全 文 ：第 3 卷
V o l
.
3
草 地 学 报
A C T A A G R E S T IA S IN IC A
1 9 9 5 年
1 9 9 5
羊草草原群落初级生产力动态研究
白永飞 许志信
(内蒙古农牧学院草原科学系 , 呼和浩特 , 。1。。1 8)
摘要 : 在锡林郭勒盟南部羊草草原对群落初级生 产力动态进行 n 年的定位研究 , 结果表
明 :群落地上生物量有着显著的波动 , 在 1 年中遇丰年 3 个 、平年 7 个 、欠年 1 个 。 群落地上生物
量季节积累动态符合 Co m per t z 曲线 B 一 B m 。 二 · e 一 e“一 k , , 其高峰值出现在返青后 的 125 . 2 一 162 . 7
天 。制约群落地上生物量波动的限制因素是水分条件 。建立了群落地上生物量与水热因子关系的
数学模型 。 根据这些规律作者对畜牧业生产提出了合理建议 。
关键词 : 羊草草原 ; 群落 ; 地上生物量 ; 降水量
1 前言
羊草 (L ey m us ch in en si )草原广泛分布在欧亚草原 区的东部 , 在我国境 内主要分布在东
北和内蒙古东部地区 , 形成地带性的群落类型 (中国科学院内蒙古宁夏综合考察队 , 1 9 8 5 ) 。
羊草草原是我国东北和内蒙古东部地 区重要的畜牧业基地 , 在畜牧业生产中占有举足轻重
的地位 。 羊草作为建群种具有耐寒 、耐旱和耐盐碱的生态特性 , 其植株叶量大 , 营养价值高 ,
适 口性好 , 不仅适于各种家畜放牧 , 而且适于调制干草 、颗粒饲料和青贮饲料 。
羊草草原作为草地生态系统 , 其植被生产力的季节和年度波动影响着该系统的结构和
功能 ,决 定了系统的兴衰 (刘钟龄等 , 1 98 7 ) , 因此 , 羊草草原初级生产力的研究 , 对预报草地
生产力 , 建立生态经济型畜牧业 , 实现资源的永续利用无疑具有重要意义 。 关于羊草草原初
级生产力的研究 , 前人做过大量工作 (章祖同 , 1 9 6 2 ;祝廷成等 , 1 9 6 4 ;李月树等 , 1 9 8 3 ;刘钟龄
等 , 1 9 8 7 ) 。 在此基础上于 1 9 8 3 ~ 1 9 9 3 年对羊草草原群落初级生产力进行定位观测研究 , 已
获得初步研究结果 。
2 试验地 自然条件和研究方法
研究地区位于锡林郭勒盟正 蓝旗境内 , 定位观测样地的地理坐标 : 北纬 4 2 0 2 7 ‘5’‘、东经
1 1 6
0
2 , 5 4
“ , 海拔 1 4 2 0 m 。 根 据 1 9 5 9 ~ 1 9 8 9 年资料统计 , 年均气温 1 . S C , 年降水量 3 6 6 .
7 m m
,年蒸发量 1 9 3 6 . 5 m m , 干燥系数 5 . 3 ,年大风 日数 6 5 . 5 夭 , 无霜期 1 10 天 。 样地位于
缓坡 中部 , 土壤为暗栗钙土 。 主要植物有 : 羊草 、大针茅 (St iPa g ra nd is) 、糙隐子草 (Cl els t o-
g 阴。 sq u ar ro sa ) 、冰草 (A g ro pyr on cr lst at u m ) 、 达乌里 胡 枝 子 (L es Pe d ez a d ~ 、a)
、 冷 篙
(A叮e m 站故 fr 茗ld a ) 、星毛委陵菜 (P o te n til a a c a u l钻) 、寸草苔 (C a r e x d u二sc u la )等 。
样地面积为 2 50 只 40 m Z , 地上生物量测定采用样方法 , 面积 1 火 1 :矿 。 每年 4 ~ 10 月共
测定 7 次 , 每月 15 日进行 。 各种群地上生物量采用齐地刘割 , 测定鲜重和干重 。
3 试验结果与分析
3
.
