气候系统的变暖是不争的事实,人为增暖可能已对许多自然和生物系统产生了可辨别的影响[1]。在本世纪中叶前陆地生态系统的碳净吸收可能达到高峰,随后减弱甚至逆转,从而导致气候变化的加剧[2]。草地生态系统与全球气候变暖的问题已经成为相关学者关注的热点问题之一,草原地区绝大多数植物为C3植物,温度升高对其生长将产生不利影响[3-5]。
青藏高原是中国主要畜牧业基地之一,草地资源丰富,牧草品质优良,是发展草地畜牧业的物质基础[6]。然而,目前青藏高原草地退化严重,据不完全统计,青藏高原约有0.45×108hm2退化草地,约占青藏高原草地总面积的1/3,其中严重退化的次生裸地-"黑土滩",约占退化草地面积的16.5%[7],已经威胁到当地的生态与环境、生物多样性保护和畜牧业的发展[6,8]。为保护青藏高原的生态与环境,恢复治理退化草地,需要充分了解草地退化演替过程中的一些生物学过程和特征。目前在国内此类研究大多集中在内蒙古草原和东北草原上[9~10],在青藏高原亚高山草甸上的研究报道相对较少。为此以青藏高原亚高山草甸草地中具有代表性的甘肃玛曲县亚高山草甸为对象,在实地测定大量样方和统计分析的基础上,选取评价指标,制定亚高山草甸类草地生态质量的评价指标体系。选择各级别典型生态区域实例对比分析,为生态保护和生态恢复治理提供科学依据并为亚高山草甸生态系统的退化程度诊断提供量化指标。
1研究区域概况
甘肃玛曲县地处青藏高原东端,地理坐标为33°06′30″~34°30′15″N,100°45′45″~102°29′00″E。海拔3300~4806m。年平均气温1~2℃;年降水量615.5mm;5~9月降水量508.9mm,占全年总降水量的83%;雨热同季;年日照时数2583.9h;最热月7月平均气温10.7℃,最冷月2月平均气温-7.1℃。该区域拥有大面积亚高山草甸类草场,被誉为亚洲最好的牧场之一。草场植被的种类组成丰富,种的饱和度为40~45种/m2,覆盖度75%~90%,植被以中生禾,莎草为主,杂以少量湿中生、旱中生植物。草有短根茎密丛嵩草、苔草、疏丛、密丛禾草和杂类草。草高20~50cm,每0.42hm2可饲养一只绵羊。土壤为棕壤草甸和亚高山草甸土。这里既是黄河上游草地生态脆弱区,又是黄河补充水量关键区和水量变化敏感区[5]。
2评价指标量化值的确定
2.1评价指标确定的原则
2.1.1代表性原则区域生态质量是一个地区生态的基本特征,因此选择评价指标必须要选取能够代表该类型和区域生态特征的表征指标,即选取的指标必须代表区域生态的表征性特征。
2.1.2系统性原则区域生态本身就是一个独立的生态系统。因此,选取的生态特征指标必须要有系统性,既要考虑直观反映生态特征的表征性指标,同时也必须选取那些通过系统运行而影响生态的特征指标。
2.1.3科学性原则评价区域生态的好坏是一个科学定义的过程,因此制定区域生态评价指标时必须遵循科学性的原则,符合区域生态特征和环境结构。选取的评价指标应是科学定义准确,内涵清晰[11]。
2.1.4易获取和可操作性原则生态环境的评价是一项经常性和反复进行的常规评价,因此在制定评价指标时,必须考虑到评价指标的易获得和可操作性,只有这样才能使得评价工作得到顺利实施。
2.2评价指标的筛选
