内蒙古多伦县沙质草地植被波动研究

于 洋，高 俊，王志明，王 娟，张 艳

（北京林业大学水土保持学院，北京 100083）

植物群落的波动是指可恢复的在相对较小的时间尺度下（如月、季、年）的群落变化[1]。植被波动，尤其是草地植被波动充分反映了植被群落对生态、非生态因子的作用的承受结果[2]。因此，研究植被波动规律对于草地植被经营管理具有重要意义。但是，目前对植物群落波动性的研究在国内外均不多见，相关研究也主要集中在植被波动的定义、类型、特征及波动产生的机理方面[3-8]。而且，植被动态方面的研究很多都是针对南方森林群落研究[9-11]。彭少麟等对森林群落波动及波动强度的测定进行了探讨，提出了植物群落波动强度的概念，并在统计学和生态学理论的指导下，提出了测定波动强度的公式，对植物群落波动的定量研究起了推动作用[12-13]。而采用定点观测资料进行植被动态研究的较少[14]，尤其是对北方荒漠化地区沙质草地植被的波动性研究更不多见。为此，在同类研究的基础上，在典型区设置样地，进行6 a定点期观测。结合样地调查资料，通过构建多伦县沙质草地植被波动强度计算公式，以期为干旱区荒漠化评价提供参考，并进一步为研究沙质草地生态系统稳定性和沙区草场植被恢复提供科学依据。

1 研究区自然概况

研究区多伦县位于内蒙古锡林郭勒盟东南部，东经 115°51′～116°54′，北纬 41°46′～42°36′。面向京津，是内蒙古距北京最近的旗。多伦县气候属我国东部季风区，中温带，半干旱向半湿润过渡地区的典型大陆性气候，年平均降水量385.5 mm，年平均风速3.6m/s，无霜期100 d左右。

多伦县地处内蒙古高原南部，阴山山地东端北坡，浑善达克沙地南端，东部与大兴安岭向西南延伸的余脉衔接，县境地行为四周高、中间低的半环形盆地。海拔1 150～1 800m，地貌属低山丘陵。县境内土壤属栗钙土区，土壤类型主要可分为：灰褐土、黑钙土、栗钙土、草甸土和风沙土。所占面积由高到低依次为：栗钙土70.1%，风沙土16.6%，草甸土6.95%，黑钙土3.35%，灰褐土3.00%。县境内主要分为典型草原、森林草原、草甸草原、沙丘沙地等植被类型。

2 研究方法

2.1 样地布设及样方调查

研究区域选择距城南15 km处的一块沙质草地。为了研究的准确性，选择植被长势较好，人为干扰影响较小的样地，样地大小设置为300 m×300 m，同时采用水泥桩定位，每年进行定期和定位监测。在样地内，均匀布设30个样方，样方大小为1 m×1m。每年以样方为单位进行植被调查，调查内容主要包括植物种类和群落密度、盖度、高度、生物量等指标。由于多伦县7～9月沙质草地植被生长较好，是植物的生长季，故选择2004～2009年的7～9月进行调查，并根据每年的降雨情况和植被生长情况确定具体样方调查时间。

2.2 植被波动强度公式的构建

运用生物统计学的方法，初步构建植被波动强度的计量公式：

（1）式中FS表示草地植被的波动强度；Ai为第i年植被的盖度；Bi为第i年植被的高度；Ci为第i年植被的密度；Di为第 i年植被的生物量；a、b、c、d为相应各指标的权重系数；r为草地植被观测年数（文中r值为6）

采用专家打分法来确定各特征值的权重系数，共选择8位相关专业领域的专家对本文选取的4种植被特征值（盖度、生物量、高度、密度）进行权重的评定。其权重系数的确定标准是按照4个不同指标对多伦县沙质草地植被生长情况的反映程度来确定各指标的权重得分，4个指标权重得分之和为40分。表1是选出的8位专家对多伦县沙质草地植被4种植被特征值的权重评定得分结果，最终权重系数为每位专家评定的权重得分的平均值。从表1专家评定结果来看，盖度和生物量权重得分较高，而密度和高度权重得分则相对较小。权重系数a、b、c、d 的值分别为 16.2、2.6、3.1 和 18.1。

