坡向對天山北坡山地草原群落特征的影響

王玉，安沙舟，董乙強，荀其蕾，鄭逢令，侯鈺榮

(1.新疆農業大學草業與環境科學學院/新疆草地資源與生態自治區重點實驗室，烏魯木齊 830052；2.新疆畜牧科學院草業研究所，烏魯木齊 830011)

坡向對天山北坡山地草原群落特征的影響

王玉1，2，安沙舟1，董乙強1，荀其蕾1，鄭逢令2，侯鈺榮2

(1.新疆農業大學草業與環境科學學院/新疆草地資源與生態自治區重點實驗室，烏魯木齊 830052；2.新疆畜牧科學院草業研究所，烏魯木齊 830011)

【目的】研究坡向對山地草原群落特征的影響，揭示植物群落在生長季不同時期的變化規律。【方法】以新疆天山北坡山地草原為對象，采用野外取樣的方法，測定不同坡向(東坡、坡頂和西坡)、不同生長季時期(6～9月)草地群落特征。【結果】(1)冷蒿重要值在6～9月整體上表現出坡頂>東坡>西坡；針茅重要值在坡頂和西坡顯著高于東坡的67.1%～673.7%(P<0.05)，短柱苔草的重要值在6～7月表現出東坡≥西坡>坡頂。(2)在6月、8月、9月，東坡群落蓋度比坡頂、西坡顯著高了21.4%～36.1%(P<0.05)，8～9月東坡群落密度顯著高于西坡，7月的群落地上生物量在東坡顯著高于西坡?！窘Y論】坡向和生長季時期對天山北坡山地草原的群落特征產生較大的影響。

坡向；群落特征；重要值；山地草原；天山

0 引 言

1 材料與方法

1.1 材 料

研究區位于新疆天山北坡中段烏魯木齊市西南方向的低山帶，行政區劃上隸屬于烏魯木齊縣甘溝鄉(43°32′～43°34′N，87°12′～87°14′E，海拔1 660 m)，屬于典型的中溫帶大陸性干旱氣候，夏季炎熱干燥，冬季寒冷漫長，年均氣溫2～5℃，年均降水量220 mm，無霜期約121 d，土壤類型以山地栗鈣土為主。草地的主要物種有針茅(Stipacapillata)、羊茅(Festucaovina)、冷蒿(Artemisiafrigida)、短柱苔草(Carexturkestanica)、黃芪(Astragalussp.)等[11]，為典型的山地草原草地。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

研究采用完全隨機試驗設計，2015年在試驗區東坡、西坡、坡頂的山地草原上設置3個樣地，在每個樣地的中部設置一條樣線(>50 m)，在每條樣線上設置10個1 m×1 m的小樣方，每個樣方的間距在3 m以上(取樣合計30個樣方)。為了排除放牧對草地群落的影響，樣地均被圍欄，為休牧區，管理方式相同。在圍欄之前均以放牧綿羊為主。圖1

圖1 取樣點示意
Fig.1 Sketch map of sampling points

1.2.2 測定項目

其中，TA為總應計項目；Asset為資產總額；ΔSales為營業收入增長額；ΔReceviables為應收賬款增長額；PPE為固定資產原值，j表示公司，t表示年度。

于2015年6～9月每月中旬分別對東坡、坡頂和西坡樣地進行野外植被取樣，分種記錄各樣方中的物種種類和各個物種的數量特征(包括高度、蓋度、密度和地上生物量)。蓋度采用針刺法測量，高度采用卷尺測量物種的自然高度，密度采用直接計數法記錄每個物種的株叢數，地上生物量采用齊地面刈割法，將草樣放入貼好標簽的信封帶中，帶回實驗室置于105℃烘箱內殺青30 min，再80℃烘干24 h后稱干重。

1.3 數據處理

采用SPSS 20.0中的One-way ANOVA對同一月份不同坡向的主要物種重要值、數量特征進行差異分析，并運用Excel 2003進行相關統計分析及圖表的制作，結果均已均值±標準誤的形式表示。

