蘇打鹽堿化草原改良后植物多樣性評價(jià)分析

司振江，黃　彥，滕　云

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

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蘇打鹽堿化草原改良后植物多樣性評價(jià)分析

司振江，黃彥，滕云

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

摘要：通過采取振動(dòng)深松、對角耙、圍欄封育、淺翻輕耙等技術(shù)措施對蘇打鹽堿化草原的改良效果進(jìn)行研究評價(jià)，利用生物多樣性評價(jià)方法進(jìn)行分析，結(jié)果顯示振動(dòng)深松、對角耙、圍欄封育、淺翻輕耙4種改良措施均取得顯著改良效果，改良3 a平均產(chǎn)草量較對照提高了423.8%、219%、128.6%、261.9%，特別是采用振動(dòng)深松改良措施3 a后，草原蓋度達(dá)到90.33，人工播種的羊草蓋度達(dá)到35.0，羊草相對蓋度達(dá)到38.75，羊草重要值達(dá)到79.52，均勻度指數(shù)達(dá)到0.869，豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)較改良當(dāng)年分別提高了199.9%和50.8%。綜合比較4種改良措施，以振動(dòng)深松改良效果最顯著。

關(guān)鍵詞：蘇打鹽堿化草原；振動(dòng)深松；改良措施；植物多樣性；分析

物種多樣性是從生態(tài)學(xué)角度對群落的組織水平、形成演化及維持機(jī)制進(jìn)行研究，它是群落生物組成結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。眾多研究顯示，物種的多樣性在不同環(huán)境不同質(zhì)地下表現(xiàn)不同[1-3]。因此，群落的穩(wěn)定性通過其物種多樣性可以反映出來，通過測定物種豐富度指數(shù)(D)，均勻度指數(shù)(E)，多樣性指數(shù)(H)，可反映不同植被類型物種的多樣性，為草原生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與重建提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而在滿足人類經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的同時(shí)保持地表植被的完整和功能的發(fā)揮。

本文以蘇打鹽堿化草原為對象，通過采取對角耙、圍欄封育、淺翻輕耙、振動(dòng)深松等改良措施[4]的對比研究，分析實(shí)施4種改良措施后的牧草產(chǎn)量、重要值、豐富度指數(shù)，均勻度指數(shù)，多樣性指數(shù)等指標(biāo)變化，優(yōu)選適宜蘇打鹽堿化草原改良的技術(shù)措施，最終確定振動(dòng)深松是改良蘇打鹽堿化草原的有效方法。該研究對于松嫩平原蘇打鹽堿化草原改良具有重要的指導(dǎo)意義[5-6]。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在黑龍江省安達(dá)市萬寶山鎮(zhèn)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)受內(nèi)陸及海上高低氣壓和季風(fēng)交替影響，冬季漫長、寒冷、干燥，多西北風(fēng)；夏季短促、溫暖、雨熱同期，多南風(fēng)；春秋兩季為過渡期，時(shí)間短。多年平均降雨量430 mm，多年平均蒸發(fā)量1645 mm ，年蒸發(fā)量是降水量的3～4倍。試驗(yàn)區(qū)土地板結(jié)、堿斑連片、生態(tài)脆弱，土壤含鹽量達(dá) 1.12% ，平均pH值為 9.92。

試驗(yàn)設(shè)對角耙、圍欄封育、淺翻輕耙、振動(dòng)深松、對照5個(gè)試驗(yàn)區(qū)，并人工播種羊草，對照區(qū)為蘇打鹽堿化草原原狀區(qū)，3次重復(fù)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積0.33 hm2。每年8月20日采草測產(chǎn)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇3個(gè)1 m2測點(diǎn)調(diào)查產(chǎn)草量、物種數(shù)、每個(gè)種個(gè)數(shù)、蓋度、密度、頻度等指標(biāo)。

1.2生態(tài)恢復(fù)效果評價(jià)方法

從物種重要值和物種多樣性分析植被的變化[7-8]。

重要值=(相對蓋度+相對密度+相對頻度)/300

蓋度=樣方內(nèi)某種個(gè)體胸面積和/樣方面積；

密度=樣方內(nèi)某種植物的個(gè)體數(shù)/樣方面積；

頻度=一個(gè)種在所調(diào)查的全部樣方內(nèi)出現(xiàn)的頻率；

相對蓋度=某個(gè)種的蓋度/所有種蓋度之和；

相對密度=某個(gè)種的密度/所有種密度之和；

相對頻度=某個(gè)種的頻度/所有種頻度之和；

豐富度指數(shù)：

(1)

