冬季火燒對青藏高原亞高山草甸草地地上生產(chǎn)力和植物群落的影響

趙　忠，趙　燕，榮良燕，3

(1.甘肅省草原監(jiān)督管理局，甘肅 蘭州　730000； 2.甘肅省草原技術(shù)推廣總站，甘肅 蘭州　730046；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州　730070)

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冬季火燒對青藏高原亞高山草甸草地地上生產(chǎn)力和植物群落的影響

趙忠1，趙燕2，榮良燕2，3

(1.甘肅省草原監(jiān)督管理局，甘肅 蘭州730000； 2.甘肅省草原技術(shù)推廣總站，甘肅 蘭州730046；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州730070)

摘要：以2010年1月21日發(fā)生于青藏高原亞高山草甸草地火災(zāi)的過火草地為對象，通過對比2010年生長季火燒與未火燒草地生產(chǎn)力及植物群落的變化，發(fā)現(xiàn)火燒后第1年草地生產(chǎn)力有不同程度提高，以高寒灌叢草甸線葉嵩草+發(fā)草+苔草草地增產(chǎn)影響最大(P<0.05)?；馃龑χ参锶郝渲械姆N類成分沒有明顯影響，但在各火燒草地牧草經(jīng)濟(jì)類群中，以占優(yōu)勢的莎草科植物呈現(xiàn)出明顯的增產(chǎn)效果(P<0.05)，說明火燒對根莖型莎草科植物起著刺激生長的作用。群落中禾本科植物產(chǎn)草量均有較大幅度下降(P<0.05)，表明火燒對根莖型禾本科高草的葉層高度有明顯的抑制?；馃龑Ω黝惒莸刂参锷L期產(chǎn)生不同的影響，牧草返青期提前15～25 d，生長期延長。

關(guān)鍵詞：冬季火燒；青藏高原；亞高山草地；生產(chǎn)力和植物群落

火燒是青藏高原草原區(qū)冬春枯草季節(jié)時(shí)有發(fā)生的一種自然生態(tài)現(xiàn)象，牧區(qū)群眾20世紀(jì)初還有采用放火燒荒的方法改善草原的習(xí)慣。關(guān)于火燒對草原植被和土壤的影響，國外做的研究工作，涉及到地上植物量動態(tài)到地下物理、化學(xué)及微生物調(diào)節(jié)等一系列生態(tài)過程[1-4]。雖然焚燒草地可以促進(jìn)牧草的返青和生長，也可有效提高草地種群密度和地上生物量，并且焚燒后的草木灰可增加土壤肥力及提高植物的礦物質(zhì)營養(yǎng)，對控制草原病蟲害及雜草也有一定效果[5-6]。但火燒天然草原，由于外力和環(huán)境等不確定因素，易引起草原火災(zāi)，此外，國家對草原火燒實(shí)行嚴(yán)格的防控制度，所以這方面的研究在國內(nèi)相對較少。青藏高原作為世界屋脊，有獨(dú)特的地理位置和生態(tài)環(huán)境，該地火燒發(fā)生的次數(shù)較低，火對草地的影響案例也無資料，火燒對該地區(qū)的植被、土壤及環(huán)境的效應(yīng)沒有報(bào)道，2010年1月21日，甘肅省碌曲縣發(fā)生草原火災(zāi)，研究基于這次火災(zāi)發(fā)生后對該地典型草地類型的影響，提出冬季火燒可一定程度改善翌年草地植物生長的土壤環(huán)境，通過對比火燒與未火燒草地植物群落的演替，探索冬季火燒對亞高山草甸草地地上生產(chǎn)力及植物群落的影響，旨在為青藏高原地區(qū)草地火生態(tài)學(xué)研究及草原保護(hù)改良技術(shù)積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并提供參考依據(jù)。

1材料和方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省甘南藏族自治州碌曲縣尕海鄉(xiāng)，地理位置E 102°10′，N34°11′，。海拔3 630 m，屬高原性氣候，具有氣候寒冷、日溫差大、四季不清、雨熱同季、日照充足和降水集中的特點(diǎn)。年均溫1.3℃，最熱月(7月)均溫10.8℃，最冷月(1月)均溫-9.7℃，年平均日較差13.7℃，≥0℃的年積溫為1 452℃，無絕對無霜期。年均降水量768 mm，主要集中在7～9月，年均蒸發(fā)量1 205.6 mm，年均日照時(shí)數(shù)2 351 h。牧草生長期140 d。由于冬季氣候干燥、植物枯落物多，放牧干擾，極易發(fā)生草原火災(zāi)，最近一次火災(zāi)發(fā)生在2010年1月21日，是放牧人員點(diǎn)火取暖引起的草原火災(zāi)，過火面積87 hm2。

