三江源区高寒草地生态研究进展

三江源区高寒草地地上生物量遥感反演模型的建立
中期报告
本研究旨在建立三江源区高寒草地地上生物量（AGB）遥感反演模型。

针对该区环境特点和遥感数据所存在的问题，选取MODIS和Landsat TM遥感数据进行精度评估，选择了多种地面因子数据进行模型构建。

本文介绍了研究的中期进展，包括数据处理和分析结果。

第一部分介绍了数据的采集和处理。

选择了2013年的MODIS NDVI 和Landsat TM数据，并进行了预处理，包括云去除和空间分割。

同时，采集了地面野外调查数据，包括AGB和地面因子数据（如高程、气候数据、土壤类型等）。

第二部分主要讲述了模型的构建。

我们首先选择了单变量线性回归模型，分别使用了NDVI、植被指数（VI）和地面因子数据进行建模，并通过残差分析和验证数据的平均误差检验模型效果。

然后，结合多元线性回归模型进行拟合，进一步探究与AGB和地面因子的相关性，优化预测方程模型。

第三部分介绍了模型的精度评估。

我们使用2017年的MODIS和Landsat TM数据进行了交叉验证，并对预测模型的误差进行分析。

结果表明，因为野外调查数据的缺失，模型精度得到了一定的限制，并存在一定的空间异质性。

综上，本研究基于NDVI和地面因子数据，通过单变量和多元线性回归模型建立了高寒草地AGB的遥感反演模型，为该区域的生态环境评价提供了一定的参考依据。

未来的研究会更加完善数据集，提高精度评估水平，进一步优化模型以提高精度。

西北农业学报 2024,33(5):922-932A c t a A gr i c u l t u r a e B o r e a l i -o c c i d e n t a l i s S i n i c a d o i :10.7606/j.i s s n .1004-1389.2024.05.015h t t p s ://d o i .o r g /10.7606/j.i s s n .1004-1389.2024.05.015三江源区不同年限黑土滩人工草地植被特征收稿日期:2022-06-28 修回日期:2022-09-13基金项目:青海省高端创新人才千人计划(2019Q H Q R J H );第二次青藏科考项目(2019Q Z K K 1002)㊂第一作者:李思瑶,女,硕士研究生,从事高寒草地生态研究㊂E -m a i l :2272737712@q q .c o m 通信作者:施建军,男,研究员,主要从事高寒草地生态研究㊂E -m a i l :378605242@q q.c o m 李思瑶1,施建军1,2,汪海波3,贺有龙3,唐燕青4,邢云飞1,吴建丽1,赫苗花1,张海蓉1(1.青海大学畜牧兽医科学院,西宁 810016;2.三江源区高寒草地生态省部共建教育部重点实验室,西宁 810016;3.果洛藏族自治州林业和草原站,青海果洛 814000;4.河南县托业玛乡农牧业技术服务站,青海河南县 811599)摘 要 以三江源区不同建植年限黑土滩人工草地(1㊁3㊁7㊁12㊁17㊁21和24龄)及其周边黑土滩(C K )为对象,从植被群落结构㊁生物量㊁物种多样性角度,探究三江源区黑土滩人工草地植被变化特征及适宜利用年限,为黑土滩人工草地的合理利用提供理论依据㊂结果表明:随建植年限增加,人工草地草层的高度和盖度及地上生物量均呈增加趋势,且人工草地比C K 高;人工草地的禾本科高度㊁盖度㊁地上生物量㊁地下生物量均高于莎草科㊁豆科和杂类草,C K 样地杂类草高于其他经济类群;各建植年限人工草地优势种和伴生种分别为垂穗披碱草(E l y m u s n u t a n s )和青海冷地早熟禾(P o a c r y m o p h i l a ),且其重要值均随建植年限增加呈逐渐增加趋势;各经济类群物种多样性指数均呈波动式增加趋势,建植3a 人工草地的植物香农维纳指数和均匀度指数最低,分别为0.66㊁0.48,建植21a 时最高;在植物NM D S 分析表明,建植24a ㊁建植21a 和建植12a 的人工草地与C K 样地无重合部分,其植被群落差异度很大㊂研究得知:建植21a 的黑土滩人工草地群落多样性指数显著高于其他建植年限的人工草地,与黑土滩退化草地相似度最小,群落组成相对稳定㊂关键词 黑土滩人工草地;建植年限;物种多样性;三江源三江源是中国江河中下游地区以及东南亚周边国家环境建设和区域可持续发展的重要生态屏障[1]㊂但由于青海高寒地区缺氧,生态环境十分脆弱,加上气温变化和人类活动影响,青海高寒草地退化严重,出现大面积次生裸地 黑土滩[2]㊂由于高寒区生态环境严苛,从而短期内黑土滩退化草地恢复十分艰难㊂L i 等[3-4]报道,高强度放牧下,21a 就能形成黑土滩退化草地,其恢复至少需要50a 以上㊂因此,自然恢复 黑土滩 植被难度很大,而通过建植人工或半人工草地是 黑土滩 植被恢复的有效方式之一[5]㊂以往高寒地区人工草地研究集中于建植方法和恢复措施[6-7]㊁人工草地与天然草地和黑土滩之间的植被组成[8-9]㊁群落生产力和稳定性特征[10]㊁草地土壤养分和土壤微生物群落结构特征等[11-12]㊂研究结果表明,在缺少人工干预措施下黑土滩人工草地在建植3~5a 