牦牛糞便對(duì)高寒草甸群落多樣性及生產(chǎn)力的影響

德科加　張德罡　蘆光新　等

摘要：研究了4 個(gè)不同施牦牛糞便的處理對(duì)高寒草甸植物群落多樣性和生產(chǎn)力的短期影響。結(jié)果表明，（1）處理S1，S2 和S3的植物群落蓋度顯著高于對(duì)照（S0）（P<0.05），各處理的植物群落高度與對(duì)照（S0）相比都呈上升趨勢(shì)，且S3與S0差異顯著（P<0.05）；（2）處理S1、S2 和S3的Pielou 均勻度指數(shù)與S0 相比逐漸下降，且S2與S0有顯著差異（P<0.05）。處理S1、S2 和S3的ShannonWiener物種多樣性指數(shù)與S0 相比逐漸下降，且S2與S0差異極顯著（P<0.01）。而Simpson物種多樣性指數(shù)的變化則表現(xiàn)為無(wú)規(guī)律性。（3）施牦牛糞便后植物群落的地上總生物量出現(xiàn)增加趨勢(shì)，且S2，S3與S0間達(dá)到差異顯著（P<0.05）。

關(guān)鍵詞：牦牛糞便；高寒草甸；植物多樣性；草地生產(chǎn)力

中圖分類號(hào)：S 812文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10095500（2013）06000905

近年來(lái)，我國(guó)牧草施肥方面的研究及推廣應(yīng)用發(fā)展較為迅速，有關(guān)施肥對(duì)牧草產(chǎn)量的影響報(bào)道很多[1]，但主要集中在化學(xué)肥料的種類的選擇、營(yíng)養(yǎng)成分的配比等對(duì)草地群落結(jié)構(gòu)及牧草產(chǎn)量的影響方面[2-5]。研究報(bào)道，氮、磷、鉀以及中微量元素肥料合理施用對(duì)牧草的產(chǎn)量、品質(zhì)及對(duì)食草動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育均會(huì)產(chǎn)生明顯的促進(jìn)作用[6，7]。草地合理施肥是提高牧草的生物量和品質(zhì)，加速退化草地恢復(fù)重建的關(guān)鍵技術(shù)措施之一，大量的試驗(yàn)和實(shí)踐也證明，施肥是提高草地生產(chǎn)力的主要途徑之一[8]。但在生產(chǎn)實(shí)踐中，施用化學(xué)肥料勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致成本增加，并且會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題。針對(duì)使用化肥不利于高寒草地的生態(tài)環(huán)境保護(hù)、而草地產(chǎn)生的大量牲畜糞便不能得到有效處理的事實(shí)，高寒牧區(qū)形成了以牛糞為主要基質(zhì)的有機(jī)肥的加工和利用技術(shù)研究。

研究發(fā)現(xiàn)，牛糞相對(duì)于其他種類的畜禽糞便有一定的“缺點(diǎn)”，這與牛糞自身有機(jī)質(zhì)和碳、磷、鉀的含量較低，碳氮比和水分含量較高有關(guān)[9]。牛糞含水量高，通氣不良，還含有較多纖維素、木質(zhì)素等，并有膠質(zhì)保護(hù)，微生物活動(dòng)受到抑制，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化差，養(yǎng)料多呈復(fù)合狀態(tài)[10]。牛糞礦化比較緩慢，肥效遲緩，屬于“冷性肥”，需要通過(guò)相關(guān)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行“改性”，提高肥效。但是，在高寒地區(qū)家畜糞便的堆肥處理對(duì)溫度等外界環(huán)境條件有一定的要求，因此，研究自然狀態(tài)的牦牛糞便對(duì)草地生產(chǎn)力的作用，對(duì)家畜糞便的合理利用和健康管理提供科學(xué)的決策依據(jù)具有實(shí)際的意義。

天然草地放牧家畜的糞尿在草地中歸還以及隨之而來(lái)的分解對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)有重要的影響，研究表明，牛糞的分解影響?zhàn)B分循環(huán)、植物初級(jí)生產(chǎn)力以及植物群落的物種多樣性[11-15]。隨著放牧強(qiáng)度的增大、家畜糞尿斑的數(shù)量和面積增加，放牧家畜在大面積上采食和在小面積上排泄，加劇了養(yǎng)分在天然草原上的再分配，必然會(huì)對(duì)草地植物群落結(jié)構(gòu)以及牧草地上生物量的變化產(chǎn)生一定的影響。但牦牛糞便對(duì)草地群落結(jié)構(gòu)以及牧草產(chǎn)量影響的研究并不多，牲畜糞便對(duì)于增加植物的生物量，豐富度以及草本植物的多度具有重要貢獻(xiàn)，糞便對(duì)于增加植物產(chǎn)量具有明顯效應(yīng)，并且肥效持續(xù)3個(gè)月以上。因此，研究牦牛糞便對(duì)草地植物群落結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力的影響，對(duì)提高高寒草地土壤養(yǎng)分的有效循環(huán)，提高土壤肥力和牧草生產(chǎn)能力，減輕環(huán)境污染具有重要意義。

1材料和方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在研究區(qū)選擇植被分布較均一、地勢(shì)平坦的原生草地，于2010年12月進(jìn)行圍欄封育。試驗(yàn)地共分12個(gè)小區(qū)，設(shè)置4個(gè)處理：不施肥為對(duì)照（ S0 ）；施牦牛糞便0.11 kgm2（S1）；施牦牛糞便0.33 kgm2 （S2）；施牦牛糞便0.56 kgm2（S3）。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積3 m×2 m，隨機(jī)區(qū)組排列。待土壤解凍后，于2011年5月中旬將風(fēng)干并碾碎成粗粉的牦牛糞便均勻撒在試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)用噴壺在距地面1 m的高度噴灑水5 L，以防止牦牛糞便被風(fēng)吹走。

