科爾沁榆樹疏林草原北部物種多樣性及季節(jié)動(dòng)態(tài)

商 博，張淑艷，王亞娟，楊若琪，周佳銘

（內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028043）

生物多樣性是維持生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)生產(chǎn)力的基礎(chǔ)［1-3］.榆樹疏林草地被認(rèn)為是科爾沁草原植被演替的頂級(jí)群落［4-5］，對(duì)防風(fēng)固沙、生態(tài)恢復(fù)具有重要作用［6-7］.受氣候、人為等各種因素影響，榆樹疏林草原出現(xiàn)了退化［8-10］，VOLDER等［11］在美國(guó)北部溫帶地區(qū)的研究認(rèn)為氣候變暖和降水模式的改變將進(jìn)一步加速疏林草原的喬木杜松的入侵和木本增厚；劉利［12］研究表明，1983—2011年近30年間，松嫩平原榆樹疏林生態(tài)系統(tǒng)的物種數(shù)量在降低；左小安等［13］研究指出，科爾沁沙地榆樹疏林草地草本層穩(wěn)定性較低.因此，本文通過(guò)對(duì)科爾沁北部榆樹疏林草原物種多樣性的分析，旨在分析該草地利用中存在的問(wèn)題，為保護(hù)和合理利用草地資源提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古通遼市科爾沁左翼中旗珠日河牧場(chǎng)的烏力吉吐分場(chǎng)草地，樣地范圍為N 44°17′～N 44°19′，E 121°21′～E 121°25′，平均海拔高度216.43 m，地形平坦，土壤為沙質(zhì)壤土.該地屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，春季回暖快，多風(fēng)沙；夏季雨熱同期，雨量集中；秋季短促，降溫快；冬季干冷漫長(zhǎng).全年最高氣溫35.8℃，最低氣溫-25.1℃，年平均氣溫5.2℃，無(wú)霜期141 d，全年日照2 906 h，年平均降水量396.2 mm.

1.2 調(diào)查方法

在研究區(qū)域內(nèi)設(shè)置9個(gè)固定樣地，在每個(gè)樣地內(nèi)設(shè)9個(gè)1 m×1 m的樣方，樣方間距離50 m以上，從6月生長(zhǎng)期開始，逐月取樣，調(diào)查草地草本層的物種組成.根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，參考許玉鳳等［14］和楊婧等［15］的方法，計(jì)算草本層的多樣性.

式中，S為物種數(shù)；N為群落中全部物種的個(gè)體數(shù)（本研究中以枝條數(shù)計(jì)）之和；Pi為屬于種i的個(gè)體在全部個(gè)體中的比例.

2 結(jié)果與分析

2.1 草地草本層的物種組成

研究區(qū)的物種組成如表1所示，調(diào)查發(fā)現(xiàn)共有植物49種，隸屬于23科46屬.在調(diào)查的所有植物中禾本科植物種類最多，隸屬于14屬，占總屬的30.43%，有14種，占總物種數(shù)的28.57%；豆科和藜科各5種，均占總物種數(shù)的10.20%，豆科植物隸屬于5個(gè)屬，藜科分別隸屬4屬，分別占總屬數(shù)的10.87%和8.70%；菊科有3種，隸屬3屬，占總屬數(shù)6.52%，占總物種數(shù)的6.12%；其他各科植物隸屬于20屬22種，每科有1～3種，占總屬數(shù)的2.17%～4.35%，占物種總數(shù)的2.04%～6.12%.各科植物總屬數(shù)多少依次為禾本科>豆科>藜科>菊科>百合科>其他科；各科植物總種類數(shù)多少依次為禾本科>豆科=藜科>菊科=百合科>其他科.

表1 草本層的物種組成及樣地分布Tab.1 Species composition and distribution of herbaceous layer

49種植物在9個(gè)樣地出現(xiàn)率100%的有糙隱子草、豬毛蒿等12種植物，占總屬數(shù)的26.09%，占總物種數(shù)的24.49%；達(dá)烏里胡枝子、絲葉山苦荬等5種植物，出現(xiàn)率為87.50%，占總屬數(shù)的10.87%，占總物種數(shù)的10.20%；出現(xiàn)率為75%的物種有沙生冰草、灰綠藜、家榆（苗）等7種，占總屬數(shù)的15.22%，占總物種數(shù)的14.29%；興安蟲實(shí)、乳漿大戟等11種植物，只局限在某1個(gè)樣地中，占總屬數(shù)的23.91%，占總種數(shù)的22.45%.

糙隱子草分布廣泛，在草本層起著重要的作用，豬毛蒿分布廣泛，占據(jù)草本層的上層，在多數(shù)樣地中占據(jù)草本層的優(yōu)勢(shì)地位，其他的一年生植物如禾本科植物虎尾草、藎草以及藜科植物綠珠藜也廣泛分布，說(shuō)明草地已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的退化.

續(xù)表1

2.2 植物群落生物多樣性及季節(jié)動(dòng)態(tài)

2.2.1 物種豐富度及季節(jié)動(dòng)態(tài)草地的物種豐富度如圖1所示，6—10月份隨著季節(jié)的推移，整體上呈現(xiàn)降低-升高-降低的動(dòng)態(tài)變化，其中，6—9月份，Margalef指數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，7月、8月相比6月分別下降了4.33%、0.48%，9月份達(dá)到最大，之后Margalef指數(shù)迅速下降，Margalef指數(shù)值范圍在1.37～2.16，9月份指數(shù)最高，為2.16，6月份指數(shù)次之，為2.08，10月份指數(shù)最低，為1.37.9月份比6、7、8和10月份分別高了3.70%、7.87%、4.17%和36.57%.

