（草业科学专业论文）玛曲草原“黑土滩”分布特征及其植被演替规律的研究.pdf

兰州大学硕士学位论文玛曲草原“黑土滩”分布特征及其植被演替规律的研究 中文摘要 。黑土潍”作为高寒草甸草原退化的一种极端形式，已经成为危机青藏高原生态、 人类生产和生活的一个重要灾种。为了解决其定义和分类较为混乱，以及对这一特殊 自然实体的成因及其演化规律的认识尚不深入的现状，我们根据玛曲草地的自然特点 和利用现状，开展了“黑土滩”分布特征及其植被演替规律的调查与研究。主要研究 结果如下： 1 ，通过对“黑土滩”语境的考源及词义的解析，并结合对玛曲草原“黑土滩” 实体特征的研究，提出了高寒草甸草原“黑土滩”的定义，即：“黑土滩”系指在自 然与人为因素的作用下，草原植被因极度稀疏或完全裸露而在特定时空范围内形成的 一种特殊的草原景观。其基本特征是：植被总盖度5 0 ，或区域内黑土斑的面积之 和 1 2 0 0 , 6 。 2 依据“黑土滩”的成因，将玛曲草原“黑土滩”划分为过牧型、过牧一鼠害 型、开垦型、座圈型、湖沼干涸型、取土采石型共6 个类型。确定了各类黑土滩的分 布范围及面积，即：前四种黑土滩面积合计3 9 3 7 万h m 2 ，主要分布在冬春季牧场， 占全部黑土滩总面积的8 3 9 4 ，是玛曲草原黑土滩的主体；湖沼型黑土滩的分布与面 积受制于年降水量的变化，季节和年际变化较大；取土采石型黑土滩的分布与面积呈 不断扩大之势。 3 从七个方面对玛曲草原“黑土滩”的基本特征作了研究，包括黑土斑比例、 植被盖度、生物量、活根量、土壤水分、p h 值等，描述了各类黑土潍的季节性特征 和年际变化特征。 4 主要从植物多样性和功能群变化等方面对“过牧一鼠害型黑土滩”的植被演 替进行了研究。结果表明：物种多样性与演替年限呈显著正相关关系，生物量与演替 梯度间呈单峰曲线关系；随着演替年限的增加，一年生植物在群落中的数量呈下降趋 势，禾本科、莎草类植物及杂类草植物在群落中的数量均呈增加趋势，但禾、莎草类 植物增加幅度不大，而杂类草则急尉增加；牧草品质功能群随演替时间的延长而发生 不同的变化：劣等牧草生物量在群落中呈下降趋势，中等牧草和优等牧草均呈显著增 加趋势，而良等牧草的峰值则主要出现在演替的第4 5 年间。 关键词玛曲草原；黑土滩：植被演替：物种多样性；植物功能群 兰州大学硕士学位论文 玛曲草原“j g 土i 唯”分布特征及其植被演替规律的研究 a b s t r a c t b l a c ks o i lb e a c h , a l le x t r e m ed e g r a d a t i o ns t y l eo fa l p i n en l e a d o w h a sb e c o m ea l l i m p o r t a n td i s a s t e re n d a n g e r i n gq i n g h a i - t i b e t a np l a t e a ue c o l o g y , h u m a np r o d u c t i o na n d l i v i n g t os o l v et h ec u r r e n ts t a t u st h a tt h ed e f i n i t i o na n dc l a s s i f i c a t i o no fb l a c ks o i lb e a c h a i er e l a t i v e l yd i s o r d e r e da n dt h ef a c tt h a tt h e r ei s1 1 0i n d e p t h s t ：l l d y o nc a u s e sa n d s u c c e s s i o nr o l e so ft h i ss p e c i a ln a t u r a le n t i t y , w ei n v e s t i g a t e da n ds t u d i e di t sd i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c sa n dv e g e t a t i o ns u c c e s s i o nr u l e sa c c o r d i n gt on a t u r a l p r o p e r t i e sa n d u t i l i z a t i o ns t a t u so f m a q ug r a s s l a n d t h em a j o rr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 w es u g g e s tan e wd e f i n i t i o no n b l a c ks o i lb e a c h o fa l p i n em e a d o wb a s e d0 1 1 r e f e r e n c er e s o u r c e so f b l a c ks o i lb e a c h c o n t e x to fs i t u a t i o n , p a