均勻度指數(shù)：

(2)

多樣性指數(shù)：

(3)

(4)

式中：S為物種數(shù)，N為全部種的個(gè)體數(shù)，Ni為種i的個(gè)體數(shù)，Pi為種i的個(gè)體數(shù)在全部個(gè)體數(shù)中的比例。

2結(jié)果與分析

2.1不同措施對牧草產(chǎn)量的影響

表1為實(shí)施4種改良措施后，連續(xù)三年的牧草產(chǎn)量。

表1　各試驗(yàn)區(qū)牧草產(chǎn)量

從表1連續(xù)3 a測產(chǎn)結(jié)果看出，采取對角耙、圍欄封育、淺翻輕耙、振動(dòng)深松改良措施后牧草產(chǎn)量均有顯著提高，牧草產(chǎn)量提高最少的也較對照區(qū)提高了128.6%，其中振動(dòng)深松改良措施使牧草產(chǎn)量提高的最多，較對照區(qū)產(chǎn)量提高423.8%，且比采取對角耙、圍欄封育、淺翻輕耙改良措施也分別提高了64.2%、129.2%、44.7%。說明采取振動(dòng)深松措施改良蘇打鹽堿化草原能夠獲得最高的產(chǎn)草量，產(chǎn)草效果最好。

對表1進(jìn)行差異顯著性分析，其結(jié)果見表2。

表2　不同改良措施間差異比較表

注：差異顯著標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果為5%平準(zhǔn)=0.023(*)，1%平準(zhǔn)=0.033(**)。

將表1按實(shí)施不同改良措施后獲得的3 a平均牧草產(chǎn)量的高低排序，算出不同試驗(yàn)區(qū)的產(chǎn)量差異(見表2)，可見不同改良措施對蘇打鹽堿化草原草場產(chǎn)草量均有顯著提高，振動(dòng)深松改良措施較其它改良措施產(chǎn)量都高，而且差異達(dá)到極顯著程度。其它各處理區(qū)與對照區(qū)產(chǎn)量差異也極顯著，說明各改良措施都有顯著效果，但從產(chǎn)草量上來看，振動(dòng)深松是改良蘇打鹽堿化草原后產(chǎn)草量最高的技術(shù)措施，此項(xiàng)改良技術(shù)有利于恢復(fù)草原植物綜合產(chǎn)草量能力。

2.2不同措施在改良當(dāng)年對植物多樣性的影響

實(shí)施幾種改良措施后，在改良當(dāng)年反映植物多樣性的各項(xiàng)指標(biāo)見表3。

表3　不同改良措施植物多樣性對比

由表3可以看出，改良當(dāng)年，4種改良措施使蘇打鹽堿化草原的物種數(shù)由原來的2個(gè)增加到5～10個(gè)。4種方法的豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、多樣性指數(shù)、蓋度均高于對照區(qū)。豐富度指數(shù)最高的是對角耙區(qū)和圍欄封育區(qū)為1.578，均勻度指數(shù)最高的是淺翻輕耙區(qū)為0.938，多樣性指數(shù)最高的是對角耙區(qū)為2.115，蓋度最高的是振動(dòng)深松區(qū)為74.50。雖然采取振動(dòng)深松措施的豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、多樣性指數(shù)較采取其它措施相應(yīng)的最高值分別降低了11.1%、10.0%、12.3%，但是仍較對照區(qū)分別提高了701.7%、19.4%、278.6%。蓋度指標(biāo)不同改良措施間差異較大，振動(dòng)深松區(qū)的蓋度分別較對照區(qū)、對角耙區(qū)、圍欄封育區(qū)、淺翻輕耙區(qū)分別提高了391.1%、71.7%、106.9%、52.0%。蓋度增加說明植物的郁蔽度和植物的出現(xiàn)率就會增加，通過比較分析可見振動(dòng)深松改良措施改良蘇打鹽堿化草原效果較好。

