杨 磊, 熊黑刚

(1.新疆大学 资源与环境科学学院, 乌鲁木齐 830046; 2.新疆农业大学 管理学院, 乌鲁木齐 830052;3.北京联合大学 应用文理学院, 北京100083; 4.新疆大学 绿洲生态教育部重点实验室, 乌鲁木齐 830046)

草地具有独特的资源优势和环境优势，一直都是人类居住的理想场所，是人类社会文明和进步的发祥地[1-2]。目前关于草地生物量研究的方法主要使用的是传统的直接收获法[3-5]，利用遥感估测法对草地生物量进行分析的研究也较多[6-8]，还有些研究既使用了遥感方法对生物量进行估测又对草原生物量的影响因素进行了分析[3,6-7,9-10]。

有关阿勒泰草地的研究，俞婷[11]对阿勒泰市草原退化的原因进行了分析，张炜[12]对阿勒泰市退牧还草工程生态效益进行了探讨；刘兴元[13]依据功能分区指数，将阿勒泰牧区草地从空间上划分为：高效经济、生态保护和混合功能区，然而关于整个阿勒泰地区草原的研究报道还是比较少的，只是涉及阿勒泰部分区域：如秦春艳等[14]对阿勒泰布尔津县土地利用变化进行了分析；赵炎等[15]、马丽[16]分别对阿勒泰地区福海县、富蕴县不同类型草地的主要物种、产草量、载畜量进行了分析。而有关阿勒泰地区草原生物量的研究更是少之又少：沙依拉[17]只是通过一年(2009年)数据分析了阿勒泰山区的草原生物量在月间(6月、7月、8月、9月)的差异，也没有包括平原地区；钞振华[18]在2004年开展相关研究时，只计算了各个县不同产草量等级的草地面积占比情况；即使毛继荣[19]分析了阿勒泰地区1980—2011年的草原退化，但只有少量的1980年与2011年的草原生物量实测数据。以上报道均未系统回答不同草地类型的植被特征，也未分析阿勒泰草原生物量在空间上的分布特征，而本文所用数据量覆盖均匀分布于阿勒泰6县1市162个大样地、365个小样方，针对以上问题开展相关研究，为草原生态保护提供理论基础。

1 研究区概况与方法

1.1 研究区概况

阿勒泰地区位于新疆维吾尔自治区最北部，地处北纬45°00′—49°11′，东经85°31′—91°04′。东、北、西分别和蒙古、俄罗斯、哈斯克斯坦等国为邻。阿勒泰地区隶属伊犁哈萨克自治州，包括阿勒泰市、哈巴河县、布尔津县、福海县、富蕴县、青河县、吉木乃县7县(市)，4个地方国营农牧厂和兵团第十师团场。

阿勒泰地区远离海洋，大气干燥，自然降水少。西部、山地降水多，年降水量可达400～600 mm。森塔斯(阿勒泰市山区)年降水量最多，高达700 mm以上，积雪深度1～2 m，成为亚洲大陆腹地的“湿岛”。东南部、丘陵平原区降水少，年降水量只有150～200 mm，积雪深度30～80 cm。南部荒漠(戈壁)区年降水量约95 mm，少积雪。阿勒泰草地位于荒漠气候控制之下，草地类型以荒漠类草地占优势，占全区草地面积的70%以上。草地利用上具有明显的季节性特征，全年分为夏牧场、春秋场和冬牧场3种季节牧场，四季轮换利用，其中春秋场一年利用两次。

针对不同草地类型，阿勒泰地区包含有高寒草甸、山地草甸、沼泽、低地草甸、温性草甸草原、温性草原、温性荒漠化草原、温性草原化荒漠和温性荒漠9种类型。

1.2 草地植被监测

在阿勒泰市、吉木乃、哈巴河、富蕴、福海、青河、布尔津6县1市，于2014年7月16—30日进行不同草地类型地上植被监测：草地调查严格按照《草原资源与生态监测技术规程》NY/T1233—2006要求进行布设，共设监测样地179个，去掉水蚀、风沙等严重破坏的，共有162个样地、1 m×1 m的样方365个。监测内容包括地理位置、海拔高度、坡向、坡位、土壤质地、植物种类、植物高度、植物盖度，并将样方内植物齐地刈割，然后称重，再带回实验室烘干称干重，以获取地上生物量数据。