在区域生态背景条件相一致的情况下,区域生态的好坏,主要是受植被的表征性指标特征控制。从亚高山草甸的生态特征来看,其生态的变化动态主要体现在植被的覆盖度、物种组成、群落的结构、物种多样性、草地质量、优良牧草比例等指标,而反映群落差异和结构好坏的主要指标包括:植被覆盖度、物种多样性、群落物种组成、优势种所占比例等方面。从理论上讲,植被的覆盖度是反映植被茂盛程度的一个直接指标,一般来讲,植被的覆盖度越高,其茂盛程度越高,对区域生态的影响和作用也越大。因此,在选取评价指标时,单纯考虑植被盖度往往会产生偏差甚至是差错。因此,在选取植被盖度作为评价指标的同时,还应当考虑群落的结构特征和优势物种的比例[12]。通过对亚高山草甸植被结构特征和植被退化影响后的植被变化特征分析研究发现,植物群落的结构不仅与盖度密切相关,同时对于物种结构和优良物种的比例密切相关。除盖度外,亚高山草甸的特征性指标就是物种多样性和物种丰富度指标,一般来讲,物种丰富、群落结构复杂,则群落越稳定。
2.3评价指标量化值的确定
亚高山草甸在大环境背景条件相一致的情况下,区域生态质量好坏主要与植被的自身结构、特征有关。根据评价指标因子的选取原则,为了准确全面地制定亚高山草甸生态环境的各项评价因子的量化标准,我们选定了亚高山草甸不同分布区生态条件相对较好,受人为影响相对较轻的地区布设样线(剔除样线内受到人为明显影响和明显退化地区的样方),利用1m×1m的样方对植被特征进行实地调查。主要调查统计植物群落的盖度、高度、频度、徳氏多度;物种种类、分盖度;物种发育物候,生长势等。然后计算统计群落的总盖度、植物物种多样性指数、丰富度指数、物种种类数、草地质量指数、优良牧草比例等指标。生物多样性指数[13]的计算包括:(1)植物丰富度指数:S=n式中:n为出现在样方中的物种数目。(2)植物多样性指数(Shannon-Wiener):H=-∑si=1(pilnpi)式中:i=1,2,…,S物种序号;S为群落内物种总数;Pi为第i个物种的重要值之比值,Pi=ni/N,ni为种i的重要值;N为总重要值。牧草质量按张大勇等[14]提出的草场质量指数(indexofgrasslandquality,IGQ)来评价。牧草按其适口性划分为5类(优、良、中、差、毒),适口性值依次为3,2,1,0,-1。IGQ=∑3i=-1(iSi)式中:i是不同种的适口性值,Si为样方中各个种的分盖度。通过统计计算及对比分析,确定亚高山草甸植被退化等级评价指标值(表1)。
3生态现状对比分析
3.1未退化区域亚高山草甸类草场未退化区域,草场植被的种类组成丰富,种的饱和度为40~45种/m2,覆盖度80%~90%,植被以中生禾,莎草为主,杂以少量湿中生、旱中生植物。草有短根茎密丛嵩草、苔草、疏丛、密丛禾草和杂类草。草高20~50cm,每0.42hm2可饲养一只绵羊。如表2中玛曲县牧业气象观测站。
3.2轻度退化区域亚高山草甸类草场轻度退化区域较未退化区域盖度降低,草地质量指数下降,优良牧草比例降低,而植物多样性指数降低不多,有些区域反而上升,植物丰富度指数增加,植物物种数也增加,如表2的玛曲县尼玛乡天然草场,由此可见,从生物多样性的角度出发,草原的保护应有食草动物的适当放牧,草原植物资源的科学经营应以高植物多样性和高生产力为目标。#p#分页标题#e#
3.3中度退化区域亚高山草甸类草场中度退化区域较未退化区域盖度明显降低,草地质量指数明显下降,优良牧草比例明显降低,而植物多样性指数、植物丰富度指数、植物物种数降低不多。牧民定居点附近因牲畜过度采食践踏,多为中度退化区域。
3.4重度退化区域
3.4.1黑土滩所谓"黑土滩",是由于过牧、鼠害以及冻融、风蚀和水蚀所引起的重度退化草地,主要表现为植被稀疏、盖度极低、植物多样性指数、植物丰富度指数、植物物种数明显降低,草地质量指数、优良牧草比例极度下降,草原生产力大幅度降低,土地裸露、土壤结构及理化性质变劣、水土流失及土地荒漠化加剧。玛曲县"黑土滩"面积26667hm2,占草场总面积的2.81%。
