刈割制度對(duì)圍封羊草草地群落特征及生物量的影響

劉美麗,梁秀梅,烏仁其其格

(1.內(nèi)蒙古師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020; 2.呼倫貝爾學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008)

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刈割制度對(duì)圍封羊草草地群落特征及生物量的影響

劉美麗1,梁秀梅2,烏仁其其格2

(1.內(nèi)蒙古師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020; 2.呼倫貝爾學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008)

以呼倫貝爾草甸草原圍封羊草(Leymuschinensis)草地群落為研究對(duì)象，對(duì)不同刈割制度(連續(xù)刈割、隔年刈割)對(duì)圍封羊草草地的影響進(jìn)行分析。結(jié)果表明，在刈割干擾下，植被群落蓋度和地上生物量都會(huì)顯著降低(P<0.05)。隔年刈割和連續(xù)刈割兩種制度相比，在植被群落數(shù)量特征及生物量上，隔年刈割要優(yōu)于連續(xù)刈割，植被群落的平均高度、蓋度等數(shù)量特征及地上生物量均表現(xiàn)出隨著刈割頻次的增加而降低的趨勢(shì)。植被群落的α-多樣性在封育下最低，表現(xiàn)出隨刈割頻次的增加而變大的趨勢(shì)。在不同刈割方式下，植被群落組成發(fā)生了變化且群落中各物種的重要值變化幅度很大，建群種羊草的重要值在連續(xù)刈割下低于隔年刈割，而寸草苔(Carexduriuscula)重要值在連續(xù)刈割下最大，且群落中其它伴生種的重要值也隨刈割頻次增加而降低。

圍封羊草草原；植被群落；α-多樣性；重要值

刈割是草地的一種主要利用方式[1-2]。相對(duì)于放牧，刈割可以選擇性地移除部分或全部生物量，因而適度刈割能夠緩解枯草積聚對(duì)草地造成的影響，同時(shí)也能抑制群落優(yōu)勢(shì)物種的競(jìng)爭(zhēng)性生長(zhǎng)，為其它競(jìng)爭(zhēng)能力差的種類(lèi)提供繁殖機(jī)會(huì)，從而提高植物多樣性與物種豐富度[2-5]。常見(jiàn)的刈割要素包括不同刈割頻次、刈割時(shí)間和刈割強(qiáng)度[6]。不同刈割方式牧草的生物量及品質(zhì)影響差異很大。適當(dāng)?shù)呢赘羁梢蕴岣卟莸厝郝渖a(chǎn)潛力、牧草品質(zhì)，并可以在保證草地穩(wěn)定的前提下，充分發(fā)揮草地生態(tài)系統(tǒng)的再生性能[7-8]。但過(guò)度刈割，不僅直接影響草地地上生物量?jī)?chǔ)量，也會(huì)影響草地土壤質(zhì)量，還會(huì)影響牧草的種子繁殖，不利于草原生態(tài)系統(tǒng)的維持和更新[9-11]。本研究從草地合理利用的角度出發(fā)，以呼倫貝爾草甸草原羊草(Leymuschinensis)群落圍封草地作為研究對(duì)象，結(jié)合野外調(diào)查和室內(nèi)分析方法，對(duì)不同刈割制度(連續(xù)刈割、隔年刈割)對(duì)圍封羊草草地的影響進(jìn)行研究，通過(guò)調(diào)查并比較分析不同刈割制度下草地植物群落物種α-多樣性以及生產(chǎn)力等群落特征的變化規(guī)律，探索對(duì)圍封的羊草草地合理的刈割利用方式，為草地資源的合理利用與有效管理提供實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)隸屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)海拉爾市，是呼倫貝爾草甸草原的核心地帶，位于海拉爾市謝爾塔拉牧場(chǎng)東3 km的呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站。地理位置為49°19′199″-49°22′045″ N,119°57′007″-119°59′792″ E，海拔619～676 m，屬溫帶半干旱大陸性氣候，年平均降水量370 mm左右，降水期多集中在7-9月，年均氣溫-5～-2 ℃，年積溫在1 700 ℃·d左右，無(wú)霜期約為110 d。草地植被類(lèi)型為羊草(Leymuschinensis)+雜類(lèi)草草甸草原，群落優(yōu)勢(shì)種有羊草、寸草苔(Carexduriuscula)等，伴生種有山野豌豆(Viciaamoena)、裂葉蒿(Artemisiatanacetifolia)、蓬子菜(Galiumverum)等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)兩個(gè)刈割處理(連續(xù)刈割和隔年刈割)及1個(gè)封育對(duì)照，試驗(yàn)區(qū)總面積45 hm2，將試驗(yàn)區(qū)圍成面積相等的兩個(gè)刈割區(qū)和1個(gè)對(duì)照封育區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積15 hm2，并將每個(gè)小區(qū)劃分為3個(gè)重復(fù)。在每個(gè)重復(fù)區(qū)選擇據(jù)代表性的區(qū)域，每隔10 m做一個(gè)1 m×1 m樣方進(jìn)行取樣。刈割試驗(yàn)于2009年開(kāi)始，其中連續(xù)刈割為每年刈割一次，隔年刈割為割一年休一年，刈割時(shí)間均在8月份，進(jìn)行機(jī)械化齊地面刈割。本次數(shù)據(jù)采集于2015年8月。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 野外調(diào)查

