气温和降雨量对高寒草甸不同功能群植物产草量的影响

晁元刚

(青海省都兰县热水乡畜牧兽医工作站，青海都兰 816100)



气温和降雨量对高寒草甸不同功能群植物产草量的影响

晁元刚

(青海省都兰县热水乡畜牧兽医工作站，青海都兰 816100)

摘要[目的]研究气温和降雨量对高寒草甸不同功能群植物产草量的影响。[方法]选择典型的高寒草甸为研究对象，通过对1995～2004年气温和降雨量变化的分析，对不同功能群产草量的影响进行了研究。[结果]气温和降雨量对禾本科功能群植物的产草量的影响较大，相关性均达到极显著水平；降雨量对莎草科产草量影响较大且相关性达到显著水平。[结论]不同植物个体对气温和降雨量的反应不同。该研究结果可为草地生态学研究提供理论依据。

关键词气温；降雨量；禾本科；莎草科；功能群

三江源区位于青藏高原腹地的青海省西南部，长江、黄河、澜沧江同源于此，被誉为“中华水塔”，是我国江河中下游地区及东南亚国家生态环境安全和区域可持续发展的生态屏障。张占峰[1]和王根绪[2]对近40年来三江源的气候特征进行了分析，认为该区水资源、年蒸发量和各季蒸发量呈减小趋势，热量和光能资源有所增加；气候的暖湿变化趋势造成冰川退缩，冻土融区范围扩大，季节融化层增厚，甚至下伏多年的冻土层完全消失，多年冻土退化造成植被因根系层水分减少、表土干燥而退化。沈永平等[3]认为2100年江河源区温度将增加2.4～3.2 ℃，降水量变幅为 50～200mm；温带草原到寒温带针叶林群落面积将有所增加，而温带荒漠到冰缘荒漠的面积将会缩小，分布界线向更高海拔迁移；冰川将大量退缩，草地和湿地蒸发量加大，许多湖泊将退缩和干涸，并伴以沼泽地退化、沙化扩展、草地退化等生态问题。

在高原和高山极端环境影响下所形成的高寒草甸生态系统极其脆弱，对人类干扰和由于温室效应引起的全球气候变化极其敏感，对这些干扰和变化的响应具有超前性。因此，近年来气候和降雨量变化对高寒草甸植被的影响已引起科学家们的广泛关注，但大部分仅限于对整个群落方面的研究[4-6]，对高寒草甸植物在这方面的定量研究较少。植物功能群(Plantfunctionaltype，PFT)是基于IGBP的核心计划GCTE(Globalchangedterrestrialecosystem)提出来的。从植物功能群角度探讨陆地生态系统功能与稳定性维持机理、植物对环境变化的适应与响应以及水分、养分利用效率等已成为目前生态系统生态学研究的主要技术路线。植物功能群是具有确定的植物功能特征的一系列植物的组合，是研究植被随环境动态变化的基本单元[7-8]，植物功能群可以看作是对环境有相同响应和对主要生态系统过程有相似作用的组合。功能群的划分能帮助解释物种对生态系统过程影响的机理，而且可以简化对具有众多物种生态系统的研究[9]。笔者通过研究气温和降雨量对高寒草甸不同功能群植物产量的影响，探索不同功能群植物在不同生境中的变化规律，为草地生态学研究提供理论依据。

1材料与方法

1.1研究区概况试验在青海省玉树藏族自治州班玛县的高寒草甸进行。班玛县位于玉树藏族自治州东南部，东、南部与四川省接壤。班玛县年平均气温为-1.0～2.8 ℃，气温随海拔高度的增加而递减。班玛县各地气温都是7月最高，1月最底，但显著特点之一是升温快、降温急，且降温幅度大于升温幅度。草场面积为39.67万hm2，其中可利用面积为33.60hm2。该地区常见的伴生种类有小嵩草(Kobresia pygmaea)、高山嵩草(Kobresia pygmaea)、二柱头藨草(Scirpus distigmaticus)、异针茅(Stipa aliena)、短穗兔耳草(Lagotis brachystachya)、矮火绒草(Leontopodium nanum)、细叶亚菊(Ajania tenuifolia)、兰石草(Lancea tibetica)、美丽凤毛菊(Saussurea superba)。