r s eo f a c c e p t a t i o na n d s t u d yo nt h ee n t i t yc h a r a c t e r i s t i co fm a q u b l a c ks o i lb e a c h ：t h eb l a c ks o i lb e a c hi sa k i n do fs p e c i a lg r a s s l a n dl a n d s c a p ei nag i v e ns p a t i a la n dt e m p o r a lr a n g ed u et o e x t r e m es p a r s i t yo fg r a s s l a n dv e g e t a t i o no rc o m p l e t ee x p o s i t i o nw h i c hr e s u l t sf r o m i n t e g r a t e de f f e c t so fn a t u r a la n da r t i f i c i a lf a c t o r si na l p i n em e a d o w t h eb a s i c c h a r a c t e r i s t i ci st h a t ：t h et o t a lv e g e t a t i o nc o v e r a g ei sb e l o w5 0 ，o rt h es t m lo fb l a c k s o i lp a t c ha r e a si sa b o v e2 0 i nt h er e g i o n 2 t h eb l a c ks o i lb e a c ho fm a q ug r a s s l a n dc a nb es e p a r a t e di n t os i xt y p e s ：o v e r - g r a z i n g o v e r g r a z i n ga n dr o d e n td a m a g e ，r e c l a m a t i o n , p e 咀o fl i v e s t o c k ，l a k ea n dp o n d ，a n ds o i l a n ds t o n e , a c c o r d i n gt oi t sc a l k 辩so ff o r m a t i o n w ec o n f i r m e dd i s t r i b u t i o nr a n g ea n d a r e ao fd i f f e r e n tk i n d so f b l a c ks o i lb e a c h ：t h et o t a la r e ao ft h ef i r s tf o u rt y p e so f b l a c ks o i lb e a c hi so 3 9m i l l i o nh m 2 ，a c c o u n tf o r8 3 9 4 o ft h et o t a lb l a c ks o i lb e a c h a r e a , a n dt h e ya l em a i n l yd i s t r i b u t e di nw i n t e ra n ds p r i n gp a s t u r e sa n da r em a j o rb o d y o fb l a c ks o i lb e a c hi nm a q ug r a s s l a n d t h ed i s t r i b u t i o na n da r e ao fl a k ea n dp o n dt y p e d e p e n d e do nt h ev a r i a t i o no fa n n u a lp r e c i p i t a t i o na n di t si n t e r a n n u a la n ds e a s o n a l v a r i a t i o ni sb i g g e r ；a n dt h ed i s t r i b u t i o n 觚da r e ao ft h es o i la n ds t o n et y p ep r e s e n t sa n i n c r e a s i n gt r e n d 3 s o m eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c so f “b l a c ks o i lb e a c h ”a l es t u d i e df r o ma s p e c t sb e l o wi n m a q ug r a s s l a n d ：t h ep r o p o r t i o no fb l a c ks o i lp a t c h , v e g e t a t i o nc o v e r , b i o m a s s p r o p o r t i o n , l i v