后出现退化现象[13-14];由于过度放牧及管理不当等,人工草地建植5~8a 后出现逆向演替[15-16];合理的人工调控措施可促进和恢复黑土滩退化草地植被群落[17-18]㊂由于人工草地植被和土壤特征随其建植和利用年限不同而差异很大,以往高寒地区人工建植利用年限一般为15a 以内,如王长庭等[19]研究了建植14a 人工草地的植物群落演替和土壤养分特征,张杰雪等[20]分析了建植13a 人工草地的土壤微生物群落特征;但高寒地区长时间尺度人工草地的植被和土壤特征分析有限,仅有孙华方等[21]分析了建植18a 人工草地的土壤微生物多样性特征㊂本研究以三江源区不同建植年限(长期㊁中期和短期)黑土滩人工草地及其周边黑土滩为对象,通过对其植物群落和经济类群(禾本科㊁莎草科㊁豆科以及杂类草)组成㊁生物量和多样性进行分析,探究黑土滩植被恢复的适宜人工草地利用年限,为三江源区高寒草地的可持续利用与发展以及生态修复提供可靠的科学依据㊂1材料与方法1.1试验样地概况试验地点位于青海省果洛藏族自治州玛沁县大武镇(34ʎ27'53ᵡN,100ʎ12'35ᵡE)和达日县建设乡(33ʎ40'32ᵡN,99ʎ23'3ᵡE)㊂达日县㊁玛沁县均属典型高原大陆性气候,植被类型均为高寒草甸,原生植被以高山嵩草(K o b r e s i a p y g m a e a)为主,平均海拔分别为4100m和3760m,年均温分别为-0.3ħ和3.5~3.8ħ,土壤类型为高山草甸土㊂年日照时数为2313~2607h,年均降水量423~565mm,60%的降水集中在6月至9月;牧草生长期一般为110~150d,无绝对霜期㊂由于气温和恶劣环境导致研究区鼠害泛滥,加之过度放牧等,天然草地退化严重,逐渐形成大面积退化趋势,部分地方形成 黑土滩 ㊂1.2样地设置2021年7-8月,分别选取1997年㊁2000年㊁2004年㊁2009年㊁2014年㊁2018年和2021年在黑土滩退化草地上建植的垂穗披碱草(E l y m u s n u-t a n s)单播草地,黑土滩退化草地选在果洛州玛沁县大武滩建植的人工草地附近,人工草地建植之前的植被与周边 黑土滩 一致㊂建植草种为果洛州当地草籽繁殖场生产,播量45k g㊃h m-2,发芽率为85%,施肥量45k g㊃h m-2(肥料为云南云天化牌磷酸二铵:Nȡ18.0%,P2O5ȡ46.0%)㊂于建植后第3年㊁第5年和第7年,对2000年和2004年建植的人工草地进行追肥与灭杂,各建植年限的人工草地均冬季放牧(每年11月至次年4月),生长季完全禁牧㊂以黑土滩退化草地为对照㊂不同建植年限的人工草地基本情况见表1㊂表1样地基本情况T a b l e1B a s i c i n f o r m a t i o n o f s a m p l e s i t e样地编号S e r i a l n u m b e r o f p l o t s海拔/mA l t i t u d e建植年限/aC u l t i v a t e d p e r i o d经纬度L o n g i t u d e a n d l a t i t u d e S13687~36921N34ʎ26'52ᵡE100ʎ14'30ᵡS23809~38153N34ʎ25'47ᵡE100ʎ20'8ᵡS33701~37057N34ʎ27'53ᵡE100ʎ12'35ᵡS43702~370912N34ʎ28'20ᵡE100ʎ13'15ᵡS53704~371117N34ʎ28'5ᵡE100ʎ12'45ᵡS63690~370121N34ʎ28'3ᵡE100ʎ12'56ᵡS74073~408124N33ʎ40'32ᵡE99ʎ23'3ᵡC K3692~3699黑土滩极度退化草地B l a c k s o i l l a n d N34ʎ27'58ᵡE100ʎ12'43ᵡ注:S.样地;C K.黑土滩极度退化草地㊂N o t e:S.S i m p l e p l o t;C K.B l a c k s o i l l a n d.1.3测定指标与方法2021年8月中下旬,在上述各样地内分别随机选取4个50c mˑ50c m样方,先测定各样方中植物群落和植物种的盖度(目测法测定)㊁植物种的高度(自然高度,每样方测定5株,不足5株物种按实际株数测)按功能群(禾本科㊁莎草科㊁豆科㊁杂类草)分开随机采同种植物10株取平均值作为经济类群的高度;然后将样方内植物按不同植物种齐地刈割收获,装在样品袋,于80ħ恒温烘箱中烘干至恒质量,作为地上生物量㊂最后在收获地上生物量的各样方内,用直径7c m的根钻采集0~10c m㊁10~20c m和20~30c m深度根样,每样方每层采集5钻,按同样方同一土层混合成一个根样,作为地下生物量㊂1.4数据计算方法根据植物群落样方调查数据,按重要值(I V)=(相对高度+相对盖度+相对生物量)/3,分别计算各样方植物种重要值;同时,基于样方植物物种数和植物物种重要值,按公式计算S