全 文 ：第20卷 第5期
Vol.20 No.5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2012年 9月
Sep. 2012
天山北坡羊茅草原群落结构与数量特征的动态变化
张鲜花,朱进忠*,吴咏梅
(新疆农业大学草业与环境科学学院 新疆草地资源与生态重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830052)
摘要:为了解天山北坡羊茅(Festucaovina)草原长时期自然放牧条件下草地植物群落特征的变化,采用连续定位
测定的方法,对1985-2004年天山北坡羊茅草原群落结构与主要数量特征的测定数据进行了分析。结果表明:
在连续测定的20年间,草地植物群落的种类组成与结构没有发生变化,而草地植物群落的数量特征始终处于动
态变化过程;1985-1995年时段内与自然降水量的波动规律基本一致,影响草地基本数量特征变化的主因是降
水量;在1996-2004年时段内,放牧利用干扰成为影响草地基本数量特征波动的主因;同时在后10年,草地地
上平均生物学产量较前10年下降了15.7%。
关键词:羊茅草原;群落结构;数量特征;动态变化
中图分类号:Q948.154 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2012)05-0819-06
DynamicofCommunityStructureandQuantitativeCharacteristicsofFestuca
OvinGrasslandintheNorthernSlopeofTianshanMountains
ZHANGXian-hua,ZHUJin-zhong*,WUYong-mei
(ColegeofGrasslandandEnvironmentalScience,XinjiangAgriculturalUniversity;KeyLaboratory
ofGrasslandResourcesandEcologyofXinjiang,Urumqi,Xinjiang830052,China)
Abstract:ThecommunitystructureandquantitativecharacteristicsofFestucaovinagrasslandwereinvesti-
gatedusingthecontinuouspositiondeterminationmethodtostudythechangesofFestucaovinagrasslandin
thenorthernslopeofTianshanMountainswithlongperiodnaturalgrazingconditionfrom1985to2004.
Resultsshowedthatthecompositionsandstructureofplantcommunityremainedunchangedandquantita-
tivecharacteristicswereinadynamicprocessinrecent20years.Precipitationwasamainfactorwhichinflu-
encedthegrasslandquantitativecharacteristics.Thedynamicofquantitativecharacteristicswasconsistent
withnaturalprecipitationfluctuationsfrom1985to1995.However,grazingdisturbancebecamethemain
reasontoinfluencegrasslandfluctuationfrom1996to2004.Theabovegroundbiomassdecreased15.7%
inthelast10years.
Keywords:Festucaovinagrassland;Communitystructure;Quantitativecharacteristics;Dynamic
羊茅(Festucaovina)是一个分布极广、植物
体变化较大的北温带山地草原种,在我国广泛分
布于东北、内蒙古、新疆、西藏、青海、甘肃、四川
与云南等地[1]。羊茅草原是新疆天山北坡中低
山带分布的最主要草地类型[2],以草质优良、分
布面积大、生产力高著称,是当地家畜重要的放
牧草地。近几十年来,由于气候变暖和人类的超
载过牧利用,致使草地发生了不同程度的变化,
主要表现在草地生态系统的稳定性和群落基本
数量特征波动性变大,生产力下降,已影响到了
该地区的生态安全与畜牧业的可持续发展,同时
这些变化也直接反映了当地自然环境变化和人
类活 动 干 扰 的 程 度[3-9]。本 研 究 利 用 1985-
2004年的定点调查数据,对比分析羊茅草原草地
植被主要群落特征与数量特征的时间尺度变化
及植被的演替趋势,探讨导致草地植物群落发展
变化的自然和人文驱动机制,为草地合理利用与
保护提供科学依据。
收稿日期:2012-04-10;修回日期:2012-05-30
基金项目:国家公益性行业(农业)科研专项(200903060)资助
作者简介:张鲜花(1978-),女,新疆呼图壁人,硕士,讲师,主要从事草地资源与生态的研究与教学工作,E-mail:zlzxh1314@126.com;
*通信作者 Authorforcorrespondence,E-mail:xjauzjz@126.com
草 地 学 报 第20卷
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区位于天山北坡中段,距乌鲁木齐市西
南78km 低山带的谢家沟地区(N43°07′~43°
47′,E87°25′~87°33′,海拔1600~1800m)。年
