短期圍欄封育對(duì)藏北3類(lèi)退化高寒草地群落特征的影響

趙景學(xué),祁 彪,多吉頓珠,尚占環(huán)

(1.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020； 2.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，西藏 拉薩 850009)

短期圍欄封育對(duì)藏北3類(lèi)退化高寒草地群落特征的影響

趙景學(xué)1,祁 彪1,多吉頓珠2,尚占環(huán)1

(1.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020； 2.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，西藏 拉薩 850009)

為了解藏北地區(qū)退化高寒草地植物群落對(duì)短期圍欄的響應(yīng)，本研究以當(dāng)?shù)氐?類(lèi)高寒草地植被為研究對(duì)象，分析了圍欄封育對(duì)草地群落的影響。結(jié)果表明，圍欄封育措施能顯著提高3類(lèi)草地群落高度、蓋度和地上生物量，物種數(shù)也有不同程度的增加。高寒荒漠植被群落蓋度、高度變化對(duì)圍封措施響應(yīng)較快，但物種數(shù)變化的響應(yīng)較慢；高寒草原和高寒草甸群落蓋度和高度變化對(duì)圍封措施響應(yīng)較慢，而物種數(shù)變化響應(yīng)較快；3類(lèi)草地地上生物量變化對(duì)短期圍封均表現(xiàn)出了較快響應(yīng)。短期圍欄封育對(duì)退化高寒植被群落多樣性影響不顯著。建議對(duì)退化高寒草甸和高寒草原可進(jìn)行短期圍欄與施肥相結(jié)合的草地恢復(fù)方式；對(duì)于退化高寒荒漠草地可適當(dāng)延長(zhǎng)其圍欄封育的時(shí)間，結(jié)合補(bǔ)播、追肥等措施，使草地植被能盡快恢復(fù)。

藏北地區(qū)；圍欄封育；退化草地；高寒草甸；高寒草原；高寒荒漠；植物群落

藏北草地總面積約42.1萬(wàn)km2,是西藏最重要的草地畜牧業(yè)基地[1]，分布有約12個(gè)草地類(lèi)型, 是西藏草地類(lèi)型分布最多的地區(qū)[2]。其中，高寒草原分布最多，其次是高寒荒漠和高寒草甸[3]。近年來(lái)，受全球變暖及人類(lèi)活動(dòng)日益增強(qiáng)的影響，藏北高原極為脆弱的高寒草地生態(tài)系統(tǒng)遭到不同程度的人為干擾和破壞，以草地鹽堿化、黑土灘化、毒雜草化、沙漠化等為主的各種草地退化現(xiàn)象日益加劇[4]。高寒草地生態(tài)系統(tǒng)比較脆弱，破壞后很難恢復(fù)，直接導(dǎo)致放牧家畜可利用草地面積的減少。再之，藏北高原冷季雪災(zāi)頻發(fā)，暖季干旱少雨，家畜飼草料短缺，激化了本已十分嚴(yán)重的草畜矛盾，直接影響草地畜牧業(yè)的發(fā)展，不利于西藏經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展[5]。

