氣候系統(tǒng)的變暖是不爭的事實(shí),人為增暖可能已對(duì)許多自然和生物系統(tǒng)產(chǎn)生了可辨別的影響[1]。在本世紀(jì)中葉前陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳凈吸收可能達(dá)到高峰,隨后減弱甚至逆轉(zhuǎn),從而導(dǎo)致氣候變化的加劇[2]。草地生態(tài)系統(tǒng)與全球氣候變暖的問題已經(jīng)成為相關(guān)學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一,草原地區(qū)絕大多數(shù)植物為C3植物,溫度升高對(duì)其生長將產(chǎn)生不利影響[3-5]。

青藏高原是中國主要畜牧業(yè)基地之一,草地資源豐富,牧草品質(zhì)優(yōu)良,是發(fā)展草地畜牧業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)[6]。然而,目前青藏高原草地退化嚴(yán)重,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),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(yán)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(jīng)威脅到當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)與環(huán)境、生物多樣性保護(hù)和畜牧業(yè)的發(fā)展[6,8]。為保護(hù)青藏高原的生態(tài)與環(huán)境,恢復(fù)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(xué)過程和特征。目前在國內(nèi)此類研究大多集中在內(nèi)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(bào)道相對(duì)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(duì)象,在實(shí)地測(cè)定大量樣方和統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,選取評(píng)價(jià)指標(biāo),制定亞高山草甸類草地生態(tài)質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。選擇各級(jí)別典型生態(tài)區(qū)域?qū)嵗龑?duì)比分析,為生態(tài)保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)治理提供科學(xué)依據(jù)并為亞高山草甸生態(tài)系統(tǒng)的退化程度診斷提供量化指標(biāo)。

1研究區(qū)域概況

甘肅瑪曲縣地處青藏高原東端,地理坐標(biāo)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(shí)數(shù)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(qū)域擁有大面積亞高山草甸類草場(chǎng),被譽(yù)為亞洲最好的牧場(chǎng)之一。草場(chǎng)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(yǎng)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(tài)脆弱區(qū),又是黃河補(bǔ)充水量關(guān)鍵區(qū)和水量變化敏感區(qū)[5]。

2評(píng)價(jià)指標(biāo)量化值的確定

2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)確定的原則

2.1.1代表性原則區(qū)域生態(tài)質(zhì)量是一個(gè)地區(qū)生態(tài)的基本特征,因此選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)必須要選取能夠代表該類型和區(qū)域生態(tài)特征的表征指標(biāo),即選取的指標(biāo)必須代表區(qū)域生態(tài)的表征性特征。

2.1.2系統(tǒng)性原則區(qū)域生態(tài)本身就是一個(gè)獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)。因此,選取的生態(tài)特征指標(biāo)必須要有系統(tǒng)性,既要考慮直觀反映生態(tài)特征的表征性指標(biāo),同時(shí)也必須選取那些通過系統(tǒng)運(yùn)行而影響生態(tài)的特征指標(biāo)。

2.1.3科學(xué)性原則評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)的好壞是一個(gè)科學(xué)定義的過程,因此制定區(qū)域生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)必須遵循科學(xué)性的原則,符合區(qū)域生態(tài)特征和環(huán)境結(jié)構(gòu)。選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)是科學(xué)定義準(zhǔn)確,內(nèi)涵清晰[11]。

2.1.4易獲取和可操作性原則生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)是一項(xiàng)經(jīng)常性和反復(fù)進(jìn)行的常規(guī)評(píng)價(jià),因此在制定評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí),必須考慮到評(píng)價(jià)指標(biāo)的易獲得和可操作性,只有這樣才能使得評(píng)價(jià)工作得到順利實(shí)施。

