坡向对天山北坡山地草原群落特征的影响

王玉，安沙舟，董乙强，荀其蕾，郑逢令，侯钰荣

(1.新疆农业大学草业与环境科学学院/新疆草地资源与生态自治区重点实验室，乌鲁木齐 830052；2.新疆畜牧科学院草业研究所，乌鲁木齐 830011)

坡向对天山北坡山地草原群落特征的影响

王玉1，2，安沙舟1，董乙强1，荀其蕾1，郑逢令2，侯钰荣2

(1.新疆农业大学草业与环境科学学院/新疆草地资源与生态自治区重点实验室，乌鲁木齐 830052；2.新疆畜牧科学院草业研究所，乌鲁木齐 830011)

【目的】研究坡向对山地草原群落特征的影响，揭示植物群落在生长季不同时期的变化规律。【方法】以新疆天山北坡山地草原为对象，采用野外取样的方法，测定不同坡向(东坡、坡顶和西坡)、不同生长季时期(6～9月)草地群落特征。【结果】(1)冷蒿重要值在6～9月整体上表现出坡顶>东坡>西坡；针茅重要值在坡顶和西坡显著高于东坡的67.1%～673.7%(P<0.05)，短柱苔草的重要值在6～7月表现出东坡≥西坡>坡顶。(2)在6月、8月、9月，东坡群落盖度比坡顶、西坡显著高了21.4%～36.1%(P<0.05)，8～9月东坡群落密度显著高于西坡，7月的群落地上生物量在东坡显著高于西坡。【结论】坡向和生长季时期对天山北坡山地草原的群落特征产生较大的影响。

坡向；群落特征；重要值；山地草原；天山

0 引 言

1 材料与方法

1.1 材 料

研究区位于新疆天山北坡中段乌鲁木齐市西南方向的低山带，行政区划上隶属于乌鲁木齐县甘沟乡(43°32′～43°34′N，87°12′～87°14′E，海拔1 660 m)，属于典型的中温带大陆性干旱气候，夏季炎热干燥，冬季寒冷漫长，年均气温2～5℃，年均降水量220 mm，无霜期约121 d，土壤类型以山地栗钙土为主。草地的主要物种有针茅(Stipacapillata)、羊茅(Festucaovina)、冷蒿(Artemisiafrigida)、短柱苔草(Carexturkestanica)、黄芪(Astragalussp.)等[11]，为典型的山地草原草地。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

研究采用完全随机试验设计，2015年在试验区东坡、西坡、坡顶的山地草原上设置3个样地，在每个样地的中部设置一条样线(>50 m)，在每条样线上设置10个1 m×1 m的小样方，每个样方的间距在3 m以上(取样合计30个样方)。为了排除放牧对草地群落的影响，样地均被围栏，为休牧区，管理方式相同。在围栏之前均以放牧绵羊为主。图1

图1 取样点示意
Fig.1 Sketch map of sampling points

1.2.2 测定项目

其中，TA为总应计项目；Asset为资产总额；ΔSales为营业收入增长额；ΔReceviables为应收账款增长额；PPE为固定资产原值，j表示公司，t表示年度。

于2015年6～9月每月中旬分别对东坡、坡顶和西坡样地进行野外植被取样，分种记录各样方中的物种种类和各个物种的数量特征(包括高度、盖度、密度和地上生物量)。盖度采用针刺法测量，高度采用卷尺测量物种的自然高度，密度采用直接计数法记录每个物种的株丛数，地上生物量采用齐地面刈割法，将草样放入贴好标签的信封带中，带回实验室置于105℃烘箱内杀青30 min，再80℃烘干24 h后称干重。

1.3 数据处理

采用SPSS 20.0中的One-way ANOVA对同一月份不同坡向的主要物种重要值、数量特征进行差异分析，并运用Excel 2003进行相关统计分析及图表的制作，结果均已均值±标准误的形式表示。