植被群落數(shù)量特征測(cè)定：對(duì)樣方內(nèi)植被進(jìn)行調(diào)查。記錄并測(cè)定樣方內(nèi)植物種類(lèi)、物種高度、蓋度、多度。其中，高度用直尺測(cè)量，蓋度采用目測(cè)估計(jì)法，多度采用記名計(jì)算法[12]。

地上生物量測(cè)定：采用齊地面剪割法將樣方內(nèi)植物分種剪下，裝入塑料樣品袋中，摟取地表枯落物也裝入塑料樣品袋中，編號(hào)帶回實(shí)驗(yàn)室，分別稱(chēng)取鮮重以及枯落物的重量，然后裝入紙袋中在85 ℃恒溫下烘干12 h，分別稱(chēng)其干重。

1.3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 用SAS 9.0統(tǒng)計(jì)軟件做顯著性檢驗(yàn)。

植被群落特征、地上生物量等指標(biāo)計(jì)算公式[12]為：

重要值(IV) =(相對(duì)高度+相對(duì)密度+相對(duì)蓋度)/3;

群落α多樣性：

Margarlef豐富度指數(shù)(Ma)=(S-1)/lnN；

Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)=1-∑(Pi)2;

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)=-∑Piln(Pi)；

Pi=ni/N；

Pielou均勻度指數(shù)(Jp)=H′/ln(S)

式中：S為物種數(shù)目；N為所有物種個(gè)體數(shù)目；Pi為第i個(gè)種在全體物種中的重要性比例；ni為第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 植被群落數(shù)量特征和地上生物量比較

在群落高度、蓋度、密度等數(shù)量特征上，兩種刈割制度利用相較于封育發(fā)生了顯著變化(表1)。植被群落高度在封育樣地最高，為29.14 cm，顯著高于兩種刈割樣地(P<0.05)；隔年刈割樣地群落高度大于連續(xù)刈割樣地，但二者間差異不顯著(P>0.05)。植株密度表現(xiàn)為，連續(xù)刈割最高為973株·m-2，顯著高于封育和隔年刈割。但群落蓋度表現(xiàn)為封育>隔年刈割>連續(xù)刈割，且相互間差異顯著(P<0.05)，尤其是在封育樣地，群落蓋度高達(dá)90%，覆蓋了大部分裸露地面。

表1 不同刈割制度群落數(shù)量特征方差分析Table 1 Analysis of quantitative characteristics of the community under different cutting systems

注：同列不同小寫(xiě)字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: Different lower case letters with in the same column indicates significant difference among treatmentsat 0.05 level. The same below.

在生物量上，3種處理之間均差異顯著(P<0.05)，其中封育樣地生物量最高,為860.01 g·m-2，隔年刈割次之，為354.24 g·m-2，連續(xù)刈割最低，為247.89 g·m-2(圖1)。

圖1 不同刈割制度下草地地上生物量比較Fig.1 Comparison of above-ground biomass under different mowing systems

注：同一指標(biāo)不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters within same item indicate significant difference among different treatments at 0.05 level.

在枯落物積累上，仍然是封育(558.95 g·m-2)顯著高于連續(xù)刈割和隔年刈割(P<0.05)，連續(xù)刈割最低,為104.37 g·m-2；在現(xiàn)存量上，同樣是封育的生物量顯著大于兩種刈割方式的，連續(xù)和隔年刈割間差異不顯著(P>0.05)。

2.2 群落α-多樣性比較

結(jié)果顯示(表2)，在不同處理下，植物群落α-多樣性會(huì)產(chǎn)生顯著變化，具體表現(xiàn)為適當(dāng)刈割會(huì)使群落α-多樣性增加。