将 a、b、c、d 四个权重值带入公式（1），得到多伦县沙质草地植被波动强度公式：

表1 各特征值权重系数专家打分

3 结果分析

3.1 植被特征值分析

从2004～2009年多伦县沙质草地的植被盖度分析结果（图1）可以看出，2004年、2006年、2007年的植被盖度均大于平均值31.27%，其中以2004年为最大，达到42.12%，2005年、2008年、2009年的植被盖度均小于平均值，以2008年盖度最小，仅为18.21%。

图1 2004～2009年植被盖度

样地植物群落高度的波动趋势见图2。2004～2009年平均群落高度为16.2 cm，除2008年、2009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，为17.7 cm。本文统计的群落高度是指群落的平均高度，虽然能在一定程度上反映沙质草地的植被生长情况，但影响较小，因此群落高度权重值仅为2.6。

图2 2004～2009年植被群落高度

草地植被群落密度受调查前期降水影响较大，主要是前期降雨丰富导致一年生草本大量生长，造成群落密度增大。群落密度波动情况见图3。2006、2007年调查前期研究区降水量较为丰富，调查时伴生植物大量生长，使得群落密度较大，分别为 154、112、140株/m2，均高于多年平均密度（79株/m2）。其余年份均低于平均值，其中2005年群落密度最低，仅28株/m2。这是由于2005年调查前期降水较少，严重影响了草本植物特别是伴生植物的生长。

图3 2004～2009年植被密度和生物量

样地内，建群种主要以多年生草本植物为主，群落生物量则主要由建群种和优势种构成，较大程度上能反映植被生长状况，故权重系数较大。2004～2009年，样地内群落生物量分别为395.92、284.73、263.52、228.94、120.04、160.36 g/m2， 多 年 平均 为242.45 g/m2。生物量波动趋势与盖度基本一致（图3），前 4 a（2004～2007 年）生物量较高，都在平均水平以上，2008～2009年生物量较低，都在平均值以下。

3.2 植被波动强度分析

根据上述植被波动强度计算公式，根据表1权重系数，计算出沙质草地植被波动强度，结果（见图4）。可看出，研究区2004～2009年草地植被波动强度分别为 0.412、－0.032、0.198、0.133、－0.430、－0.282。波动强度在一定程度上反映了该年度的沙质草地植被生长状况。以植被波动强度将草地植被波动强度划分为正向波动和负向波动，波动强度大于0为正向波动，表明植被生长好于正常年；波动强度小于0则为负向波动，表明植被生长状况较正常年差。正向波动以2004年最大，波动强度为0.412，其次为2006 年、2007 年，分别为 0.198、0.133；负向波动最大的是2008年，波动强度为－0.430，其次为2009年和2005年，波动强度分别为－0.282和－0.032。一般而言，正向波动强度越大表明植被生长越好，负向波动率的绝对值越大则植被越差。

图4 多伦县沙质植被波动强度曲线

3.3 调查前期降雨量分析

通过当地气象局收集当年的降雨资料，考虑到样方调查时间安排在当年的7～9月份，试验对与当年植被调查结果关系密切的4～7月降雨量进行统计，并结合上文得出的植被强度曲线进行比较分析，结果见图5。

图5 2004～2009年植被波动强度曲线与4～7月降雨量的吻合情况

除2007年外，其余年份4～7月降雨量波动情况与植被波动强度曲线基本一致。降雨量已被普遍证明是荒漠化地区植被生长的最主要影响因子，所以，这在一定程度上表明植被波动强度能较好的反映荒漠化地区植被生长情况。2007～2009年4～7月降雨量统计结果与植被波动强度不一致，其原因有待进一步探讨。

4 结论与讨论

（1）降雨量的多少已被普遍证明是荒漠化地区植被生长的最主要影响因子之一。2004～2006年植被波动强度曲线与调查前期降雨量曲线基本一致，说明植被波动强度曲线在一定程度上能够反映多伦县沙质草地植被的生长状况。2007～2009年植被波动强度曲线与降雨量曲线不一致。这可能与取样点选择、植被种类、植被种群竞争等因素有关。

（2）基于生态学、统计学，结合中国北方半干旱地区沙质草地植被的脆弱性、边缘性等特征，构建了多伦县沙质草地植被波动强度的计算公式，这是一种较为简便快速的统计方法。试验参数采用专家权重法确定，其中盖度、高度、生物量参数基本一致，而密度参数存在差异。因此，关于公式中参数的确定，有待进一步探讨。

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