1.2气温和降雨量测定气温和降雨量均来源于班玛县的监测数据。

1.3群落调查选择典型的嵩草草甸，每个样地共设置5条50m样带，样带上每隔5m调查1m×1m大小的样方，每个样带上10个样方，求其平均值作为该试验点的样方数据，记录样方内植物种类组成、种盖度、植物高度、植物种的密度及群落总盖度等，完备后齐地面剪下植株地上部分并称重。

1.4数据统计与分析试验数据采用Excel和DPS统计软件进行统计与分析。

2结果与分析

2.1气温变化班玛县月间气温变化比较明显，1～2月、11～12月平均气温均在0 ℃以下，在此期间最低温度在1月，平均气温为-7.5 ℃；3～10月，除1995年、1997年、2000～2002年3月平均气温在0 ℃以下外，平均气温均在0 ℃以上，在此期间最高温度出现在7月，达到12.9 ℃，最低温度出现在3月(0.3 ℃)；全年最高气温出现在7月，平均气温为12.2 ℃。班玛县年间气温变化不明显，2003年年平均温度最高(3.9 ℃)，1997年年平均温度最低(2.1 ℃)(表1)。

2.2降雨量的变化班玛县月间降雨量变化比较明显，从1月开始先增加后减小，平均降雨量在6月达到最大值，从11月开始降雨量骤降，12月平均降雨量最小。8月平均降雨量最大，平均降雨量为107.4mm，12月平均降雨量最小，平均降雨量为3.4mm。降雨量年间变化规律不明显，2002年全年平均降雨量最低(442.6mm)，1999年全年平均降雨量最高(749.2mm)(表2)。

表1　1995～2014年班玛县月平均气温的变化

表2　1995～2004年班玛县月平均降雨量的变化

2.3产草量的变化由表3可知，1995～2004年莎草科产草量的变化规律不明显，其中2002年产草量最低(823kg/hm2)，1999年鲜草产草量最高(1 250kg/hm2)；禾本科产草量有逐年增加的趋势，1995年鲜草产草量为88kg/hm2，2003年鲜草产草量为120kg/hm2；1995～2004年豆科草产量变化规律不明显，2001年产草量最低(386kg/hm2)，1995年产草量最高(520kg/hm2)；杂类草产草量变化规律不明显，2002年产草量最低(2 025kg/hm2)，1999年产草量最高(2 630kg/hm2)；杂类草平均产草量最高(2 338kg/hm2)，莎草科平均产草量次之(1 013kg/hm2)，禾本科平均产草量最低(105kg/hm2)；1996年总草产量最低(3 453kg/hm2)，1999年总草产量最高(4 422kg/hm2)(表3)。

2.4相关性分析从表4可以看出，随着气温的逐渐升高，禾本科产草量与气温呈线性函数关系，即禾本科产草量随气温的升高呈增加趋势，且相关性达到显著水平(r=0.853 3，P<0.05)，说明气温对禾本科植物产草量的影响较大，随着气温的升高，禾本科植物的产草量逐渐增加。禾本科产草量与降雨量呈二次函数关系变化，即禾本科产草量随着降雨量的升高呈先增加后减小的趋势，但相关性不显著，说明降雨量对禾本科植物的影响不明显。

从表4可以看出，气温和降雨量与禾本科功能群植物的产草量的相关性达到极显著水平，气温和降雨量均对禾本科植物的生长发育有较大的影响；降雨量与莎草科产草量的相关性达到极显著水平，说明降雨量对莎草科生长发育的影响较大；莎草科与杂类草的相关性达到极显著水平，说明莎草科产草量在群落中的比例的变化趋势与杂类草的产草量比例变化趋势一致；莎草科产草量、杂类草产草量和总产草量的相关性达到极显著水，说明莎草科和杂类草产草量在群落中的比例变化趋势与总产草量变化趋势一致。

