降水對高寒草甸草原植被蓋度及地上生物量的影響

白文麗，胡發(fā)成,*，趙雅麗

(1.武威市草原工作站，甘肅 武威 733000；2.天?？h草原工作站)

降水量決定了植被生長的水分條件，是決定植被生產(chǎn)力的有效指標(biāo)。本研究以高寒草甸草原為研究對象，利用多年采集的地上生物量與年度降水量數(shù)據(jù)，分析降水量對草原植被地上生物量的影響。研究地點(diǎn)選擇在甘肅省天祝藏族自治縣(以下簡稱天?？h)。天?？h位于甘肅省中部，祁連山東端，屬青藏、內(nèi)蒙古、黃土三大高原交匯地帶的一部分，境內(nèi)草原廣闊，牧草豐美，水資源豐富，系黃河水系發(fā)源地之一。全縣有天然草地39.14萬hm2，是一個以牧業(yè)為主的縣，天然草原生物量的產(chǎn)出，影響著全縣生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。通過分析研究降水量對高寒草甸草原植被蓋度和地上生物量的影響，進(jìn)而通過預(yù)測分析年度降水量來預(yù)測年度草原生產(chǎn)力情況，為天然草原核定載畜量提供科學(xué)依據(jù)。

天祝縣位于102°01′～103°40′E，36°30′～37°35′N之間，海拔高度 2 040～4 873 m，年平均氣溫-0.2～1.3℃，≥0℃積溫1 327.7～1 738.2℃， 降水量265.5～630 mm，相對無霜期120 d左右，無四季之分，僅分冷暖兩季，冷季長達(dá)7個月之久。土壤主要有山地黑鈣土、栗鈣土、 亞高山草甸土、高山草甸土等。天然草原有溫性草原、溫性荒漠化草原、高寒灌叢草甸、高寒草甸、低平地草甸等五種類型，主要牧草有49 科158屬276種，以禾本科(Poaceae)、莎草科(Cyperaceae)和蓼科(Polygonaceae)為主，其次為菊科(Asteraceae)、豆科(Leguminosae sp)、薔薇科(Rosaceae)、藜科(Chenopodiaceae)。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

調(diào)查研究范圍為天?？h高寒草甸草原。該類草原是在高寒濕潤氣候條件下發(fā)育形成的一類草地，分布在海拔3 400～4 100 m的高山寒漠下限的高山坡地、渾圓山頂及開闊夷平面。這里氣候寒冷而潮濕，年均溫度一般在0℃以下，年降雨量350～550 mm，日均溫≥10℃的天數(shù)不足50 d，≥10℃年積溫不足500℃，≥0℃年積溫800～1000℃，土壤主要為高山草甸土，母質(zhì)多為殘積坡積物，土層厚 60～100 cm，腐殖質(zhì)層較厚，土質(zhì)疏松，其生境特點(diǎn)是：高寒濕潤，熱量不足，土壤有機(jī)質(zhì)不能充分分解轉(zhuǎn)化，部分地段夏季也有大雪覆蓋。草地群落主要由苔草屬、嵩草屬和一些小叢禾草、小雜類草植物組成。植物主要種類有矮嵩草(Kobresia humips(C.B.Mey.)Sweg.)、線葉嵩草(Kobresia capillifolia (Decne.) C. B. Clarke)、珠芽蓼 (Polygonum viviparum L)、頭花蓼(P.capitatum)、垂穗披堿草(Elymus nutans Griseb)、鳳毛菊(Saussurea japonica (Thunb.) DC.)、胎生早熟禾(Poa pratensis L.)、蚤綴(Arenaria serpyllifolia L.)、綠絨蒿(Meconopsis)等，間有灌叢分布。牧草質(zhì)量和適口性較好，耐牧性強(qiáng)，各類家畜均宜。由于氣候高寒，主要用做夏季或夏秋季牧場。

1.2 調(diào)查內(nèi)容與方法

從2013年開始，在土壤類型一致、地勢相對平坦的高寒草甸原禁牧區(qū)設(shè)置樣地11個，每個樣地隨機(jī)選取3個1 m×1 m樣方，樣方與樣方之前的間隔不少于250 m，共33個樣方。每年8月中旬測定植被蓋度、草群平均高度、產(chǎn)草量。根據(jù)年度氣象資料，分析降水量對植被蓋度和地上生物量的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1. 不同年度降雨量

從表1中看出，2013～2018年，天?？h年度降雨量差異較大，2018年最高，達(dá)516 mm，其次是2016年，達(dá)468.7 mm，2015年最低，降雨量為282.4 mm。2018年降雨量比2015年提高了82.72%。

