The climate of the experimental sample in New Barag Right Banner is dry and rain-less, the main meteorological factors influencing the structure of plant community are the temperature and rainfall, and the secondary factors are the solar radiation, relative humidity and dew point temperature.

Typical steppe; Precipitation; Temperature; Diversity; Community

2014年遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201412026000 051，201412026000008)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31170402，31470504)；中央高?；緲I(yè)務(wù)費(fèi)重點(diǎn)項(xiàng)目(DC201501070101)；東北草地植物資源專項(xiàng)調(diào)查(2014FY210300)；大連民族學(xué)院2014年“太陽(yáng)鳥(niǎo)”學(xué)生科研立項(xiàng)(tyn2014319，tyn2014318)。

賈子金(1994- )，男，內(nèi)蒙古赤峰人，本科，專業(yè)：環(huán)境科學(xué)。*通訊作者，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事草地生態(tài)學(xué)研究。

2015-03-26

S 812.1

A

0517-6611(2015)13-235-03