重要值=(相对高度+相对盖度+相对密度+相对地上生物量)/4。

2 结果与分析

2.1 坡向对山地草原主要物种重要值的影响

研究表明，不同物种重要值对坡向的响应规律不一致，而且在不同月份呈现不同规律。冷蒿重要值在不同月份整体上表现出坡顶>东坡>西坡，在6月，东坡和坡顶的冷蒿重要值比西坡显著高23.8%和25.6%(P<0.05)；随着生长季的延续，冷蒿的重要值整体上呈现先降后升的变化趋势，在8月东坡和坡顶达到最低。

针茅重要值在坡顶和西坡显著高于东坡的67.1%～673.7%(P<0.05)，6～9月整体上表现为：坡顶≥西坡>东坡。东坡和坡顶的针茅重要值在整个生长季基本呈先增后减的趋势，而在西坡呈先增后减再增的波动。

羊茅重要值在6月坡顶和西坡分别显著高于东坡65.7%和70.2%(P<0.05)，7和9月坡向对羊茅重要值的影响不显著(P>0.05)，而8月东坡却显著高于西坡和坡顶。羊茅重要值在整个生长季的变化趋势和针茅一致，东坡和坡顶呈先增后减的趋势，而在西坡呈先增后减再增的波动变化。

短柱苔草的重要值在6～7月表现出东坡≥西坡>坡顶，而8～9月差异不显著(P>0.05)。表1

表1 不同坡向下草地群落主要物种重要值变化
Table 1 Influence of slope aspect on important value of main species on grassland community

物种Species月份Mouth东坡Eastslope坡顶Slopecrest西坡Westslope冷蒿Artemisiafrigida6月0.34±0.02a0.35±0.03a0.26±0.01b7月0.31±0.02ab0.35±0.04a0.25±0.02b8月0.28±0.02b0.34±0.01a0.29±0.01b9月0.35±0.03ab0.40±0.02a0.27±0.03b针茅Stipacapillata6月0.07±0.02b0.15±0.02a0.12±0.02a7月0.07±0.02b0.16±0.03a0.18±0.02a8月0.08±0.02b0.13±0.01a0.14±0.01a9月0.02±0.01c0.10±0.02b0.16±0.02a羊茅Festucaovina6月0.08±0.02b0.14±0.01a0.14±0.01a7月0.18±0.02a0.18±0.03a0.16±0.01a8月0.20±0.02a0.15±0.02b0.14±0.01b9月0.19±0.02a0.21±0.05a0.19±0.02a短柱苔草Carexturkestanica6月0.33±0.02a0.19±0.03b0.32±0.01a7月0.30±0.02ab0.24±0.03b0.34±0.01a8月0.31±0.02a0.26±0.03a0.32±0.01a9月0.37±0.02a0.31±0.03a0.34±0.02a

注：不同小写字母表示同一月份不同坡向的指标差异性显著(P<0.05)

Note: Different lowercase letters indicated significant difference in different slope directions with same mouth atP<0.05

2.2 坡向对山地草原群落高度的影响

研究表明，山地草原群落高度对坡向的响应不明显(P>0.05)，在不同月份不同坡向的群落高度呈现的规律较不一致。随着生长季的持续，草地群落高度基本呈下降趋势，在9月达到最低。图2

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同

Note: Different lowercase letters indicated significant difference atP<0.05. The same as below

图2 不同坡向下草地群落高度变化
Fig.2 Influence of slope aspect on grassland community height

2.3 坡向对山地草原群落盖度的影响

山地草原群落盖度对坡向的响应规律显示，在6月、8月、9月，东坡群落盖度最大，比坡顶、西坡显著高了21.4%～36.1%(P<0.05)，而坡顶与西坡之间差异不显著(P>0.05)。7月的群落盖度对坡向的响应不明显。图3

