內(nèi)蒙古多倫縣沙質(zhì)草地植被波動(dòng)研究

于 洋，高 俊，王志明，王 娟，張 艷

（北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083）

植物群落的波動(dòng)是指可恢復(fù)的在相對(duì)較小的時(shí)間尺度下（如月、季、年）的群落變化[1]。植被波動(dòng)，尤其是草地植被波動(dòng)充分反映了植被群落對(duì)生態(tài)、非生態(tài)因子的作用的承受結(jié)果[2]。因此，研究植被波動(dòng)規(guī)律對(duì)于草地植被經(jīng)營(yíng)管理具有重要意義。但是，目前對(duì)植物群落波動(dòng)性的研究在國(guó)內(nèi)外均不多見(jiàn)，相關(guān)研究也主要集中在植被波動(dòng)的定義、類型、特征及波動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理方面[3-8]。而且，植被動(dòng)態(tài)方面的研究很多都是針對(duì)南方森林群落研究[9-11]。彭少麟等對(duì)森林群落波動(dòng)及波動(dòng)強(qiáng)度的測(cè)定進(jìn)行了探討，提出了植物群落波動(dòng)強(qiáng)度的概念，并在統(tǒng)計(jì)學(xué)和生態(tài)學(xué)理論的指導(dǎo)下，提出了測(cè)定波動(dòng)強(qiáng)度的公式，對(duì)植物群落波動(dòng)的定量研究起了推動(dòng)作用[12-13]。而采用定點(diǎn)觀測(cè)資料進(jìn)行植被動(dòng)態(tài)研究的較少[14]，尤其是對(duì)北方荒漠化地區(qū)沙質(zhì)草地植被的波動(dòng)性研究更不多見(jiàn)。為此，在同類研究的基礎(chǔ)上，在典型區(qū)設(shè)置樣地，進(jìn)行6 a定點(diǎn)期觀測(cè)。結(jié)合樣地調(diào)查資料，通過(guò)構(gòu)建多倫縣沙質(zhì)草地植被波動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算公式，以期為干旱區(qū)荒漠化評(píng)價(jià)提供參考，并進(jìn)一步為研究沙質(zhì)草地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和沙區(qū)草場(chǎng)植被恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)多倫縣位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟東南部，東經(jīng) 115°51′～116°54′，北緯 41°46′～42°36′。面向京津，是內(nèi)蒙古距北京最近的旗。多倫縣氣候?qū)傥覈?guó)東部季風(fēng)區(qū)，中溫帶，半干旱向半濕潤(rùn)過(guò)渡地區(qū)的典型大陸性氣候，年平均降水量385.5 mm，年平均風(fēng)速3.6m/s，無(wú)霜期100 d左右。

多倫縣地處內(nèi)蒙古高原南部，陰山山地東端北坡，渾善達(dá)克沙地南端，東部與大興安嶺向西南延伸的余脈銜接，縣境地行為四周高、中間低的半環(huán)形盆地。海拔1 150～1 800m，地貌屬低山丘陵。縣境內(nèi)土壤屬栗鈣土區(qū)，土壤類型主要可分為：灰褐土、黑鈣土、栗鈣土、草甸土和風(fēng)沙土。所占面積由高到低依次為：栗鈣土70.1%，風(fēng)沙土16.6%，草甸土6.95%，黑鈣土3.35%，灰褐土3.00%。縣境內(nèi)主要分為典型草原、森林草原、草甸草原、沙丘沙地等植被類型。

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)及樣方調(diào)查

研究區(qū)域選擇距城南15 km處的一塊沙質(zhì)草地。為了研究的準(zhǔn)確性，選擇植被長(zhǎng)勢(shì)較好，人為干擾影響較小的樣地，樣地大小設(shè)置為300 m×300 m，同時(shí)采用水泥樁定位，每年進(jìn)行定期和定位監(jiān)測(cè)。在樣地內(nèi)，均勻布設(shè)30個(gè)樣方，樣方大小為1 m×1m。每年以樣方為單位進(jìn)行植被調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容主要包括植物種類和群落密度、蓋度、高度、生物量等指標(biāo)。由于多倫縣7～9月沙質(zhì)草地植被生長(zhǎng)較好，是植物的生長(zhǎng)季，故選擇2004～2009年的7～9月進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)每年的降雨情況和植被生長(zhǎng)情況確定具體樣方調(diào)查時(shí)間。

