天祝高寒退化草地補(bǔ)播恢復(fù)治理

王慶華，姬萬忠

(甘肅省天?？h草原工作站，甘肅 天祝733200)

天祝藏族自治縣是甘肅省九大牧業(yè)縣之一［1］，位于甘肅省中部，祁連山東端，地處青藏高原、內(nèi)蒙古高原、黃土高原三大高原交匯地帶，屬青藏高原區(qū)［2］。全縣草原面積41.412 6 萬hm2，可利用面積39.14 萬hm2，具有溫性草原8.403 4 萬hm2，溫性荒漠化草原5.858 5萬hm2，高寒草甸9.796 4 萬hm2，高寒灌叢草甸11.605 1 萬hm2，低平地草甸5.748 9萬hm2［3］。其草地生態(tài)系統(tǒng)在調(diào)解西北地區(qū)氣候、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、保持水土、凈化空氣及美化環(huán)境等方面起著至關(guān)重要的作用［1］。但是，近年來由于受氣候變化和人類活動(dòng)的影響，全縣近60%的草原出現(xiàn)了退化，而且草原退化面積仍以每年3.48%的速度逐年擴(kuò)大［4］，水土流失嚴(yán)重，土壤侵蝕模數(shù)達(dá)4 800 t·km－2·a－1，草地群落多樣性減少，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，生產(chǎn)力不斷下降。因此，研究如何治理恢復(fù)高寒退化草地，對(duì)草原生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和農(nóng)牧民經(jīng)濟(jì)收入的增加具有現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)天然草地進(jìn)行補(bǔ)播處理是簡單易行、投資少、見效快的改良途徑，在增加草層的植被種類成分、草地的覆蓋度及提高草層的產(chǎn)量和品質(zhì)方面效果明顯［5-6］。王吉云等［7］在退化草地上補(bǔ)播紅豆草(Onobrychis viciaeflia)，有效地提高了天山北坡中山帶退化草地的生產(chǎn)力水平;陳子萱等［8］在高寒沙化草地上補(bǔ)播禾草，增加了高寒沙化草地草群高度和植被蓋度;楊春華等［9］研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)播多花黑麥草(Lolium multiflorum)于退化的扁穗牛鞭草(Hemarthria compressa)草地，其優(yōu)勢種群和牧草產(chǎn)量、物種組成均發(fā)生了變化，并對(duì)雜草生長起到了有效抑制作用。由此可見，對(duì)退化草地進(jìn)行補(bǔ)播處理，可有效地改善種群結(jié)構(gòu)，增加優(yōu)質(zhì)牧草的比例和草群植被蓋度，有效地提高草地生物量，是改良治理恢復(fù)天然退化草地的有效途徑。為此，在天?？h抓喜秀龍鄉(xiāng)高寒退化草地上補(bǔ)播不同種類的禾草組合，研究補(bǔ)播后退化草地草群物種豐富度、植被蓋度以及地上生物量等指標(biāo)的變化，探索高寒退化草地恢復(fù)及治理措施，以期為天?？h恢復(fù)治理高寒退化草地提供理論參考和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然概況

試驗(yàn)區(qū)位于甘肅省天祝縣抓喜秀龍鄉(xiāng)的退化草原，地理位置37°11' N，102°48' E，海拔約2 871 m，屬大陸性冷溫半干旱氣候，年平均氣溫－0.1 ℃，最冷月(1 月)平均氣溫－11.8 ℃，最熱月(7 月)平均氣溫23.6 ℃，極端低溫－29.1 ℃，≥0 ℃年積溫1 380℃·d左右，年日照時(shí)數(shù)2 663 h，降水量370 mm，年蒸發(fā)量1 592 mm，無絕對(duì)無霜期。亞高山草甸土壤類型，以禾本科的針茅屬(Stipa)、披堿草屬(Elymus)和早熟禾屬(Poa)的一些種，莎草科的嵩草屬(Kobresia)，以及棘豆(Oxytropis)、狼毒(Stellera chamaejasme)及醉馬草(Achnatherum inebrians)等毒雜草為主的植被類型，并伴有其他雜類草。

