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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、徳氏多度;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。#p#分頁標題#e#
3.3中度退化區域亞高山草甸類草場中度退化區域較未退化區域蓋度明顯降低,草地質量指數明顯下降,優良牧草比例明顯降低,而植物多樣性指數、植物豐富度指數、植物物種數降低不多。牧民定居點附近因牲畜過度采食踐踏,多為中度退化區域。
3.4重度退化區域
3.4.1黑土灘所謂"黑土灘",是由于過牧、鼠害以及凍融、風蝕和水蝕所引起的重度退化草地,主要表現為植被稀疏、蓋度極低、植物多樣性指數、植物豐富度指數、植物物種數明顯降低,草地質量指數、優良牧草比例極度下降,草原生產力大幅度降低,土地裸露、土壤結構及理化性質變劣、水土流失及土地荒漠化加劇?，斍h"黑土灘"面積26667hm2,占草場總面積的2.81%。
3.4.2土地沙漠化據瑪曲縣歷史調查,在20世紀50年代該縣還沒有土地沙漠化現象發生,到60年代開始有零星沙漠化土地和小沙丘出現。此后,隨著草地的退化,沙漠化面積逐漸擴大,且發展速度越來越快。80年代該縣沙化總面積為1440hm2,而到1999年該縣沙漠化普查結果,全縣草場沙化面積達6080hm2,其中流動沙丘2020hm2,固定沙丘4060hm2,沙化草場面積占全縣總土地面積的0.63%(表3)。到2001年每年增加128.2hm2,年增速為6.7%。2004年達到5.33×104hm2。據2003年調查,草場退化面積達74.7萬hm2,占全縣可利用草場面積的90%,其中重度退化草場面積達33.07萬hm2,占全縣可利用草場面積的39.84%[15]。生態按這樣的速度惡化下去,甘南高原乃至青藏高原東部將成為我國第四大沙塵源。
3.4.3人為濫采亂挖瑪曲草場擁有秦艽(Gentianastamunea)、貝母(Fritillariaprzewalskii)、冬蟲夏草(Cordyceps)、紅景天(Rhodiolasacra)等許多名貴中草藥和藏藥,20世紀80年代中后期以來,受市場價格上漲的利益驅動,濫采亂挖十分嚴重。以冬蟲夏草為例,70年代每公斤市場收購價為數百元,80年代后期每公斤市場收購價為數千元,2000年代以后每公斤市場收購價漲到數萬元。80年代后期至90年代初期因管理混亂,每年5~6月冬蟲夏草采挖季節出現了各地群眾蜂擁而至,漫山遍野采挖冬蟲夏草的現象,使草地生態遭受嚴重破壞,草場退化、沙化,水土流失,生態功能弱化?，斍h格爾珂金礦區3.7km2范圍內因10余年的大規模開發建設,植被覆蓋度由原先的75~90%下降到不足50%。特別是1997年以前,礦山開采混亂,露天剝離、亂挖亂采、工藝落后等原因對生態環境造成嚴重破壞,累計破壞植被333.33hm2,2500m露采邊緣和2000m長棄土棄渣場邊坡失穩,600~700m3棄土棄渣隨意堆放,7處礦硐存在嚴重安全隱患,每年有5~10萬t有毒有害污水滲入地下。
4結論與討論
(1)利用反映植被茂盛程度的直接指標植被覆蓋度和反映群落差異、結構好壞的主要指標,包括物種多樣性指數、豐富度指數、物種數、草地質量指數、優良牧草比例等,研究確定了亞高山草甸類草地生態質量的評價四級指標值。該指標能夠客觀反映亞高山草甸類草場生態質量。
(2)由于牧民定居點附近長期重牧導致草地嚴重退化,草場質量和可食牧草比例都很低,進而導致草地多樣性喪失和健康惡化,而遠離牧民定居點處則由于草場所受放牧干擾輕,所以保持著原生未退化狀態或輕度退化狀態。在該研究中,植物豐富度指數和多樣性指數在輕度退化階段最大(表2),放牧所引發的草地補償性生長能夠提高系統生產力水平,因此,適度放牧是保護草地生物多樣性,維護放牧生態系統功能與健康,發展草地生態生產力的有效途徑。當亞高山草甸由未退化到重度退化時,面臨著產草量下降,地上生物量銳減,生物多樣性喪失,生態平衡失調等嚴重后果,恢復治理刻不容緩。
(3)區域生態評價是一項系統工程,各項指標相關聯,并且總是處于動態變化之中。因此,各個評價指標的標準并不是一成不變的,在具體評價一個區域的生態環境質量時,應當按照當地的實際情況,不斷地研究和制定區域生態質量標準,使評價指標更貼近實際。在上述評價等級指標中,由于各個等級的級差都是人為經驗劃定,因此難免存在誤差。同時,各個級差的閾值有一定的變化區間,評價結論難以區分同一級差內不同變幅之間的差異。因此,統一級差內的質量評價尚有待于進一步的研究制定。
