呼伦贝尔草原生态系统对气候和放牧作用的时空响应

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangyao366
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草地作为一种广泛分布的土地利用类型,具有重要的经济和生态功能。呼伦贝尔草原是目前生态保护状况较好,且具有丰富景观类型的高纬度草地生态系统,是开展草地多层次生态格局及其驱动因子研究的理想区域。本文以呼伦贝尔草原为研究对象,从遥感、样带、样点三个尺度探讨了其植被时空变化特征及其影响因子,结果可为科学、合理的利用保护该区的草地资源提供理论指导。本研究从遥感尺度上利用2001-2018年MODIS NDVI数据,采用时间信息熵和时间序列信息熵计算了呼伦贝尔草原的植被覆盖度变化强度及变化趋势,采用偏相关分析研究了降水量、温度、SPEI和放牧压力与NDVI间的关系。从样带尺度上通过对呼伦贝尔草原4条样带330个样地990个样方数据分类、排序,同时运用相似性分析(ANOSIM)和相似性百分比分析(SIMPER)定量描述各个植被型和群落间的差异性,并分析探索调控植被分布格局的主要影响因子。从样点尺度上以5种位置的饮水点为中心,在不同取样距离和取样方向上调查样方660个,据此分析检验了放牧压力对植被群落特征和土壤理化特征差异的影响。基于以上研究,得出主要结果如下:1.从遥感尺度上的研究来看,整个呼伦贝尔草原植被覆盖度增加的面积大于减少的面积,植被覆盖度总体上呈上升趋势。时间信息熵在典型草原主体部分变化强度较大,且呈向东西两侧的草甸草原区和荒漠草原区递减趋势,时间序列信息熵在典型草原中北部区域较高,处于西南部的荒漠草原最低,整体呈东北-西南方向递减趋势;研究区92.1%面积的NDVI与降水量呈正相关,表明研究区植被覆盖度变化主要受降雨影响;在旗(市区)尺度上主要受放牧压力影响,放牧压力对研究区植被覆盖度起正反馈作用,说明目前呼伦贝尔草原整体放牧水平未超出草原承载能力,该结论符合中度干扰假说;在苏木小尺度上的斑块状分布则主要受微地形影响,根据群落调查记录发现处于山地、沙地、水洼、草甸等地形的苏木,其植被盖度变化与相邻区域存在明显差异。表明受降水控制的水分条件是制约呼伦贝尔草原植被覆盖度的最主要因子,而放牧压力与微地形的影响分别在旗(市区)及苏木尺度上起主导作用。2.从基于样带尺度的研究来看,呼伦贝尔草原所有样地共调查到196种植物,隶属于43科,122属,水分生态类型以中生植物为主,生活型以多年生草本植物为主,充分说明了呼伦贝尔草原在我国北方草原中水分条件的优越性;按照指示种分析法将330个样地划分为荒漠草原、典型草原和草甸草原3个植被类型,17个群落类型,荒漠草原与典型草原间分异明显,而草甸草原有向典型草原转变的趋势,呼伦贝尔草原整体向旱生方向发展;降水量是驱动各样带植被分布格局的共同主导因子,高程、温度、SPEI、放牧压力、土壤有机质含量及土壤黏粒含量对各样带植被分布产生重要影响。3.从围栏放牧点的尺度来看,由饮水点为中心的围栏放牧活动所产生的的“光裸圈”现象,明显改变了植物群落的分布格局,增加了植物群落的空间异质性;饮水点附近群落特征、植物多样性最低,并随着取样距离的增加整体呈先增后减趋势;饮水点附近处的土壤容重、p H及土壤养分含量会明显增加,即形成“沃岛效应”;取样距离与土壤理化性质共同决定围栏牧场植物群落的分布格局。随着与饮水点距离的增加,群落指示种存在从一年生短命植物向多年生建群物种,最后向退化指示种演变的替代现象,“光裸圈”中心及外围区域的群落特征、物种多样性及土壤理化性质等受放牧影响最大,而介于二者之间的中部环形区域所受扰动较小,该结论进一步验证中度干扰假说,为相似区域的“光裸圈”研究、相应的围栏放牧活动、科学管理及合理利用牧场提供重要参考。综上所述,降水量是影响呼伦贝尔草原不同尺度植被空间分布及群落特征变化的最主要影响因子,而植被整体向旱生方向演变,则是由于长时间尺度上的气候变化加之部分不合理的放牧活动导致的。由饮水点围栏放牧所产生的“光裸圈”现象对群落特征、生物多样性及土壤理化性质均产生明显影响,是小尺度范围造成草原退化的主要原因。建议在相似区域的退化草原,适当调控放牧强度以及严格按照国家规定进行休牧、禁牧等措施,对草原进行相应的保护和修复,才能保证我国北方草原的可持续发展。
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