h a n-n o n-W i e n e r多样性指数(H')㊁物种丰富度(R)㊁P i e l o u均匀度指数(E)㊁S i m p s o n优势度指数(C)㊂禾本科高度以垂穗披碱草为主要草种进行测定,豆科㊁莎草科㊁杂类草的高度㊁盖度㊁地上地下生物量均采取平均值作为数据㊂H'=-ðsi=1P i l n P iE=H'/l n SC=ðsi=1N i(N i-1)N(N-1)㊃329㊃5期李思瑶等:三江源区不同年限黑土滩人工草地植被特征R =S式中,S 代表物种数目;N 表示群落中所有物种的个体总数;P i 表示第i 个物种的相对多度㊂1.5 统计分析数据采用M i c r o s o f t E x c e l 2019处理,用S P S S 20.0软件对不同建植措施下的植被进行单因素方差统计分析,用最小显著差异法(L S D )进行检验,数据表示形式为 平均数ʃ标准差㊂P <0.05表示差异显著,P <0.01表示差异极显著㊂利用M i c r o s o f t E x c e l 2019和R s t u d i o 进行绘图㊂2 结果与分析2.1 草地植物群落优势种和伴生种组成随着建植年限的增加,草地群落的优势度随之发生变化(表2),其中垂穗披碱草始终处于优势地位,且随着建植年限增加呈现波动式增加的趋势㊂青海冷地早熟禾随着建植年限的增加优势度逐渐增加,且除了人工建植1a 外都处于次优势种地位㊂人工建植1a 的草地杂类草优势度仅次于黑土滩草地㊂从功能群组成来看,禾本科的植株数量随着建植年限的增加而呈现逐渐增加的趋势,在人工建植3a 后,次优势种西伯利亚蓼逐渐被青海冷地早熟禾代替,在建植17a 时,米口袋在植物群落组成中逐渐成为第三优势种,之后又呈减少趋势㊂在建植21a 时溚草为第三优势种,其数量有所上升,建植24a 时线叶苔草数量明显上升,成为第三优势种,群落组成逐渐稳定㊂表2 不同建植年限样地植物群落优势种和伴生种组成T a b l e 2 C o m p o s i t i o n o f d o m i n a n t s p e c i e s a n d a s s o c i a t e d s pe c i e s of p l a n t c o m m u n i t i e s i n s a m p l e p l o t s o f d i f f e r e n t p l a n t i ng ye a r s 样地编号S e r i a l n u m b e r of p l o t s优势种名称D o m i n a n t s p e c i e s 重要值I m p o r t a n c e v a l u e 优势度A d v a n t a g e d e gr e e 伴生种名称D o m i n a n t s p e c i e s 重要值I m p o r t a n c e v a l u e 优势度A d v a n t a g e d e gr e e 伴生种名称D o m i n a n t s p e c i e s 重要值I m p o r t a n c e v a l u e 优势度A d v a n t a g e d e gr e e S 1垂穗披碱草E l ym u s n u t a n s 0.530.2784西伯利亚蓼P o l y go n u m s i b i r i c u m L a x m0.140.0209鹅绒委陵菜P o t e n t i l l a a n s e r i n a0.130.0159S 2垂穗披碱草E l ym u s n u t a n s 0.480.2309青海冷地早熟禾P o a c r y m o ph i l a 0.220.0478中华羊茅F e c t u a s i n e n s i s0.190.0348S 3垂穗披碱草E l ym u s n u t a n s 0.370.1385青海冷地早熟禾P o a c r y m o ph i l a 0.290.0828鹅绒委陵菜P o t e n t i l l a a n s e r i n a0.060.0034S 4垂穗披碱草E l ym u s n u t a n s 0.280.0800青海冷地早熟禾P o a c r y m o ph i l a 0.270.0736溚草K o e l e r i a m a c r a n t h a (L e d e b .)S c h u l t .0.170.0293S 5垂穗披碱草E l ym u s n u t a n s 0.320.1048青海冷地早熟禾P o a c r y m o ph i l a 0.260.0661米口袋G u e l d e n s t a e d t i a v e r n a(G e o r gi )B o r i s s 0.060.0036S 6垂穗披碱草E l ym u s n u t a n s 