i n gr o o tb i o m a s s ，s o i lw a t e rc o n t e n ta n dp hv a l u ea r ee m p l o y e dt o l i 兰州大学硕士学位论文玛曲草原“黑土滩”分布特征投；e 植被演替规律的研究 d e s c r i b et h es e a s o n a ll a n d s c a p ec h a r a c t e r i s t i c sa n di n t e r a n n u a lv a r i a t i o ne h a r a e t e r i s t i e s o f d i f f e r e n tb l a c ks o i lb e a c ht y p e s 4 t h es t u d yo i lo v e r - g r a z i n ga n dr o d e n td a m a g eb l a c ks o i lb e a c hm a i n l yi nt e r m so f v a r i a t i o ni np l a n td i v e r s i t ya n df u n c t i o n a lg r o u p si n d i c a t e st h a t ：s p e c i e sd i v e r s i t yi s s i g n i f i c a n t l ya n dp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dt os u c c e s s i o ny e a r s ，a n db i o m a s sa n ds u c c e s s i o n g r a d i e n tp r e s e n tau n i m o d a lr e l a t i o n s h i p a st h es u c c e s s i o ny e a r si n c r e a s e ，n u m b e ro f a n n u a ls p e c i e se x h i b i t sad e c r e a s e dt r e n d ，n u m b e r so fg l f s s e $ ，s e d g e sa n df o r b sa l l p r e s e n ti n c r e a s e dt r e n d s ，b u tt h ei n c r e a s em a g n i t u d eo fs e d g e si sn o tb i g ，w h e r e a st h e i n c r e a s eo f f o r b sn u m b e ri ss h a r p f u n c t i o n a lg r o u p so f h e r b a g eq u a l i t ya l s ov a r ya st h e s u c c e s s i o ny e a r si n c r e a s e ：i n f e r i o rh e r b a g eb i o m a s sp r e s e n t sad e c l i n et r e n di n c o m m u n i t y , b o t hm e d i u ma n de x c e l l e n th e r b a g eb i o m a s se x h i b i ts i g n i f i c a n ti n c r e a s e t r e n d sa n dg o o dh e r b a g eb i o m a s sp e a k sb e t w e e nf o u rt of i v ey e a r so fs u c c e s s i o n k e yw o r d s ：m a q ug r a s s l a n d ；b l a c ks o i lb e a c h ；t y p e ；v e g e t a t i o ns u c c e s s i o n ；s p e c i e s d i v e r s i t y ；p l a n tf u n c t i o n a lg r o u p l 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进 行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、 数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 桦日期：半爿 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰 州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意 学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位 论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文 或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 谢粼：忏臌：坳隅掣 兰州大学硕士学位论文玛曲草原。