圖1 草本層物種豐富度的季節(jié)動(dòng)態(tài)Fig.1 Seasonal dynamics of species richness in herbaceous layer

Margalef指數(shù)的季節(jié)動(dòng)態(tài)反映了榆樹疏林草地草本層植物的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)規(guī)律，6月份草地植物全部返青，進(jìn)入到營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，是分枝分蘗的快速增長(zhǎng)期，而本研究中各物種的個(gè)體數(shù)量以枝條數(shù)計(jì)算，因此導(dǎo)致7月份草本層的Margalef指數(shù)下降.

2.2.2 生物多樣性及季節(jié)動(dòng)態(tài)草地草本層的生物多樣性如圖2所示，6—10月份隨著季節(jié)的推移，Shannon-wiener指數(shù)整體上呈現(xiàn)升高-降低-升高-降低的動(dòng)態(tài)變化，6—9月份，多樣性指數(shù)變化相對(duì)穩(wěn)定，9月份之后，多樣性指數(shù)表現(xiàn)為迅速下降.Simpson指數(shù)和Pielou指數(shù)兩者的季節(jié)變化與Shannon-wie?ner指數(shù)保持一致，且Shannon-wiener指數(shù)在各月份均最高于其他2種指數(shù).

圖2 草本層生物多樣性的季節(jié)動(dòng)態(tài)Fig.2 Seasonal dynamics of biodiversity in herbaceous layer

Shannon-wiener指數(shù)范圍在0.96～1.41，其中，9月份最高，為1.41，10月份最低，為0.96，9月份比6、7、8和10月份分別高了9.22%、6.38%、10.64%和31.91%，其中，8月份比6、7月份分別下降了1.56%和4.55%.

Simpson指數(shù)范圍在0.49～0.64，9月份指數(shù)最高，為0.64，10月份指數(shù)最低，為0.49，9月份比6、7、8和10月份分別高了5.99%、0.35%、7.91%和22.94%，其中，8月份比6、7月份分別下降了1.67%和7.81%.

Pielou指數(shù)范圍在0.39～0.49，9月份指數(shù)最高，為0.49，在10月份指數(shù)最低，為0.39，9月份比6、7、8和10月份高了8.16%、6.12%、8.37%和21.55%，其中，8月份比7月份下降了2.17%.

Shannon-wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)和Pielou指數(shù)的季節(jié)動(dòng)態(tài)規(guī)律一致，總體在植物生長(zhǎng)旺盛時(shí)期逐漸提高，生長(zhǎng)末期下降迅速，這與草地植物的生育進(jìn)程密切相關(guān)，10月份，禾本科和藜科一年生植物衰退，豬毛蒿更新的幼苗大量出現(xiàn)，植物的個(gè)體數(shù)量增多，但是種類數(shù)量下降明顯.

3 討論與結(jié)論

生物多樣性受草原類型、圍封方式、放牧利用、氣候變化、土壤條件多種因素的影響［16-22］.左小安等［23］在2006年研究發(fā)現(xiàn)科爾沁榆樹疏林草原有植物物種41種，本研究共發(fā)現(xiàn)植物49種，種類數(shù)量變化不大，包烏云等［24］在2015—2017年對(duì)烏拉蓋草原的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)禾本科、豆科、菊科植物在群落中占主要地位，王志國(guó)等［25］在烏拉特后旗荒漠草原研究表明，禾本科、藜科、菊科和豆科植物占主要地位，本研究與上述研究結(jié)果相似，但藜科植物的種類數(shù)量在禾本科、豆科之后，占第3位.

豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)反映群落內(nèi)植物種類的多少，均勻度指數(shù)表示群落中各個(gè)種的分布程度［26-27］.本研究中，隨著季節(jié)的推移，物種的Margalef指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、Pielou指數(shù)均在9月份最高，10月份植物進(jìn)入衰退期，尤其藜科植物全部衰退，使其物種多樣性指數(shù)迅速下降.8月份的生物多樣性指數(shù)均有所下降，這可能與該地區(qū)這階段持續(xù)干旱有關(guān)，由于高溫干旱，有些植物出現(xiàn)已經(jīng)枯黃，導(dǎo)致生物多樣性下降.CLELAND等［28］對(duì)美國(guó)草地長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，物種豐富度與年降水量呈顯著正相關(guān)；何京麗等［29］對(duì)內(nèi)蒙古鄂溫克旗草甸草原的研究也表明，降水增多有利于提高植物多樣性；趙哈林等［30］研究表明，暖濕氣候有利于草地生物多樣性的增加，而持續(xù)暖干氣候則降低草地生物多樣性，因此可以推斷氣候的波動(dòng)對(duì)榆樹疏林草原的生物多樣性的季節(jié)變化有一定影響.

研究區(qū)域的榆樹疏林草地草本層共發(fā)現(xiàn)植物49種，隸屬于23科46屬，其中，禾本科為第一大科，其次依次是豆科、藜科、菊科植物，與典型溫帶草原的物種構(gòu)成相同.禾本科糙隱子草在草本層中廣泛分布，對(duì)群落起到穩(wěn)定的作用，豬毛蒿和一年生禾本科植物及藜科植物的大量出現(xiàn)與廣泛分布，說(shuō)明榆樹疏林草地已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的退化.

研究區(qū)域的榆樹疏林草地草本層的Margalef指數(shù)范圍在1.37～2.16，Shannon-wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)范圍在0.49～1.41，Pielou指數(shù)范圍在0.39～0.49；其季節(jié)動(dòng)態(tài)相似，6—9月整體呈上升趨勢(shì)，均在9月份達(dá)到最大值，10月迅速下降，其動(dòng)態(tài)變化主要決定于草地植物發(fā)育節(jié)律，一年生植物的消長(zhǎng)對(duì)物種多樣性也有一定影響.