2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選

在區(qū)域生態(tài)背景條件相一致的情況下,區(qū)域生態(tài)的好壞,主要是受植被的表征性指標(biāo)特征控制。從亞高山草甸的生態(tài)特征來看,其生態(tài)的變化動(dòng)態(tài)主要體現(xiàn)在植被的覆蓋度、物種組成、群落的結(jié)構(gòu)、物種多樣性、草地質(zhì)量、優(yōu)良牧草比例等指標(biāo),而反映群落差異和結(jié)構(gòu)好壞的主要指標(biāo)包括:植被覆蓋度、物種多樣性、群落物種組成、優(yōu)勢(shì)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(gè)直接指標(biāo),一般來講,植被的覆蓋度越高,其茂盛程度越高,對(duì)區(qū)域生態(tài)的影響和作用也越大。因此,在選取評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí),單純考慮植被蓋度往往會(huì)產(chǎn)生偏差甚至是差錯(cuò)。因此,在選取植被蓋度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的同時(shí),還應(yīng)當(dāng)考慮群落的結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)勢(shì)物種的比例[12]。通過對(duì)亞高山草甸植被結(jié)構(gòu)特征和植被退化影響后的植被變化特征分析研究發(fā)現(xiàn),植物群落的結(jié)構(gòu)不僅與蓋度密切相關(guān),同時(shí)對(duì)于物種結(jié)構(gòu)和優(yōu)良物種的比例密切相關(guān)。除蓋度外,亞高山草甸的特征性指標(biāo)就是物種多樣性和物種豐富度指標(biāo),一般來講,物種豐富、群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜,則群落越穩(wěn)定。

2.3評(píng)價(jià)指標(biāo)量化值的確定

亞高山草甸在大環(huán)境背景條件相一致的情況下,區(qū)域生態(tài)質(zhì)量好壞主要與植被的自身結(jié)構(gòu)、特征有關(guān)。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)因子的選取原則,為了準(zhǔn)確全面地制定亞高山草甸生態(tài)環(huán)境的各項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的量化標(biāo)準(zhǔn),我們選定了亞高山草甸不同分布區(qū)生態(tài)條件相對(duì)較好,受人為影響相對(duì)較輕的地區(qū)布設(shè)樣線(剔除樣線內(nèi)受到人為明顯影響和明顯退化地區(qū)的樣方),利用1m×1m的樣方對(duì)植被特征進(jìn)行實(shí)地調(diào)查。主要調(diào)查統(tǒng)計(jì)植物群落的蓋度、高度、頻度、?允隙嘍?物種種類、分蓋度;物種發(fā)育物候,生長勢(shì)等。然后計(jì)算統(tǒng)計(jì)群落的總蓋度、植物物種多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)、物種種類數(shù)、草地質(zhì)量指數(shù)、優(yōu)良牧草比例等指標(biāo)。生物多樣性指數(shù)[13]的計(jì)算包括:(1)植物豐富度指數(shù):S=n式中:n為出現(xiàn)在樣方中的物種數(shù)目。(2)植物多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener):H=-∑si=1(pilnpi)式中:i=1,2,…,S物種序號(hào);S為群落內(nèi)物種總數(shù);Pi為第i個(gè)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(zhì)量按張大勇等[14]提出的草場(chǎng)質(zhì)量指數(shù)(indexofgrasslandquality,IGQ)來評(píng)價(jià)。牧草按其適口性劃分為5類(優(yōu)、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(gè)種的分蓋度。通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算及對(duì)比分析,確定亞高山草甸植被退化等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)值(表1)。

3生態(tài)現(xiàn)狀對(duì)比分析

3.1未退化區(qū)域亞高山草甸類草場(chǎng)未退化區(qū)域,草場(chǎng)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(yǎng)一只綿羊。如表2中瑪曲縣牧業(yè)氣象觀測(cè)站。

3.2輕度退化區(qū)域亞高山草甸類草場(chǎng)輕度退化區(qū)域較未退化區(qū)域蓋度降低,草地質(zhì)量指數(shù)下降,優(yōu)良牧草比例降低,而植物多樣性指數(shù)降低不多,有些區(qū)域反而上升,植物豐富度指數(shù)增加,植物物種數(shù)也增加,如表2的瑪曲縣尼瑪鄉(xiāng)天然草場(chǎng),由此可見,從生物多樣性的角度出發(fā),草原的保護(hù)應(yīng)有食草動(dòng)物的適當(dāng)放牧,草原植物資源的科學(xué)經(jīng)營應(yīng)以高植物多樣性和高生產(chǎn)力為目標(biāo)。