0.410.1709青海冷地早熟禾P o a c r y m o ph i l a 0.240.0557溚草K o e l e r i a m a c r a n t h a (L e d e b .)S c h u l t .0.120.0135S 7垂穗披碱草E l ym u s n u t a n s 0.370.1365青海冷地早熟禾P o a c r y m o ph i l a 0.340.1166线叶苔草C a r e x t r i s t a c h ya 0.070.0047C K冷蒿A r t e m i s i a f r i gi d a 0.210.0422棘豆O x y t r o pi s D C 0.080.0063秦艽G e n t i a n a m a c r o p h yl l a P a l l .0.130.01742.2 草地植物群落高度和盖度由图1可知,建植1~21a 的人工草地中禾本科高度显著高于其他3种经济类群(P <0.05),黑土滩草地4种经济类群高度无显著差异㊂建植3a 的人工草地中禾本科高度显著高于其他建植年限人工草地和黑土滩草地(P <0.05)㊂建植1a 到3a 禾本科高度明显上升,建植7a 到24a 呈现波动式下降的趋势㊂建植24a时莎草科植物群落高度显著最高为8.67c m(P <0.05)㊂人工草地豆科植物群落高度在各建植年限间无显著性差异,建植7a 豆科植物群落高度最高为4.69c m ㊂杂类草高度随着建植年限增加而逐渐增加,在建植1a 时为最低值3.87c m ,并且建植24a 的人工草地和C K 样地中杂类草高度显著高于其他建植年限样地(P <0.05)㊂ 由图2可知,建植3~24a 植物群落总盖度随着建植年限的增加呈现逐渐减小的趋势,且建植1a ㊁3a ㊁7a 植物总盖度显著高于其他年份(P <0.05),C K 样地植物总盖度显著低于其他年份(P <0.05),且建植21a 的人工草地相较于建植17a 的人工草地群落盖度增加7.44%㊂建植3~24a 人工草地的禾本科㊁莎草科㊁豆科盖度随着建植年限的增加呈现逐渐增加的趋势,且禾本科㊁莎草科在建植21a 时达到最大值,分别为75.67%㊁9.33%㊂人工建植3~24a 禾本科植物盖度显著高于其他3种(P <0.05),莎草科盖度㊃429㊃西 北 农 业 学 报33卷在建植7~12a时呈先增加后降低的趋势,并且建植21a时莎草科盖度显著大于其他建植年限人工草地(P<0.05),分析其原因可能是人工放牧管理措施不同导致,C K样地的禾本科和莎草科植被盖度显著低于其他建植年限(P<0.05)㊂豆科盖度在建植17a时显著最高,建植7a与建植21a无显著差异,建植1a㊁12a与C K样地无显著差异㊂C K样地杂类草盖度显著最高(P< 0.05),人工草地杂类草盖度在建植1a时为最大值,在建植12a和21a时有显著增高的趋势㊂不同大写字母表示相同经济类群不同建植年限间差异显著(P<0.05);不同小写字母表示相同建植年限不同经济类群间差异显著(P<0.05),下同D i f f e r e n t u p p e r c a s e l e t t e r s i n d i c a t e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e d i f f e r e n t p l a n t i n g y e a r s i n t h e e c o n o m i c g r o u p s(P<0.05), a n d l o w e r c a s e l e t t e r s i n d i c a t e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e d i f f e r e n t e c o n o m i c g r o u p s o f t h e s a m e p l a n t i n g y e a r s(P<0.05).T h e s a m e b e l o w图1不同建植年限人工草地植物群落高度F i g.1P l a n t c o m m u n i t y h e i g h t o f a r t i f i c i a l g r a s s l a n d i n d i f f e r e n t y e a rs图2不同建植年限人工草地植物群落盖度F i g.2T o t a l p l a n t c o m m u n i t y c o v e r a g e o f a r t i f i c i a l g r a s s l a n d i n d i f f e r e n t p l a n t i n g y e a r s㊃529㊃5期李思瑶等:三江源区不同年限黑土滩人工草地植被特征2.3 草地植物群落生物量由图3可知,建植3~21a 禾本科㊁莎草科㊁豆科的地上生物量均随着建植年限的增加而呈现波动式增加的趋势,建植24a 