黑土滩。分布特缸及其植被演替规律的研究 1 1 问题的提出 第1 章引言 “黑土滩”，藏语叫“沙纳赫塘”，顾名思义是指在商寒草旬类草原上出现的、以 黑色土壤裸露为基本特征的、成片分布或斑块状分布且具有一定面积或规模的一种特 殊的草地景观，它是当地群众对高寒草地这种极度退化类型的形象化称谓。因此，这 一概念既不是土壤分类学上黑土、黑钙土等黑色土壤的概念，也不是草地类型学上以 黑色土壤为基础的草地概念，而是专指青藏高原高寒草甸草原在自然和人力的作用下 所形成的一种草地退化的极端形式，是特殊环境与特定因素共同作用的结果，离开这 一“特殊性”则无所谓“黑土滩”o 。2 0 世纪7 0 年代以来，学术界出现了许多与“黑 土滩”近义的概念，如“黑土型退化草地”、“黑土坡”、“黑土山”、“砾石滩”、 “鼠荒地”、“斑块状裸地”、“极度退化地”、“秃斑地”等等。尽管这些概念在具体含 义的界定上存在着一定的差异，但从其基本内涵的定性而言则大同小异，只是习惯叫 法不同而已。 自2 0 世纪9 0 年代以来，由于受人为因素和自然因素的双重影响，青藏高原草地 退化、沙化和旱化问题日趋严重。以甘肃省玛拄县为例，全县7 5 以上的草场呈退化 趋势，退化面积达6 5 0 7 0 0 h m 2 ，其中属极度退化型，并已达到“黑土滩”程度的草地 面积高达4 6 9 万h m 2 ，占草场总面积的5 4 9 9 6 ；每逢冬春季节，“黑土滩”对当地的 生态环境和牧业生产造成很大影响，一旦大风肆虐，便是黑沙滚滚，成为“黑风暴” 的尘源地，其势，其威，其害，绝不亚于令人闻风失色的“沙尘暴”，被当地牧民 称之为“黑灾”，据此，甚至有人提出玛曲有可能演变成第二个“达日县”。因此， “黑土滩”作为高寒草地退化的一种极端形式，已经成为危机青藏高原生态、人类生 产和生活的一个重要灾种。也正因为如此，近年来，国家对于位居“三江”源头和上 游地区的生态治理给予了高度重视，并将此项工作列为国家实施西部大开发战略的重 点内容，在诸如“天然草原植被恢复与建设项目”、“退牧还草项目”以及即将实旎 的“甘南黄河水资源补给区生态治理项目”等系列重大项目中，均将“黑土滩”治 理列为项目的重要内容之一。 兰型查兰堡主兰竺堡兰翌些苎垦：墨圭壁：坌塑笙堡墨墨堕壁堡笪塑堡竺竺壅 自上世纪8 0 年代以来，“黑土滩”这一名称越来越多地出现在各级政府的有关文 件中，有关“黑土滩”的数据资料业已成为反映草原生态状况的不可或缺的指标，以 治理“黑土滩”为目的的各类草地建设和保护工作已经成为各级政府常抓不懈的常规 性工作( 如灭鼠及鼠荒地治理等) 。然而，尽管国家及各级政府对治理“黑土滩”付 出了很大的代价，并确已取得了显著的成效，但由于对“黑土滩”这一特殊实体的成 因及其演化规律的认识尚不深入，致使在治理实践中难免存在理论上的不确定性和技 术上的盲目性。例如，由于“黑土滩”的成因不同，其恢复机制也必然存在很大的差 异，因而，在具体的治理策略和措施上也应有所不同，但由于目前学术界对“黑土滩” 的定义和分类较为混乱，这就使得在具体实践中很难有所区别地采取针对性较强的治 理措施，“眉毛胡子一把抓”，有时候本末倒置，抓标丢本，使治理效果大打折扣。再 如，可形成“黑土滩”的地理范围十分广阔，植被类型及其自然演替规律有着很大的 多样性，但由于现有的研究大都源于极为有限的地理空间，很难涵盖“黑土滩”实际 具有的多样性特征，这就难免在实践中出现盲目套用异地成果或经验的情况。凡此种 种，不一而足。由此可见，根据玛曲县草地的自然特点和利用现状，开展。黑土滩” 分布特征及其植被演替规律的调查与研究，不仅对充实和完善“黑土滩”理论具有重 要意义，同时也是黄河上游地区生态保护与建设实践的迫切需要。 1 2 主要研究内容 1 2 1 玛曲县“黑土滩”的类型与分布 1 2 2 玛益县“黑土滩”的基本特征 1 2 3 “过牧一鼠害型黑土滩”草地不同演替阶段的物种组成、物种多样性和植物功能 群的变化 第2 章国内外研究现状 2 1 “黑土滩”的概念 由于“黑土滩”一词源于青藏高原的特定环境，且与当地的语言习惯密切相关， 因而有关“黑土滩”概念的表述目前尚无来自国外的报道。国内对“黑土滩”一词的 2 兰型查兰堡主兰竺丝苎 翌些兰堕：墨圭苎：坌鱼堑笙丝茎垫墼塑箜塑堡塑竺塑 使用最早始于当地群众对草原上无植被或植被严重受损地块或区域的描述性用语，而 后逐渐演化成对此种特殊草地景观概念上的特指。“黑土滩”被官方文件采用的时间 要早于学术界，最初源于乡、村等基层组织的上报文件，而后逐级向上扩散，以至于 成为对具有“黑土裸露特征”的各类草地景观通用的表述用语。继此之后，大约到了 2 0 世纪的7 0 年代，“黑土滩”一词才始见于学术性文献“”。进入8 0 年代末期以后， 随着生态环境问题日益引起国家高层的关注、草原建设浪潮的兴起以及草原科学研究 的快速发展，“黑土滩”一词在学术文献中的使用频次日趋增加，并在定的范围内 逐渐为学术界所接受。