3.4.2土地沙漠化据玛曲县历史调查,在20世纪50年代该县还没有土地沙漠化现象发生,到60年代开始有零星沙漠化土地和小沙丘出现。此后,随着草地的退化,沙漠化面积逐渐扩大,且发展速度越来越快。80年代该县沙化总面积为1440hm2,而到1999年该县沙漠化普查结果,全县草场沙化面积达6080hm2,其中流动沙丘2020hm2,固定沙丘4060hm2,沙化草场面积占全县总土地面积的0.63%(表3)。到2001年每年增加128.2hm2,年增速为6.7%。2004年达到5.33×104hm2。据2003年调查,草场退化面积达74.7万hm2,占全县可利用草场面积的90%,其中重度退化草场面积达33.07万hm2,占全县可利用草场面积的39.84%[15]。生态按这样的速度恶化下去,甘南高原乃至青藏高原东部将成为我国第四大沙尘源。
3.4.3人为滥采乱挖玛曲草场拥有秦艽(Gentianastamunea)、贝母(Fritillariaprzewalskii)、冬虫夏草(Cordyceps)、红景天(Rhodiolasacra)等许多名贵中草药和藏药,20世纪80年代中后期以来,受市场价格上涨的利益驱动,滥采乱挖十分严重。以冬虫夏草为例,70年代每公斤市场收购价为数百元,80年代后期每公斤市场收购价为数千元,2000年代以后每公斤市场收购价涨到数万元。80年代后期至90年代初期因管理混乱,每年5~6月冬虫夏草采挖季节出现了各地群众蜂拥而至,漫山遍野采挖冬虫夏草的现象,使草地生态遭受严重破坏,草场退化、沙化,水土流失,生态功能弱化。玛曲县格尔珂金矿区3.7km2范围内因10余年的大规模开发建设,植被覆盖度由原先的75~90%下降到不足50%。特别是1997年以前,矿山开采混乱,露天剥离、乱挖乱采、工艺落后等原因对生态环境造成严重破坏,累计破坏植被333.33hm2,2500m露采边缘和2000m长弃土弃渣场边坡失稳,600~700m3弃土弃渣随意堆放,7处矿硐存在严重安全隐患,每年有5~10万t有毒有害污水渗入地下。
4结论与讨论
(1)利用反映植被茂盛程度的直接指标植被覆盖度和反映群落差异、结构好坏的主要指标,包括物种多样性指数、丰富度指数、物种数、草地质量指数、优良牧草比例等,研究确定了亚高山草甸类草地生态质量的评价四级指标值。该指标能够客观反映亚高山草甸类草场生态质量。
(2)由于牧民定居点附近长期重牧导致草地严重退化,草场质量和可食牧草比例都很低,进而导致草地多样性丧失和健康恶化,而远离牧民定居点处则由于草场所受放牧干扰轻,所以保持着原生未退化状态或轻度退化状态。在该研究中,植物丰富度指数和多样性指数在轻度退化阶段最大(表2),放牧所引发的草地补偿性生长能够提高系统生产力水平,因此,适度放牧是保护草地生物多样性,维护放牧生态系统功能与健康,发展草地生态生产力的有效途径。当亚高山草甸由未退化到重度退化时,面临着产草量下降,地上生物量锐减,生物多样性丧失,生态平衡失调等严重后果,恢复治理刻不容缓。
(3)区域生态评价是一项系统工程,各项指标相关联,并且总是处于动态变化之中。因此,各个评价指标的标准并不是一成不变的,在具体评价一个区域的生态环境质量时,应当按照当地的实际情况,不断地研究和制定区域生态质量标准,使评价指标更贴近实际。在上述评价等级指标中,由于各个等级的级差都是人为经验划定,因此难免存在误差。同时,各个级差的阈值有一定的变化区间,评价结论难以区分同一级差内不同变幅之间的差异。因此,统一级差内的质量评价尚有待于进一步的研究制定。