的人工草地各功能群的地上生物量均有所下降㊂建植12a ㊁24a 人工草地和C K 样地的禾本科地上生物量显著低于建植21a ㊁17a ㊁12a ㊁7a 和3a (P <0.05)㊂在同一建植年限间禾本科的地上生物量显著高于其他功能群(P <0.05)㊂各年限间莎草科无显著变化㊂建植24a ㊁12a ㊁1a 和C K 样地的豆科地上生物量显著低于建植21a ㊁17a ㊁7a 和3a,相较于C K 样地,豆科地上生物量分别显著增加128.72%㊁647.87%㊁1592.55%㊁425.53%(P <0.05)㊂杂类草地上生物量随着建植年限的增加而逐渐减少㊂C K 样地杂类草地上生物量显著高于其他建植年限的人工草地,其中建植3a 的人工草地地上生物量有显著下降的趋势(P <0.05)㊂图3 不同建植年限人工草地地上生物量F i g .3 T o t a l a b o v e g r o u n d b i o m a s s o f a r t i f i c i a l g r a s s l a n d i n d i f f e r e n t p l a n t i n g ye a r s 由图4可知,黑土滩人工草地的各土层地下生物量均随着建植年限的增加而逐渐增加㊂建植1a 的人工草地0~10c m ㊁10~20c m 地下生物量较C K 样地分别减小19.31%㊁25.41%㊂C K 样地各土层地下生物量均显著高于其他建植年限的人工草地(P <0.05),且除建植1a 的人工草地外,其他建植年限的人工草地地下生物量均无显著性差异㊂各年限的人工草地0~10c m 地下生物量显著高于10~20c m ㊁20~30c m 的地下生物量(P <0.05),建植17a 和建植24a 的人工草地10~20c m 地下生物量分别显著高于20~30c m 地下生物量93.41%㊁119.44%(P <0.05)㊂C K 样地各土层地下生物量之间并无显著差异㊂2.4 草地植物群落物种和功能群多样性人工草地禾本科㊁莎草科和豆科重要值均随着建植年限的增加呈现波动式上升的趋势,而C K 样地杂类草重要值显著高于其他3种功能群(P <0.05)㊂物种丰富度㊁香农-维纳指数和均匀度指数均随着建植年限的增加呈现先增加后减小的趋势㊂建植3a 的人工草地香农-维纳指数和均匀度指数最低,在建植7a 后各项多样性指数显著增加,在人工建植12a 时禾本科香农-维纳指数达到最高值,在之后的5a 内有显著性下降的趋势,建植21a 时又有所升高㊂莎草科和豆科群落多样性指数随着建植年限增加逐渐升高又减小,与植被群落总体趋势一致㊂禾本科均匀度指数在建植7a 时达到峰值为0.98㊂莎草科和豆㊃629㊃西 北 农 业 学 报33卷科在建植12a ㊁3a 时达到最大值,分别为0.95㊁0.91㊂黑土滩退化草地均匀度指数和香农-维纳指数较高,原因是杂类草占优势地位,其数量与种类都较为一致㊂图4 不同建植年限人工草地地下生物量F i g .4 U n d e r g r o u n d b i o m a s s o f a r t i f i c i a l g r a s s l a n d i n d i f f e r e n t p l a n t i n g ye a r s 表3 不同建植年限人工草地植物群落物种多样性T a b l e 3 C h a n g e s o f p l a n t c o m m u n i t y d i v e r s i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f a r t i f i c i a l g r a s s l a n d i n d i f f e r e n t p l a n t i n g ye a r s 样地编号S e r i a l n u m b e r o f p l o t s物种丰富度S p e ci e s r i c h n e s s 香农-维纳指数S h a n n o n -W i e n e r i n d e x均匀度指数P i e l o u e v e n n e s s i n d e xC K 20.00ʃ0.81c0.95ʃ0.15a b0.69ʃ0.11a bS 15.67ʃ0.47f0.76ʃ0.03b c 0.55ʃ0.02b c S 29.00ʃ0.00f0.66ʃ0.09c0.48ʃ0.07cS 312.33ʃ1.24e f0.93ʃ0.18a b 0.67ʃ0.13a b S 417.67ʃ2.62d e0.83ʃ0.00a b c 0.60ʃ0.00a b c S 518.33ʃ2.05c d 1.00ʃ0.06a0.72ʃ0.04aS 624.00ʃ2.45b0.96ʃ0.10a b0.69ʃ0.07a bS 728.00ʃ1.63a0.94ʃ0.02a b 0.68ʃ0.01a b注:不同小写字母表示不同建植年限间人工草地植物群落多样性差异显著(P <0.05)㊂N o t