不同利用方式下山地高草草甸群落結(jié)構(gòu)的變化

錫文林,安沙舟,靳發(fā)蘭,,陶 夢,,孫宗玖

（1.新疆維吾爾自治區(qū)草原總站,新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 新疆草地資源與生態(tài)重點實驗室,新疆 烏魯木齊 830052）

①天然草地是人類賴以生存的重要環(huán)境條件和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ),是全國最大的可更新資源,是形成生物多樣性的重要組成部分,是維護(hù)國家生態(tài)安全的綠色屏障。在天然草地中,山地高草草甸類草地是重要組成部分,由于其資源豐富,牧草質(zhì)地柔軟,營養(yǎng)豐富且具有“高蛋白、高脂肪、高熱量、低纖維”等特性,所以是發(fā)展草地畜牧業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ),同時為國民經(jīng)濟(jì)和畜牧業(yè)的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)[1-2]。但是隨著人口迅速增加,養(yǎng)殖業(yè)擴(kuò)增,鼠蟲害危害,尤其是人們對草地利用方式的不合理,草甸類草地快速退化,生產(chǎn)力不斷下降,生物多樣性逐漸消失,水土流失現(xiàn)象不斷擴(kuò)大。群落結(jié)構(gòu)和植物多樣性是衡量草地發(fā)展最主要的指標(biāo),在畜牧業(yè)生產(chǎn)中也有很大作用。一方面直接反映植物與環(huán)境的關(guān)系,另一方面,在放牧管理中,可以根據(jù)牧草的產(chǎn)量與高度合理安排放牧與刈割時間[3-9]。研究主要通過野外調(diào)查的方法探討放牧、刈割+放牧、刈割3種不同利用方式對高草草甸植物群落物種組成、植物多樣性變化的影響,為高草草甸生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的保護(hù)和草地資源的管理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況研究區(qū)位于新疆烏魯木齊市天山北坡中段,放牧、刈割+放牧、刈割3個處理區(qū)分別位于：43°27′48″N,87°09′37″E,海拔 2 186 m；43°28′19″N,87°10′42″E,海拔 2 059 m；43°28′18″N,87°10′39″E,海拔 2 066 m 。以純放牧利用方式的草地由于利用過度,草層低矮,主要以雜類草為主,禾草為輔。主要的雜類草成分有草原老鸛草Geranium pratense、新疆黨參Codonopsisclematidea、千葉蓍Achilleamillef olium、聚花風(fēng)鈴草Campanula glomerata、黃芪Astragalussp.、白三葉Tri folium repens、高山唐松草Thalictrum alpinum、新疆遠(yuǎn)志Polygala hybrida、天山羽衣草Alchemilla tianschanica、草原糙蘇Phlomis pratensis、火絨草Leontopodium leontopodioides；禾草有偃麥草Elytrigia repens、細(xì)葉早熟禾Poa angusti folia。以刈割+放牧利用的草地草層較高,主要以禾草為主,雜類草為輔。禾草有偃麥草、細(xì)葉早熟禾、無芒雀麥Bromus inermis、小糠草Agrostis alba；雜類草有草原老鸛草、千葉蓍、聚花風(fēng)鈴草、黃芪、白三葉、蓬子菜Galium verum、天山羽衣草和羊角芹Aegopodium podagraria。以刈割利用的草地草層較高,以雜類草為主,禾草為輔。主要的雜類草有新疆黨參、草原老鸛草、千葉蓍、聚花風(fēng)鈴草、黃芪、白三葉、草原糙蘇和黃花苜蓿Medicago f alcata；禾草有小糠草、細(xì)葉早熟禾、披堿草Elymus dahuricu和無芒雀麥。

1.2 樣地設(shè)置研究所選樣地均設(shè)在新疆烏魯木齊市南山菊花臺附近的高草草甸天然草地上,其中,放牧利用的草地以牧民在其內(nèi)長期放牧為主；刈割+放牧利用的草地在圍欄內(nèi)于2006年5月1日開始放牧1月,8月中旬刈割；刈割利用的草地設(shè)在一個長期圍欄內(nèi),不放牧,只在8月中旬刈割。

1.3 植被取樣于2006年8月中旬在每種利用方式樣地內(nèi)隨機(jī)取5個1 m×1 m的樣方。調(diào)查并記錄每個樣方內(nèi)的植物種類、各物種在樣方中的頻度、高度和蓋度,將其植物齊地面剪下帶回實驗室,自然風(fēng)干,稱量。