研究區(qū)土壤為亞高山草甸土，砂壤質(zhì)，有深厚的腐殖質(zhì)層。草地類型為高寒灌叢草甸草地和沼澤草甸草地。地上植物群落種類繁多，常見草原植物106種，以莎草科和禾本科植物為優(yōu)勢，還有毛莨科、菊科、薔薇科、胡頹子科、瑞香科、唇形科、蓼科及龍膽科等[7-8]。

1.2樣地選擇

2010年2月，在發(fā)生草原火災(zāi)的碌曲縣尕海鄉(xiāng)秀哇村3組承包經(jīng)營的同一區(qū)域范圍內(nèi)草原火燒和未火燒地段交界線兩側(cè)分別選擇3個(gè)最具代表性的草地群落類型：高寒灌叢草甸垂穗披堿草(Elymusnutans)+細(xì)裂毛莨(Ranunculusaffinis)+苔草(Carexsp)草地、高寒灌叢草甸線葉嵩草(Kobresiacapillifolia)+發(fā)草(Deschampsiacaespitosa)+苔草草地、高寒沼澤化草甸線葉嵩草+苔草草地作為固定樣地，樣地面積10 m×10 m，共6個(gè)樣地，分別設(shè)置網(wǎng)圍欄圍封，防止人、畜和嚙齒動物干擾。

1.3觀測方法

從2010年4月15～9月15日，每隔15 d對火燒恢復(fù)演替樣方和未火燒對照樣方進(jìn)行定期觀測。每個(gè)樣地分別設(shè)置3個(gè)記名樣方和3個(gè)重復(fù)測產(chǎn)樣方，樣方面積1 m×1 m，共36個(gè)樣方。對記名樣方，計(jì)數(shù)其中的植物種類成分、群落結(jié)構(gòu)、多度、蓋度、高度及各個(gè)種的生活力與物候相的變化；測量樣方總產(chǎn)草量、各經(jīng)濟(jì)類群的產(chǎn)草量和各優(yōu)勢種的產(chǎn)草量，草產(chǎn)量均為分類后經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干稱重的干草重量。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel 2010統(tǒng)計(jì)分析軟件計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，各處理間的方差分析利用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件計(jì)算，使用T檢驗(yàn)法進(jìn)行處理。

2結(jié)果與分析

2.1火燒對3種群落草地植物蓋度和高度的影響

2.1.1火燒對高寒灌叢草甸垂穗披堿草+細(xì)裂毛莨+苔草草地蓋度和高度的影響對火燒前后草地蓋度、高度進(jìn)行觀測，結(jié)果表明(表1)，火燒后群落的總蓋度有較大幅度提高(P<0.05)，達(dá)41.7%，但葉層高度明顯降低(P<0.05)。作為群落建群植物種的根莖型高大禾本科垂穗披堿草，火燒后分蓋度有一定提高，但差異不顯著(P>0.05)，而株叢與葉層變矮(P<0.05)，從29 cm降低到13 cm，表現(xiàn)為近根營養(yǎng)苗短而密生。另外，高大根莖型的垂穗鵝觀草(Roegneriauntans)，分蓋度卻反而下降(P>0.05)，葉層高度也下降明顯(P<0.05)，可能火燒后對后者的更新與生長較為不利。群落中下層占優(yōu)勢的軸根地面芽小雜類草，細(xì)裂毛茛(Ranunculusaffinis)，火燒后分蓋度明顯提高(P<0.05)，但葉層高度下降顯著(P<0.05)。

表1　火燒后高寒灌叢草甸垂穗披堿草+細(xì)裂毛莨+苔草草地的蓋度、高度

注：同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

2.1.2火燒對高寒灌叢草甸線葉嵩草+發(fā)草+苔草草地蓋度、高度的影響草地冬季火燒前后的觀測結(jié)果表明，火燒后群落的總蓋度提高了33.3%(P<0.05)，但葉層高度沒有明顯變化(P>0.05)。作為群落建群植物種的根莖型線葉嵩草在火燒后其分蓋度顯著下降(P<0.05)，葉層高度也呈下降趨勢，但差異不顯著(P>0.05)?；馃龑θ郝渲械拿軈埠瘫究颇敛菅蛎?Festucaovina)和細(xì)柄茅(Ptilagrostismongholica)分蓋度有較大幅度提高(P<0.05)，但葉層高度兩者都沒有明顯變化(P>0.05)。火燒后群落中的代表灌叢金露梅(Potentillafruticosa)和沙棘(Hippophaethibetana)的生長明顯受到抑制(表2)。