图3 不同坡向下草地群落盖度变化
Fig.3 Influence of slope aspect on grassland community coverage

2.4 坡向对山地草原群落密度的影响

研究表明，不同月份山地草原的群落密度对坡向的响应规律不一致。6月，群落总密度在不同坡向虽有一定的高低变化，但响应不明显(P>0.05)。随着生长季的持续，坡向对群落密度的影响增大。7月，群落密度表现为东坡>西坡>坡顶，而8月表现为坡顶=东坡>西坡，坡顶和东坡分别比西坡显著高了66.7%和42.9%(P<0.05)。到生长季后期(9月)，东坡的群落密度要显著高于西坡的49.3%(P<0.05)。图4

图4 不同坡向下草地群落密度变化
Fig.4 Influence of slope aspect on grassland community density

2.5 坡向对山地草原群落地上生物量的影响

研究表明，在植物不同生长阶段(6～9月)山地草原地上生物量对坡向的响应规律不一致。6月，坡顶群落地上生物量分别显著高于东坡、西坡的24.0%和46.4%(P<0.05)，而到7月，东坡群落地上生物量分别比坡顶和西坡显著增加了42.8%和62.9%(P<0.05)。在生长季后期(8～9月)，地上生物量对坡向的响应不明显(P>0.05)。从整个生长季来看，随着生长季的延续，草地地上生物量基本呈先下降后上升的变化趋势，在8月达到最低(140～170 g/m2)。图5

图5 不同坡向下草地群落地上生物量变化
Fig.5 Influence of slope aspect on grassland community aboveground biomass

3 讨 论

3.1 山地草原主要物种重要值对坡向的响应规律

坡向的差异主要表现在接受太阳辐射时数的差异，而这种差异导致了温度、水分等生态因子的变化[12-13]，从而对植物产生一定的影响。研究表明，冷蒿重要值在6～9月整体上表现出坡顶>东坡>西坡，针茅重要值在坡顶和西坡显著高于东坡的67.1%～673.7%(P<0.05)，短柱苔草的重要值在6～7月表现出东坡≥西坡>坡顶。造成这种结果的原因可能是由于不同植物在长期适应与进化的过程中，对光照和温度的要求不同，因此在不同坡向的分布情况也相应产生一定的差异[14]。冷蒿和短柱苔草重要值在东坡大于西坡，揭示出其属于偏阳性植物，而针茅重要值的表现恰好相反，属较耐荫植物。另外，研究还表明随着生长季的延续，冷蒿的重要值整体上呈现降后升的变化趋势，是因为蒿类植物在温度较高的7～8月表现出枯萎凋落的现象，而到9月后又再次返青，导致其重要值呈波动变化，这是蒿类植物的生存策略的表现形式，是一种权衡策略。

3.2 山地草原群落特征对坡向的响应规律

群落的数量特征(高度、盖度、密度和地上生物量)是表征草地群落结构、生长状况的重要指标[15]。在小尺度的群落中，非地带性的环境因子能够主导着植物的分布格局[4]，并对群落的数量特征产生一定的影响，而在天山北坡的山地草原群落中，地形因子(如坡向)是影响群落特征的重要非地带性因子。研究表明，在6月、8月、9月，东坡群落盖度比坡顶、西坡显著高了21.4%～36.1%(P<0.05)，而与李艳红[16]研究坡向对群落盖度影响不显著的结果不一致；8～9月东坡群落密度显著高于西坡，这可能是由于短柱苔草和羊茅的个体数量波动变化所引起的。7月的群落地上生物量在东坡显著高于西坡，西坡属于半阳坡，比东坡所接受的太阳辐射多，而在7月太阳辐射较强，植物的蒸腾作用较大，西坡的小尺度环境比东坡更为恶劣，致使西坡植物含水量较低，加之冷蒿的休眠现象比东坡要早且更为严重，导致群落地上生物量在东坡显著高于西坡。另外研究还表明，群落高度对坡向的响应规律不明显，表明群落高度不受坡度的影响。与朱云云等[17]的研究黄土高原坡向对株高产生较大的影响的结果不一致，这可能与不同草原类型有较大的关系。