1.2 試驗(yàn)方法與設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積6 m ×6 m，區(qū)組間留1 m 觀察道，每個(gè)處理重復(fù)3 次，試驗(yàn)設(shè)5 個(gè)處理(表1)。2007 年對(duì)退化草地進(jìn)行圍欄封育，5 月10 日開展試驗(yàn)，進(jìn)行補(bǔ)播，人工將種子撒播于小區(qū)內(nèi)，播后深耙覆土。

1.3 調(diào)查內(nèi)容及方法

2007 －2009 年的每年8 月中旬，按蛇形法在不同處理的樣地內(nèi)隨機(jī)取樣，樣方面積0.5 m ×0.5 m，分別測定草群高度、植被蓋度［10］、物種豐富度［11］和地上生物量。草群高度為各物種株高的平均值，地上生物量的測定是將樣方內(nèi)各類草齊地剪下后，按經(jīng)濟(jì)類群“莎草類”、“禾草類”和“雜草類”進(jìn)行分離，分別裝袋，帶回實(shí)驗(yàn)室烘箱殺青，然后烘干至重量不變后稱干重。

表1 補(bǔ)播草種名稱及播量Table 1 The sowing rate and seed name of reseeding

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003 統(tǒng)計(jì)做表、圖，SAS 9.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 補(bǔ)播對(duì)高寒退化草地草群高度的影響

補(bǔ)播處理明顯提高了退化草地的草群高度，而且隨著年限的增加植被高度呈遞增趨勢(圖1)。補(bǔ)播當(dāng)年，各處理較對(duì)照高23.08% ～67.03%，除PZ處理外，其他處理與對(duì)照間差異顯著(P ＜0.05)，最高為WZ，與PWZ 和PZ 差異顯著。補(bǔ)播第2 年，各處理較對(duì)照高25.35% ～30.28%，WZ 和PWZ 與對(duì)照差異顯著，同一處理較第1 年增高了19.08% ～56.04%。補(bǔ)播第3 年，各處理均顯著高于對(duì)照，增幅在43.05% ～119.21%，PW 與WZ、PZ 間差異顯著，PWZ 與PZ 差異顯著，同一處理較第1 年增高了65.93% ～139.86%。

圖1 不同補(bǔ)播處理對(duì)退化草地草群高度的影響Fig.1 Effects of different reseeding treatments on vegetation height

2.2 補(bǔ)播對(duì)高寒退化草地植被蓋度的影響

補(bǔ)播可以明顯地增加高寒退化草地的植被蓋度(圖2)。補(bǔ)播當(dāng)年，各處理均高于對(duì)照，處理WZ、PWZ、PZ 與對(duì)照間差異顯著(P ＜0.05)，分別較CK 高17.56%、14.86%和13.51%，處理間WZ與PW 差異顯著;補(bǔ)播第2 年、第3 年，各處理均顯著高于對(duì)照，第2 年增幅在6.10% ～17. 07%、同一處理較第1 年增加6.1% ～12.94%;第3 年增幅在12.94% ～14.12%，同一處理較第1 年增加11.49% ～14.86%。

2.3 補(bǔ)播對(duì)高寒退化草地物種豐富度的影響

退化草地補(bǔ)播禾草后，對(duì)植物群落的物種豐富度產(chǎn)生了明顯的影響(圖3)。補(bǔ)播當(dāng)年，各處理均高于對(duì)照，但無顯著差異(P ＞0.05)，各處理物種豐富度維持在25 左右;補(bǔ)播第2 年和第3 年，除PWZ外，其他處理與對(duì)照持平，或低于對(duì)照，物種豐富度沒有一定的規(guī)律可尋。

2.4 補(bǔ)播對(duì)高寒退化草地地上生物量的影響

補(bǔ)播可以明顯改善退化草地地上生物量(圖4)。就總生物量而言，隨著年限的增加呈遞增趨勢。補(bǔ)播當(dāng)年，各處理與對(duì)照相比有增有降，最高為PWZ，較對(duì)照高8.02%，差異顯著(P ＜0.05)，其次為WZ，較對(duì)照高5.68%，差異顯著，而PW 低于對(duì)照，但差異不顯著(P ＞0.05);補(bǔ)播第2 年和第3年，各處理均顯著高于對(duì)照，總生物量最高均為PWZ，較對(duì)照分別高24.01%和24.21%;同一處理第2 年較第1 年增加106.89% ～137.45%，第3 年較第1 年增加112.01% ～144.79%。

