1、 第 卷 第 期草 原 与 草 业 年 月.草甸草原健康评价的活力组织力恢复力指数和基况活力组织力恢复力指数苏 玥，占布拉，娜日苏，吕世杰，菅 坤（.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，呼和浩特；.内蒙古自治区生态与农业气象中心，呼和浩特；.内蒙古农业大学理学院，呼和浩特；.中国铁路呼和浩特局集团有限公司焊轨段，呼和浩特）摘要：本文定量评估了内蒙古草甸草原的基况（）、活力指数（）、组织力指数（）、恢复力指数（），建立了评价草甸草原的活力组织力恢复力（）、基况活力组织力恢复力（）模型，采用、指数评价了不同草地利用方式的草地健康状况，结果表明：过度放牧会使草甸草原的活力和恢复力降低。而割草地，除在警
2、戒状态的割草地外，其草地健康的活力和恢复力指标都较好。相关分析双尾 检验表明、模型与基况不相关，与活力、组织力、恢复力均通过了.显著性检验相关性显著。关键词：草甸草原；草地健康；放牧；指数中图分类号：文献标志码：文章编号：（）草地是世界上分布范围最广的陆地生态系统类型之一其具有阻挡风沙、帮助土壤保墒和调节气候等功能。内蒙古草原面积较大，所处纬度较高，是畜牧业发展的重要区域。近年来随着全球气候变暖、极端天气的出现以及过度放牧等自然、人为干扰，内蒙古草地健康出现不同程度的下降趋势。在长期自然资源利用不适当的情况下，内蒙古自然植被抗病虫害能力下降，且易出现沙化现象，严重阻碍当地畜牧业经济的发展。草原
3、群落中的优势种发生变化，退化指示植物增多，植物覆盖度变小都影响着草地健康。因此采用全面科学的方法对草甸草原健康状态进行评价，既能保护环境，又能发展经济。在 年，草原基况概念被美国的 提出。同时，最早的草地健康评价由 和 根据基况提出。年，任继周通过研究草地生态系统的植物特征基础上，把物质和能量循环作为研究主体，用来评判草地农业生态系统。年国际生态系统大会把 模型用于评价生态系统健康程度的指标，年任继周把 用于评价草地生态系统健康，其中 代表基况、代表活力、代表组织力、代表恢复力。随着国家对生态系统健康状态的关注与修复工作的开展，草甸草原健康恢复是一项十分重要的工作。迄今为止，对于此评价方法的应
4、用在深度和广度上有了一定的发展，例如，侯扶江等研究了不同放牧强度和围封草地对阿拉善草地健康程度的影响，单贵莲等研究围封、的草地各、在典型草原的变化规律。通过分析割草地、放牧地的不同利用程度对草甸草原健康的影响，查验 与 在评估草甸草原健康中的可行性，提供有效、简单、快速的方法来评价草地健康，以力求为研究人员后期采用其他评价方法评价草甸草原健康提供参考依据。材料与方法.研究区概况研究区位于内蒙古呼伦贝尔市鄂温克族自治收稿日期：基金项目：利用神经网络模型改进草地健康诊断技术的基础研究（）作者简介：苏 玥（），女（蒙古族），内蒙古呼和浩特市人，工程师，硕士研究生，主要从事草地资源与生态学研究，：.；
5、为通信作者，：.旗，地理坐标.，.。研究区植被类型属于羊草贝加尔针茅草甸草原，样地土壤类型经测定主要为暗栗钙土。气候类型属于温带半干旱大陆性气候，夏季温暖短促、冬季寒冷漫长，根据内蒙古气象局资料显示年平均气温为，年 平 均 地 面 温 度.，积 温.，年累积降水量为.，年蒸发量 .。研究区原生植物群落有羊草（）、贝加尔针茅（），伴有线叶菊（）、寸草苔（）、糙隐子草（）、裂叶蒿（）、麻花头（）、细叶白头翁（）、双齿葱（）、细叶柴胡（）等，还少量分布有阿尔泰狗娃花（）、星毛委陵菜（）、瑞香狼毒（）等退化指示植物。.样地设置及取样方法本研究采取实地调查的方法，选取植被组成、土壤类型一致的区域作为研究