降水量388.7~535.9mm,年蒸发量1141.7~
1283.3mm;年平均气温2.1~3.3℃,无霜期100
~113d;土壤为山地栗钙土。草地类型属于典型
草原,植被群落优势种有羊茅、针茅(Stipacapill-
ta)、短柱苔草(Carexturkestanica),主要伴生种有
新疆 亚 菊 (Ajaniafastigiata)、冷 蒿 (Artemisia
frigida)等植物,占据山地阴坡、半阴坡和部分阳
坡地段。在利用方式上,是当地家畜绵羊的春秋
放牧草地。
1.2 研究方法
在自然放牧利用状态下,采用常规的草地植被
调查与室内分析相结合的方法,对1985-2004年间
羊茅草原草地进行植物群落的种类组成、高度、盖度
和地上生物学产量进行测定[10-14]。每年于相同地
点、相同季节进行一次调查。
样地调查:以羊茅草原草地型为单位,采取典型
取样法,进行植物种类组成、高度、盖度和地上生物
学产量的调查与测定,调查区域草地面积为3600
hm2。设定样地面积为10m×10m,样方面积为1
m×1m,每年与相同地点测定10个样地和30个样
方,调查时间为每年的7月份植物生长旺季。
高度:群落植物种的自然生长高度。
盖度:采用目视法估测群落总盖度和每种的分
盖度。
地上生物学产量:采用样地实测法测定群落组
分各植物种的地上生物学产量。
优势度=(RC+RY)/2;
式中,RC为草地群落组成植物的相对盖度,
RY为草地群落组成植物的相对生物学鲜重产量。
1.3 数据处理
采用 MicrosoftExcel2003进行数据统计并作
图。
2 结果与分析
2.1 草地植物群落优势种和主要伴生种组成的
变化
草地群落植物组成是草地植被最直观的特征,
决定群落外貌、结构和功能及演替方向[15],尤其是
群落中的优势种和主要伴生种,它们在群落中的变
化,直接决定着群落的发生与发展的方向。由图1
可知,在20年间,该草地类型植物群落的种类组成,
以羊茅、新疆亚菊为优势种,短柱苔草、针茅为次优
势种或主要伴生种的群落基本结构没有发生演替变
化,羊茅、新疆亚菊在草地群落结构中基本保持了第
一位和第二位的优势种地位;而且羊茅在1996年以
后,在群落中所占优势度值略有增大趋势,各年度基
本保持在0.3以上;新疆亚菊变化不明显。短柱苔
草与针茅在群落中的变化规律与新疆亚菊所表现的
规律基本相似。以上植物的优势度在年际间均呈波
动性变化,有时在群落中还会出现种间优势序位的
变动,而这种变动又在年际时间序列上表现出一定
的可逆性,说明草地群落组成的基本结构是相对稳
定的。
图1 植物群落优势种和主要伴生种的组成
Fig.1 Dominantspeciesandmaincompanionspeciesofgrasslandcommunity
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第5期 张鲜花等:天山北坡羊茅草原群落结构与数量特征的动态变化
2.2 草地植物群落优势种和主要伴生种高度的
变化
草地群落植物的高度是反映草地群落数量特征
的重要指标之一,高度的变化也就常常被作为草地
群落动态研究的主要内容之一[16]。从测定结果显
示,该草地群落植物的高度在时间序列上是呈波动
性变化的,有时在年份间的波动幅度还较大(图2、
图3),如羊茅,在2000和2001年,植株的叶层高度
只有3.6cm,而在1994和2002年植株的叶层高度
可达到8.9cm和8.5cm;其他植物在高度上的变
化也有类似情况,而这种变化均表现出具有一定的
可逆性。同时,从图2中也可看出,1992-1998年
期间,草地植物的长势是20年间最好的时期,平均
生长高度表现出了最大,而在1999年以后,针茅、羊
茅、新疆亚菊的高度有下降趋势,尤其是针茅的高度
下降明显。
图2 植物群落优势种和主要伴生种生殖枝高度的变化
Fig.2 Reproductiveshootheightofdominantspeciesandmaincompanionspeciesofgrasslandcommunity
图3 植物群落优势种和主要伴生种叶层高度的变化
Fig.3 Foliageheightofdominantspeciesandmaincompanionspeciesofgrasslandcommunity
2.3 草地植物群落总盖度与优势种和主要伴生种
盖度的变化
草地植物群落的盖度与高度一样均是表示群落
的数量特征指标,反映群落经济性状的大小。
对图4和图5资料的分析表明,1985-2004年
20年间,草地植物群落的总盖度有5年变动幅度较
大,1985年,1999年和2001年,草地群落的盖度均偏
低,分别为31%,32.4%和23.4%,是20年平均值
42.3%的73.3%,76.6%和54.4%;1987年和2002
年,草地群落的盖度分别达到55.8%和52.3%,较
20年平均值42.3%高出13.5%和10%,其他年份
基本上是在一个较小的波动幅度范围内变化,没有
出现随时间的变化,或者是渐进的增大或者是渐进
的变小。
组成草地植物群落种群的分盖度,居于群落第
一优势种的羊茅,除在1996年与2000年出现2个
峰值和2001年较低外,其他年份虽也有波动,但波
动的幅度较小。其他植物的盖度均表现出较小的波
动幅度,说明在20年的时间尺度上,草地群落各种
群的盖度保持了良好稳定性。
2.4 草地植物群落与优势种和主要伴生种地上生
物学产量的变化
草地地上生物学产量是指草地植物群落在一定
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草 地 学 报 第20卷
图4 植物群落总盖度的变化
Fig.4 Thechangeoftotalcoverageingrasslandcommunity
图5 植物群落优势种、主要伴生种盖度的变化
