荒漠草原建群种短花针茅生物量与重要值对放牧强度与气候因子的协同响应机制及其生态管理意义

本研究通过5年野外监测，揭示了放牧强度与气候因子如何协同调控荒漠草原建群种短花针茅（Stipa breviflora）的生物量、重要值及其对群落生物量的贡献率。结果表明：放牧强度通过改变植物高度、密度和空间分布，显著影响短花针茅的适应性策略；干旱年份重牧使重要值趋近于1，而多雨年份生物量随放牧强度增加。研究建议轻牧管理（LG）更利于草原生态系统适应未来气候变化。

　　

1 引言

放牧是影响草地植物生产力和种群结构的主要因素之一，其通过采食量、家畜择食行为和植物恢复能力等多途径作用于草原生态系统。过度放牧可能导致植物多样性下降、生产力降低甚至草原荒漠化，而适度放牧则可能通过促进优势种的氮同化酶活性增强其营养吸收能力。荒漠草原作为脆弱生态系统，其对放牧和气候变化的响应尤为敏感。短花针茅（Stipa breviflora）作为中国干旱区荒漠草原的建群种，在维持群落结构和生态功能中具有关键作用。本研究通过长期放牧实验平台，探究放牧强度与气候因子如何共同调控短花针茅的生物量、重要值及其对群落生物量的贡献。

2 材料与方法

2.1 试验地概况与设计

试验位于内蒙古农业畜牧科学院四子王基地（111°53′41.7″ N, 41°46′43.6″ E，海拔1456 m），属典型温带大陆性气候。试验自2004年开始，采用随机区组设计，设置无牧（CK）、轻牧（LG, 0.91羊单位/公顷/半年）、中牧（MG, 1.82羊单位/公顷/半年）和重牧（HG, 2.71羊单位/公顷/半年）4个处理，每个处理3次重复。放牧期为每年6月至11月，每日自由放牧10小时。2020年因新冠疫情放牧推迟2个月。

2.2 气象数据监测

通过小型气象站（CR1000）记录2016–2020年生长季（5–9月）的温度和降雨数据。2016年为多雨年（降雨298 mm），2017年为干旱年（降雨153 mm），2018–2019为平均降雨年。生长季平均温度为16.7°C，2016年温度较低（15.8°C），2017年较高（17.7°C）。

2.3 短花针茅种群特征测量

采用取样法（0.5 m×0.5 m样方）测定植物密度、高度和地上生物量，烘干称重获得干重。群落生物量为各物种生物量之和，凋落物生物量单独收集。2020年仅8月数据可用。

2.4 关键指标计算

重要值（Importance Value）计算公式为：（相对生物量+相对高度+相对密度）/3；群落生物量（Community Biomass）= 立枯生物量+凋落物生物量；短花针茅生物量贡献率 = 短花针茅立枯生物量 / 群落立枯生物量（或总生物量）。

2.5 数据分析

使用SPSS 25.0和R软件进行单因素方差分析（ANOVA）和Duncan检验（p<0.05），Sigmaplot 14.0用于拟合降雨、温度与生物量的关系。

3 结果

3.1 放牧强度对短花针茅地上生物量的影响

多因素方差分析表明，放牧强度、年份和月份均显著影响短花针茅生物量（p<0.05），但交互作用不显著。2016年（多雨年）生物量随放牧强度增加而上升，HG显著高于CK；2017年（干旱年）生物量随放牧强度增加而下降，HG显著低于CK；2018–2019年HG生物量显著低于CK。总体趋势呈先升后降。短花针茅生物量贡献率在干旱年（2017）最高，重牧下达97.0%。

3.2 短花针茅地上生物量的季节动态

2016和2018年生物量在7–9月较高，5–6月较低；2017年（除CK外）5–6月较高，8–9月较低；2019年季节差异小。生长季生物量与降雨呈正相关（Y=3.6180+0.2416X, R2=0.2727, p<0.01），与温度呈负相关（Y=328.0031–16.0481X, R2=0.2405, p<0.01）。

3.3 放牧对短花针茅重要值的影响

放牧强度、年份和月份均极显著影响重要值（p<0.01）。2016–2019年重要值随放牧强度增加而上升，HG下最高（2017年达0.851）。重要值在5月和9月较高，7–8月较低。重要值与降雨负相关（Y=1.0469–0.0024X, R2=0.2564, p<0.01），与温度正相关（Y=?1.2606+0.1041X, R2=0.0939, p<0.05）。

3.4 气候与放牧对建群种的协同影响

干旱年重牧使短花针茅重要值趋近于1，生物量贡献率升高；多雨年放牧增加生物量。无牧条件下，干旱年贡献率高于其他年份。放牧通过改变植物高度（“小型化”）、密度和空间分布，增强短花针茅在资源竞争中的优势。

4 讨论

放牧与气候因子共同调控短花针茅的生物量和重要值。重牧在干旱年抑制生物量但提高重要值，在多雨年促进生物量积累。短花针茅通过增加密度和拓宽生态位适应放牧压力，但导致群落结构简化，生态系统脆弱性增加。本研究不支持原假设（放牧降低生物量和重要值），表明建群种对放牧和气候的响应具有复杂性。轻牧（LG）更利于维持群落稳定性和适应气候变化。

5 结论

荒漠草原建群种短花针茅在放牧和气候双重压力下表现出较强的适应性，但重牧导致群落结构单一化。建议采用轻牧管理（LG）以促进草原可持续利用和气候适应。

作者贡献

Aimin Zhu：数据整理、经费支持、文稿撰写；Qian Wu：数据整理、分析；Guodong Han：概念设计、项目管理、资源提供；其他作者参与数据收集和分析。