圖2 不同補(bǔ)播處理對(duì)退化草地蓋度的影響Fig.2 Effects of different reseeding treatments on vegetion coverage

圖3 不同補(bǔ)播處理對(duì)退化草地物種豐富度的影響Fig.3 Effects of different reseeding treatments on species richness

就各經(jīng)濟(jì)類群地上生物量而言，禾草類，除補(bǔ)播當(dāng)年外，第2 年、第3 年各處理的地上生物量均顯著高于對(duì)照，其中PWZ 最高，補(bǔ)播當(dāng)年較對(duì)照增加32.51%，第2 年增加45. 90%，第3 年增加38.53%。莎草類和雜草類各處理與對(duì)照相比有高有低，無規(guī)律可循。整體而言，補(bǔ)播后總的生物量增加主要是禾草類生物量增加所致。

3 討論與結(jié)論

補(bǔ)播可顯著加快天?？h抓喜秀龍鄉(xiāng)高寒退化草地植被的恢復(fù)。本研究表明，補(bǔ)播明顯提高了高寒退化草地草群的高度和植被蓋度，這與陳子萱等［12］、鄭華平等［13］研究結(jié)果相似，這是由于補(bǔ)播增加了新物種，填充了退化草地原有裸露的地表，改變了群落優(yōu)勢種，提高了植被覆蓋率和草群高度的緣故，而草群高度增加也有可能是圍欄封育的緣故。補(bǔ)播后的物種豐富度無規(guī)律性，這可能是由于退化草地群落結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，加之圍欄封育和補(bǔ)播處理增加了外來物種，影響了原生植被種間競爭關(guān)系，造成退化草地群落結(jié)構(gòu)的變化相對(duì)復(fù)雜。

另外，在天祝縣高寒退化草地實(shí)施補(bǔ)播，有效地提高了退化草地生產(chǎn)力，尤其是補(bǔ)播后第2 年、第3年，較補(bǔ)播當(dāng)年地上生物量增加了一倍多。這與曹子龍等［14］、李希來和黃葆寧［15］研究結(jié)果相似，這是由于補(bǔ)播新增加的物種生物量提高的原因，但是，補(bǔ)播當(dāng)年退化草地地上總生物量增加不明顯，不同補(bǔ)播處理間差異也不明顯，可能是由于補(bǔ)播當(dāng)年新物種長勢較弱，生物量增加有限，對(duì)生物量的提高影響不顯著。而隨著年限的增加，新增加物種在群落中的競爭優(yōu)勢得到了充分體現(xiàn)，優(yōu)勢種開始旺盛生長，地上總生物量顯著增加，顯示出補(bǔ)播效應(yīng)。

圖4 補(bǔ)播處理對(duì)高寒退化草地地上生物量的影響Fig.4 Effects of different reseeding treatments on aboveground biomass

由于補(bǔ)播后只進(jìn)行了3 年的研究，天?？h退化草地補(bǔ)播后的群落尚處于不穩(wěn)定狀態(tài)，群落的演替方向尚不明確，還需進(jìn)一步研究。

本研究中，補(bǔ)播明顯提高了天?？h高寒退化草地的草群高度、蓋度，補(bǔ)播第3 年，各補(bǔ)播處理高度增加了43.05% ～119.21%，蓋度增加了12.94% ～14.12%。補(bǔ)播當(dāng)年物種豐富度增加，第2 年后物種豐富度整體下降。補(bǔ)播后，地上生物量顯著增加，而禾草類生物量一直都占據(jù)主要部分，草地的經(jīng)濟(jì)價(jià)值得以提高。

從補(bǔ)播后退化草地的草群高度、蓋度、物種豐富度以及各經(jīng)濟(jì)類群的生物量和總生物量而言，PWZ 處理最好，即垂穗披堿草+無芒雀麥+中華羊茅混播組合補(bǔ)播恢復(fù)治理天?？h高寒草地的效果最佳。

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