程中秋，張克斌，常 進(jìn)，王黎黎，王 曉，張賓賓，周 毅

(北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083)

植物群落的波動(dòng)是指在短期或周期性的氣溫或水分變動(dòng)的影響下，植物群落出現(xiàn)逐年的變化現(xiàn)象[1]。因此，群落的波動(dòng)亦可稱為年際變化。植物群落波動(dòng)現(xiàn)象在荒漠和草原群落中最為常見。它主要體現(xiàn)在群落生產(chǎn)量、植被蓋度、高度等植物特征值的變化[2]。因此，通過每年的植被特征值比較分析來研究植被波動(dòng)規(guī)律，具有十分重要的意義。植物群落的波動(dòng)性研究開展較晚，拉博特諾夫在1972年正式提出群落波動(dòng)的定義，截至目前，該方面的研究取得不錯(cuò)的發(fā)展，但主要集中在植被波動(dòng)的類型、特征及波動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理方面[3-8]，而且這方面的研究多數(shù)是針對(duì)森林群落[9-11]。彭少麟、王伯蓀等通過森林群落的研究，采用生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，提出了波動(dòng)強(qiáng)度的測(cè)定公式[12-13]。而對(duì)群落波動(dòng)現(xiàn)象表現(xiàn)更加明顯的草地群落，相關(guān)的研究卻不多見[14]，尤其是對(duì)中國北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)天然草地植被的相關(guān)研究更少。因此，本文在結(jié)合同類研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合寧夏鹽池荒漠化定位監(jiān)測(cè)的資料，通過構(gòu)建寧夏鹽池天然草地植被波動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算公式，研究2003-2009年的植被波動(dòng)情況，為農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)荒漠化評(píng)價(jià)提供參考方法。

1 研究區(qū)概況

鹽池縣位于寧夏回族自治區(qū)東部，位于37°04′-38°10′N 和 106°30′-107°41′E 之間。全縣南北長110 km，東西寬66 km，轄區(qū)總面積 8 661.3 km2，屬鄂爾多斯臺(tái)地向黃土高原過渡地帶，地勢(shì)南高北低，平均海拔1 600 m。鹽池縣在氣候區(qū)上屬于半干旱-干旱區(qū)，在植被區(qū)劃上是草原-荒漠區(qū)，在土地利用上屬于農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)。正是這種區(qū)劃上的過渡性造成了鹽池縣的自然條件的多樣性和脆弱性特點(diǎn)。

鹽池縣常年干旱少雨，風(fēng)大沙多，屬典型的中溫帶大陸性氣候區(qū)，年降水量280 mm，年蒸發(fā)量2 100 mm，年均氣溫為8.1℃，極端最高溫度為34.9℃，極端最低溫度為-24.2℃，年均無霜期為165 d。土壤類型以灰鈣土為主，其次是黑壚土和風(fēng)沙土。植被類型有灌叢、草原、草甸、沙地植被和荒漠植被。其中，灌叢、草原、沙地植被數(shù)量較大，分布也較廣。草原分干草原和荒漠草原，群落中常見植物種類以旱生和中旱生類型為主。

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)及樣方調(diào)查

研究區(qū)域選擇鹽池縣無量殿附近的一塊天然草地，距城南7 km。根據(jù)植被生長狀況，選擇植被長勢(shì)較好，人為干擾影響較小的樣地，樣地大小設(shè)置為200 m×200 m，同時(shí)采用GPS定位，每年進(jìn)行定位監(jiān)測(cè)。在樣地范圍內(nèi)，按東南西北4個(gè)方向分別均勻布設(shè)5個(gè)樣方，共計(jì)20個(gè)樣方，樣方大小為1 m×1 m。每年以樣方為單位進(jìn)行植被調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容主要包括植物名稱及植物特征值(密度、蓋度、高度、生物量等)?？紤]到寧夏鹽池植物生長季為7-8月，故選擇2003-2009年的7-8月作為樣方調(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)度計(jì)量公式:

式中:FI——草地植被的波動(dòng)強(qiáng)度;Ci——第 i年植被的蓋度;Bi——第 i年植被的生物量;Hi——第 i年植被的群落高度;Di——第 i年植被的密度;a，b，c，d——相應(yīng)各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù);r——草地植被觀測(cè)年數(shù)(本文為7 a，2003-2009年)

本文采用專家打分法來確定各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，共選擇10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)值評(píng)定。其權(quán)值的確定標(biāo)準(zhǔn)是按照4個(gè)不同指標(biāo)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)草地植被生長情況的反映程度來確定各指標(biāo)的權(quán)重得分，4個(gè)指標(biāo)權(quán)重得分之和為4分。選出的10位專家對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)天然草地植被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。從專家評(píng)定結(jié)果來看，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1.62，1.81 ，0.26 和0.31。將 a，b，c，d 的權(quán)重值代入式(1)，得到北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)天然草地植被波動(dòng)強(qiáng)度(見圖1)。

圖1 2003-2009年植被波動(dòng)強(qiáng)度與5-7月降雨量的吻合情況

3 結(jié)果分析

3.1 植被特征值分析

無量殿天然草地2003-2009年植被特征值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)天然草地2003-2009年植被特征值