至此，“黑土滩”一词已经成为许多学者对青藏高原区，出现 于高寒草甸类草原上的、“具有黑土裸露特征”的某些特殊景观的习惯性称谓，但大 都局限于由人为扰动因素直接或间接作用形成的“黑土滩”，如弃耕地、高强度放牧 导致的极度退化草地、鼠荒地等等，而对于因自然因素形成的类似景观则似乎不在“黑 土滩”之列。因此，国内对于“黑土滩”的定义大都基于人为因素，归纳起来，主要 有以下4 类： 以苏大学等为代表的“入成说”：认为。黑土潍”是指高寒草甸类草原“因 大面积垦荒、弃耕等人为活动而形成的黑土景观”1 4 1 以张堰铭、樊乃昌等为代表的“鼠成说”：认为“黑土滩”特指高寒草甸类 草原“在鼠害大发生时，因鼠类对草原的挖掘、堆土、啃食等活动而形成的一种土壤 大面积裸露的景象m 昝1 。 以李希来等为代表的“牧成说”：认为“黑土滩”是指高寒草甸类草原“因 过度利用而导致的一种草地退化的极端类型。 以张卫国等为代表的4 综合成因说”：认为“黑土滩”是指具有寒冷阴湿气 候特征的青藏高原或高纬度地区，草原在自然和人为因素的作用下所形成的一种特殊 的景观类型，其基本特征是：斑块状或片状镶嵌分布，植被极度稀疏或无植被( 盖度 5 0 ) ，以黑色或深灰色土壤为背景，具有高度的不稳定性嘲。 由上述可见，目前我国学术界对“黑土滩”的认识尚未形成统一认识，对“黑土 滩”一词的使用较为混乱，这种情况不仅不利于国内外的学术交流，而且也极易对“黑 滩”的治理实践产生误导。 兰州大学硕士学位论文玛曲草原“黑土滩”分布特缸及其植被演替规律的研究 2 2 “黑土滩”的成因 由前述可见，目前对于“黑土滩”成因的研究主要包括“人成说”、“鼠成说”、 “牧成说”和“综合成因说”4 种观点。这种分歧的产生，究其原因，主要源于对“黑 土滩”这一客观实体本质属性认识上的差异。首先。在“黑土滩”的定性上究竟是以 客观表象为依据，还是以具体成因为依据? 显然，除了“综合成因说”而外，其它观 点均将“黑土滩”的成因局限于某一个或某一类具体的因素，而把其它因素形成的 “黑土滩”排除在了“黑土滩”之外，即使在感官、性质和功能上十分类似，也不能 混为一谈。“综合成因说”是以外观、性质和功能的一致性作为判定依据，无论成因 有何不同，只要符合某一特定的标准( 更多的是表象) ，即可定性为“黑土滩”，而成 因只能作为“黑土”的分类依据。可见，关于“黑土滩”的成因认识主要取决于“黑 土滩”的定义，只有在概念上取得了认识上的统一，有关成因的研究才能取得一致的 方向。 2 3 。黑土滩”的分布 同样，关于“黑土滩”的分布范围也与“黑土滩”的定义密切相关。有人认为， “黑土滩”仅限于青藏高原高寒草甸类草原分布区，理由主要是此类区域是“黑土滩” 一词的源发地，对所指对象概念清晰明确，不易混淆“”；有人则认为，应根据是否存 在“黑土滩”的形成条件确定分布范围，如是否存在高原鼢鼠，是否存在黑色的土壤 嘲等等；也有人主张依据“黑土滩”的字面含义和学术含义两方面来确定分布范围， 不仅必须具备黑色土壤和地势平缓的前提条件，而且还必须考虑植被的基本性状和生 态功能的现实状况。“，总之，对于“黑土滩”的分布范围尽管众说纷纭，但仅限于青 藏高原区的观点似乎占据着主流地位。 2 4 。黑土滩”的植被特征 近些年来，国内有关“黑土滩”植被特征的研究相对较多，主要集中于“鼠害型”、 “过牧型”“开垦型”和“过牧一鼠害型”4 类“黑土滩”，而且，研究地几乎全部都 在青藏高原的高寒草甸分布区，尤其是三江源地区，内容包括植被组成、功能群、盖 4 兰型查兰堡主兰竺堡塞苎些望堕：墨主鲨：坌塑塑堡墨茎堕丝塑笪塑堡箜堕塑 度、生物量、多样性、种子库等方面“8 7 ”1 。总体认为，“黑土滩”植被的基本 特征是植被稀疏，初始盖度在0 一5 0 ，大多在3 0 以下；物种组成以一年和多年生杂 类草为主，高寒草旬的代表性植物一莎草科物种基本消失；生物多样性降至最低， 植被的物种数小于1 5 种( 正常为4 0 种以上) ：地上生物量( 风干) 小于2 0 0 9 m2 ( 正 常为5 0 0 9 m 2 以上) ，其中可食成分大都不足总生物量的5 0 ，基本失去了利用价值； 尽管“黑土滩”是以植被极度稀疏，甚至彻底丧失为特征的，但土壤种子库却依然保 留有数量可观具有活力的种籽和营养繁殖体，张卫国等人甚至认为，鼢鼠土丘有利于 土壤对种子雨的接纳。1 ，是高寒草甸植被更新的重要机制。目前，国内涉及其它类型 “黑土滩”( 如因挖沙取石、修路、开矿等) 植被的研究尚极为少见。 2 5 “黑土滩”的植被演替 国内关于“黑土滩”植被演替的研究报道也以“鼠害型”、“过牧型”、“开垦型” 和“过牧一鼠害型”“黑土潍”较为常见，其特征是各类“黑土滩”都有着相似的植被 演替规律，主要体现在所经历演替阶段群落类型的一致性。无论何种类型的“黑土滩”， 其演替序列均为：。一、二年生杂类草”阶段一“多年生杂类草”阶段一“疏丛型 禾草+ 杂类草”阶段一“根茎型禾草+ 莎草+ 杂类草”阶段一“莎草+ 禾草+ 杂类草” 阶段“。“。尽管演替序列的群落类型有着高度的趋同性，但演替周期及各演替阶 段经历的时间却因“黑土滩”的类型、具体性状和研究地域的不同而存在很大差异。 例如，同为玛曲草原的“黑土滩”，极度过牧地的演替周期为2 4 年。