表1 天?？h不同年度不同階段降雨量

根據(jù)天?？h降雨量對植被生長的影響，將降雨量分為三個階段，即1～4月份，5～8月份，9～12月份。1～4月份，2014年、2017年降雨量分別為68.8 mm和63.9 mm，2015年、2016年、2018年基本一致，為30～50 mm。2013年最低，為8.3 mm。5～8月份，2018年降雨量最高，為352.6 mm，其次是2016年，為318 mm，2013年、2014年和2017年在200～270 mm。9～12月份，2013年、2014年和2015年在60～90 mm之間，2016年、2017年和2018年基本一致，在100 mm以上。

2.2 不同年度地上生物量和植被蓋度

從表2中看出，2013～2018年6年中，植被蓋度均為100%。2017年鮮草產(chǎn)量最高，為1 1215.95 kg/hm2,其次是2014年、2018年，2013年鮮草產(chǎn)量最低，為6289.8 kg/hm+2。草群平均高度和鮮草產(chǎn)量呈正相關(guān)。

表2 不同年度降雨量及地上生物量和植被蓋度

2.3 降雨量對地上生物量及植被高度的影響

天?？h高寒草甸草原牧草種類主要以下繁草為主，植株矮小，株叢多半是短營養(yǎng)枝，大量葉片集中于株叢基部。還有蓮座叢草，如車前、風(fēng)毛菊等。在正常年景降雨量下，植被蓋度均在100%以上。

從不同年度降雨量及地上生物量變化情況分析，天然高寒草甸草原產(chǎn)草量不因降雨量的增加而增加。從表2和圖1分析，降雨量在400 mm左右，即可滿足牧草生長需水要求。降雨量過多，由于年度氣溫不高，草群密度大，制約牧草生長，植被低矮，牧草產(chǎn)量降低，從而影響了草原生產(chǎn)能力。

圖1 產(chǎn)草量隨降雨量變化情況 圖2 草群平均高度隨降雨量變化情況

從一年中降雨量的分布來看，1～4月份和5～8月份降雨量的多少，對高寒草甸草原影響較大。2014年、2017年1～4月份降雨量達(dá)68.8和63.9 mm，5～8月份降雨量達(dá)270.1mm和216.7 mm，鮮草產(chǎn)量為8 614.7 kg/hm2和11 215.95 kg/hm2。2016年、2018年1～4月份降雨量達(dá)38.2 mm和34.2 mm，5～8月份降雨量達(dá)318 mm和352.6 mm，鮮草產(chǎn)量為6 349.1 kg/hm2和8 614.95 kg/hm2。2013年，1～4月份降雨量達(dá)8.3mm，5～8月份降雨量達(dá)206.5 mm，鮮草產(chǎn)量為6 289.8 kg/hm2，6年中鮮草產(chǎn)量最低。從以上對比分析可知，1～4月份和5～8月份降雨量對牧草的生長有促進(jìn)和抑制作用。通過綜合分析，2014年、2017年兩年，1～4月份降雨量60～70 mm之間，5～8月份降雨量在200～270 mm之間，高寒草甸草原牧草長勢最佳，產(chǎn)草量較理想。從圖2看出，降雨量與植被高度的關(guān)系和以上分析基本一致，再不做對比分析。

3 結(jié)論

綜上所述，在高寒草甸草原生態(tài)系統(tǒng)中，春季降水是影響植物生長的重要因素，對于植被群落地上生物量積累具有重要作用，而夏季降水也是一個關(guān)鍵因素，一定幅度的增加或減少不會影響植被群落地上生物量積累；而降水量過大，由于氣溫較低，植被光熱需求不能保障，植被群落地上生物量積累則會減少。通過分析，1～4月份降雨量60～70 mm之間，5～8月份降雨量在200～270 mm之間，高寒草甸草原牧草長勢最佳，產(chǎn)草量較理想?？梢該?jù)此在未來氣候變化背景下，通過預(yù)測年度降水量來預(yù)測年度草原生產(chǎn)力，為高寒草甸草原核定載畜量提供科學(xué)依據(jù)。本次只對降水這一單一因子對高寒草甸草原地上生物量的影響進(jìn)行了研究，今后結(jié)合溫度、土壤肥力等多項(xiàng)因子進(jìn)行研究，以便更加準(zhǔn)確的預(yù)測高寒草甸草原地上生物量，為核定載畜量提供精準(zhǔn)的理論依據(jù)。