圍欄封育作為有效的退化草地恢復(fù)措施，在我國(guó)草地管理中已得到廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)展了許多有關(guān)圍欄封育措施對(duì)單一草地類(lèi)型植被恢復(fù)方面的研究，提出封育措施可以顯著提高退化草地的生產(chǎn)力[6-17]。然而，關(guān)于不同類(lèi)型草地間圍欄封育效果的比較研究尚不多見(jiàn)。本研究以藏北退化高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠3類(lèi)草地為研究對(duì)象，分析不同高寒草地類(lèi)型對(duì)短期圍欄封育響應(yīng)，以期為藏北地區(qū)不同類(lèi)型退化草地的恢復(fù)和管理提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)域概況 研究地位于藏北高寒地區(qū)，該區(qū)氣候特點(diǎn)為高寒缺氧、干燥、風(fēng)沙大、風(fēng)季長(zhǎng)、雨季短、年平均氣溫在0 ℃以下。最冷時(shí)氣溫-18～-10 ℃，日平均最高氣溫僅7～12 ℃；全區(qū)年降水量?jī)H為100～200 mm[18]。本研究選擇藏北地區(qū)高寒草甸草原、高寒荒漠草地、高寒草原3類(lèi)退化草地。其中，高寒草甸草原(30°17′24″ N，90°24′00″ E，海拔4 318 m)優(yōu)勢(shì)種為冷蒿(Artemisiafrigida)、青藏苔草(Carexmoorcroftii)、矮火絨草(Leontopodiumnanum)、紫花針茅(Stipapurpurea)、矮嵩草(Kobresiahumilis)、狼毒(Stellerachamaejasme)、青藏龍膽(Gentianafuttereri)等。高寒荒漠草地(30°51′00″ N，91°37′12″ E，海拔4 692 m)優(yōu)勢(shì)種為青藏苔草(C.moorcroftii)、鳳毛菊(Saussureaeopygmeea)、矮火絨草(L.nanum)、墊狀點(diǎn)地梅(Androsacetapete)等。高寒草原(32°09′ N，91°24′ E，海拔4 780 m)優(yōu)勢(shì)種為紫花針茅、青藏苔草、金露梅(Potentillafruticosa)、翠雀花(Albocoeruleummaxim)、高原早熟禾(Poaalpigena)、鳳毛菊(Saussureaeopygmeea)等。

1.2樣地設(shè)置與植被調(diào)查 2008年6月，分別在藏北地區(qū)選擇高寒草甸草原、高寒荒漠草地、高寒草原3類(lèi)退化高寒草地。圍欄封育后作為圍封樣地，圍欄外草地設(shè)置對(duì)照樣地，圍欄內(nèi)草地禁牧。2009年6月，分別在各個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置5個(gè)面積為50 m×100 m的樣帶。8月中旬，在每個(gè)樣地的樣帶內(nèi)隨機(jī)設(shè)置10個(gè)50 cm×50 cm的小樣方，記錄每個(gè)樣方內(nèi)的植物種類(lèi)，然后采用樣方法(由100個(gè)面積為5 cm×5 cm的網(wǎng)格組成)，分別測(cè)量群落蓋度、物種分蓋度和頻度，以及樣方內(nèi)各物種高度。將小樣方內(nèi)的植物地上部分齊地面刈割稱(chēng)量。

1.3數(shù)據(jù)處理

物種多樣性指數(shù)(diversity index)、豐富度指數(shù)(richness index)和均勻度指數(shù)(evenness index)的計(jì)算公式如下[19]：

群落多樣性指數(shù)采用Shannon-Wiener指數(shù)：

H=-∑Pi(lnPi)

豐富度指數(shù)的運(yùn)算采用Margalef指數(shù)：

均勻度指數(shù)的運(yùn)算采用Pielou指數(shù)：

式中，S為每個(gè)樣地的總物種數(shù)，N為每個(gè)樣方中的全部物種的總個(gè)體數(shù)，Pi為種i的重要值。

采用SPSS 13.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，比較圍欄內(nèi)和圍欄外草地的平均植被高度、蓋度、物種數(shù)、地上生物量、豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1圍欄禁牧對(duì)草地群落蓋度和高度的影響 圍欄封育后，3類(lèi)高寒草地植物群落不論是蓋度還是高度都出現(xiàn)不同程度的變化，且圍欄內(nèi)樣地的植被總蓋度明顯高于圍欄外樣地的植被總蓋度。高寒荒漠草地群落蓋度對(duì)圍欄封育響應(yīng)較快，短期圍欄后植被蓋度極顯著(P<0.001)增加，圍欄內(nèi)較同期圍欄外草地群落蓋度增加了61%；高寒草甸草原和高寒草原群落蓋度對(duì)圍欄封育響應(yīng)較慢，但是圍欄內(nèi)植被蓋度仍顯著(P<0.05)增加，圍欄內(nèi)草地群落蓋度較同期圍欄外分別增加了41%和28%。經(jīng)過(guò)短期的圍欄封育后，高寒荒漠草地群落高度對(duì)圍欄封育的響應(yīng)很大，圍欄后植被平均高度顯著(P<0.05)增加，圍欄內(nèi)草地群落高度較圍欄外增加了38%；而高寒草原和高寒草甸草原草地群落高度對(duì)封育的響應(yīng)不大，圍欄內(nèi)外植被平均高度差異不顯著(P>0.05)，圍欄內(nèi)比同期圍欄外的草地群落高度分別增加了11%和13%。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，3類(lèi)高寒草地圍欄內(nèi)草地各植物高度均表現(xiàn)為層次不齊，圍欄外放牧草地各植物高度比較整齊,除了零星分布的毒雜草較高外,其余物種的平均高度都較低。

