烏拉蓋草原植物群落多樣性現(xiàn)狀

包烏云，邢 旗*，張 健，劉亞玲，程 磊，陳 翔，杜宇凡，阿拉騰蘇和

(1.內(nèi)蒙古蒙草生態(tài)環(huán)境(集團(tuán))股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 0100202.內(nèi)蒙古草原生態(tài)畜牧產(chǎn)業(yè)研究院股份有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

1 引言

群落多樣性是生物多樣性的一個(gè)重要組成部分，是生態(tài)系統(tǒng)能夠得以維持穩(wěn)定或是正向演替的重要調(diào)控因素〔1〕。群落多樣性是物種豐富度和分布均勻性的綜合反映，體現(xiàn)了群落結(jié)構(gòu)類型、組織水平、發(fā)展階段、穩(wěn)定程度和生境差異，反映了生物群落在組成、結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)等方面的異質(zhì)性〔2,3〕。對(duì)于植物群落多樣性特征的分析研究，有利于從植物群落的結(jié)構(gòu)、組成及功能等方面來認(rèn)識(shí)一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展演替規(guī)律，從而能科學(xué)地保護(hù)和合理地利用一個(gè)地區(qū)的生物資源〔1〕。

烏拉蓋草原是我國目前保存較完整，人為擾動(dòng)較輕的天然草原景觀生態(tài)區(qū)域。烏拉蓋草原的地帶性植被是以貝加爾針茅(Stipabiacalensis)建群的草甸草原為代表，地形與生境類型多樣，使植物群落類型有相應(yīng)的分化，呈現(xiàn)出有規(guī)律的梯度序列〔4〕。在烏拉蓋管理區(qū)東北部的寶格達(dá)山，形成森林灌叢植被；北部與東部以丘陵為主，約占全區(qū)面積的3/4，主要植被類型是含有豐富雜類草的貝加爾針茅草甸草原；西南部為高平原漫崗，地勢(shì)平緩，主要植被是以貝加爾針茅、羊草(Leyumschinensis)為主的草甸草原；往西，逐漸被大針茅(Stipagrandis)草原所替代〔4〕。由于烏拉蓋河及其支流色也勒吉河縱貫全境，在河流中下游形成寬闊的河灘與階地，成為多樣化的草甸、灌叢、沼澤復(fù)合分布的濕地景觀〔4〕。王淑芳〔5〕利用TM遙感影像對(duì)烏拉蓋河流域自1991至2010年的植被覆蓋變化進(jìn)行了分析研究，結(jié)果顯示近20年間植被蓋度不斷降低，整體上處于逐漸退化趨勢(shì)。經(jīng)過近幾年的草原生態(tài)保護(hù)政策的實(shí)施，如今的“天邊草原”植被現(xiàn)狀如何？

本研究對(duì)烏拉蓋管理區(qū)境內(nèi)的34個(gè)調(diào)查樣地進(jìn)行了植被調(diào)查，基本摸清了烏拉蓋草原植物資源現(xiàn)狀。這將對(duì)烏拉蓋草原資源的保護(hù)與利用、草原生態(tài)系統(tǒng)功能的提升、綠色畜牧業(yè)的健康發(fā)展以及生態(tài)旅游的合理規(guī)劃等都具有重要意義。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

烏拉蓋管理區(qū)位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟東北部(東經(jīng) 118°44' - 119°50'，北緯 45°29' - 46°38')，是隸屬于錫林郭勒盟享有旗縣級(jí)行政管理權(quán)限的地區(qū)，土地面積 5013km2，草原、林地、耕地分別占總面積的88.7% 、1.7% 、5.5%。烏拉蓋管理區(qū)境內(nèi)屬于半濕潤、半干旱大陸性氣候，冬季寒冷而漫長，夏季涼爽而短促，春季干燥多風(fēng)，四季交替明顯，晝夜溫差大〔6〕。2015-2017年，烏拉蓋年降雨量分別為386.67mm、305.84mm、282.32mm；年均溫度分別為1.7℃、-2.1℃、-3.54℃；大于10℃有效積溫分別為2332.42℃、1969.3℃、1946.59℃。