重要值=(相對高度+相對蓋度+相對密度+相對地上生物量)/4。

2 結果與分析

2.1 坡向對山地草原主要物種重要值的影響

研究表明，不同物種重要值對坡向的響應規律不一致，而且在不同月份呈現不同規律。冷蒿重要值在不同月份整體上表現出坡頂>東坡>西坡，在6月，東坡和坡頂的冷蒿重要值比西坡顯著高23.8%和25.6%(P<0.05)；隨著生長季的延續，冷蒿的重要值整體上呈現先降后升的變化趨勢，在8月東坡和坡頂達到最低。

針茅重要值在坡頂和西坡顯著高于東坡的67.1%～673.7%(P<0.05)，6～9月整體上表現為：坡頂≥西坡>東坡。東坡和坡頂的針茅重要值在整個生長季基本呈先增后減的趨勢，而在西坡呈先增后減再增的波動。

羊茅重要值在6月坡頂和西坡分別顯著高于東坡65.7%和70.2%(P<0.05)，7和9月坡向對羊茅重要值的影響不顯著(P>0.05)，而8月東坡卻顯著高于西坡和坡頂。羊茅重要值在整個生長季的變化趨勢和針茅一致，東坡和坡頂呈先增后減的趨勢，而在西坡呈先增后減再增的波動變化。

短柱苔草的重要值在6～7月表現出東坡≥西坡>坡頂，而8～9月差異不顯著(P>0.05)。表1

表1 不同坡向下草地群落主要物種重要值變化
Table 1 Influence of slope aspect on important value of main species on grassland community

物種Species月份Mouth東坡Eastslope坡頂Slopecrest西坡Westslope冷蒿Artemisiafrigida6月0.34±0.02a0.35±0.03a0.26±0.01b7月0.31±0.02ab0.35±0.04a0.25±0.02b8月0.28±0.02b0.34±0.01a0.29±0.01b9月0.35±0.03ab0.40±0.02a0.27±0.03b針茅Stipacapillata6月0.07±0.02b0.15±0.02a0.12±0.02a7月0.07±0.02b0.16±0.03a0.18±0.02a8月0.08±0.02b0.13±0.01a0.14±0.01a9月0.02±0.01c0.10±0.02b0.16±0.02a羊茅Festucaovina6月0.08±0.02b0.14±0.01a0.14±0.01a7月0.18±0.02a0.18±0.03a0.16±0.01a8月0.20±0.02a0.15±0.02b0.14±0.01b9月0.19±0.02a0.21±0.05a0.19±0.02a短柱苔草Carexturkestanica6月0.33±0.02a0.19±0.03b0.32±0.01a7月0.30±0.02ab0.24±0.03b0.34±0.01a8月0.31±0.02a0.26±0.03a0.32±0.01a9月0.37±0.02a0.31±0.03a0.34±0.02a

注：不同小寫字母表示同一月份不同坡向的指標差異性顯著(P<0.05)

Note: Different lowercase letters indicated significant difference in different slope directions with same mouth atP<0.05

2.2 坡向對山地草原群落高度的影響

研究表明，山地草原群落高度對坡向的響應不明顯(P>0.05)，在不同月份不同坡向的群落高度呈現的規律較不一致。隨著生長季的持續，草地群落高度基本呈下降趨勢，在9月達到最低。圖2

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note: Different lowercase letters indicated significant difference atP<0.05. The same as below

圖2 不同坡向下草地群落高度變化
Fig.2 Influence of slope aspect on grassland community height

2.3 坡向對山地草原群落蓋度的影響

山地草原群落蓋度對坡向的響應規律顯示，在6月、8月、9月，東坡群落蓋度最大，比坡頂、西坡顯著高了21.4%～36.1%(P<0.05)，而坡頂與西坡之間差異不顯著(P>0.05)。7月的群落蓋度對坡向的響應不明顯。圖3