1 ，鼢鼠土丘的 演替周期一般为4 6 年“1 ，弃耕地为8 1 2 年“1 ；同为鼢鼠土丘，在玛曲的恢复周期 为4 - 娟年乜1 ，而在青海的海北地区则长达8 年以上协力。在。黑土滩”植被演替的研 究中，近来来人们关注的焦点开始向探究演替的驱动机制转移，涉及的学术领域也日 趋广泛，研究较为密集的领域主要有土壤理化性质、土壤种子库、种间竞争、放牧干 扰、鼠群密度等与不同演替阶段的作用关系。 2 6 。黑土滩”治理 目前，对“黑土滩”治理的基本出发点大都以快速恢复植被的盖度和生物量、提 高植被的利用价值为基本出发点，主要涉及自然恢复、人工增速恢复和植被重建3 兰型查兰堡主兰些丝苎 里些兰坚：墨圭篓：! 坌塑丝堑丝! ! 堕丝堕量塑丝塑里塞 种方式。1 。自然恢复主要是针对“过牧型”和“鼠害型”“黑土滩”所实行的治理策 略，这类“黑土滩”一般具有受损程度较轻、斑块面积较小、分布较为松散的特点。 主要措施是在一定的时期内，采用围栏禁牧或限牧的方法，使草地植被在自然恢复机 制的作用下得以恢复。人工增速恢复适用于各种类型的“黑土滩”，主要是通过人为 干扰的方法，改善或优化植物的生存条件，从而使植被的恢复速率较自然恢复速率有 个明显的提高。具体方法除了围栏禁牧或限牧而外，主要还包括补播、施肥、灌溉、 除杂、灭鼠、灭虫等措施。这种治理方式不仅可以大大提高植被的恢复速率，而且可 以引导植被的演替方向，大幅度提高草地的经济价值。植被重建主要适用于草地自我 恢复机制严重受损，甚至完全丧失的“黑土潍”类型。这种治理方式的特点是，可以 完全摆脱原有植被的限制，完全依照人类的意志重新建造一个新的植被类型。其操作 规程与建植人工草地基本相同。只是在技术要求上较为灵活而已田1 。目前，对“黑土 滩”治理的研究主要仍集中在具体的技术层面，理论上的探讨则显得相对不足。 3 1 研究区概况 第3 章材料与方法 玛曲县位于青藏高原东部边缘，甘、青、川三省交界处，九曲黄河之首曲。东北 以西倾山为界与甘肃省碌曲县接壤，东南与四川省若尔盖、阿坝县隔河相望，西与青 海省久治、甘德、玛沁县相连，北接青海省河南蒙古族自治县；地理坐标在东经1 0 0 。4 5 4 5 一1 0 2 。2 9 0 0 “，北纬3 3 。0 6 3 0 。一3 4 。3 0 1 5 之间，总面积为 1 0 1 9 0 8 0 h m 2 ，草场面积8 5 8 6 7 8 8h m 2 ，占土地总面积的8 4 3 ，海拔3 3 0 0 - 4 8 0 0 m 。黄 河自青海省久治县门堂乡入境，环流全县，流程达4 3 3 公里，形成了天下黄河第一弯。 玛曲地势高亢，地形起伏多变。县境中西部的阿尼玛卿山( 积石山) 属昆仑山系， 山峰海拔在4 0 0 0 m 以上。绵亘于县境北部的西倾山，山峰陡峭，海拔4 0 0 0 m 左右，县境 中部分布着两大山系的山前丘陵，海拔在3 5 0 0 - - 3 8 0 0 m 之间，黄河由南、东、北环绕县 境而过，沿黄河两岸阶地、平坦宽阔，地表平坦，沼泽广布。依照地貌的不同特点，可 分为四个地貌单元：阿尼玛卿山、西倾山高山区，中部山前丘陵区，山前滩地与冲积平 原区，东部沼泽湿地区。 6 兰丛查兰堡主兰堡堡苎；翌些兰堕：墨圭堡：坌塑堑堡墨茎丝墼塑篁塑堡竺型塑 玛曲县属于草原性土壤，其形成过程和演变规律受到该区的自然条件气候、植 被、地形、成土母质、地下泉水等影响，全县自西向东可分为六个土类和十二个亚类； 即高山草甸土、亚高山草甸土、沼泽土、泥炭土和暗棕壤等。 全县地处高寒阴湿区，属高原大陆性气候。一年中仅有冷暖季之别，而无明显的四 季之分。冷季寒冷而漫长，暖季短暂，年温差较小，日温差悬殊；秋季降温快，春季升 温慢，高寒而多风雨( 雪) ，夏季多雷雨冰雹。2 0 0 1 2 0 0 6 年，年均温2 卜3 0 c ，7 月 平均气温1 2 0 2 c ，1 月平均气温为一7 。7 5 c ，年极端最高气温为2 4 7 ，年极端最低气 温达一1 9 9 c ，其中0 积温1 7 0 0 - 2 1 0 0 ，1 0 积温8 0 0 _ 1 2 0 0 。6 年平均降水量 5 1 5 5 m ，全年降雨约1 5 0 天左右。全县多西风和西北风，年平均风速为2 5 m s ，全县 风速1 7 m s 以上大风曰数平均为7 7 1 天，最多日数1 2 1 天，最少日数4 7 天。年平均日 照时数为2 6 6 5 9 小时。全年无霜期平均3 6 天，土壤持续冻结天数1 0 1 天，最大冻土层 深度7 0 2 c m 。自有气象记录以来的主要气候灾害有：低温连阴雪、雪暴、黑风暴、冰雹、 大风、干旱等。 定位研究点玛曲县阿孜畜牧试验站，地理坐标为n3 3 。4 3 7 4 5 ，e1 0 1 。4 4 5 0 ”， 海拔3 5 0 0m 。地貌为沟谷滩地及山前缓坡地，土层深厚，土壤为亚高山草甸土，有 机质含量4 0 7 5 0 2 。2 0 0 1 2 0 0 6 年，年均温2 4 3 o ，年均降水量5 0 2 。