圖1 圍欄內(nèi)外草地群落高度、蓋度和生物量

注：同一類(lèi)型草地處理間不同小寫(xiě)字母標(biāo)記的值之間差異顯著(P<0.05)，不同大寫(xiě)字母標(biāo)記的值之間差異極顯著(P<0.01)。下同。

2.2圍欄禁牧對(duì)草地地上生物量的影響 圍欄封育后，3類(lèi)高寒草地植被地上生物量發(fā)生顯著變化，對(duì)圍封措施響應(yīng)很大。圍欄內(nèi)高寒草甸草原、高寒荒漠草地和高寒草原地上生物量分別為341.10、182.17和396.43 g/m2。圍欄內(nèi)3種類(lèi)型的高寒草地地上生物量較圍欄外均有明顯的增加。與各自圍欄外的對(duì)照樣地相比，高寒草甸草原和高寒荒漠草原地上生物量增幅較大，達(dá)到極顯著(P<0.01)差異，圍欄內(nèi)較圍欄外分別增加了58%和56%；高寒草原地上生物量增幅較小，且呈顯著(P<0.05)增加，圍欄內(nèi)較圍欄外增加了32%。

表1 圍欄內(nèi)外草地多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)

2.3圍欄禁牧對(duì)草地群落多樣性的影響 圍欄封育后，藏北3類(lèi)高寒草地群落物種數(shù)呈現(xiàn)了不同程度的增加(表1)，且多為家畜喜食的禾本科牧草。高寒草甸草原、高寒草原植被群落物種數(shù)圍欄內(nèi)較圍欄外顯著(P<0.05)增加；高寒荒漠草地植被群落物種數(shù)差異不顯著(P>0.05)。短期圍封后，3類(lèi)高寒草地植被群落對(duì)圍封措施響應(yīng)不大。比較3類(lèi)高寒草地圍欄內(nèi)外群落多樣性指數(shù)，高寒荒漠草原圍欄內(nèi)較圍欄外顯著(P<0.05)增加，高寒草甸草原和高寒草原圍欄內(nèi)外群落多樣性指數(shù)差異不顯著(P>0.05)。圍欄后3類(lèi)高寒草地豐富度指數(shù)均有增加的趨勢(shì)，但是圍欄內(nèi)外植被豐富度指數(shù)差異均不顯著(P>0.05)。與豐富度指數(shù)類(lèi)似，圍欄后3類(lèi)高寒草地均勻度指數(shù)均表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)，圍欄內(nèi)外植被差異性也均不顯著(P>0.05)。

3 討論

圍欄封育是一種廣泛使用的退化草地恢復(fù)措施，并取得了較好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)對(duì)退化草地的研究表明，圍欄封育措施可以明顯提高草地群落地上生物量,顯著增加草地植被蓋度和牧草產(chǎn)草量[6,20]，逐步緩解草地沙化程度, 有效控制土壤養(yǎng)分流失[21-22]。此外,草地圍欄封育還可改善草地土壤結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)資源狀況[23],促進(jìn)優(yōu)質(zhì)牧草生長(zhǎng)[21]。