6、样地，分别分析打草和放牧对草地健康的影响。以呼伦贝尔市鄂温克族自治旗草原监督管理局围封 年的监测地为对照，于 年 年每年 月底植物生长旺盛期，使用样方法在围封区外进行地上植被调查和土壤采集。采用取样的方法在对照区选取 个 的样方，样方选择方式为随机。放牧样地位于围栏外侧，全年自由放牧，以围栏入口为一端，靠近居民点处为另一端，布设一条样线，样线长 ，沿样线每隔 设置一个样地，样地名称采用阿拉伯数字由 开始依次编号，其中样地 和样地 间隔 ，放牧共设置 个样地，每个样地随机设置 个 的样方。在距离放牧样线 处设置打草样线，割草地样线与放牧地样线平行，割草地样地、样方布设与放牧样地相同，研究区打草方
7、式是割草机进行刈割，地面留茬约 。在野外数据采集时，记载样方里存在植物群落的物种，记录每个物种的高度、盖度、多度、地上生物量。高度采取样方内的物种，随机选取 株分别测量高度，再取均值。盖度采用目测进行估计，由一人完成盖度估计以减少不同人观测出的误差。多度选取各样方里存在物种的个数。地上生物量采取分种齐地刈割，取样方内所有的植物，带回实验室，先称量鲜重，再放入 的烘箱烘干 后称重，取其干重。土壤养分的调查于 年 年 月中旬、月上旬进行土壤样品收集，样地选择与放牧同一样地。在试验地的每个 的样方内以三角形取 个采样点，用直径.的土钻分 、层取样，每层取 钻混合在一起，取其中约 左右的土，每个样方重
8、复 次，带回实验室进行分析化验。将石头等杂志摘除，用 的筛子进行过滤，再用粉碎机粉碎，最后进行土壤养分的测定。土壤有机质的测定方法使用重铬酸钾容量法外加热法，土壤全氮的测定方法使用凯氏定氮法，土壤全磷的测定方法使用 熔融钼锑抗比色法。.和 的指数计算.基况（）的计算基况（）主要反映植被生长所需的气候条件和土壤营养状况的综合。而土壤有机质代表土壤的营养成分，可以反映出草地长期发展历史，其能够给植物提供养分。因此本文 用土壤有机质作为评价指标。评价用以下公式：，其中 为评价样地的土壤有机质含量，为对照样地的土壤有机质含量，若，则取。.活力指数（）的计算活力（）是草原生态系统的物质生产与能量流通从太
9、阳能开始沿着绿色植物到动物的方式进行发展，评价方法采用生态系统内生产者固定的能量评定，常采用地上生物量、三碳途径形成的产物等进行衡量。由于草原生态系统的退化经常是放牧导致的，常包含着地上生物量的减少和可食用草种的降低。本研究采用地上生物量用来评价，计算公式如下：，其中 为评价区域的地上生物量，为对照区域的地上生物量，若，则取。.组织力指数（）的计算组织力（）代表草甸草原植物群落中物种的组成结构和其种间关系，通常物种分布频率、植株高度、相对生物量可以反映草原生态系统结构与功能的优化能力。本文 的计算方法是选取优势种羊草、贝加尔针茅的累积频率、累积相对生物量、累积平均高度，具体计算公式如下：（）。
10、其中 ，为累积频率，反映了水平方向上物种的分布规律，为某物种在样方中总共出现次数，为样方总数；，其中 为各物种的相对生物量，为第 个物种在第 个样方苏 玥 占布拉 娜日苏等草甸草原健康评价的活力组织力恢复力指数和基况活力组织力恢复力指数中的干重，为 个样方的总干重。，其中 为各物种的相对高度，表示第 个物种在 个样方中的平均高度，为第 个物种在 个样方中的最大值。将累积频率、累积相对生物量、累积平均高度计算后，把研究区 除以参照系统，得出的值来评价各样地的组织力水平，计算方法：，其中 为评价样地的组织力，为对照样地的组织力，若，则取。.恢复力指数（）的计算恢复力（）指当草甸草原健康受到威胁时，
11、能够抵抗这种情况的能力，体现在生产力和物种组成结构的恢复。本文选取优势种羊草、贝加尔针茅物种数量与退化指示植物细叶韭、披针叶黄华、阿尔泰狗娃花、二裂委陵菜、星毛委陵菜、冷蒿、瑞香狼毒的地上生物量之间的比例来衡量草甸草原群落的恢复能力，具体计算公式如下：（羊草贝加尔针茅）（羊草贝加尔针茅）（细叶韭披针叶黄华阿尔泰狗娃花二裂委陵菜星毛委陵菜、冷蒿瑞香狼毒）（细叶韭披针叶黄华阿尔泰狗娃花二裂委陵菜星毛委陵菜、冷蒿瑞香狼毒），此公式表示当群落中的羊草、贝加尔针茅生物量多时，此草甸草原群落恢复能力强，当退化指示植物细叶韭、披针叶黄花、阿尔泰狗娃花等生物量增多时，草甸草原健康指数 降低，式中 为评价样地物