3.3 地形因子对草地的影响

坡向是水平方向的地形因子，而坡位和坡度表示垂直方向的地形因子[14]，目前，在群落尺度上地形因子对植物群落的影响已经引起较多的关注[18-20]，在山地草原中，坡度、坡位和坡向的可以单独和共同作用来影响草地群落结构、植被组成和土壤养分的变化，但研究仅仅考虑到坡向单一因子对山地草原群落结构的影响，显然存在一定的缺陷，在今后的研究中还应要同时考虑到坡位、坡度或其综合作用对草地的影响，才能更好地揭示小尺度下草原群落结构的变异规律，为草原的管理和利用提供更好的数据支撑。

4 结 论

4.1 冷蒿重要值在6～9月整体上表现出坡顶>东坡>西坡，针茅重要值在坡顶和西坡显著高于东坡的67.1%～673.7%(P<0.05)，短柱苔草的重要值在6～7月表现出东坡≥西坡>坡顶。

4.2 在6月、8月、9月，东坡群落盖度比坡顶、西坡显著高了21.4%～36.1%(P<0.05)，8～9月东坡群落密度显著高于西坡，7月的群落地上生物量在东坡显著高于西坡。

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Effects of Slope Aspect on the Community Characteristics of Mountain Steppe in the Northern Slope of Tianshan Mountain, Xinjiang

WANG Yu1,2, AN Sha-zhou1, DONG Yi-qiang1, XUN Qi-lei1, ZHENG Feng-ling2, HOU Yu-rong2

(1.CollegeofPrataculturalandEnvironmentalSciences,XinjiangAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandResourcesandEcologyofXinjiang,Urumqi830052,China;2.PrataculturalResearchInstitute,XinjiangAcademyofAnimalScience,Urumqi830011,China)

【Objective】 To study the effect of slope aspect on the community characteristics of mountain steppe and to reveal the change rule of plant community in different growing seasons.【Method】The mountain steppe in the northern slope of Tianshan Mountain was chosen as the research object, and the method of field investigation and sampling were used, and grassland community characteristics in the different slopes (the east slope, the west slope and the slope crest) and different growth period (June, July, August and September) were measured.【Result】(1) The important value ofArtemisiafrigidain the whole growing season showed the slope crest > the east slope > the west slope; The important value ofStipacapillatain the slope crest and the west slope was significantly higher than that of east slope by 67.1%-673.7% (P<0.05); and the important value ofCarexturkestanicain June and July showed the east slope ≥ the west slope > the slope crest. (2) The community coverage of east slope in June, August and September was significantly higher than that of the slope crest and the west slope 21.4%-36.1% (P<0.05), and the community density in August and September was significantly higher than that of the west slope, but the community aboveground biomass in July was higher than that of the west slope.【Conclusion】The slope and the growing season play important role in the community characteristics of mountain steppe Tianshan Mountains.

slope aspect; community characteristic; important value; mountain steppe; Tianshan Mountains

AN Sha-zhou (1956- ), native place: Fuping, Shaanxi. Professor, DAG; research field: Grassland resource and ecology. (E-mail) xjasz@126.com

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.06.023

2017-04-15

国家自然科学基金项目“干旱区山地草原叶绿素含量高光谱反演研究”(31460625)和自治区公益性基本科研业务费项目“利用方式对山地草甸植物多样性的影响”

王玉(1986-)，女，陕西汉中人，助理研究员，研究方向为草地资源与生态，(E-mail)35920039@qq.com

安沙舟(1956-)，陕西富平人，博士，教授，博导，研究方向为草地资源与生态，(E-mail)xjasz@126.com

S812.6

A

1001-4330(2017)06-1145-07

Supported by: the National Natural Science Foundation of China "Hyperspectral Inversion of Chlorophyll Content in Mountain Grassland in Arid Area" (31460625) and the Fund for Basic Research Programs in Nonprofit Scientific Research Institutes of Xinjiang Uygur Autonomous Region "The Influence of Utilization Modes on the Meadow Grassland Plant Diversity"