1.3 生活型划分

植物生活型是植物对综合环境条件的长期适应，而在外貌上反映出来的植物类型[20]。研究区内植被类型多为草原，零星乔木或者灌木，在植物群落中不是建群种或者优势种，多为偶然出现。在进行生活型划分时,我们首先依据Whittaker[21]对维管植物通生活型的划分依据，结合当地植物生态学特征，将调查到的草原植物划分为灌木、小半灌木、多年生草本、一年生草本。下文出现的植被生活型缩写情况：AH为一年生草本植物(annuals)；ABH为一、二年生植物(annuals and biennials)；PH为多年生草本(perennial herbs)；S为灌木(shrubs)；SS为半灌木(小半灌木)(sub-shrubs)。

1.4 草原生物量遥感反演

本文将阿勒泰地区草原产草量情况分为6个等级：(1) 产草量60～300 kg/hm2，(2) 产草量300～350 kg/hm2，(3) 产草量350～400 kg/hm2，(4) 产草量400～500 kg/hm2，(5) 产草量500～1 500 kg/hm2，(6) 产草量大于1 500 kg/hm2。

利用2014年阿勒泰地区6县1市162个监测样地、365个1 m×1 m的草地样方生物量数据，以及2014年7月底草地生物量实地调查同期NDVI植被指数数据，建立实测生物量与NDVI指数回归关系，最后借助ArcGIS 10.5，反演阿勒泰地区草原生物量空间变化情况。

2 结果与分析

2.1 不同草地类型植被组成

表1是本研究对阿勒泰地区草地物种组成情况进行调查的结果，在本次调查中，共发现了127种植物，隶属于22科，70属。就生活型构成而言，与一、二年生植物相比，多年生草本所占比例最大。

表1 不同草地类型物种组成

续表1

续表1

阿勒泰地区不同草地类型物种组成不同。通过计算不同草地类型不同物种的重要值，发现：高寒草原以羽衣草(Alchemillasp.)、苔草、羊茅和早熟禾等为主(图1A)；山地草甸以苔草、羽衣草、针茅、老鹳草等为建群种(图1B)；沼泽以芦苇(Phragmitesaustralias)、莎草等为主(图1C)；低地草甸以芦苇、偃麦草、拂子茅、甘草等植物为主(图1D)；温性草甸草原以千叶蓍、苔草、早熟禾等植物为主(图1E)；温性草原以苔草、针茅、羊茅为主要植物(图1F)；温性草原化荒漠主要是以针茅、芨芨草等植物为主(图1G)；温性荒漠以蒿子、驼绒藜、假木贼、木地肤等植物为主图(1H)。

综合以上，阿勒泰地区不同草地类型的物种组成中，高寒草原以禾本科、莎草科植物为主；山地草甸以禾本科、莎草科、蔷薇科植物为主；沼泽以禾本科、莎草科植物为主；低地草甸以禾本科、豆科植物为主；温性草甸草原以菊科、禾本科、莎草科为主；温性草原以菊科、禾本科、莎草科为主；温性草原化荒漠主要是菊科、禾本科为主；温性荒漠以菊科、藜科为主。

图1 各种草地类型中植物重要值

2.2 不同草地类型植被特征

2.2.1 不同草地类型海拔高度特征 表2是不同草地类型的海拔高度，大小依次排列为：高寒草甸>山地草甸>温性草甸草原>温性草原>温性荒漠化草原>温性草原化荒漠>温性荒漠>沼泽>低地草甸。其中，第一等级是高寒草甸海拔最高，第二等级是山地草甸、温性草甸草原，最低等级是温性荒漠，这3个等级差异显著(p<0.05)。

2.2.2 不同草地类型植被高度特征 由表3可知，阿勒泰地区草地植被高度(草群平均高度)在不同草地类型中的排序为：沼泽>低地草甸>温性草甸草原>山地草甸>温性草甸>温性草原化荒漠>温性荒漠草原>高寒草甸>温性荒漠。其中，植被高度最高的等级包含沼泽、低地草甸，植被高度为49.10～59.50 cm，并与其他植被类型的植被高度差异显著(p<0.05)。

表2不同草地类型海拔高度分布范围、平均值

m

表3 不同草地类型植被高度范围、平均值 cm

2.2.3 不同草地类型植被盖度特征 由表4可知，不同类型草地植被盖度由大到小排序为：沼泽>低地草甸>山地草甸>高寒草甸>温性草甸草原>温性荒漠草原>温性草原>温性荒漠>温性草原化荒漠。其中，第一等级是高寒草甸、山地草甸、沼泽和低地草甸，具有较高的植被盖度，植被盖度在78.3%～87.5%，第二等级是温性草甸草原植被盖度为67.0%，第三等级为温性草原与温性荒漠草原，盖度在46.9%～46.0%，植被盖度等级最低是的温性草原化荒漠与温性荒漠，这4个等级差异显著(p<0.05)。