2.2 植被波動(dòng)強(qiáng)度公式的構(gòu)建

運(yùn)用生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，初步構(gòu)建植被波動(dòng)強(qiáng)度的計(jì)量公式：

（1）式中FS表示草地植被的波動(dòng)強(qiáng)度；Ai為第i年植被的蓋度；Bi為第i年植被的高度；Ci為第i年植被的密度；Di為第 i年植被的生物量；a、b、c、d為相應(yīng)各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；r為草地植被觀測(cè)年數(shù)（文中r值為6）

采用專家打分法來(lái)確定各特征值的權(quán)重系數(shù)，共選擇8位相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的專家對(duì)本文選取的4種植被特征值（蓋度、生物量、高度、密度）進(jìn)行權(quán)重的評(píng)定。其權(quán)重系數(shù)的確定標(biāo)準(zhǔn)是按照4個(gè)不同指標(biāo)對(duì)多倫縣沙質(zhì)草地植被生長(zhǎng)情況的反映程度來(lái)確定各指標(biāo)的權(quán)重得分，4個(gè)指標(biāo)權(quán)重得分之和為40分。表1是選出的8位專家對(duì)多倫縣沙質(zhì)草地植被4種植被特征值的權(quán)重評(píng)定得分結(jié)果，最終權(quán)重系數(shù)為每位專家評(píng)定的權(quán)重得分的平均值。從表1專家評(píng)定結(jié)果來(lái)看，蓋度和生物量權(quán)重得分較高，而密度和高度權(quán)重得分則相對(duì)較小。權(quán)重系數(shù)a、b、c、d 的值分別為 16.2、2.6、3.1 和 18.1。

將 a、b、c、d 四個(gè)權(quán)重值帶入公式（1），得到多倫縣沙質(zhì)草地植被波動(dòng)強(qiáng)度公式：

表1 各特征值權(quán)重系數(shù)專家打分

3 結(jié)果分析

3.1 植被特征值分析

從2004～2009年多倫縣沙質(zhì)草地的植被蓋度分析結(jié)果（圖1）可以看出，2004年、2006年、2007年的植被蓋度均大于平均值31.27%，其中以2004年為最大，達(dá)到42.12%，2005年、2008年、2009年的植被蓋度均小于平均值，以2008年蓋度最小，僅為18.21%。

圖1 2004～2009年植被蓋度

樣地植物群落高度的波動(dòng)趨勢(shì)見(jiàn)圖2。2004～2009年平均群落高度為16.2 cm，除2008年、2009年群落高度低于平均值外，其余年份均大于平均值，其中以2004年最大，為17.7 cm。本文統(tǒng)計(jì)的群落高度是指群落的平均高度，雖然能在一定程度上反映沙質(zhì)草地的植被生長(zhǎng)情況，但影響較小，因此群落高度權(quán)重值僅為2.6。

圖2 2004～2009年植被群落高度

草地植被群落密度受調(diào)查前期降水影響較大，主要是前期降雨豐富導(dǎo)致一年生草本大量生長(zhǎng)，造成群落密度增大。群落密度波動(dòng)情況見(jiàn)圖3。2006、2007年調(diào)查前期研究區(qū)降水量較為豐富，調(diào)查時(shí)伴生植物大量生長(zhǎng)，使得群落密度較大，分別為 154、112、140株/m2，均高于多年平均密度（79株/m2）。其余年份均低于平均值，其中2005年群落密度最低，僅28株/m2。這是由于2005年調(diào)查前期降水較少，嚴(yán)重影響了草本植物特別是伴生植物的生長(zhǎng)。

圖3 2004～2009年植被密度和生物量

樣地內(nèi)，建群種主要以多年生草本植物為主，群落生物量則主要由建群種和優(yōu)勢(shì)種構(gòu)成，較大程度上能反映植被生長(zhǎng)狀況，故權(quán)重系數(shù)較大。2004～2009年，樣地內(nèi)群落生物量分別為395.92、284.73、263.52、228.94、120.04、160.36 g/m2， 多 年 平均 為242.45 g/m2。生物量波動(dòng)趨勢(shì)與蓋度基本一致（圖3），前 4 a（2004～2007 年）生物量較高，都在平均水平以上，2008～2009年生物量較低，都在平均值以下。