表3　不同年份产草量的变化

3讨论与结论

随着气候的变化植物物候期发生显著变化，明显反映出气候的变化与波动。有关植物物候的试验研究表明，物候变化大多与不断升高的温度有关。温度升高使植物接近其最适温度且延长生长季节，植物的生长速度加快[10]。增温条件下，矮嵩草草甸植物的生长期被延长，植物群落的枯黄期被延迟[5]。该研究结果表明1995～2004年班玛县气温增加不明显，说明在全球变暖的大背景下局部地区的气温变化不一定符合这个规律；气温对禾本科植物产草量的影响较大，随着气温的逐渐升高，禾本科产草量逐渐增大；气温对莎草科植物产草量的影响却不明显。在全球气候变暖的趋势下，降水格局也将发生变化，而且就某一地区而言，降水的变化有很大的差异[11]。全球气候变化将会使高纬度地区的降水量增加[12]，即便温度稍微增加，气候变暖可能会导致土壤水分蒸腾蒸发损失总量将会增加而且植物生长条件更加干旱，尤其在那些缺乏降雨的地区。这必将影响植物的生理生态特征，进而对植物个体、群落、生态系统乃至整个生物圈产生巨大影响[13]。该研究结果表明降雨量对莎草科和禾本科产草量影响较大，说明随着降雨量的增加，莎草科和禾本科的产草量将逐渐增大。综上所述，局部地区的气温和降雨量变化与全球变暖和降水量格局的变化可能不一致，不同植物个体对气温和降雨量的反应也不同。

表4　气温和降雨量与不同功能群植物产草量之间的相关系数

注：**表示相关性达到极显著水平(P<0.01)。

Note：**indicatedthatcorrelationreachedextremelysignificantlevel(P<0.01).

参考文献

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[2] 王根绪.40年来江河源区的气候变化特征及其生态环境效应[J].冰川冻土，2001，23(4)：46-51.

[3] 沈永平，王根绪，吴青柏，等.长江—黄河源区未来气候情景下的生态环境变化[J].冰川冻土，2002，24(3)：308-312.

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[5] 周华坤，周兴民，赵新全.模拟增温对矮嵩草草甸影响的初步研究[J].植物生态学报，2000，24(5)：547-553.

[6] 李英年，赵亮，赵新全，等.5年模拟增温后矮嵩草草甸群落结构及生产量的变化[J].草地学报，2004，12(3)：236-239.

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[13] 刘建国．CO2浓度的升高和全球变暖对六种生物层次的影响[M]//刘建国，王如松．生态学进展.北京：科学出版社，1992：369-380．

作者简介晁元刚(1966- )，男，青海乐都人，草原农艺师，从事畜牧兽医工作。

收稿日期2016-03-26

中图分类号S 812.2

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)13-177-03

EffectsofTemperatureandPrecipitationonGrassYieldofDifferentPlantFunctionalGroupsinAlpineMeadow

CHAOYuan-gang

(TheAnimalHusbandryandVeterinaryStationinReshuiVillageofDulanCounty,Dulan,Qinghai816100)

Abstract[Objective] To research the effects of temperature and precipitation on grass yield of different plant functional groups in alpine meadow. [Method] With typical alpine meadow as the research object, we analyzed the temperature and precipitation changes from 1995 to 2004, and researched the effects on grass yield of different plant functional groups. [Result] Temperature and precipitation had relatively great impacts on the grass yield of Gramineae functional group; the correlation reached extremely significant level. Precipitation had relatively great impacts on Cyperaceae yield, and the correlation reached significant level. [Conclusion] Different plants have different reaction to temperature and precipitation. This research provides theoretical foundation for the research on grassland ecology.

Key wordsTemperature; Precipitation; Gramineae; Cyperaceae; Functional group