6 5 9 2 7 咖，主要集中在6 - 9 月，水热同季，日照时数2 3 9 0 h 左右，年均太阳辐射总量 5 5 4 k j c m - a ，0 c 的积温2 1 2 3 c ，地带性植被为亚高山草甸，主要植物组成为垂穗披 碱草( e l y m u sn u t a n s ) 、洽草( k o e l e r i ac r i s t a t a ) 、矮嵩草( k o b r e s i ah u m i l i s ) 、甘肃嵩草 温k a n s u e n s i s ) 、鹅绒委陵菜( p o t e n t i l l aa n s e r r i n a ) 、二裂委陵菜( 尸b i f u r c a ) 、马先蒿 ( p e d i c u l a r i s 聊、乳白香青口n a p h a l i sl a c t e a ) 、细叶亚菊( a j a n i at e n u i f o l i a ) 、草玉梅 ( n e m o n er i v u l a r i s ) 等。 3 2 研究方法 3 2 1 “黑土滩”的类型、分布及面积 类型：主要按“黑土滩”的形成原因、裸地或秃斑面积占区块草地总面积的比重、 植被盖度3 个指标予以综合判定。凡裸地( 秃斑地) 占区块土地总面积的比例大于 兰州大学硕士学位论文玛曲草原“黑土滩”分布特征及其植被演替规律的研究 2 0 ，植被盖度小于5 0 的区块，一般可定性为“黑土滩”。 分布和面积：结合草场承包对草地的平等定级工作进行。将符合“黑土滩”定性 标准的草地现场勾画于比例尺为十万分之一的地形图上，然后用求积仪或计算纸计算 不同类型“黑土滩”面积，注明其分布地点及地貌特征。 3 2 2 。黑土滩”的基本特征 在阿孜站、尼玛镇、曼日玛乡选取具典型意义的各类“黑土滩”各3 个，并设为 固定观测样地，连续观测3 年。 季节变化：2 0 0 4 - - 2 0 0 6 年，每年分别于1 月、3 月、5 月、8 月、1 1 月中旬各观 测1 次。测定记录内容包括景观特征、面积、植被盖度、利用状况等。 植被性状：2 0 0 4 - - 2 0 0 6 年，每年各测定1 次植被生物量和土壤活根量。生物量 测定在8 月中旬进行，分别测定禾草、莎草、杂类草在植被生物量中的比重，样方面 积为0 2 5 一，各样地重复3 次；活根量测定于每年5 月中旬进行，在与生物量测定的 同一样方内取l o c m xl o c m x5 0 c m 的土柱，将土样分别用孔径5 m 和2 m m 的土壤筛过 筛，将分离出的根用肉眼观测法将活根与死根分离，分别秤重。 土壤性状：主要测定项目有p h 值、有机质和含水量，取样时间为每年的5 月中 旬。取样方法在前述各样方内是用直径5 c m 的土壤钻取肛- 3 0 c m 土层的土壤，充分混 合后装入塑料袋密封，送交甘南州草原站化验室分析测定。 3 2 3 。黑土滩”植被演替规律研究方法 2 0 0 1 年8 月- 2 0 0 6 年8 月中旬，在阿孜畜牧试验站选择“黑土滩”分布集中的沟 谷滩地上，对“放牧一鼠害型黑土滩”不同恢复演替阶段植物群落的物种组成、物种 多样性变化及不同植物功能群的变化进行了研究。2 0 0 1 年6 月，选择当年春季新形 成的鼢鼠土丘连片分布、高原鼠兔分布密集区的“黑土滩”区块约1 5 h m 2 进行围栏保 护，设为样区，在样区内随机设立3 个3 m 5 m 的新鼠丘群作为样地，并作永久性标 记，供连续5 年的测定之用，每年的测定数据作为一个演替年度。样区内的基础数据 测定包括：新、旧鼢鼠土丘密度、高原鼠兔有效洞口密度、黑土斑的比例、植被盖度 等，同时在围栏外选择鼠害较少、放牧程度相近的代表性地段设为对照地。样地及对 兰型查兰堡! ：兰垡堡苎 里些兰堕：墨圭篓：坌查堑笙墨茎堕丝丝堑塑堡塑芝塑 照地的测定内容包括植物种类、高度、盖度、密度和生物量，样方面积0 2 5 m 2 ( 0 5m 0 5m ) ，每个样地内的样方重复5 次，连续测定5 年。 在设定的样区内，除了每年按照草畜平衡原则，由同一畜群点数量基本相同的牦 牛( 每年) 在元月至5 月上、中旬放牧利用外，不采取灭鼠、施肥、补播等其它人为 措旋，这种放牧利用时间基本和当地牧民的一致。 植物功能群的划分：按照高寒草甸植物的生活型和牧草适口性特点，将植物划分 为两个功能类群：生活型功能类群和饲用品质功能类群。生活型功能类群：分为一、 二年生草本植物、多年生禾本科植物、莎草类植物和多年生杂类草4 个功能群；饲用 品质功能类群：按适口性分为毒害草( 一1 ) 、劣等牧草( o ) 、中等牧草( 1 ) 、良等牧 草( 2 ) 和优等牧草( 3 ) 五个功能类群0 1 。 物种多样性：q 多样性指数。蚓：采用物种丰富度指数、s h a n n o nw e i n e r ( h ) 指 数和p i e l o u 均匀度指数( j ) 3 个测度指标，其计算公式为： 物种丰富度指数：膨= 仔，) i n n 卜物种丰富度指数，s 一样方中的物种总数，n 一所有物种的多度( 生物量) s h a n n o n 指数：= 一( 研n ) i n ( m ) 式中7 代表s h a n n o n 指数，研表示种j 在样方中的生物量，拶表示样方中 所有物种的生物量。 p i e l o u 均j a 砖t 黾攀l tj = h i n s 式中：p 。为第i 个种在群落中的重要值，s 为群落物种数。 