1 群落地上生 物量的年际动态
测定结果 (表 1) 表明 , 群落和羊草种群地上生物量在年度间有着显著的波动 , 其波动系
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第 1 期 白永飞等 : 羊草草原群落初级生产力动态研究
数分别高达 3 . 2 9 (9 8 4 . 5 ~ 3 2 3 6 . 9 k g · ha 一 ‘)和 1 9 . 7 2 (1 2 0 . 0 ~ 2 3 6 6 . 7 k g ·h a 一 ‘) , 变异系数分
别为 31 . 93 %和 83 . 91 % 。 若以群落平均地上生物量 为理论平年产草量增减 32 %以上作为
丰 、欠年的指标 , 则 1 1 年中遇丰年 3 个 (1 9 9 0 、 1 9 9 1 、 1 9 9 2 ) 、平年 7 个 、欠年 1 个 (1 9 5 3 )(见图
1 )
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图 1 群落和羊草种群地上生物 t 的年度变化
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1 A n n u a l e ha n g e s o f a bo v e
一
g r o u n d b io m a s s fo r th e e o m m u n it y a n d
L e 少m u s c h i n e n s 行 p o P u la t i o n (1 9 8 3一 1 9 9 3 )
从图 1 看出 , 年降水量直接导致群落和羊草种群地上生物量的年际波动 。表现为降水量
愈多 , 草原生产力则愈高 。 但降水量的季节分配对群落和羊草种群地上生物量有很大影响 。
相关分析表明 , 一年中 1 ~ 3 月降水量 、 5 ~ 8 月降水量 、第一次 ) 10 m m 降水 日期出现的早
晚以及 7 月份降水量及其分配和 ) 50 m m 的旬降水次数都对群落初级生产力产生明显的
影响 , 其 中以 1一 3 月降水量 、 7 月份降水量及其分配以及第一次) 10 m m 降水 日期至为关
键 (见表 2 ) 。
经 回归分析 , 连续 n 年的群落地上生物量与 1一 3 月降水量有着极显著的回归关系 。 回
归方程为 :
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式 中 Y一群落地上生物量 ; X一 1一 3 月降水量 。
利用上述模型 , 可在生产中对群落初级生产力进行早期预报 。
7 月份热量充足 , 是牧草地上生物量积 累的盛期 , 如此期降水充沛且分配均衡 , 其初级
生产力则高 ( 1 9 8 , 1 9 9。 , 1 9 9 1 , 1 9 9 2 ) ; 反之 , 如降水偏少且分配不合理 , 即使在后期降水量增
草 地 学 报 1 9 9 5 年
多 , 地上生物量也难以明显增加 , 结果初级生产力一般较低 (1 9 83 、 1 9 87 、 1 98 9 ) 。 一年中第一
次降水 () 10 m m 旧 期 的早 晚直接 影响牧草的返青及其早期生长发育 。 如果第一次)
1 0 m m 降水的 日期出现较早 , 地上生物量则较高 (1 9 8 8 、 1 9 9 1 ) , 反之 , 则较低 (19 8 6 、 1 99 3) 。
此外 , 如一年 中) 50 m m 旬降水次数太多 , 牧草对降水的利用效率反而降低 , 例如 1 98 5 和
1 9 9 2 均为少有的多雨年份 (43 3 . 9 m m 和 5 62 . 8 m m ) , 而且 ) 50 m m 旬降水次数偏多(见表
2 )
, 强度大 (分别占全年降水量的 51 %和 49 % ) , 但两个年度群落地上生物量在测试的 n 年
间并非最高年份 。
3
.
2 群落地上生物量的季节变化
一般年份 , 当 日平均气温稳定通过 。C时 , 群落中的一些植物首先返青 , 此后随着各种
牧草继续生长 , 到 8 月中旬至 9 月中旬地上生物量达到高峰值 。建群种羊草具有和群落相类
似的动态规律 (表 3 ) 。 从表 3 看出 , 群落和羊草种群地上生物量积累的动态趋势是一致的 ,
均呈单峰型曲线 , 表明其生物量的季节波动具有稳定的规律性 。可以运用数学模型对群落和
羊草种群地上生物量季节波动曲线进行拟合 , 用以预报草地产草量 。
根据实测数据所拟合的 C o m p e rt z 曲线 , 从植物萌动开始形成地上生物量到地上生物量
积累达到高峰值期间 , 群落和羊草种群地上生物量动态吻合曲线形式为 : B ‘一 B _ · 。一 ea 一舰式
中 B , 代表某一时刻地上生物量值 ; B ~ 二 : 群落 (或羊草种群 )可达到的最大生物量值 ; 。 : 自然
对数的底 ; a : 曲线动态参数 ; k :地上生物量增长参数 ; t : 地上生物量积累时间 。 通过方程求
导 ,达到最大地上生物量所需时间为子 (拟合曲线 K < 0 , ,拟合结果见表 4 ·从表 4 看出 , 群
落地上生物量积累动态拟合曲线均达到显著或极显著水平 。 羊草种群地上生物量积累动态
拟合曲线由于在 1 9 8 5一 1 9 8 8 年取样次数偏少而未通过显著性检验 , 但 1 9 8 9 一 1 9 9 3 年的拟
合曲线均达到显著或极显著水平 。 绘制的拟合曲线和实测曲线图 (图 2) 表明 , 曲线符合程度
较好 , 拟合效果显著 。
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图 2 群落和羊草种群地上生物里拟合曲线
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2 Im it i t i n g e u r v e s o f a bo v e
一
g r o u n d b io m a s s fo r t h e e o m m u n it y a n d 肠夕m u s c h : n e n s ls p o p u la t io n
注 : 拟合曲线高峰值以后为虚设线 众 aw ln g s a ft e r th e pe a k s a re e x pe e t e d tr e n d li n e s b a s e d o n a c t u a l d a ta
第 1 期 白永飞等 : 羊草草原群落初级生产力动态研究
从年度间拟合曲线可以看出 , 群落地上生物量高峰的出现时间差异很大 , 变幅为 1 25 . 2
~ 1 62
.