本研究于2015-2017年每年8月份對(duì)烏拉蓋管理區(qū)不同草原類型進(jìn)行了植物多樣性調(diào)查。3年共調(diào)查了34個(gè)樣地，遍布了烏拉蓋管理區(qū)賀斯格烏拉、哈拉蓋圖和烏拉蓋3個(gè)農(nóng)牧場，涉及溫性草甸草原、山地草甸、溫性典型草原、低地草甸等，具體樣地分布見圖1，樣地基本信息見表1。

圖1 調(diào)查樣地分布圖Fig 1 distribution of surveyed plot

調(diào)查年份樣地編號(hào)草原類經(jīng)度(E)緯度(N)土壤類型地貌2015年1溫性草甸草原類119.11395°45.82493°暗栗鈣土平原2低地草甸類119.58588°45.86736°草甸土低平地3溫性草甸草原類119.23404°46.06875°暗栗鈣土平原4山地草甸類119.59833°46.36872°黑鈣土山地5溫性草甸草原類119.42553°46.35611°黑鈣土丘陵6溫性草甸草原類119.41207°46.25192°黑鈣土丘陵7溫性草甸草原類119.19649°45.98197°栗鈣土平原8溫性草甸草原類119.24666°46.23039°草甸土丘陵9溫性草甸草原類118.79602°45.81414°栗鈣土丘陵2016年10溫性草甸草原類119.20346°45.78658°栗鈣土平原11溫性草甸草原類119.33627°46.13494°栗鈣土丘陵12溫性草甸草原類118.90472°45.78333°栗鈣土丘陵13溫性草甸草原類119.46074°45.90770°栗鈣土平原14溫性草甸草原類119.27889°45.84306°黑鈣土平原15溫性草甸草原類119.49583°45.85417°黑鈣土丘陵16溫性草甸草原類119.50427°45.89217°黑鈣土丘陵17溫性草甸草原類119.27720°46.32639°暗栗鈣土丘陵18低地草甸類119.05054°46.15377°栗鈣土低平地19低地草甸類119.23593°46.26101°黑鈣土低平地20溫性草甸草原類119.32211°46.01463°栗鈣土丘陵21山地草甸類118.99809°46.17674°栗鈣土山地22溫性草甸草原類119.59988°45.91230°栗鈣土丘陵23溫性草甸草原類119.17880°45.96032°栗鈣土平原24溫性草甸草原類119.03506°45.84015°栗鈣土平原25溫性典型草原類119.10928°45.69282°草甸土平原2017年26溫性草甸草原類119.69742°46.02411°栗鈣土丘陵27山地草甸類119.56954°46.33409°暗栗鈣土山地28溫性草甸草原類119.17285°46.26100°栗鈣土平原29低地草甸類119.19236°45.98814°草甸土低平地30低地草甸類119.25647°46.26244°草甸土低平地31溫性草甸草原類119.15262°45.82301°栗鈣土丘陵32溫性典型草原類118.99061°45.68628°草甸土平原33山地草甸類119.43060°46.32712°黑鈣土山地34溫性草甸草原類119.47691°45.89621°栗鈣土丘陵

2.2 觀測取樣方法

采用中國科學(xué)院植物研究所植被與環(huán)境變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出的草地生物多樣性監(jiān)測方案〔7〕進(jìn)行植物多樣性調(diào)查，總調(diào)查面積25hm2。具體實(shí)施方法如圖1所示：首先選擇空間上連續(xù)分布的500m×500m調(diào)查樣地，樣地中心的100m×100m位于所調(diào)查植被的代表性地段；再以中心點(diǎn)確定正東、正西、正南、正北方向，拉4條250m的樣線，每25m做一個(gè)調(diào)查樣方；接著在中心100m×100m的范圍內(nèi)順著東北和西南對(duì)角線做三個(gè)種-面積關(guān)系的調(diào)查和記錄。同時(shí)，調(diào)查人員進(jìn)行樣地位置、地形地貌、土壤類型、植被類型、群落物種組成等信息的記錄，每個(gè)樣地測4個(gè)1m2樣方內(nèi)總生物量干重。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用SAS 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)和多重比較。運(yùn)用Microsoft excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖。

群落相似性指數(shù)-Whittaker指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中，S為所調(diào)查的25公頃范圍內(nèi)記錄的物種總數(shù)，M為各樣方的平均物種數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 物種豐富度