1.4 物種多樣性分析重要值（Important Value,IV）是評價植物種群在群落中作用的一項綜合性數(shù)量指標(biāo)[10],其計算公式為：

IV=（相對頻度+相對高度+相對蓋度+相對生物量）/4

采用α多樣性指數(shù)分析物種多樣性。其包括兩個概念：一個是群落中物種的多少,另一個指各種之間的相對豐富度[11]。以植物種優(yōu)勢度作為參數(shù)來進(jìn)行多樣性分析。

1）物種豐富度指數(shù)采用物種數(shù)S和Margalef指數(shù)（Ma）：Ma=（S-1）lgN

式中：S為物種數(shù)目；N為所有物種個體數(shù)之總和。

2）多樣性指數(shù)采用 Simpson指數(shù)（D）和Shannon-Wiener指數(shù)（H′）：

式中：Pi為樣方中第i種的個體數(shù)占全部物種個體數(shù)的比例。

3）均勻度指數(shù)（J）：

Pielou均勻度指數(shù)：J p=H′/lnS。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同利用方式對群落地上生物量的影響從圖1可知刈割+放牧、刈割樣地內(nèi)的地上生物量明顯高于長年放牧的樣地。放牧樣地由于家畜長年在此采食,牧草的更新及營養(yǎng)都不能及時補(bǔ)充,而且在牧草的2個不宜利用時期（4月牧草剛萌發(fā)不宜利用,在9月牧草停止生長不宜利用）家畜仍然在利用。刈割+放牧樣地內(nèi)禾草的數(shù)量明顯高于其他2種利用方式。其中刈割+放牧樣地的禾草生物量是刈割地的4.43倍,是放牧的5.48倍。而雜類草的生物量+刈割放牧地比刈割地高1.38倍,刈割地比放牧地高1.56倍。

圖1 不同利用方式的地上生物量

2.2 不同利用方式對植物高度和蓋度的影響不同利用方式下植物高度變化比較明顯（平均值為9.77～63.4 cm）,長期放牧的草地不管是禾草還是雜類草的高度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他2種方式。其中刈割+放牧樣地的禾草高度是放牧地的7.49倍,刈割地禾草高度是放牧地的8.41倍。而對于雜類草的高度,刈割+放牧地是放牧地的4.86倍,刈割地的雜類草高度是放牧地的3.9倍（圖 2）。

圖2 不同利用方式的植物高度

圖1、圖2說明刈割+放牧地和刈割地、放牧地之間的禾草產(chǎn)量存在極顯著差異（P＜0.01）,刈割地與放牧地之間禾草產(chǎn)量無差異。刈割+放牧地與刈割地之間的雜類草產(chǎn)量無顯著差異,放牧地與其他2種利用方式之間的雜類草產(chǎn)量之間存在顯著差異（P＜0.05）。刈割+放牧地與刈割地之間的禾草高度無差異性,放牧地與其它2種利用方式之間的禾草和雜類草高度存在顯著差異（P＜0.05）。

2.3 不同利用方式對植物頻度和蓋度的影響從表1可以看出刈割+放牧地禾草與雜類草的蓋度相當(dāng),分別為45%和55%；刈割地和放牧地雜類草蓋度均高于禾草,刈割地為30%和70%,放牧地為15%和85%。放牧地大部分優(yōu)良禾本科牧草被家畜頻繁采食,導(dǎo)致禾草的蓋度下降,雜類草增多。

表1 不同利用方式下群落的頻度與蓋度 %

2.4 不同利用方式對優(yōu)勢植物重要值的影響植物種類的重要值是由Curtis和Mcintosh在森林群落分析中提出的,其數(shù)值大小可作為群落中植物種的一個度量標(biāo)志,重要值可指示群落中每種植物的相對重要性及植物的最適生境[11]。植物重要值的變化關(guān)系到群落結(jié)構(gòu),重要值越高,植物在群落中所占比重越大,優(yōu)勢地位越明顯[12]。由表2可以看出,不同利用方式對植物重要值影響不同,刈割+放牧方式的草地提高了禾草在草群中的比例,降低了雜類草的比例,而刈割和放牧樣地的禾草、雜類草的比例表現(xiàn)不明顯。其中在刈割+放牧地中禾草的重要值比刈割地高1.61倍,比放牧地高2.1倍,而雜類草在刈割+放牧地與放牧地之間的重要值相差不大,為68.399 2和 65.151 7。