本研究表明，短期圍欄封育后，3類(lèi)高寒草地群落高度、蓋度、生物量均有明顯變化。受氣候、土壤和植被組成等因素影響，高寒荒漠植被群落蓋度和高度對(duì)圍封措施響應(yīng)較快，而物種數(shù)對(duì)其響應(yīng)則較為遲緩；高寒草原和高寒草甸群落蓋度和高度對(duì)圍封措施響應(yīng)較為緩慢，而物種數(shù)響應(yīng)較迅速；3類(lèi)高寒草地地上生物量對(duì)圍封措施均響應(yīng)較快。長(zhǎng)期圍欄一定程度上降低草地群落的物種多樣性[24]，而短期圍欄封育對(duì)退化高寒植被群落多樣性影響不明顯。這是因?yàn)?，在圍欄封育前，退化高寒草地?jīng)常處于過(guò)度放牧之下，草地植被長(zhǎng)期受家畜踩踏和過(guò)度采食的影響，生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，降低了優(yōu)勢(shì)種的優(yōu)勢(shì)度，為非優(yōu)勢(shì)種的生存拓寬了空間，使物種在種類(lèi)和數(shù)量配置上發(fā)生變化，導(dǎo)致物種多樣性發(fā)生變化[25]。圍欄封育可消除放牧干擾的影響，延長(zhǎng)草地休養(yǎng)生息的時(shí)間，有效改善植被群落結(jié)構(gòu)，增加地上生物量。另外，3類(lèi)退化高寒草地的恢復(fù)也受降水、溫度、風(fēng)速和土壤養(yǎng)分等因素的影響，藏北地區(qū)氣候條件嚴(yán)酷、水熱資源短缺、土壤貧瘠等不利因素均可嚴(yán)重影響高寒牧草的正常生長(zhǎng)發(fā)育，受上述因素綜合影響，不同類(lèi)型高寒草地的圍封效果不同。

總之，藏北退化高寒草原和高寒草甸經(jīng)過(guò)短期圍封后，其群落蓋度和地上生物量顯著增加，可考慮對(duì)其進(jìn)行短期圍欄與施肥相結(jié)合的退化草地恢復(fù)方式。對(duì)高寒荒漠類(lèi)草地，短期圍欄后，其蓋度和地上生物量亦有增加，但是物種多樣性變化不大，可考慮延長(zhǎng)圍欄期限，并與施肥、補(bǔ)播等恢復(fù)方式結(jié)合，恢復(fù)效果會(huì)更為明顯。楊曉暉等[26]研究表明，長(zhǎng)期圍欄封育并不能增加草地群落的生產(chǎn)力。因此，完全圍欄封育的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)將其與合理放牧相結(jié)合。對(duì)圍封措施響應(yīng)較快的草地類(lèi)型，可考慮圍欄封育與輪牧配合實(shí)施，以達(dá)到草地的合理利用，草地恢復(fù)到一定程度便可以進(jìn)行季節(jié)性放牧，逐步建立起植物生長(zhǎng)與放牧家畜采食間的合理關(guān)系。

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Effectsofshort-termencloseonthecommunitycharacteristicsofthreetypesofdegradedalpinegrasslandsinthenorthTibet

ZHAO Jing-xue1, QI Biao1, Duojidunzhu2, SHANG Zhan-huan1

(1.College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou University, Gansu Lanzhou 730020, China; 2.Institute of Livestock Research, Tibet Academy of Agriculture and Animal Husbandry Sciences, Tibet Lhasa 850009, China)

An experiment was conducted to determine the response of alpine grassland communities to enclose in the northern Tibetan by monitoring the community change of three types of degraded alpine grasslands. The results of this study showed that the short-term enclose greatly increased vegetation height, cover and above-ground biomass, and the number of plant species in the three types of degraded alpine grasslands. The response of cover and height of alpine steppe and alpine meadow to the short-term enclose was slower than the response of the number of plant species of alpine steppe and alpine meadow to the short-term enclose. The short-term enclose quickly increased the above-ground biomass of the three alpine grasslands, but did not affect the plant species diversity of alpine grassland communities. This study suggested that the combination of the short-term enclose and fertilizer was the effective way to restore the degraded alpine steppes and alpine meadows and the combination of the long-term enclose and fertilizer and reseeding benefited the restoration of degraded alpine desert grassland.

northern Tibet; enclose; degraded grassland; alpine meadow; alpine grassland; alpine desert; flora

S812；Q948.15+8

A

1001-0629(2011)01-0059-04

2010-01-11 接受日期：2010-03-15

國(guó)家科技支撐項(xiàng)目(2007BAD63B03)

趙景學(xué)(1985-)，男，甘肅會(huì)寧人，碩士，主要從事草地生態(tài)學(xué)方面研究。E-mail:zhaojxue08@lzu.cn

尚占環(huán) E-mail:shangzhh@lzu.edu.cn