科爾沁榆樹疏林草原北部物種多樣性及季節動態

商 博，張淑艷，王亞娟，楊若琪，周佳銘

（內蒙古民族大學 農學院，內蒙古 通遼 028043）

生物多樣性是維持生態系統持續生產力的基礎［1-3］.榆樹疏林草地被認為是科爾沁草原植被演替的頂級群落［4-5］，對防風固沙、生態恢復具有重要作用［6-7］.受氣候、人為等各種因素影響，榆樹疏林草原出現了退化［8-10］，VOLDER等［11］在美國北部溫帶地區的研究認為氣候變暖和降水模式的改變將進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系統的物種數量在降低；左小安等［13］研究指出，科爾沁沙地榆樹疏林草地草本層穩定性較低.因此，本文通過對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題，為保護和合理利用草地資源提供依據.

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于內蒙古通遼市科爾沁左翼中旗珠日河牧場的烏力吉吐分場草地，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，土壤為沙質壤土.該地屬溫帶大陸性季風氣候，四季分明，春季回暖快，多風沙；夏季雨熱同期，雨量集中；秋季短促，降溫快；冬季干冷漫長.全年最高氣溫35.8℃，最低氣溫-25.1℃，年平均氣溫5.2℃，無霜期141 d，全年日照2 906 h，年平均降水量396.2 mm.

1.2 調查方法

在研究區域內設置9個固定樣地，在每個樣地內設9個1 m×1 m的樣方，樣方間距離50 m以上，從6月生長期開始，逐月取樣，調查草地草本層的物種組成.根據調查數據，參考許玉鳳等［14］和楊婧等［15］的方法，計算草本層的多樣性.

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

2 結果與分析

2.1 草地草本層的物種組成

研究區的物種組成如表1所示，調查發現共有植物49種，隸屬于23科46屬.在調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，占總物種數的28.57%；豆科和藜科各5種，均占總物種數的10.20%，豆科植物隸屬于5個屬，藜科分別隸屬4屬，分別占總屬數的10.87%和8.70%；菊科有3種，隸屬3屬，占總屬數6.52%，占總物種數的6.12%；其他各科植物隸屬于20屬22種，每科有1～3種，占總屬數的2.17%～4.35%，占物種總數的2.04%～6.12%.各科植物總屬數多少依次為禾本科>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個樣地出現率100%的有糙隱子草、豬毛蒿等12種植物，占總屬數的26.09%，占總物種數的24.49%；達烏里胡枝子、絲葉山苦荬等5種植物，出現率為87.50%，占總屬數的10.87%，占總物種數的10.20%；出現率為75%的物種有沙生冰草、灰綠藜、家榆（苗）等7種，占總屬數的15.22%，占總物種數的14.29%；興安蟲實、乳漿大戟等11種植物，只局限在某1個樣地中，占總屬數的23.91%，占總種數的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，占據草本層的上層，在多數樣地中占據草本層的優勢地位，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，說明草地已經出現不同程度的退化.

續表1

2.2 植物群落生物多樣性及季節動態

2.2.1 物種豐富度及季節動態草地的物種豐富度如圖1所示，6—10月份隨著季節的推移，整體上呈現降低-升高-降低的動態變化，其中，6—9月份，Margalef指數相對穩定，7月、8月相比6月分別下降了4.33%、0.48%，9月份達到最大，之后Margalef指數迅速下降，Margalef指數值范圍在1.37～2.16，9月份指數最高，為2.16，6月份指數次之，為2.08，10月份指數最低，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動態Fig.1 Seasonal dynamics of species richness in herbaceous layer

Margalef指數的季節動態反映了榆樹疏林草地草本層植物的生長動態規律，6月份草地植物全部返青，進入到營養生長階段，是分枝分蘗的快速增長期，而本研究中各物種的個體數量以枝條數計算，因此導致7月份草本層的Margalef指數下降.

2.2.2 生物多樣性及季節動態草地草本層的生物多樣性如圖2所示，6—10月份隨著季節的推移，Shannon-wiener指數整體上呈現升高-降低-升高-降低的動態變化，6—9月份，多樣性指數變化相對穩定，9月份之后，多樣性指數表現為迅速下降.Simpson指數和Pielou指數兩者的季節變化與Shannon-wie?ner指數保持一致，且Shannon-wiener指數在各月份均最高于其他2種指數.

圖2 草本層生物多樣性的季節動態Fig.2 Seasonal dynamics of biodiversity in herbaceous layer

Shannon-wiener指數范圍在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指數范圍在0.49～0.64，9月份指數最高，為0.64，10月份指數最低，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指數范圍在0.39～0.49，9月份指數最高，為0.49，在10月份指數最低，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、Simpson指數和Pielou指數的季節動態規律一致，總體在植物生長旺盛時期逐漸提高，生長末期下降迅速，這與草地植物的生育進程密切相關，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，植物的個體數量增多，但是種類數量下降明顯.

3 討論與結論

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年研究發現科爾沁榆樹疏林草原有植物物種41種，本研究共發現植物49種，種類數量變化不大，包烏云等［24］在2015—2017年對烏拉蓋草原的調查中發現禾本科、豆科、菊科植物在群落中占主要地位，王志國等［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果相似，但藜科植物的種類數量在禾本科、豆科之后，占第3位.

豐富度指數、多樣性指數反映群落內植物種類的多少，均勻度指數表示群落中各個種的分布程度［26-27］.本研究中，隨著季節的推移，物種的Margalef指數、Shannon-Wiener指數、Simpson指數、Pielou指數均在9月份最高，10月份植物進入衰退期，尤其藜科植物全部衰退，使其物種多樣性指數迅速下降.8月份的生物多樣性指數均有所下降，這可能與該地區這階段持續干旱有關，由于高溫干旱，有些植物出現已經枯黃，導致生物多樣性下降.CLELAND等［28］對美國草地長期觀測數據分析發現，物種豐富度與年降水量呈顯著正相關；何京麗等［29］對內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對榆樹疏林草原的生物多樣性的季節變化有一定影響.

研究區域的榆樹疏林草地草本層共發現植物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成相同.禾本科糙隱子草在草本層中廣泛分布，對群落起到穩定的作用，豬毛蒿和一年生禾本科植物及藜科植物的大量出現與廣泛分布，說明榆樹疏林草地已經出現了不同程度的退化.

研究區域的榆樹疏林草地草本層的Margalef指數范圍在1.37～2.16，Shannon-wiener指數和Simpson指數范圍在0.49～1.41，Pielou指數范圍在0.39～0.49；其季節動態相似，6—9月整體呈上升趨勢，均在9月份達到最大值，10月迅速下降，其動態變化主要決定于草地植物發育節律，一年生植物的消長對物種多樣性也有一定影響.