优势度指数( i ) b e r g e r - p a r k e r ：i = 1 一( 或称s i m p s o n 指数 d ) p 。为样方中第i 种的子生物量占全部生物量的比例 1 3 多样性指数“蚓：群落相似性系数s r e n s e n 指数是计测b 多样性指数时常用且 效果较好的一种测度。其计算公式为： i s 。= 2 c ( a + b ) g1 0 0 式中：a 为群落a 中的种数；b 为群落b 中的种数：c 为群落a 、b 中共有的种数 演替阶段草场质量指数( i g q ，i n d e xo f g r a s s l a n dq u a l i t y ) 诗鼻公式为：i g q = 一z i s ； 式中：i 为植物的适口性，将植物按适口性划分为5 类。其中，优良牧草为3 ，中等 牧草为2 ，低下牧草为1 ，劣质草为0 ，毒杂草为一1 。s 表示适口性为i 的植物在群落中 9 兰型查兰堡圭堂竺堡苎翌些! 堡：墨圭塑：坌塑竺堡墨茎垫丝堡堑塑堡竺里窒 的绝度盖度，s 表示适口性为“毒杂草”的植物的盖度，s 。表示适口性为“劣质草” 的植物的盖度，s 、s 。、s 。分别为低下牧草、中等牧草、优良牧草的盖度。 3 2 4 统计分析 用s p s s i i 0 统计分析软件对数据进行方差分析和相关分析。 第4 章结果 4 1 “黑土滩”的类型、分布及面积 4 1 1 。黑土滩”的类型 根据玛曲草原实际，。黑土滩”可分为过牧型、过牧一鼠害型、开垦型、湖沼干涸 型、取土采石型和座圈型共6 个类别，由于鼠荒地大都与过牧有关，因而将因鼠丘及 鼠洞密集分布而形成的“黑土滩”定名为“过牧一鼠害型黑土滩”。研究表明，“黑土 滩”的分布因类型不同而表现出一定的规律性。过牧型、过牧一鼠害型、开垦型和座 圈型黑土滩主要分布于冬春草场，而且表现为黑土滩的面积与距离居住地的远近呈显 著的负相关性；就地貌特征而言，这类“黑土滩”以阳坡、半阳坡、山间谷地、山前 滩地、黄河阶地较为集中。湖沼型和取土采石型黑土滩的分布特征则完全取决于湿地 和土建项目( 主要是矿山开采、修路等) 的分布，其中，沼泽干涸型黑土滩主要分布 在曼日玛、采日玛乡乔科沼泽地和尼玛、欧拉等乡( 镇) 境内的零星沼泽地；矿山开 采区主要集中在尼玛镇和木西合乡境内，其区域包括开采区和探矿区。除了采矿直接 破毁植被外，探矿形成的探槽截流，造成沼泽上游水源补给区的来水中断，成为沼泽 干涸的重要原因之一。因此，如何解决冬春草场的过牧问题，特别是牧民实行定居后 周边环境的保护问题以及矿山开采后的植被恢复问题，不仅是科学研究的重要课题， 同时也是各级政府所必须面对的严峻挑战。 兰州大学硕士学位论文玛曲草原“黑土濉”分布特征及其植被演替规律的研究 4 1 2 “黑土滩”的分布与面积 如表l 所示，玛曲草原“黑土滩”主要有六种类型：一是由于长期过度放牧造 成的“过牧型黑土滩”；二是因过牧和鼠类危害共同形成的“过牧一鼠害型黑土滩”： 三是由于气候干旱或水资源重新分配导致沼泽、湖泊干涸而形成的草丘黑土斑相间型 和干湖共同组成的“湖沼型黑土滩”；四是由于矿山开采、挖沙取土、炸石等活动形 表i玛曲草原。黑土滩”的类型和面积 t a m e l 血e l y p c a n d w o f b j a c ks o i l b e a c h i n m a q u g r a s s l a n d 成的“土石型黑土滩”；五是因开垦草原建立人工草地( 主要是一年生草地) 而形成 的“开垦型黑土滩”；六是由牲畜座圈、固定牧道等形成的“座圈型黑土滩”。在以 上6 类“黑土滩”中，面积最大的是“过牧型黑土滩”，面积达2 2 8 万h 2 ，占各类 “黑土滩”总面积的4 8 6 ；其次为“过牧一鼠害型黑土潍”，面积为1 3 3 万h 一， 占“黑土滩”总面积的2 8 4 ，面积最小的是“开垦型黑土滩”，面积约为0 3 万h m 2 ， 仅占总面积的0 0 4 ；其它3 种类型面积在2 4 5 1 万h i i l 2 之间。由此可见，与过 牧有关的“黑土潍”是玛曲县“黑土滩”的主体，也是重度退化草地中最具危害性和 危险性的组分，因此，严格控制过牧行为应该成为玛曲县“黑土滩”治理决策中的首 要措施。 兰州大学硕士学位论文玛曲争原“黑土滩。分布特征及其植被演替规律的研究 4 2 “黑土滩”的基本特征 4 2 1 。黑土滩”的季节性特征 “黑土滩”一般都存在明显的季节性特征，这主要表现在“黑土滩”的景观特征 因季节的不同而表现为规律性的变化，这种季节性变化在“黑土滩”的不同类型间也 存在着较大的差异。因高寒草甸草原冷季长( 7 个月) ，研究黑土滩的季节性变化规 律。对生态保护、合理组织牧业生产、安排牧民生活有一定的现实意义。 过牧型黑土滩：冬春季呈典型“黑土”景观，尤以2 5 月最为典型。这是因为在 冬季草地贮草量严重不足的情况下，正常的草地贮草在2 月之前即可被家畜消耗殆尽， 此后，家畜不得不贴地面啃食。甚至刨食草根来维持生存，于是，表土完全失去地被 物覆盖，使黑色表土彻底裸露。从5 月下旬开始，天气逐渐回暖，植被开始返青，草 地景观也随之发生由“黑转绿”的渐趋变化，到了夏秋季。黑土”宏观景象基本消 失，代之以较为均匀的以杂类草为优势成分的群落景观，如黄帚橐吾型草场、毛莨型 草场、马先蒿型草场等等，景观非常艳丽