12、种地上生物量，为对照样地的地上生物量，若，则取。.和 综合指数计算 综合指数计算模型为：，式中 为权重系数，为了避免各物种背景不确定性及其时空分布的不均匀造成的影响力误差，本研究物种背景较为清晰，故使，、，若，则取。综合指数计算模型：，若 表示健 康 状 态 极 好，则 取，若 表示草地生态系统最不健康。本文采用 分法将草甸草原健康状态划分为 个不同等级见表：表 草甸草原健康指数 及其等级健康指数健康等级健康指数健康等级.健康.不健康.警戒.崩溃 结果与分析.割草与放牧对草甸草原健康的影响羊草贝加尔针茅的草甸草原对照样地外自由放牧的区域，持续的放牧压力会导致草原健康的活力指数（）和恢复力指数（
13、）降低（图），这也证明了群落的地上生物量，尤其是优势种的地上生物量在降低，同时退化指示植物的生物量在增高。而割草地，除草地健康在警戒状态下的打草外，其草原健康的活力指数（）和恢复力指数（）都较好。这也说明了适当状态下的割草不会过于影响草地的地上生物量的多少。由图可知无论哪种利用类型的草原，其组织力指数（）都较高，这主要是由于在计算中主要考虑了群落中优势种的组织力水平，忽略了群落中伴生种：线叶菊、寸草苔、糙隐子草等种群对群落组织力的贡献率，从而导致其组织力指数（）稳定增高。观察、指数变化发现（见图），年健康样地的割草地、指数除 年打草略低于放牧，其余年份打草 指数均高于放牧。警戒样地的割草地各年
14、份、指数均高于放牧。年不健康样地的割草、指数依旧高于放牧。根据 的变化发现这 割草和放牧的不健康样地逐年减少，割草从 年开始不存在不健康样地，放牧从 年开始不存在不健康样地，草地生态系统的健康得到逐步恢复。根据图还可看出适当程度的割草地会比自由放牧对草地的危害轻，同时轻度的割草地往往会比围封状态的草地更健康。由图 还可发现健康样地 年放牧恢复力指数 为.，年打草恢复力指数 为.，年割草地恢复力指数 为.，这些都超过了，之间的正常阈值，说明较轻程度的割草、放牧比围封的样地更健康，会使草地的恢复能力增强。原因在于适度的割草可以减少枯落物的产生，而枯落物的减少促进植物的播种，从而使草地的健康状态更好
15、。而适度放牧可以刺激植被分蘖，轻度放牧不仅不危害植物的数量和高度，反而促进植物的生长发育，这种采食行为促进牧草生长，提高土壤肥力，存在超补偿现象，促进草地生态系统的稳定性。.草地健康指数的相关分析为研究健康指数相互间的关系，本文采取 双尾 检验进行分析。根据表 可以看出草甸草原健康综合指数 与、之间的草原与草业 年 第 卷 第 期图 鄂温克族自治旗草甸草原健康指数及综合指数相关 系 数 分 别 为.、.、.、.，与、之间的 相关系数分别为.、.、.、.，其中除 的 值大于.相关性不显著外，、与上述指数全部通过了.显著性检验。分析 与、相关性不显著的原因是草甸草原地上植物群落物种种类较丰富，其生
16、态系统较典型草原、荒漠草原更为稳定，放牧和割草影响土壤有机质等含量是一个缓慢过程，此过程不会马上显露出根据其危害影响草地健康指数大小，土壤成分的变化较为缓慢存在一定滞后性，对于监测当年的草地健康状态采用土壤有机质数据存在一定的偏差。本文选择土壤有机质进行草地基况评估，而草甸草原土壤有机质较为丰富，其又与土壤水分存在一定关联，如在干旱的季节，土壤有机质可以存储一定的水分，那么在干旱的情况下地上植物群落会受干旱影响，而地下土壤有机质变化不大，再加上地面人为活动的放牧和打草影响，地上变化会比地下变化强烈，故 与、相关性不显著。表 中 与 之间存在极显著正相关关系，相关系数达到.（.），且表中的 各项指标均大于，这又从侧面反映出虽在草甸草原上基况对其草原生态系统健康作用相对较小，但评价草地健康综合指标仍需采用基况这一评价指数。根据、与、之间极显著的相关关系，还可以说明持续的放牧与割草会导致草地地上生物量的减少，植株高度变得低矮稀疏，牲畜适口性差的植物物种增加，且草原活力、恢复力也会变低。综上围封草地或轻度打草，才能提高植物群落的活力、组织力与恢复力。表 草地健康指数 相关分析基况 活力指数 组