Margarlef豐富度指數(shù)表現(xiàn)為連續(xù)刈割>隔年刈割>封育樣地，連續(xù)刈割顯著大于封育(P<0.05)；Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，在連續(xù)刈割下高于隔年刈割(P>0.05)，二者均顯著高于封育樣地(P<0.05)；Simpson多樣性指數(shù)在隔年刈割和連續(xù)刈割下顯著高于封育樣地；Pielou均勻度指數(shù)也是兩種刈割略高于封育樣地，但相互間差異不顯著(P>0.05)。

2.3 不同刈割處理下群落物種重要值變化分析

重要值是綜合種群密度、高度、生物量等群落特征，用數(shù)值來(lái)反映群落中各植物的地位和作用。不同刈割方式下草地群落中各植物種重要值(IV)有差異(表3)。

表2 不同刈割制度下群落α多樣性變化Table 2 Comparison of community α-diversity under the different mowing system

表3 不同刈割制度下群落物種重要值比較Table 3 Comparison of species important values under different mowing systems

續(xù)表3

物種名 Species 封育Enclosure連續(xù)刈割Continuousmowing隔年刈割Biennialmowing達(dá)烏里芯芭Cymbariadahurica2.85004.5359-柳穿魚(yú)Linariavulgaris3.8245--野韭Alliumramosum2.5989--細(xì)葉韭Alliumtenuissimum1.53794.0022-雙齒蔥Alliumbidentatum-2.7945-細(xì)葉百合Liliumpumilum2.74771.6886-蓬子菜Galiumverum2.92969.54391.3339平車(chē)前Plantagedepressa--1.2197石竹Dianthuschinensis-2.83154.7475堇菜Violaverecunda-1.19263.2802裂葉堇菜Violadissecta--0.5087防風(fēng)Saposhnikoviadivaricata--3.4972柴胡Bupleurumchinese2.52023.23591.9879東北大戟Euphordiamandshurica1.9644--黃花列當(dāng)Orobanchepycnostachya0.6241--扁蕾Gentianopsisbarbata4.3882--物種數(shù)Numberofspecies353336

注：-，無(wú)該物種。

Note:-, without the species.

3 討論

刈割對(duì)草地的影響首先是從改變植物群落的種類(lèi)組成開(kāi)始的，適度刈割能夠降低群落優(yōu)勢(shì)種植物的蓋度，為雜類(lèi)草的繁殖創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，提高了植物多樣性。而過(guò)度刈割除了對(duì)地表現(xiàn)有群落結(jié)構(gòu)組成造成直接影響之外，還能夠通過(guò)改變?nèi)郝洵h(huán)境、土壤理化性質(zhì)而影響和改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)。研究表明，刈割能夠顯著提高群落植物多樣性和均勻度，主要是因刈割能夠減弱群落中優(yōu)勢(shì)物種的優(yōu)勢(shì)度，為群落下層植物提供生長(zhǎng)空間[13]。但隨著刈割強(qiáng)度的增加，草地植被群落組成發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致群落的結(jié)構(gòu)受影響增大，且草地表層土壤含水量降低，鹽漬度增加，甚至在植被群落中出現(xiàn)一些鹽堿植物[13-14]。

研究者發(fā)現(xiàn)，由于不同牧草再生性能之間存在著差異性，一些再生性強(qiáng)的牧草在頻繁刈割下能提高產(chǎn)量，而有些牧草再生性能較差，頻繁的刈割則會(huì)降低其在群落中的優(yōu)勢(shì)度，并減少產(chǎn)量[14]。隨著刈割頻次過(guò)高，會(huì)直接造成牧草光合器官的大量損失，這不僅減少羊草等群落優(yōu)勢(shì)植物的地上生物量，還會(huì)影響植被光合產(chǎn)物向根部的運(yùn)輸和分配，也會(huì)因再生消耗大量地下部分貯藏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),進(jìn)而影響牧草的生長(zhǎng)。只有適當(dāng)?shù)呢赘铑l次，才能提高牧草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和根系營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量[15]。