圖3 不同坡向下草地群落蓋度變化
Fig.3 Influence of slope aspect on grassland community coverage

2.4 坡向對山地草原群落密度的影響

研究表明，不同月份山地草原的群落密度對坡向的響應規律不一致。6月，群落總密度在不同坡向雖有一定的高低變化，但響應不明顯(P>0.05)。隨著生長季的持續，坡向對群落密度的影響增大。7月，群落密度表現為東坡>西坡>坡頂，而8月表現為坡頂=東坡>西坡，坡頂和東坡分別比西坡顯著高了66.7%和42.9%(P<0.05)。到生長季后期(9月)，東坡的群落密度要顯著高于西坡的49.3%(P<0.05)。圖4

圖4 不同坡向下草地群落密度變化
Fig.4 Influence of slope aspect on grassland community density

2.5 坡向對山地草原群落地上生物量的影響

研究表明，在植物不同生長階段(6～9月)山地草原地上生物量對坡向的響應規律不一致。6月，坡頂群落地上生物量分別顯著高于東坡、西坡的24.0%和46.4%(P<0.05)，而到7月，東坡群落地上生物量分別比坡頂和西坡顯著增加了42.8%和62.9%(P<0.05)。在生長季后期(8～9月)，地上生物量對坡向的響應不明顯(P>0.05)。從整個生長季來看，隨著生長季的延續，草地地上生物量基本呈先下降后上升的變化趨勢，在8月達到最低(140～170 g/m2)。圖5

圖5 不同坡向下草地群落地上生物量變化
Fig.5 Influence of slope aspect on grassland community aboveground biomass

3 討 論

3.1 山地草原主要物種重要值對坡向的響應規律

坡向的差異主要表現在接受太陽輻射時數的差異，而這種差異導致了溫度、水分等生態因子的變化[12-13]，從而對植物產生一定的影響。研究表明，冷蒿重要值在6～9月整體上表現出坡頂>東坡>西坡，針茅重要值在坡頂和西坡顯著高于東坡的67.1%～673.7%(P<0.05)，短柱苔草的重要值在6～7月表現出東坡≥西坡>坡頂。造成這種結果的原因可能是由于不同植物在長期適應與進化的過程中，對光照和溫度的要求不同，因此在不同坡向的分布情況也相應產生一定的差異[14]。冷蒿和短柱苔草重要值在東坡大于西坡，揭示出其屬于偏陽性植物，而針茅重要值的表現恰好相反，屬較耐蔭植物。另外，研究還表明隨著生長季的延續，冷蒿的重要值整體上呈現降后升的變化趨勢，是因為蒿類植物在溫度較高的7～8月表現出枯萎凋落的現象，而到9月后又再次返青，導致其重要值呈波動變化，這是蒿類植物的生存策略的表現形式，是一種權衡策略。

3.2 山地草原群落特征對坡向的響應規律

群落的數量特征(高度、蓋度、密度和地上生物量)是表征草地群落結構、生長狀況的重要指標[15]。在小尺度的群落中，非地帶性的環境因子能夠主導著植物的分布格局[4]，并對群落的數量特征產生一定的影響，而在天山北坡的山地草原群落中，地形因子(如坡向)是影響群落特征的重要非地帶性因子。研究表明，在6月、8月、9月，東坡群落蓋度比坡頂、西坡顯著高了21.4%～36.1%(P<0.05)，而與李艷紅[16]研究坡向對群落蓋度影響不顯著的結果不一致；8～9月東坡群落密度顯著高于西坡，這可能是由于短柱苔草和羊茅的個體數量波動變化所引起的。7月的群落地上生物量在東坡顯著高于西坡，西坡屬于半陽坡，比東坡所接受的太陽輻射多，而在7月太陽輻射較強，植物的蒸騰作用較大，西坡的小尺度環境比東坡更為惡劣，致使西坡植物含水量較低，加之冷蒿的休眠現象比東坡要早且更為嚴重，導致群落地上生物量在東坡顯著高于西坡。另外研究還表明，群落高度對坡向的響應規律不明顯，表明群落高度不受坡度的影響。與朱云云等[17]的研究黃土高原坡向對株高產生較大的影響的結果不一致，這可能與不同草原類型有較大的關系。