通過對(duì)2003-2009年農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)天然草地的植被蓋度分析可以看出，2003年、2004年、2006年、2007年的植被蓋度均大于平均值39.37%，其中以2004年為最大 ，達(dá)到52.65%，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22.76%。

2003-2009年平均群落高度為10.49 cm，除2003年、2008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11.68 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農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)天然草地的植被生長情況，但影響較小，所以群落高度權(quán)重值僅為0.26。

群落密度受調(diào)查前期降水影響較大。2003年、2006年、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，使得群落密度較大，分別為107株/m2、192株/m2、140株/m2，均高于多年平均密度(100株/m2)。其余年份均低于平均值，其中2005年群落密度最低，只達(dá)到35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。

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狀況，故權(quán)重系數(shù)較大。2003-2009年，樣地內(nèi)群落生物量分別為243.22，304.55，219.02，202.71，176.11，92.34，123.35 g/m2，多年平均為194.47 g/m2。生物量波動(dòng)趨勢(shì)與蓋度基本一致，2003-2006年生物量較高，都在平均水平以上，2007-2009年生物量較低，都在平均水平以下。

3.2 植被波動(dòng)強(qiáng)度分析

將2003-2009年植物特征調(diào)查結(jié)果代入式(1)，得到2003-2009年的植被波動(dòng)強(qiáng)度。波動(dòng)強(qiáng)度結(jié)果顯示，2003-2009年波動(dòng)強(qiáng)度分別為 0.12，1.52，-0.22，0.71，0.45，-1.76，-1.18?？梢钥闯霾▌?dòng)強(qiáng)度值以2004年最大，達(dá)到1.52，2008年最小，僅為-1.76。波動(dòng)強(qiáng)度為正數(shù)時(shí)，可理解為正向波動(dòng)，表示該年度植被生長較好，在正常值以上，波動(dòng)強(qiáng)度值越大說明植被生長越好;波動(dòng)強(qiáng)度為負(fù)數(shù)時(shí)，可理解為負(fù)向波動(dòng)，表示該年植被生長情況不理想，在正常值以下，波動(dòng)強(qiáng)度的絕對(duì)值越大則說明植被生長越差。在樣方調(diào)查時(shí)間內(nèi)，2003年、2004年、2006年、2007年波動(dòng)強(qiáng)度均為正數(shù)，植被生長較好，其中以2004年為最好。2005年、2008年、2009年波動(dòng)強(qiáng)度小于 0，植被生長較差，以2008年為最差。植被波動(dòng)強(qiáng)度曲線見圖1。

3.3 調(diào)查前期降雨量分析

通過當(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7-8月，本文對(duì)與當(dāng)年植被調(diào)查結(jié)果關(guān)系密切的5-7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，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1。

除2003年、2009年外，其余年份5-7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北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)植被生長的最主要影響因子，所以這在一定程度上表明植被波動(dòng)強(qiáng)度能較好的反映北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)植被生長情況。2003年5-7月降雨量統(tǒng)計(jì)結(jié)果與植被波動(dòng)強(qiáng)度存在較大差距，原因可能是寧夏鹽池縣于2003年開始實(shí)行全縣禁牧，2003年研究區(qū)天然草地植被生長受到前一年和當(dāng)年的放牧影響，導(dǎo)致2003年植被生長狀況不如2004年。而2009年5-7月降雨量統(tǒng)計(jì)結(jié)果與植被波動(dòng)強(qiáng)度不一致的原因是，2009年鹽池縣的公路建設(shè)破壞了研究區(qū)的植被，導(dǎo)致天然草地的植被生長嚴(yán)重受挫。2003年和2009年的植被波動(dòng)結(jié)果同時(shí)表明，國家政策和人為干擾是北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)植被恢復(fù)的重要影響因子。

4 結(jié)論

(1)降雨量的多少已被普遍證明是北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)植被生長的最主要影響因子，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，表明植被波動(dòng)強(qiáng)度曲線能夠較好的反映農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)植被的生長狀況。

(2)2003年的植被波動(dòng)強(qiáng)度與降雨量統(tǒng)計(jì)結(jié)果存在較大差距，這是由于寧夏鹽池于2003年開始實(shí)行全縣禁牧，2003年研究區(qū)天然草地植被生長受到前一年和當(dāng)年的放牧影響。這也表明鹽池的禁牧政策有利于當(dāng)?shù)氐牟莸刂脖换謴?fù)和生態(tài)環(huán)境改善。

(3)雖然按照生物統(tǒng)計(jì)學(xué)方法構(gòu)建的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)天然草地植被波動(dòng)強(qiáng)度公式，能夠較好反映植被生長狀況，且操作簡便快捷，但由于權(quán)重系數(shù)的確定采用的是專家打分法，專家確定的參數(shù)存在主觀性，同時(shí)不同專家的認(rèn)識(shí)也存在一定的差別。因此，如何更為準(zhǔn)確地確定權(quán)重和減少誤差，需要進(jìn)一步研究和探討。

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