3.2 植被波動(dòng)強(qiáng)度分析

根據(jù)上述植被波動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算公式，根據(jù)表1權(quán)重系數(shù)，計(jì)算出沙質(zhì)草地植被波動(dòng)強(qiáng)度，結(jié)果（見(jiàn)圖4）。可看出，研究區(qū)2004～2009年草地植被波動(dòng)強(qiáng)度分別為 0.412、－0.032、0.198、0.133、－0.430、－0.282。波動(dòng)強(qiáng)度在一定程度上反映了該年度的沙質(zhì)草地植被生長(zhǎng)狀況。以植被波動(dòng)強(qiáng)度將草地植被波動(dòng)強(qiáng)度劃分為正向波動(dòng)和負(fù)向波動(dòng)，波動(dòng)強(qiáng)度大于0為正向波動(dòng)，表明植被生長(zhǎng)好于正常年；波動(dòng)強(qiáng)度小于0則為負(fù)向波動(dòng)，表明植被生長(zhǎng)狀況較正常年差。正向波動(dòng)以2004年最大，波動(dòng)強(qiáng)度為0.412，其次為2006 年、2007 年，分別為 0.198、0.133；負(fù)向波動(dòng)最大的是2008年，波動(dòng)強(qiáng)度為－0.430，其次為2009年和2005年，波動(dòng)強(qiáng)度分別為－0.282和－0.032。一般而言，正向波動(dòng)強(qiáng)度越大表明植被生長(zhǎng)越好，負(fù)向波動(dòng)率的絕對(duì)值越大則植被越差。

圖4 多倫縣沙質(zhì)植被波動(dòng)強(qiáng)度曲線

3.3 調(diào)查前期降雨量分析

通過(guò)當(dāng)?shù)貧庀缶质占?dāng)年的降雨資料，考慮到樣方調(diào)查時(shí)間安排在當(dāng)年的7～9月份，試驗(yàn)對(duì)與當(dāng)年植被調(diào)查結(jié)果關(guān)系密切的4～7月降雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合上文得出的植被強(qiáng)度曲線進(jìn)行比較分析，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 2004～2009年植被波動(dòng)強(qiáng)度曲線與4～7月降雨量的吻合情況

除2007年外，其余年份4～7月降雨量波動(dòng)情況與植被波動(dòng)強(qiáng)度曲線基本一致。降雨量已被普遍證明是荒漠化地區(qū)植被生長(zhǎng)的最主要影響因子，所以，這在一定程度上表明植被波動(dòng)強(qiáng)度能較好的反映荒漠化地區(qū)植被生長(zhǎng)情況。2007～2009年4～7月降雨量統(tǒng)計(jì)結(jié)果與植被波動(dòng)強(qiáng)度不一致，其原因有待進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論與討論

（1）降雨量的多少已被普遍證明是荒漠化地區(qū)植被生長(zhǎng)的最主要影響因子之一。2004～2006年植被波動(dòng)強(qiáng)度曲線與調(diào)查前期降雨量曲線基本一致，說(shuō)明植被波動(dòng)強(qiáng)度曲線在一定程度上能夠反映多倫縣沙質(zhì)草地植被的生長(zhǎng)狀況。2007～2009年植被波動(dòng)強(qiáng)度曲線與降雨量曲線不一致。這可能與取樣點(diǎn)選擇、植被種類、植被種群競(jìng)爭(zhēng)等因素有關(guān)。

（2）基于生態(tài)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)，結(jié)合中國(guó)北方半干旱地區(qū)沙質(zhì)草地植被的脆弱性、邊緣性等特征，構(gòu)建了多倫縣沙質(zhì)草地植被波動(dòng)強(qiáng)度的計(jì)算公式，這是一種較為簡(jiǎn)便快速的統(tǒng)計(jì)方法。試驗(yàn)參數(shù)采用專家權(quán)重法確定，其中蓋度、高度、生物量參數(shù)基本一致，而密度參數(shù)存在差異。因此，關(guān)于公式中參數(shù)的確定，有待進(jìn)一步探討。

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