Fig.5 Branchcoverageofdominantspeciesandmaincompanionspeciesingrasslandcommunity
时期内地上部分光合物质的积累量[17]。从草地管
理考虑,与草地牧草的经济产量有所区别,但它也是
草地经济价值的直接体现形式。由图6的结果可以
看出,草地植物群落地上生物学产量在20年的时间
尺度上,一直处于波动变化状态,年际之间有时差异
较大,如1985年与1988年可相差2.4倍,1991年
与1995年相差1.9倍,2001年与2002年相差3.7
倍。同时也可以看出,这种变化在1995年的前8
年,约每4年为一个消长变化周期;而在1996-
2004年8年间,除2002年形成一个高峰值外,其他
年份草地地上生物学产量基本是一个递减的趋势。
通过对研究区草地的降水量与放牧利用强度的分
析,导致草地生物学产量波动与周期变化紊乱的原
因,与该地区历年降水量的多寡,年际间的分配规
律,草地家畜数量增减有直接关系。由图7可知,
1985-1996年前10年数据显示,1987,1988,1994
与1995年是该地区此时段的降水丰年,年降水量均
在400mm以上,草地的地上生物学产量均较高;
1985年与1991年为降水量最少年份,分别为291.7
mm与257.3mm,随之草地地上生物学产量也下降
至最低点。1996-2004年后10年内,同期年降水
量对草地地上生物学产量影响不大,1996年是该时
段内降水最少年份,年降水量只有239.0mm,而同
年草地的地面生物学产量是130.63g·m-2;1998,
1999,2000和2003年降水量均在400mm以上,草
地的地上生物学产量分别为119.19,106.54,73.23
和75.35g·m-2,2001年和2002年年降水量为
328.2和388.4mm,草地的地上生物学产量分别为
81.54和180.24g·m-2。同时也表现出草地地上
生物学产量总体呈下降趋势,将前10年与后10年
草地地上生物学产量的平均值对比,在后10年草地
平均地上生物学产量较前10年下降了15.7%,而
这2期的平均年降水量分别是378.1和398.7mm,
后10年较前10年草地的降水量增加了5.2%;从
中可以看出,后10年间草地地上生物学产量的波动
与表现的趋向,并非完全受草地降水量单一因素的
影响。
从组成群落的植物种群来看(图8),优势种羊
茅和新疆亚菊的地上生物学产量,在年际间的变
化与草地群落总生物学产量的变化规律基本一
致,它们的消长变化决定着草地群落总生物学产
量的变化。其他伴生种也表现出类似规律,只是
在消长幅度与年际间的分布上,有些种与优势种
略有差异。
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第5期 张鲜花等:天山北坡羊茅草原群落结构与数量特征的动态变化
图6 植物群落地上总生物学产量的变化
Fig.6 Thechangeofabovegroundbiomassingrasslandcommunity
图7 研究区1985-2003年降水量分布图
Fig.7 Thediagramofprecipitationfrom1985to2003
注:数据来源于与研究区相邻的小渠子气象站
Note:DatacomefromXiaoquziweatherstationnexttotestedarea
图8 植物群落优势种和主要伴生种地上生物学产量的变化
Fig.8 Thechangeofabovegroundbiomassofdominantspeciesandmaincompanionspecies
3 讨论
1985-2004年20年的时间段内,研究区草地
植物群落的高度和地上生物学产量,始终处于动态
变化过程,而且个别年份变化幅度较大,最低年和最
高年可相差2~3.7倍。研究区草地在利用方式上
属于永久性放牧地,影响草地稳定性因素主要是气
候与人类放牧活动的干扰,从草地生物学产量变化
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草 地 学 报 第20卷
规律的分析表明,草地的降水量及其年度间的分配
是影响该地区草地波动的主要原因,而放牧利用是
随着草地家畜数量的增加,牧压强度的持续加大,影
响草地牧草的正常生产。上世纪90年代前,研究区
草地的利用与管理为集体所有制,实行统一管理统
一利用,家畜数量的发展是在一定的计划下进行;从
1995年起,当地实行草地畜牧双承包责任制,草地
上放养家畜数量不受限制,草地载畜量有逐年增加
趋势,那么放牧家畜施加于草地的压力较10年前加
大,造成草地植物群落年际间数量特征的较大波动,
尤其是草地地上生物学产量呈现出整体上的下降趋
势。可以说明此段时间内,放牧利用干扰在很大程
度上影响着草地植物群落基本数量特征的年际波
动,并已成为影响草地数量特征波动的主要因
素[18]。
4 结论
研究结果表明,在研究的20年时间内,研究区
草地植物群落的结构没有发生变化,基本成分优势
种和主要伴生种在群落中的序位较稳定,基本保持
着群落原有的结构与功能。
草地的高度、盖度和地上生物学产量,在1985
-1995年的时段内,除个别年份波动幅度较大外,
其他年份基本上在一个不大的波动幅度范围内变
化,而这种变化均表现出一定的可逆性,与降水量的
波动规律基本一致,草地基本数量特征的变化,草地
降水量是影响草地波动的主因。
在1996年-2004年的后10年间草地基本数
量特征的变化,放牧利用干扰应为影响草地波动的
主因;至少也是放牧干扰与降水双重影响的结果。
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(责任编辑 刘云霞)
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