e :D i f f e r e n t l o w e r c a s e l e t t e r s i n d i c a t e t h a t t h e r e a r e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s o f p l a n t c o mm u n i t y d i v e r s i t y o f a r t i f i c i a l gr a s s l a n d b e t w e e n d i f f e r e n t p l a n t i n g ye a r s (P <0.05).2.5 植被群落N M D S 分析对不同建植年限间人工草地的植被群落进行其s t r e s s 值小于0.2说明NM D S 分析在本研究中可行㊂如图6所示,人工草地植被群落与极度退化的黑土滩草地重合部分很少,说明人工草地植被群落与黑土滩草地的植被群落相似度很小,其中建植24a ㊁建植21a 和建植12a 的人工草地与C K 样地并无重合部分,说明之间并无共同的植被群落,差异度很大㊂人工草地各样地的样点之间距离较近且存在许多相互重叠的部分,表明各建植年限间人工草地相似性很高且物种较为丰富㊂3 讨论青藏高原高寒草甸由于受独特的气候㊁地理等因素作用,生态系统结构相对简单,易受环境和人为因素的扰动而发生草地退化[22],因此探讨时间因素对三江源区黑土滩人工草地植被特征的影响十分有必要㊂三江源区黑土滩退化草地与不同建植年限间人工草地植物群落的高度㊁盖度㊁地上地下生物量以及物种多样性指数之间都存在着显著性差异㊂植物群落的高度随着建植年限的增加而呈现逐渐升高又降低的趋势,这与郝红敏等[23]研究一致㊂不同建植年限人工草地中禾本科的盖度逐渐下降,莎草科㊁豆科和杂类草盖度随着建植年限的增加逐渐增大,原因可能是多年生禾本科植物在群落演替初期占据优势地位从而抑制毒杂草生长,植株矮小的莎草科㊁豆科更有利于吸收利用光照和土壤中的养分进行生长,盖度也随之增加,而建植年限较长的人工草地中禾本科在种植后可能未经过人工干预调节而导致杂类草扩增,使得其盖度和生物量随着建植年限的增加而逐渐增长[24]㊂随着演替的进行,以禾本科㊁莎草科为㊃729㊃5期李思瑶等:三江源区不同年限黑土滩人工草地植被特征I v-G.禾本科植物重要值;I v-C.莎草科植物重要值;I v-L.豆科植物重要值;I v-F.杂类草植物重要值;H'-G.禾本科植物香农-维纳指数;H'-C.莎草科植物香农-维纳指数;H'-L.豆科植物香农-维纳指数;H'-F.杂类草植物香农-维纳指数;E-G.禾本科植物均匀度指数;E-C.莎草科植物均匀度指数;E-L.豆科植物均匀度指数;E-F.杂类草植物均匀度指数I v-g.I m p o r t a n t v a l u e o f g r a m i n e o u s p l a n t s;I v-C.I m p o r t a n t v a l u e o f C y p e r a c e a e;I v-l.I m p o r t a n t v a l u e o f l e g u m e s;I v-f.I m-p o r t a n t v a l u e o f m i s c e l l a n e o u s g r a s s p l a n t s;H'-G.S h a n n o n W i e-n e r i n d e x o f g r a m i n e o u s p l a n t s;H'-C.S h a n n o n W i e n e r i n d e x o f c y p e r a c e a e;H'-L.S h a n n o n W i e n e r i n d e x o f l e g u m e s;H'-F. S h a n n o n W i e n e r i n d e x o f m i s c e l l a n e o u s g r a s s;E-G.E v e n n e s s i n-d e x o f g r a m i n e o u s p l a n t s;E-C.E v e n n e s s i n d e x o f c y p e r a c e a e p l a n t s;E-L.E v e n n e s s i n d e x o f l e g u m e s;E-F.E v e n n e s s i n d e x o f m i s c e l l a n e o u s g r a s s图5不同建植年限人工草地各经济类群植被多样性指数F i g.5V e g e t a t i o n d i v e r s i t y i n d e x o f e c o n o m i c g r o u p s o fa r t i f i c i a l g r a s s l a n d w i t h d i f f e