氣候系統的變暖是不爭的事實,人為增暖可能已對許多自然和生物系統產生了可辨別的影響[1]。在本世紀中葉前陸地生態系統的碳凈吸收可能達到高峰,隨后減弱甚至逆轉,從而導致氣候變化的加劇[2]。草地生態系統與全球氣候變暖的問題已經成為相關學者關注的熱點問題之一,草原地區絕大多數植物為C3植物,溫度升高對其生長將產生不利影響[3-5]。

青藏高原是中國主要畜牧業基地之一,草地資源豐富,牧草品質優良,是發展草地畜牧業的物質基礎[6]。然而,目前青藏高原草地退化嚴重,據不完全統計,青藏高原約有0.45×108hm2退化草地,約占青藏高原草地總面積的1/3,其中嚴重退化的次生裸地-"黑土灘",約占退化草地面積的16.5%[7],已經威脅到當地的生態與環境、生物多樣性保護和畜牧業的發展[6,8]。為保護青藏高原的生態與環境,恢復治理退化草地,需要充分了解草地退化演替過程中的一些生物學過程和特征。目前在國內此類研究大多集中在內蒙古草原和東北草原上[9~10],在青藏高原亞高山草甸上的研究報道相對較少。為此以青藏高原亞高山草甸草地中具有代表性的甘肅瑪曲縣亞高山草甸為對象,在實地測定大量樣方和統計分析的基礎上,選取評價指標,制定亞高山草甸類草地生態質量的評價指標體系。選擇各級別典型生態區域實例對比分析,為生態保護和生態恢復治理提供科學依據并為亞高山草甸生態系統的退化程度診斷提供量化指標。

1研究區域概況

甘肅瑪曲縣地處青藏高原東端,地理坐標為33°06′30″~34°30′15″N,100°45′45″~102°29′00″E。海拔3300~4806m。年平均氣溫1~2℃;年降水量615.5mm;5~9月降水量508.9mm,占全年總降水量的83%;雨熱同季;年日照時數2583.9h;最熱月7月平均氣溫10.7℃,最冷月2月平均氣溫-7.1℃。該區域擁有大面積亞高山草甸類草場,被譽為亞洲最好的牧場之一。草場植被的種類組成豐富,種的飽和度為40~45種/m2,覆蓋度75%~90%,植被以中生禾,莎草為主,雜以少量濕中生、旱中生植物。草有短根莖密叢嵩草、苔草、疏叢、密叢禾草和雜類草。草高20~50cm,每0.42hm2可飼養一只綿羊。土壤為棕壤草甸和亞高山草甸土。這里既是黃河上游草地生態脆弱區,又是黃河補充水量關鍵區和水量變化敏感區[5]。

2評價指標量化值的確定

2.1評價指標確定的原則

2.1.1代表性原則區域生態質量是一個地區生態的基本特征,因此選擇評價指標必須要選取能夠代表該類型和區域生態特征的表征指標,即選取的指標必須代表區域生態的表征性特征。

2.1.2系統性原則區域生態本身就是一個獨立的生態系統。因此,選取的生態特征指標必須要有系統性,既要考慮直觀反映生態特征的表征性指標,同時也必須選取那些通過系統運行而影響生態的特征指標。

2.1.3科學性原則評價區域生態的好壞是一個科學定義的過程,因此制定區域生態評價指標時必須遵循科學性的原則,符合區域生態特征和環境結構。選取的評價指標應是科學定義準確,內涵清晰[11]。

2.1.4易獲取和可操作性原則生態環境的評價是一項經常性和反復進行的常規評價,因此在制定評價指標時,必須考慮到評價指標的易獲得和可操作性,只有這樣才能使得評價工作得到順利實施。

2.2評價指標的篩選

在區域生態背景條件相一致的情況下,區域生態的好壞,主要是受植被的表征性指標特征控制。從亞高山草甸的生態特征來看,其生態的變化動態主要體現在植被的覆蓋度、物種組成、群落的結構、物種多樣性、草地質量、優良牧草比例等指標,而反映群落差異和結構好壞的主要指標包括:植被覆蓋度、物種多樣性、群落物種組成、優勢種所占比例等方面。從理論上講,植被的覆蓋度是反映植被茂盛程度的一個直接指標,一般來講,植被的覆蓋度越高,其茂盛程度越高,對區域生態的影響和作用也越大。因此,在選取評價指標時,單純考慮植被蓋度往往會產生偏差甚至是差錯。因此,在選取植被蓋度作為評價指標的同時,還應當考慮群落的結構特征和優勢物種的比例[12]。通過對亞高山草甸植被結構特征和植被退化影響后的植被變化特征分析研究發現,植物群落的結構不僅與蓋度密切相關,同時對于物種結構和優良物種的比例密切相關。除蓋度外,亞高山草甸的特征性指標就是物種多樣性和物種豐富度指標,一般來講,物種豐富、群落結構復雜,則群落越穩定。

2.3評價指標量化值的確定

亞高山草甸在大環境背景條件相一致的情況下,區域生態質量好壞主要與植被的自身結構、特征有關。根據評價指標因子的選取原則,為了準確全面地制定亞高山草甸生態環境的各項評價因子的量化標準,我們選定了亞高山草甸不同分布區生態條件相對較好,受人為影響相對較輕的地區布設樣線(剔除樣線內受到人為明顯影響和明顯退化地區的樣方),利用1m×1m的樣方對植被特征進行實地調查。主要調查統計植物群落的蓋度、高度、頻度、?允隙嘍?物種種類、分蓋度;物種發育物候,生長勢等。然后計算統計群落的總蓋度、植物物種多樣性指數、豐富度指數、物種種類數、草地質量指數、優良牧草比例等指標。生物多樣性指數[13]的計算包括:(1)植物豐富度指數:S=n式中:n為出現在樣方中的物種數目。(2)植物多樣性指數(Shannon-Wiener):H=-∑si=1(pilnpi)式中:i=1,2,…,S物種序號;S為群落內物種總數;Pi為第i個物種的重要值之比值,Pi=ni/N,ni為種i的重要值;N為總重要值。牧草質量按張大勇等[14]提出的草場質量指數(indexofgrasslandquality,IGQ)來評價。牧草按其適口性劃分為5類(優、良、中、差、毒),適口性值依次為3,2,1,0,-1。IGQ=∑3i=-1(iSi)式中:i是不同種的適口性值,Si為樣方中各個種的分蓋度。通過統計計算及對比分析,確定亞高山草甸植被退化等級評價指標值(表1)。

3生態現狀對比分析

3.1未退化區域亞高山草甸類草場未退化區域,草場植被的種類組成豐富,種的飽和度為40~45種/m2,覆蓋度80%~90%,植被以中生禾,莎草為主,雜以少量濕中生、旱中生植物。草有短根莖密叢嵩草、苔草、疏叢、密叢禾草和雜類草。草高20~50cm,每0.42hm2可飼養一只綿羊。如表2中瑪曲縣牧業氣象觀測站。

3.2輕度退化區域亞高山草甸類草場輕度退化區域較未退化區域蓋度降低,草地質量指數下降,優良牧草比例降低,而植物多樣性指數降低不多,有些區域反而上升,植物豐富度指數增加,植物物種數也增加,如表2的瑪曲縣尼瑪鄉天然草場,由此可見,從生物多樣性的角度出發,草原的保護應有食草動物的適當放牧,草原植物資源的科學經營應以高植物多樣性和高生產力為目標。