7 天 ,相差 37 . 5 天 。 表明生物量的形成和积累不仅受群落中各种群生育节律的支配 ,
而且受环境因子制约 。因此地上生物量可视为各种生态因子综合作用的函数 , 而水分和热量
条件则起主导作用 , 尤其是二者的组合更为显著(Li De x in , 1 9 90 ) 。 经分析地上生物量积累
(Y )与降水量累积 (x1 )和) o ℃积温 (x 2) 均呈显著的正相关 。 通过复相关回归可建立数学模
型 , 预报草原初级生产力 (表 5 ) 。
表 5 群落地上生物t 积累 (Y )与降水t 累积 (X , )和 ) O℃积温 (X Z )的相关回归关系
T a b le 5 R e g r e ss iv e e q u a tio n s o f t he e o m m u n ity a bo v e
一
g r o u n d bio m a s s in er ea s in g (Y )
w it h a e e u m u la te d p r e e iPit a tio n (X l ) a n d e u m u la tiv e tem Pe r a tu r e (X Z )
年度 Y e a r R : (Y 一 X l ) 方程 E q u a t io : 1 5 R Y . zZ
1 9 8 5
1 9 8 6
19 8 7
19 8 9
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19 9 1
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Y = 一 1 8 6 . 50 56 + 14 . 3 7 7 5 X z一 0 . 5 6 9 9 X z
Y = 一 1 4 56 . 7 73 1 + 4 1 . 6 4 7 5 X z 一 3 . 7 8 8 7 X :
Y = 6 1
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Y = 4 7
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5 98 7一 0 . 6 5 2 8 X I + 0 . 98 8 5 X 2
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9 8 13
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含相关系数(r l 、 r : 、 r , . 1 2 ) (In e lu d e : e la ted e o e ffle : e n t s r l 、 r Z 、 r , · 1 2 ) ·
4 小结
4
.
1 羊草草原群落地上生物量年度间有着显著的波动 , 在 n 年中遇丰年 3 个 、平年 7 个 、
欠年 1 个 。 生物量季节积累动态符合 C o m p er tz 曲线 B , ~ B m a二 · e 一 ea 一 “, , 其曲线呈单峰型 , 高峰
值出现在返青后 1 25 . 2一 1 62 . 7 天之间 。 建群种羊草有着与群落相类似的变动规律 。
4
.
2 制约锡林郭勒盟南部羊草草原地上生物量波动性的限制因素是水分条件 。生物量的年
度变化主要受年降水总量 、 1 ~ 3 月降水量 、第一次 ) lo m m 降水 日期的早晚以及 7 月份降
水量及其分配等因素的影响 。 生物量的季节变化主要由群落中各植物种群的生育规律和水
热因子的组合状况所决定 。
4
.
3 根据草地初级生产力的变化规律 , 在畜牧业生产中 , 应着重注意以下几个问题 : (l) 以
草定畜 , 将草地资源的保护和利用有机结合 ; (2) 根据制约草地初级生产力限制因素的变化
合理安排生产计划 ,做到在丰产年份多增加育肥畜数量以提高经济效益 。在欠收年份增加商
品畜数量 ,保护母畜减少损失 ; (3) 依据生态学原理 , 进行草地生态农业建设 , 培育和改 良天
然草地 , 提高草地生产力恢复生态平衡 。
参 考 文 献
1 中国科学院内蒙古宁夏综合考察队 , 19 85 , 内蒙古植被 , 科学出版社
2 刘钟龄 , 李忠厚 , 1 9 87 , 内蒙古羊草 + 大针茅草原植被生活力的研究 , 干旱 区资源与环境 , 1 (3 ~ 4 ) : 13 ~
3 3
3 章祖同 , 1 9 6 2 , 呼伦贝尔草原草场类型及生产力的初步研究 , 内蒙古农牧学院科学研究报告集 , 草原部
分
4 祝廷成 , 杨殿 臣 , 景鼎五 , 叶居新 , 1 9 6 4 , 东北羊草草原产草量动态的观测 , 中国农业科学 , 3 : 49 ~ 50
草 地 学 报 1 9 9 5 年64
5 李月树 , 祝廷成 , 198 3 , 羊草种群地上部生物量形成规律的探讨 , 植物生态学与地植物学丛刊 , 7 (4)
6 L I D e x in
,
1 9 9 0
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Pr介
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S tu d ie s o n D yn a m ies o f Pr im a r y P r o d u c tio n fo r
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D u r in g e le v e n y e a r s the r e w e r e th r e e b u m p e r ha r v e s t ye a r s
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S e a so n a l in e r ea s in g e u r v e s o f th e eo m m u n ity a bo v e 一 g r o u n d
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