r e n t p l a n t i n g y e a r s主的优良牧草慢慢影响并逐渐取代杂类草在植物群落中的主导地位,促进草地群落结构组成以禾本科㊁莎草科植物为主,促进了生态恢复的进程,这与前人[25]研究结果相吻合㊂草地群落生物多样性丰富程度对于草地生态系统的可持续利用和生产力的维持起着关键作用㊂建植人工草地对植物群落多样性的影响:时间梯度上的植物群落物种多样性变化在一定程度上可以反映出植被的演替变化[26]㊂不同建植年限草地植物群落的种类组成存在着一定差异,与黑土滩极度退化草地差异极显著,结果表明通过建植人工草地的方式恢复植被,随着建植年限的增加其物种多样性指数和植被群落的物种数量呈现逐渐增加的趋势,这与张耀生等[27]的研究结果具有一致性㊂本研究发现,黑土滩草地的物种丰富度较高,原因在于黑土滩草地的毒杂草种类较多导致其物种丰富度高于其他建植年限的人工草地㊂人工草地植物群落的物种丰富度㊁香农-维纳指数和均匀度指数均随着建植年限的增加呈现波动式上升的趋势,即先逐渐增加后又减小再增加的阶段性趋势变化,各经济类群也与整体的物种多样性变化趋势相一致,这与王长庭等[28]㊁罗少辉等[29]研究一致㊂群落的变化过程则可以从这种阶段式波动中很好地反映出来,即可以解释为:优势种在植被群落变化的更替过程中可表达为原有优势种及其伴生种群落的优势地位下降,新优势种及其伴生种群落逐渐占据优势地位,群落内各组成的优势地位相当,群落又达到一种较高的均匀程度,下一个转变过程开始,相关的指标开始出现阶段性的波动,直至达到相对最稳定[30]㊂本研究结果表明,在建植21a时与黑土滩退化草地群落相似度最小,差异度最高,两样地间并无共同植被物种,植被群落的经济类群之间的均匀度指数差异有减小趋势,各多样性指数波动趋势较小,表明植物群落组成趋于稳定,可以通过建植人工草地的方式恢复黑土滩型退化草地,且在人工草地建植21a时效果最好,本研究中建植3a人工草地与黑土滩极度退化草地的植被群落组成重合部分较多,且群落多样性指数有显著下降趋势,说明与黑土滩退化草地差异性指数较小,相似度较高,存在衰退现象㊂4结论对于恢复三江源区黑土滩退化草地,建植人㊃829㊃西北农业学报33卷C K.极度退化黑土滩草地;I.建植24a人工草地;J.建植21a人工草地;K.建植17a人工草地;L.建植12a人工草地;M.建植建植7a人工草地;N.建植3a人工草地;O.建植1a人工草地C K.R e p r e s e n t s e x t r e m e l y d e g r a d e d b l a c k s o i l l a n d g r a s s l a n d;I,J,K L,M,N,O r e p r e s e n t a r t i f i c i a l g r a s s l a n d f o r24a,21a,17a,12a, 7a,3a,1a,r e s p e c t i v e l y.图6不同建植年限间人工草地N M D S分析F i g.6N M D S a n a l y s i s o f a r t i f i c i a l g r a s s l a n d i n d i f f e r e n t p l a n t i n g y e a r s工草地年限的延长可以更好地促进其生态的修复㊂在本研究中,人工建植1~3a植被高度㊁盖度及生物量显著上升,3~7a出现退化现象㊂人工建植7a时样地的物种多样性指数较高,是杂类草拓殖的强烈阶段,是生产性能下降但生态多样性增加的关键阶段,应在人工草地建植3a至7a之间加强人工干预措施,提高其生产力㊂人工建植7~21a物种多样性指数逐渐上升,人工建植24a时又显著下降㊂建植21a后的人工草地与黑土滩极度退化草地差异性最大,相似度最低,群落多样性指数较高且植被群落组成较为稳定㊂参考文献R e f e r e n c e:[1]董锁成,周长进,王海英. 三江源 地区主要生态环境问题与对策[J].自然资源学报,2002,17(6):713-720.D O N G S C H,Z H O U C H J,WA N G H Y.M a i n e c o-e n v i-r o n m e n t a l p r o b l e m s a n d c o u n t e r m e a s u r e s i n t h e t h r e e r i v-e r s s o u r c e a r e a[J].J o u r n a l of N a t u r a l R e s o u r c e s,2002,17(6):713-720.[2]曹广民,龙瑞军.三江源区 黑土滩 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三江源地区的草原与森林分布现状摘要：位于长江、黄河、澜沧江源头的三江源地区被誉为高寒生物自然种质资源库，孕育着独一无二大面积的高寒湿地、高寒荒漠、高寒干草原等独特的生态系统，是世界上高海拔地区生物多样性最集中的地区。