從表2和表3中可以看出以刈割+放牧為利用方式的樣方主要以禾草為主；刈割的樣方主要以雜類草為主；而長期放牧的樣方由于禾草的適口性較好,家畜利用的也較過度,禾草、雜類草產(chǎn)量均低。

2.5 不同利用方式對群落多樣性的影響由表4看出,在不同的利用方式下群落豐富度指數(shù)放牧地（4.230 8）高于刈割+放牧地（3.145 0）和刈割地（3.938 6）,說明在草原生態(tài)系統(tǒng)中,食草動物的采食使一些物種的生物量或蓋度下降,其他物種有了生存的空間,從而提高了草原生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。另一方面,群落優(yōu)勢度指數(shù)（Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)）刈割地（0.871 7、2.118 9）的高于放牧地（0.870 2、2.114 6）和刈割+放牧地（0.825 8、1.890 0）；群落均勻性指數(shù)（Pielou指數(shù)）刈割地（0.650 3）高于放牧地（0.634 6）和刈割+放牧地（0.594 7）,由于刈割地是無選擇性刈割,導(dǎo)致物種成分的重要值差距很小,使刈割地的均勻度高于其他2種利用方式。

表2 不同利用方式主要物種的重要值

表3 山地高草草甸草地類型樣方調(diào)查

表4 不同利用方式下樣地的生物多樣性

3 結(jié)論

3.1刈割+放牧、刈割的樣地內(nèi)的地上生物量明顯高于長年放牧的樣地；刈割+放牧的樣地內(nèi)禾草的數(shù)量明顯高于其他2種利用方式。

3.2不同利用方式下牧草的高度變化比較明顯,長期放牧的草地不管是禾草還是雜類草的高度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他2種利用方式,刈割利用的草地禾草與雜類草的高度變化不明顯。

3.3不同利用方式對植物重要值影響不同,刈割+放牧的草地提高了禾草在草群中的比例,降低了雜類草的比例,而刈割和放牧方式的禾草、雜類草的比重表現(xiàn)不明顯。

3.4不同的利用方式對生物多樣性影響也不同,由于家畜的采食使得群落豐富度指數(shù)（Margalef指數(shù)）提高,群落優(yōu)勢度指數(shù)（Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)）和群落均勻性指數(shù)（Pielou指數(shù)）降低。

[1]馬繼雄,孔生福,查芳.高寒草甸演替趨勢的研究[J].青海師范大學(xué)學(xué)報,2001（4）：48-52.

[2]李海英,彭紅春,王啟基.高寒矮嵩草草甸不同退化演替階段植物群落地上生物量分析[J].草業(yè)學(xué)報,2004,13（5）：26-32.

[3]董鳴,王義鳳,孔繁志,等.中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)觀測與分析標(biāo)準(zhǔn)方法——陸地生物群落調(diào)查觀測與分析[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996.

[4]李連方,王培,殷甫絡(luò),等.不同保護(hù)措施對山地草甸植物多樣性的影響[J].草地學(xué)報,1999（2）：106-112.

[5]董全民,趙新全,馬玉壽.牦牛放牧強(qiáng)度與小嵩草高寒草甸植物群落的關(guān)系[J].草地學(xué)報,2005（4）：74-78,83.

[6]張云,勒瑞芳,鞏曉蘭.施肥刈割對高寒草甸生產(chǎn)力的影響[J].草業(yè)與畜牧,2008（3）：10-13.

[7]李榮平,閆巧玲.放牧與刈割對科爾沁草甸植被演替的影響[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2006（2）：182-186.

[8]江小雷,張衛(wèi)國,楊振宇,等.不同干擾類型對高寒草甸群落結(jié)構(gòu)和植物多樣性的影響[J].西北植物學(xué)報,2003（9）：6-12.

[9]馬玉壽,尚占環(huán),施建軍,等.黃河源區(qū)“黑土灘”退化草地群落類型多樣性及其群落結(jié)構(gòu)研究[J].草業(yè)科學(xué),2006,23（12）：6-11.

[10]張云,勒瑞芳,鞏曉蘭.施肥刈割對高寒草甸生產(chǎn)力的影響[J].草業(yè)與畜牧,2008（3）：10-13.

[11]趙志模.群落生態(tài)學(xué)原理與方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,1985.

[12]沈景林,譚剛,喬海龍,等.草地改良對高寒退化草地植被影響的研究[J].中國草地,2000（5）：49-54.