2.1.3火燒對高寒沼澤化草甸線葉嵩草+苔草草地蓋度、高度的影響火燒后高寒沼澤草甸嵩草+苔草草地的總蓋度提高了90%(P<0.05)(表3)，葉層高度從12 cm下降至8.3 cm (P>0.05)。觀測的3種禾本科牧草中線葉嵩草分蓋度增加顯著，達(dá)50.0%，密叢禾本科牧草異針茅和根莖型禾本科牧草垂穗鵝觀草分蓋度均較未燒草地低(P<0.05)，焚燒后3種草葉層高度都呈下降趨勢，除垂穗鵝觀草外均差異不顯著(P>0.05)。

表2　火燒后高寒灌叢草甸線葉嵩草+發(fā)草+苔草草地蓋度、高度

表3　火燒后高寒沼澤草甸嵩草+苔草草地蓋度、高度

2.2火燒對3種群落草地地上生物量的影響

火燒對垂穗披堿草+細(xì)裂毛莨+苔草草地總產(chǎn)草量的提高沒有顯著影響(P>0.05)。占優(yōu)勢的莎草科植物有一定的增產(chǎn)效果(P>0.05)，干草產(chǎn)量較火燒發(fā)生前增加25.7%。禾本科植物干草產(chǎn)量有所下降(P<0.05)，雜類草產(chǎn)量無變化。火燒顯著提高了線葉嵩草+發(fā)草+苔草草地干草總產(chǎn)量(P<0.05)，達(dá)19.0%。其中，以莎草科植物增產(chǎn)效果最顯著(P<0.05)，禾本科植物產(chǎn)量下降(P>0.05)，雜類草產(chǎn)量變化不明顯，而毒害草產(chǎn)量增長明顯(P<0.05)?；馃龑Ω吆訚刹莸獒圆?苔草草地總產(chǎn)草量的提高有影響，但差異不顯著(P>0.05)。占優(yōu)勢的莎草科植物呈現(xiàn)出顯著的增產(chǎn)效果(P<0.05)。禾本科植物產(chǎn)量下降明顯(P<0.05)，雜類草產(chǎn)量無顯著變化(表4)。

火燒后第1年，3種群落中的種類成分沒有出現(xiàn)顯著變化，但牧草返青期分別提前21，25和15 d。

表4　火燒后3種群落的草地地上生物量

3討論

冬季火燒對3類不同草地研究發(fā)現(xiàn)，第1年草地總產(chǎn)量有不同程度提高，但以高寒灌叢草甸線葉嵩草+發(fā)草+苔草草地增產(chǎn)影響最大(P<0.05)，其它2類草地增產(chǎn)效果不明顯(P>0.05)，這與周道瑋，李政海等的研究相似[9-11]。在各火燒草地經(jīng)濟(jì)類群中，以占優(yōu)勢的莎草科植物呈現(xiàn)出明顯的增產(chǎn)效果，尤以高寒灌叢草甸線葉嵩草+發(fā)草+苔草草地和高寒沼澤化草甸嵩草+苔草草地增產(chǎn)效果顯著(P<0.05)，說明火燒對根莖型莎草科植物起著刺激生長的作用。群落中禾本科植物產(chǎn)草量3個(gè)草地均有較大幅度下降(P<0.05)，雜類草產(chǎn)量變化不明顯(P>0.05)，而高寒灌叢草甸線葉嵩草+發(fā)草+苔草草地毒害草產(chǎn)量增長明顯(P<0.05)。由此可見，火燒后草地產(chǎn)量的提高，伴隨著草地質(zhì)量的變劣[12]。

火燒對植物群落中的種類成分沒有產(chǎn)生明顯影響，但對不同生活型牧草的生長產(chǎn)生了不同的影響，對根莖型莎草科的苔屬植物，起著明顯的促進(jìn)生長的作用[9]；對嵩草屬植物，則視分布地段土壤的水分條件而異[13-15]，對高寒灌叢草甸草地起不良反應(yīng)，金露梅和砂棘的生長受到抑制[16]，對高寒沼澤化草甸草地反而能起到促進(jìn)生長的良好反應(yīng)；對根莖型禾本科高草的高生長，火燒后受到明顯的抑制[17]，而密叢型禾草則因種而有不同，對異針茅起不良影響，對羊茅和細(xì)柄茅起良好作用。這與李子勇等[18]對羊草草地進(jìn)行燒荒的研究相似。

參考文獻(xiàn):

[1]Neary D G,Klopatek C C,DeBano L F,etal.Fire effects on belowground sustainability:A review and synthesis[J].Forest Ecology and Management,1999,122(1):51-71.