1.3觀測(cè)項(xiàng)目和測(cè)定方法

2011年8月中旬當(dāng)植物地上生物量達(dá)到高峰期時(shí)，在試驗(yàn)地不同處理的小區(qū)隨機(jī)（離開樣區(qū)邊緣50 cm以上）取樣，樣方面積0.5 m×0.5 m。記錄每個(gè)樣方內(nèi)的植物種類、株高、蓋度。然后，將樣方內(nèi)的植物分種齊地面剪下并稱其鮮重，裝進(jìn)信封，帶回實(shí)驗(yàn)室置于烘箱，105 ℃殺青30 min，75 ℃溫度下烘24 h稱質(zhì)量，以計(jì)算植物地上生物量。

1.3.1物種豐富度的測(cè)定

物種豐富度用記名計(jì)算法測(cè)定[16]。物種豐富度用0.25 m2樣方出現(xiàn)的物種數(shù)表示，即物種豐富度指數(shù)=出現(xiàn)在0.25 m2樣方的物種數(shù)。

1.3.2多樣性指數(shù)的測(cè)定

采用Simpson多樣性指數(shù)、ShannonWeiner多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)進(jìn)行多樣性的測(cè)定[17]，計(jì)算公式如下：

1.4統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel和DPS6.55進(jìn)行制圖、方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1牦牛糞便對(duì)植被蓋度的影響

處理S1、S2、S3植被蓋度分別為97.0%、91.0%和95.33%，對(duì)照（S0）的植被蓋度為69.33%（圖1）。處理S1、S2、S3的植被蓋度與對(duì)照相比均達(dá)顯著差異（P<0.05），但各施肥處理S1、S2、S3差異不顯著（P>0.05）。由此說(shuō)明，添加牦牛糞便對(duì)草地植被蓋度的提高有明顯的促進(jìn)作用。

2.2牦牛糞便對(duì)草叢高度的影響

2.3牦牛糞便對(duì)草地植被多樣性的影響

不同處理對(duì)Pielou均勻度指數(shù)有影響，對(duì)照（S0）明顯高于各施肥處理，且對(duì)照與處理S2差異顯著（P<0.05）。和對(duì)照相比，施肥處理對(duì)ShannonWiener物種多樣性指數(shù)均有減少作用，處理S2與對(duì)照（S0）間達(dá)到極顯著差異（P<0.01）。而Simpson物種多樣性指數(shù)則表現(xiàn)為處理S1明顯高于對(duì)照而處理S2、S3則低于對(duì)照，并且處理S1、S2達(dá)到極顯著差異（P<0.01）。

2.4牦牛糞便對(duì)地上生物量的影響

3討論

草地施肥后其群落高度和蓋度顯著提高，沈景林等[18]研究發(fā)現(xiàn)，草地施肥多年后群落植被蓋度分別較對(duì)照增加18.7%～71.2%，植被高度也顯著提高。此次究結(jié)果顯示，添加牦牛糞便對(duì)增加高寒草甸植物群落的蓋度和高度具有顯著的促進(jìn)作用。添加牛糞后，植物群落蓋度明顯增加。可能的原因是，添加牦牛糞便后，其部分營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)入了土壤，被植物有效吸收，植物群落的高度和蓋度都產(chǎn)生了比較積極的響應(yīng)。

施肥不但增加了植物群落的蓋度與高度，還會(huì)引起植物群落多樣性格局的變化。陳亞明等[19]在對(duì)高寒草甸植物多樣性的研究表明，隨著施肥梯度的增加，高寒草甸物種豐富度顯著下降。在此次研究中不同施肥處理物種豐富度并未出現(xiàn)明顯變化，出現(xiàn)這種結(jié)果可能是因?yàn)椴莸刂脖谎萏骐A段不同導(dǎo)致的。許多研究表明，對(duì)植物群落施肥往往會(huì)使高寒草甸物種Pielou均勻度指數(shù)、ShannonWeiner指數(shù)和Simpson指數(shù)顯著降低。研究表明，施肥處理后的ShannonWeiner指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)與對(duì)照相比呈下降趨勢(shì)。而不同的施肥處理對(duì)植物群落Simpson指數(shù)變化方向的影響呈現(xiàn)出無(wú)規(guī)律性。

研究報(bào)道，施用有機(jī)肥料對(duì)改善植物群落構(gòu)成，提高植物群落地上生物量都有一定的促進(jìn)作用。相關(guān)研究表明[20]，施用有機(jī)肥和化肥，可提高嚴(yán)重退化草地的土壤肥力，增加速效養(yǎng)分和植被多樣性，還可顯著增加牧草產(chǎn)量。對(duì)高寒地區(qū)草地生物量的增加效果尤為明顯，季節(jié)動(dòng)態(tài)呈單峰曲線。添加牦牛糞便，增加了植物群落地上生物量。可能是添加到草地的牦牛糞便被分解后，對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)成分起到一定的改良作用。

試驗(yàn)結(jié)果分析可知，添加牛糞引起各種植物的高度、蓋度和地上生物量發(fā)生了變化，但這種變化并沒(méi)有表現(xiàn)出規(guī)律性增長(zhǎng)趨勢(shì)。究其原因，是由于牦牛糞便在高寒條件下分解速率較慢所致，其中所含養(yǎng)分在較短時(shí)間內(nèi)未能充分分解進(jìn)入土壤，進(jìn)而影響了植物對(duì)養(yǎng)分的有效吸收利用。

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