2.3振動(dòng)深松對植物多樣性的影響

采用振動(dòng)深松改良蘇打鹽堿化草原3 a的物種種類、密度、頻度、蓋度、重要值等詳見表4。

表4　振動(dòng)深松區(qū)物種重要值

續(xù)表4

由表4可見采用振動(dòng)深松改良措施在改良當(dāng)年，草地植被得到迅速恢復(fù)，改良后的蘇打鹽堿化草原被野生的水稗草、虎尾草、谷有子等植物所覆蓋，結(jié)合表3可知，在改良當(dāng)年植物種類就達(dá)到9種，比對照區(qū)多出7種；改良第二年人工播種草種與野生草并生，植物種類達(dá)到18種；改良第三年植物種類達(dá)到25種。人工播種的羊草蓋度由改良當(dāng)年的9.5提高到改良第三年的35.0，相對蓋度由改良當(dāng)年的12.8%提高到改良第三年的38.75%；羊草重要值由改良當(dāng)年的38.59增加到改良第三年的79.52。采用振動(dòng)深松措施改良蘇打鹽堿化草原3 a后，蓋度、密度、頻度等指標(biāo)逐年遞增，草原植物種類增多，植物生長茂盛，特別是人工播種的羊草各項(xiàng)指標(biāo)均是逐年迅速增加，使得蘇打鹽堿化草原變成了高產(chǎn)牧草區(qū)。

對振動(dòng)深松區(qū)進(jìn)行連續(xù)3 a的植物多樣性跟蹤調(diào)查結(jié)果如表5，豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、多樣性指數(shù)、蓋度均呈逐年增加趨勢，其中，豐富度指數(shù)在改良第二年、第三年較改良當(dāng)年分別提高了112.4%和199.9%；多樣性指數(shù)在改良第二年、第三年較改良當(dāng)年分別提高了32.2%和50.8%；蓋度在改良當(dāng)年、第二年、第三年分別為74.50、84.55、90.33，改良第二年、第三年較改良當(dāng)年分別提高了13.5%和21.2%。雖然只有均勻度指數(shù)提高幅度較小，但改良3年也均達(dá)到了0.8以上。

表5　振動(dòng)深松區(qū)植物多樣性對比

3結(jié)論

(1)采取振動(dòng)深松、對角耙、圍欄封育、淺翻輕耙改良措施改良蘇打鹽堿化草原均取得顯著的改良效果，改良3 a平均產(chǎn)草量較對照提高了423.8%、219%、128.6%、261.9%，其中以振動(dòng)深松改良措施的提高產(chǎn)草量效果最顯著。

(2)采用振動(dòng)深松改良措施3 a后，草原蓋度達(dá)到90.33，人工播種的羊草蓋度達(dá)到35.0，羊草相對蓋度達(dá)到38.75%，羊草重要值達(dá)到79.52，植物生長茂盛，變成了高產(chǎn)牧草區(qū)。

(3)對振動(dòng)深松區(qū)調(diào)查結(jié)果顯示，均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)呈連年遞增趨勢，均勻度指數(shù)達(dá)到0.869，豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)較改良當(dāng)年分別提高了199.9%和50.8%。

(4)綜合比較4種改良措施中以振動(dòng)深松改良效果最顯著。

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Analysis of plant diversity in the improvement of soda saline alkaline grassland

SI Zhenjiang,HUANG Yan,TENG Yun

(HeilongjiangProvincialHydraulicResearchInstitute,Harbin15080,China)

Abstract：Based on the biodiversity assessment method to evaluate the improvement of soda saline alkaline grassland by using vibrating subsoiling, diagonal rake, fencing, shallow ploughing. It shows that the improvement measures including vibration subsoiling, diagonal rake, fencing, shallow ploughing and light harrow have achieved remarkable improvement effect. The average yield is increased by 423.8%, 219%, 128.6%, 261.9% compared with CK in three years. In particular, the natural and artificial grassland coverage rate reaches to 90.33 and 35.0 by using of vibration subsoiling. Moreover, the artificial seeding Leymus chinensisrelative coverage rate reaches to 38.75, the important value reaches to 79.52, and the evenness index reaches to 0.869 after vibrating subsoiling. The richness index and diversity index are increased by 199.9% and 50.8%. Thus, it can be concluded that the most significant improvement effects of vibrating subsoiling comparing the four measures to improvement measures.

Key words：soda saline alkaline grassland；vibrating subsoiling；improvement measures；plant diversity；analysis

基金項(xiàng)目：黑龍江省發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)資金 (FW06B914)

作者簡介：司振江(1959-)，男，研究員級高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境修復(fù)及灌溉排水技術(shù)等研究。E-mail：si_zj@163.com

中圖分類號：S156.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-0506(2015)02-0021-05