(1)25公頃內(nèi)的物種豐富度

不同調(diào)查樣地植物群落物種豐富度差異較大，但大部分調(diào)查樣地的物種豐富度相對(duì)較高(表2)。34個(gè)調(diào)查樣地中，在所調(diào)查的25公頃范圍內(nèi)物種數(shù)量大于100種的有18個(gè)樣地，約占總調(diào)查樣地的53%；物種數(shù)量大于120種的有12個(gè)樣地，占總調(diào)查樣地的26.5%；物種數(shù)量在90～120種之間的有14個(gè)樣地，占總調(diào)查樣地的41.2%；物種數(shù)在80種以下的僅有5個(gè)樣地，占總調(diào)查樣地的14.7%(表2)。

其中，物種豐富度最高的是樣地 3，在所調(diào)查的25公頃范圍內(nèi)約有161種植物，分屬37科、95屬；其次為樣地27和33，物種數(shù)分別為145和146；豐富度最低的是樣地25，在調(diào)查范圍內(nèi)僅有48種植物，分屬15科、37屬(表2)。

表2 各調(diào)查樣地植物群落物種數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 2 Species number of plant communities in surveyed plot

(2) 1m2內(nèi)的物種豐富度

各調(diào)查樣地的1m2內(nèi)平均物種數(shù)差異也較大(表3)。34個(gè)調(diào)查樣地中，有6個(gè)樣地的物種數(shù)大于或等于20種，有13個(gè)樣地的物種數(shù)在15～20種之間，12個(gè)樣地的物種數(shù)在10～15之間。其中，物種數(shù)量最高的是樣地33，1m2內(nèi)有29種植物；其次為樣地6和31，均為23種。樣地23、25和30等3個(gè)樣地的物種數(shù)少于10種，1m2內(nèi)物種數(shù)量分別為9、7、9種。

表3 各調(diào)查樣地在1m2內(nèi)的平均物種數(shù)Table 3 The average number of species of 1m2area ineach surveyed plot

3.2 豆科和禾本科植物種數(shù)

豆科和禾本科植物在草地群落中的占比代表著該草群營養(yǎng)價(jià)值的高低和適口性的好壞。烏拉蓋草原植物種類豐富，受不同的群落類型和生長環(huán)境的影響，不同的調(diào)查樣地其豆科和禾本科植物的種類差異較大(表4)。

34個(gè)調(diào)查樣地中，有18個(gè)樣地的豆科植物種類在10種及以上，其余16個(gè)樣地的種類不到10種。樣地24、26、33、和34的豆科植物種類在15種及以上，分別占樣地總物種數(shù)的17.24%、14.91%、15.75%和12.12%。其中，以樣地33為最高，有23種豆科牧草。樣地1的豆科植物種類雖然不高，只有9種，但其在群落中的占比較高，達(dá)12.68%。樣地2和25中豆科植物種類最少，有3種，占樣地總物種數(shù)的3.66%和6.38%。

各調(diào)查樣地中，有25個(gè)樣地的禾本科植物種類在10種及以上，其余9個(gè)樣地的種類不到10種。樣地3、15、18和29的禾本科植物種類在18種以上，分別占樣地總物種數(shù)的13.66%、14.88%、17.8%和17.82%。其中，樣地3的種類最多，有22種禾本科植物。另有樣地2、11、12、16、19、25和30的禾本科植物種類并不是特別高，但其在群落中的占比較高，均在13%以上，甚至樣地25的占比是34個(gè)調(diào)查樣地中最高，為23.4%。樣地1、4、7、9、10、14、22、24和32的種類不到10種，樣地4和5的禾本科植物種類在群落中的占比最低，均不到8%。樣地24的種類最少，僅有7種，占群落總物種數(shù)的8.05%。

表4 豆科和禾本科植物種數(shù)及其在群落總物種數(shù)的占比Table 4 Thespeciesnumberandtheirproportion of legume and gramineous plants