[2]Steele R.Indicator Species of Forest Habitat Types in Idaho and Western Wyoming[M].Ogden,Utah:U S Dept of Agriculture,Forest Service,Intermountain Region,Intermountain Forest and Range Experiment Station,1977.

[3]Livesley S J,Grover S,Hutley L B,etal.Seasonal variation and fire effects on CH4，N2O and CO2exchange in savanna soils of northern Australia[J].Agricultural and Forest Meteorology,2011,151(11):1440-1450.

[4]Andersson M,Michelsen A,Jensen M,etal.Tropical savannah woodland:Effects of experimental fire on soil microorganisms and soil emissions of carbon dioxide[J].Soil Biology and Biochemistry,2004,36(5):849-857.

[5]田宏,張德罡.影響牧草植物量形成的因素[J].草原與草坪,2003(3):15-18.

[6]胡強(qiáng),張學(xué)勇,楊允菲,等.火燒對結(jié)縷草草地雜草的防控研究[J].草原與草坪,2007(4):61-63.

[7]辛玉梅.碌曲尕海濕地植物調(diào)查及區(qū)系研究[D].蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[8]辛玉梅,史靜,武慧娟,等.碌曲縣尕海濕地植物資源及區(qū)系研究[J].青海草業(yè),2012,21:55-57.

[9]周道瑋,李亞芹,孫剛.草原火燒后植物群落生產(chǎn)及其產(chǎn)量空間結(jié)構(gòu)的變化[J].東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1999(4):83-90.

[10]李政海,王煒,劉鐘齡.火燒對典型草原改良的效果[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,1994,8(4):51-60.

[11]周道瑋,張保田,李建東.松嫩羊草草原火燒后地上生產(chǎn)力的變化[J].草業(yè)學(xué)報(bào),1995,4(4):23-28.

[12]周道瑋,劉鐘齡.火燒對羊草草原植物群落組成的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),1994,5(4):371-377.

[13]周道瑋,姜世成,田洪艷,等.草原火燒后土壤水分含量的變化[J].東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1999(1):97-102.

[14]岳秀泉,周道瑋,孫剛.草原火燒后群落小氣候的變化[J].東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1999(1):91-96.

[15]李紹良.草原土壤水分狀況與植物生物量的初步研究[M]∥草原生態(tài)系統(tǒng)研究.北京:科學(xué)出版社，2010.

[16]林燕,白永飛.內(nèi)蒙古典型草原小葉錦雞兒灌叢地上凈初級生產(chǎn)力和種群結(jié)構(gòu)對火燒的響應(yīng)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2010,19(5):170-178.

[17]布樂,哈斯布和.火燒對羊草草原土壤物理性狀的影響及其與群落特征的關(guān)系[J].內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì),2004(2):56-60.

[18]李子勇,李希政,成文革,等.羊草人工草地?zé)脑囼?yàn)研究[J].草原與草坪,2009(5):62-64.

Effect of fire disaster on production and vegetation community of sub-alpine meadow in Qinghai-Tibet Plateau

ZHAO Zhong1,ZHAO Yan2,RONG Liang-yan2,3

(1.GansuProvincialGrasslandSupervisionStation,Lanzhou730046,China； 2.GansuProvincialExtensionSationofGrasslandTechniques； 3.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

Abstract：This study was conducted on the sub-alpine meadow with fire disaster on 21st January,2010 in Qinghai-Tibetan Plateau.Measured the meadow production and vegetation community on burnt and unburnt grassland,We found that the meadow production increased in the first years after burning,in prarticular on the meadow with Kobresia capillifolia + Deschampsia caespitosa + Carex sp (P<0.05).The fire had no influence in the plant community composition,however,the yeild of sedge (Cyperaceae ) as the dominant species signficantly increased (P<0.05),which meaned that burning stimulated the growth of rhizome sedge.The yield of grass (Poaceae) decreased significantly after burning(P<0.05),indicating that burning retarded the grass' growth in length.Burning also affected the meadow plants during its growing season.The re-greening date was 15-25 days ahead of time in the early spring.

Key words：burning;Qinghai-Tibetan Plateau;Sub-alpine grassland;production and plant community

中圖分類號：S 812

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-5500(2016)02-0082-05

作者簡介：趙忠(1961-)，男，甘肅高臺人，研究員，從事草原生態(tài)保護(hù)和管理工作。

收稿日期：2015-11-17； 修回日期：2016-03-31

E-mail：zhaozhong03@163.com