3.3 地形因子對草地的影響

坡向是水平方向的地形因子，而坡位和坡度表示垂直方向的地形因子[14]，目前，在群落尺度上地形因子對植物群落的影響已經引起較多的關注[18-20]，在山地草原中，坡度、坡位和坡向的可以單獨和共同作用來影響草地群落結構、植被組成和土壤養分的變化，但研究僅僅考慮到坡向單一因子對山地草原群落結構的影響，顯然存在一定的缺陷，在今后的研究中還應要同時考慮到坡位、坡度或其綜合作用對草地的影響，才能更好地揭示小尺度下草原群落結構的變異規律，為草原的管理和利用提供更好的數據支撐。

4 結 論

4.1 冷蒿重要值在6～9月整體上表現出坡頂>東坡>西坡，針茅重要值在坡頂和西坡顯著高于東坡的67.1%～673.7%(P<0.05)，短柱苔草的重要值在6～7月表現出東坡≥西坡>坡頂。

4.2 在6月、8月、9月，東坡群落蓋度比坡頂、西坡顯著高了21.4%～36.1%(P<0.05)，8～9月東坡群落密度顯著高于西坡，7月的群落地上生物量在東坡顯著高于西坡。

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Effects of Slope Aspect on the Community Characteristics of Mountain Steppe in the Northern Slope of Tianshan Mountain, Xinjiang

WANG Yu1,2, AN Sha-zhou1, DONG Yi-qiang1, XUN Qi-lei1, ZHENG Feng-ling2, HOU Yu-rong2

(1.CollegeofPrataculturalandEnvironmentalSciences,XinjiangAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandResourcesandEcologyofXinjiang,Urumqi830052,China;2.PrataculturalResearchInstitute,XinjiangAcademyofAnimalScience,Urumqi830011,China)

【Objective】 To study the effect of slope aspect on the community characteristics of mountain steppe and to reveal the change rule of plant community in different growing seasons.【Method】The mountain steppe in the northern slope of Tianshan Mountain was chosen as the research object, and the method of field investigation and sampling were used, and grassland community characteristics in the different slopes (the east slope, the west slope and the slope crest) and different growth period (June, July, August and September) were measured.【Result】(1) The important value ofArtemisiafrigidain the whole growing season showed the slope crest > the east slope > the west slope; The important value ofStipacapillatain the slope crest and the west slope was significantly higher than that of east slope by 67.1%-673.7% (P<0.05); and the important value ofCarexturkestanicain June and July showed the east slope ≥ the west slope > the slope crest. (2) The community coverage of east slope in June, August and September was significantly higher than that of the slope crest and the west slope 21.4%-36.1% (P<0.05), and the community density in August and September was significantly higher than that of the west slope, but the community aboveground biomass in July was higher than that of the west slope.【Conclusion】The slope and the growing season play important role in the community characteristics of mountain steppe Tianshan Mountains.

slope aspect; community characteristic; important value; mountain steppe; Tianshan Mountains

AN Sha-zhou (1956- ), native place: Fuping, Shaanxi. Professor, DAG; research field: Grassland resource and ecology. (E-mail) xjasz@126.com

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.06.023

2017-04-15

國家自然科學基金項目“干旱區山地草原葉綠素含量高光譜反演研究”(31460625)和自治區公益性基本科研業務費項目“利用方式對山地草甸植物多樣性的影響”

王玉(1986-)，女，陜西漢中人，助理研究員，研究方向為草地資源與生態，(E-mail)35920039@qq.com

安沙舟(1956-)，陜西富平人，博士，教授，博導，研究方向為草地資源與生態，(E-mail)xjasz@126.com

S812.6

A

1001-4330(2017)06-1145-07

Supported by: the National Natural Science Foundation of China "Hyperspectral Inversion of Chlorophyll Content in Mountain Grassland in Arid Area" (31460625) and the Fund for Basic Research Programs in Nonprofit Scientific Research Institutes of Xinjiang Uygur Autonomous Region "The Influence of Utilization Modes on the Meadow Grassland Plant Diversity"