三江源地区草原与森林分布现状的分析，对三江源自然保护区的建设，“两江一河”源地的保护以及全球气候变化对生态环境影响的研究具有重要意义。

关键词：三江源，草原，森林三江源自然保护区位于青海省南部，属于海拔4000m以上的青藏高原地区，地处青藏高原的腹地，地域辽阔，地形复杂，湿地生态系统星罗棋布，是长江、黄河、澜沧江的发源地，素有“江河源”之称，被誉为“中华水塔”。

青藏高原孕育了独特的植物区系和生态系统，生物种类丰富多样，被誉为高寒生物种质资源库，是我国江河中下游地区和东南亚国家生态环境安全和区域可持续发展的生态屏障。

因此，三江源地区的草原与森林分布现状对三江源保护区的建设、三江源流域的生态安全有着及其重要的研究价值。

1.三江源的自然地理概况1.1.地理位置与区域范围三江源系指长江、黄河和澜沧江三大河流的发源地，位于青藏高原青海省南部，素有“中华水塔”之称。

地理位置介于东经89°24′~102°23′，北纬31°39′~36°16′之间，区域面积31.8万km2[1]，长江总水量的25%，黄河总水量的49%和澜沧江总水量的15%都来自于三江源地区[2]。

行政区域辖果洛藏族自治州的玛多、玛沁、达日、甘德、久治、班玛六县；玉树藏族自治州的称多、杂多、治多、曲麻莱、囊谦、玉树六县；海南藏族自治州的兴海、同德两县，黄南藏族自治州的泽库、河南两县，格尔木市的唐古拉多乡，共16县1乡（图1）。

图1 三江源地区示意图1.2.植被三江源区热量和水分由东南向西北递减，植被的水平带谱和垂直带谱均十分明显，植被空间分布呈明显的高原地带性规律，自东而西（自低而高）依次为山地森林、高寒灌丛草甸、高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠，沼泽植被和垫状植被则主要镶嵌于高寒草甸和高寒荒漠之间。

黄河源区高寒草原的植被退化与土壤退化特征一、本文概述《黄河源区高寒草原的植被退化与土壤退化特征》一文旨在深入探讨黄河源区高寒草原的植被和土壤退化现象，分析其原因，并提出相应的应对策略。

文章首先概述了黄河源区高寒草原的地理特征和生态环境，然后详细分析了植被退化和土壤退化的现状及其特征，接着探讨了导致退化的主要因素，包括气候变化、人类活动、过度放牧等。

在此基础上，文章进一步分析了植被和土壤退化对当地生态系统和人类生产生活的影响，最后提出了针对性的建议和措施，以期为保护和恢复黄河源区高寒草原的生态环境提供参考。

本文的研究不仅对于理解高寒草原生态系统的脆弱性和稳定性具有重要意义，也为全球气候变化背景下的生态保护提供了有益借鉴。

二、研究区域与方法黄河源区位于中国青海省境内，地理位置介于北纬32°30′至36°20′，东经95°30′至102°30′之间。

该区域是黄河的发源地，拥有广阔的高寒草原生态系统，海拔在3000米以上。

黄河源区的气候属于高原寒带半湿润气候，冬季漫长且寒冷，夏季短暂而温和。

年降水量较低，且主要集中在夏季。

黄河源区的高寒草原生态系统对维护区域生态平衡和黄河水源涵养具有极其重要的意义。

本研究采用野外调查与室内分析相结合的方法，对黄河源区高寒草原的植被退化和土壤退化特征进行深入研究。

在黄河源区内选择了具有代表性的高寒草原样地，进行植被和土壤的详细调查。

通过设立固定样方，对样方内的植被种类、数量、高度、盖度等参数进行定期观测和记录。

同时，采集土壤样品，分析土壤的物理和化学性质，如土壤质地、pH值、有机质含量、全氮、全磷、全钾等。

将采集的植被和土壤样品带回实验室进行进一步分析。

植被样品通过烘干、称重等方法，计算植被的生物量。

土壤样品则通过一系列化学和物理分析方法，如粒度分析、酸碱度测定、有机质测定、元素分析等，评估土壤的退化程度。

对野外调查和室内分析得到的数据进行统计和分析，采用描述性统计、方差分析、相关分析等方法，揭示黄河源区高寒草原植被退化和土壤退化的特征及其相互关系。