3.3 主要植物物種頻度及排序

通過物種頻度可以看出該群落的主要物種組成。圖3顯示了各調(diào)查樣地物種的頻度最高的10種植物。由圖可以看出，34個(gè)調(diào)查樣地中，樣地2、3、16、19、30和33等6個(gè)樣地中羊草未出現(xiàn)或出現(xiàn)較少，其余28個(gè)樣地內(nèi)羊草出現(xiàn)的頻度相對(duì)較高，其中20個(gè)樣地的羊草出現(xiàn)的頻度在群落物種前三。有13個(gè)樣地內(nèi)針茅出現(xiàn)的頻度較高，分別為1、9、10、12、15、17、20、21、22、24、27、32和34，其他21個(gè)樣地中出現(xiàn)的頻度較低。樣地1、10、20、26、27、28、34中苔草的頻度也較高，樣地13、16、18、19、25、29和30中星星草出現(xiàn)的頻度較高，樣地1、3、4、5、6、12、17、21和33中地榆出現(xiàn)的頻度較高，樣地14、24和31中線葉菊出現(xiàn)的頻度較高。

圖3 各調(diào)查樣地主要植物種的頻度及排序Fig 3 Rank of the plant species according to frequency in surveyed plot

3.4 草地產(chǎn)草量

不同調(diào)查樣地草地群落產(chǎn)草量見表5。由表5可以看出，不同調(diào)查樣地的產(chǎn)草量差異較大，34個(gè)樣地中產(chǎn)量最高的是樣地13(2741.73kg/公頃)，每公頃干草產(chǎn)量高于2000kg的還有樣地2和樣地5，產(chǎn)量在1600kg～2000kg/公頃的有6個(gè)樣地，產(chǎn)量在1300kg～1600kg/公頃的有6個(gè)樣地，其余19個(gè)樣地的每公頃干草產(chǎn)量低于1300kg。

表5 各調(diào)查樣地產(chǎn)草量Table 5 Yield of surveyed plot

注：同一列同一小寫字母表示二者之間無顯著差異。

Note: Same lowercase letters represent no significant different between the tow.

3.5 烏拉蓋草原植物群落物種組成

2015-2017年共調(diào)查的34個(gè)樣地，涉及473種植物，分屬49科、220屬(表6)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，草地群落中菊科植物種類最多，有95種，約占群落總物種數(shù)的20%；禾本科植物有57種，占比約為12%；豆科植物有46種，約占總物種數(shù)的10%；莎草科植物有20種，約占總物種數(shù)的4%(表6)。

表6 2015-2017年烏拉蓋草原植物群落豐富度及主要科物種數(shù)Table 6 Plant community richness of Ulagai grassland and main family plant

從各調(diào)查樣地群落異質(zhì)性看(表7)，34個(gè)調(diào)查樣地中樣地 2、 3、8、13、17、19、20、23、24、29、30等10個(gè)調(diào)查樣地的β多樣性指數(shù)相對(duì)于其他樣地較高，β多樣性指數(shù)均大于10，表明群落異質(zhì)性較大。樣地 1、18、31、32、33等5個(gè)調(diào)查樣地的β多樣性指數(shù)均小于5.5，表明調(diào)查范圍內(nèi)群落相似性相對(duì)較高(表7)。

表7 各調(diào)查樣地β多樣性指數(shù)Table 7 β diversity index of surveyed plot

4 結(jié)論

(1)34個(gè)調(diào)查樣地中共涉及473種植物，分屬49科、220屬。草地群落中菊科植物種類居多，有95種，約占群落總物種數(shù)的20%；禾本科植物有57種，占比約為12%；豆科植物有46種，占比為10%。群落類型除了個(gè)別星星草群落和苔草群落以外，80%以上的樣地是以羊草、針茅為優(yōu)勢(shì)的羊草+雜類草群落和羊草+針茅+雜類草群落。所調(diào)查的樣地中約1/4的樣地干草產(chǎn)量在1600kg/公頃以上，近1/2的樣地干草產(chǎn)量在1300kg/公頃以上。

(2)34個(gè)調(diào)查樣地的植物物種豐富度差異較大。其中，有10個(gè)樣地的植物種類在120種以上；20個(gè)樣地的物種數(shù)在80～120種之間，其他5個(gè)樣地的物種數(shù)不到80種。

(3)因樣地調(diào)查面積較大，有些樣地出現(xiàn)了不同的生境梯度，如樣地 2、3、8、17、19等的群落異質(zhì)性較大，β多樣性指數(shù)較高。而樣地 1、18、31等的β多樣性指數(shù)較低，在所調(diào)查的25公頃范圍內(nèi)群落相似性較高。