表4 不同草地类型植被盖度范围、平均值 %

2.2.4 不同草地类型生物量特征 从表5可以看出，不同类型草地地上生物量由大到小排序为：沼泽>低地草甸>温性草甸草原>山地草甸>温性草原>高寒草甸>温性草原化荒漠>温性荒漠。其中，第1等级为沼泽，拥有最高生物量为(1 606.8±95.50) g/m2(鲜重)，(521.67±33.27) g/m2(干重)；第2等级为低地草甸，生物量为(764.80±168.68) g/m2(鲜重)，(240.71±59.28) g/m2(干重)，第3等级为温性草甸草原、山地草甸，生物量为369.42～411.09 g/m2(鲜重)，113.60～116.47 g/m2(干重)，其余类型为第4等级，生物量在57.99～153.83 g/m2(鲜重)，21.45～48.04 g/m2(干重)。以上4个等级差异显著(p<0.05)。

表5 不同草地类型地上生物量(鲜重)范围、平均值 g/m2

2.3 阿勒泰草原生物量空间分布特征

图2量化了实测生物量与归一化植被指数NDVI关系，两者之间的关系可用幂函数来模拟：y=7695.807x1.327(R2=0.421，p<0.05)。

图2 地上生物量与归一化植被指数回归模型

现分析阿勒泰草原生物量空间分布情况。基于均匀分布于6县1市草原生物量数据，得到阿勒泰地区2014年生物量分布图(图3A)，可以看出阿勒泰地区草原生物量空间分布呈自南向北逐渐增加的趋势，这与该区水分自南向北递增的趋势一致。结合行政区划(图3B)，福海县、富蕴县、青河县以南生物量水平较低，越向准噶尔盆地古尔班通古特沙漠方向生物量越少。

图3 草原生物量分布

3 结 论

(1) 阿勒泰地区不同草地类型物种组成为：高寒草原以禾本科(羊茅、早熟禾等)、莎草科(苔草等)植物为主；山地草甸以禾本科(早熟禾、禾草等)、莎草科(苔草等)、蔷薇科(羽衣草等)植物为主；沼泽以禾本科(芦苇等)、莎草科(莎草等)植物为主；低地草甸以禾本科(芦苇、拂子茅、偃麦草等)、豆科(甘草等)植物为主；温性草甸草原以菊科(千叶蓍等)、禾本科(早熟禾、羽状针茅等)、莎草科(苔草等)为主；温性草原以菊科(蒿子等)、禾本科(针茅、羊茅等)、莎草科(苔草等)为主；温性草原化荒漠主要是菊科(绢蒿等)、禾本科(针茅等)为主；温性荒漠草原以禾本科(针茅、隐子草等)、菊科(蒿子等)、藜科为主(木地肤等)；温性荒漠以菊科(蒿子等)、藜科(驼绒藜、假木贼、木地肤等)为主。

(2) 针对不同草地类型的植被特征：① 海拔高度中，高寒草甸海拔最高，其次是山地草甸、温性草甸草原；② 植被盖度中，第一等级是高寒草甸、山地草甸、沼泽和低地草甸(盖度为78.3%～87.5%)，第二等级是温性草甸草原(67.0%)，第三等级为温性草原与温性荒漠草原(盖度为46.9%～46.0%)，最低是的温性草原化荒漠与温性荒漠。③ 地上生物量中，第一等级为沼泽(鲜重为1 606.8±95.50 g/m2，干重为521.67±33.27 g/m2)，第二等级为低地草甸(鲜重为764.80±168.68 g/m2，干重为240.71±59.28 g/m2)，第三等级为温性草甸草原、山地草甸(鲜重为369.42～411.09 g/m2，干重为113.60～116.47 g/m2)，其余草地类型单位面积生物量较小(鲜重为57.99～153.83 g/m2，干重为21.45～48.04 g/m2)。④ 植被高度中，沼泽、低地草甸植被最高(49.10～59.50 cm)，并与其他植被类型形成显著差异(p<0.05)。

(3) 阿勒泰草原生物量呈现自南向北增加的空间分布特征，这与该区水分自南向北递增的趋势一致。依据行政区划富蕴、福海、吉木乃县以南地表植被地上生物量水平较低，越向古尔班通古特沙漠方向生物量值越低。