本研究表明，在刈割利用下，群落高度、蓋度、地上生物量都顯著降低，尤其是連續(xù)刈割，這主要是由于在封育樣地長(zhǎng)時(shí)間不利用，無(wú)外界干擾，植被表現(xiàn)為天然生長(zhǎng)狀態(tài)，且有枯落物大量堆積，故而在生物量、高度及蓋度上封育要顯著高于兩種刈割方式。但在群落密度上，連續(xù)刈割高于封育和隔年刈割，這主要是因?yàn)樵谶B續(xù)刈割下，群落建群種羊草的優(yōu)勢(shì)降低，寸草苔在群落中重要值增大并大量出現(xiàn)。但由于寸草苔植株矮小，莖葉纖細(xì)，因而在連續(xù)刈割下群落個(gè)體數(shù)量雖多，但在生物量及蓋度上卻較小。同時(shí)，本研究結(jié)果還表明，不同頻次刈割對(duì)群落中個(gè)物種的優(yōu)勢(shì)地位也產(chǎn)生了影響，在連續(xù)刈割下，建群種羊草的優(yōu)勢(shì)地位讓位于寸草苔，且群落構(gòu)成趨于簡(jiǎn)單化。出現(xiàn)這樣的結(jié)果主要是由于在對(duì)照區(qū)與隔年刈割區(qū)，沒(méi)有刈割或刈割干擾較小，羊草及其它禾本科植物的個(gè)體數(shù)目較多，相對(duì)密度大，在群落中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位；在連續(xù)刈割利用下，由于刈割干擾強(qiáng)度的增加，植株較高的羊草等禾本科植物、菊科植物及其它科的雜類(lèi)草刈割，植株矮小化且個(gè)體數(shù)目也減少，為群落中其它物種提供了機(jī)會(huì)，如寸草苔占據(jù)了更多草地資源，成為優(yōu)勢(shì)物種，個(gè)體數(shù)目大量增加的同時(shí)草地植物群落的α物種多性也行顯著增加。

此外，有研究表明刈割強(qiáng)度、刈割時(shí)間等都會(huì)影響草地群落結(jié)構(gòu)及草地生產(chǎn)力[16-23]。在本研究中刈割時(shí)間一定，刈割強(qiáng)度均為齊地面刈割，只對(duì)刈割頻次進(jìn)行控制，在以后的研究中可以進(jìn)一步對(duì)各刈割要素進(jìn)行研究比較。

4 結(jié)論

在兩種刈割制度下，草地植物群落數(shù)量特征和地上生物量都發(fā)生了明顯變化，在連續(xù)刈割下群落多度顯著提高，但在群落平均高度、高度及生物量上要低于隔年刈割。

在植被群落物種組成上，連續(xù)刈割下群落物種數(shù)目減少，而隔年刈割下群落物種數(shù)增加。在不同刈割制度下，群落主要物種的重要值變化幅度很大。群落建群種羊草的重要值在封育對(duì)照下要遠(yuǎn)高于兩種刈割利用，隔年刈割要高于連續(xù)刈割。

群落物種α多樣性在兩種刈割利用下也發(fā)生了顯著變化，表現(xiàn)為在連續(xù)刈割和隔年刈割下較高，封育對(duì)照最低；而兩種刈割處理間差異不顯著。

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(責(zé)任編輯 茍燕妮)

The effects of different mowing system on plant community characteristics and biomass in fencedLeymuschinensisgrassland

Liu Mei-li, Liang Xiu-mei, Wurenqiqige

(1.College of Life Science and Technology, InnerMongolia Normal University, Hohhot010020, China;2.Hulunbuir College, Hulunbuir 021008, China)

The influence of different mowing system (continuous mowing and biennial mowing) on fencedLeymuschinensisgrassland in Hulunbeier were studied. The results showed that community coverage and aboveground biomass significantly decreased under mowing treatment. The biennial mowing was better than continuous mowing in quantitative characteristics of community and biomass. The community average height, coverage and the aboveground biomass of community decreased with the increase of mowing frequency whereas the plant community α-diversity index increased with the increase of mowing frequency which was the lowest in fenced grassland without mowing. The composition of plant community and the important value of each species in the community changed a lot under different mowing system. The important value ofL.chinensisunder continuous mowing was lower than that under biennial mowing, however, the important value ofCarexduriusculawas the highest under continuous mowing. The important value of other associated species decreased with mowing frequency.

fencedLeymuschinensisgrassland; plant community; α-diversity; important value

Wurenqiqige E-mail:hexige05@qq.com

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0063

2016-01-28 接受日期：2016-03-14

劉美麗(1991-)，女，內(nèi)蒙古涼城人，在讀碩士生，研究方向?yàn)橹参飳W(xué)。E-mail:lml_2010_lele@163.com

烏仁其其格(1963-)，女(蒙古族)，內(nèi)蒙古通遼人，教授，博士，研究方向?yàn)椴輼I(yè)科學(xué)。E-mail:hexige05@qq.com

S812;S543+.901;Q945.79

A

1001-0629(2016)11-2319-07*

劉美麗,梁秀梅,烏仁其其格.刈割制度對(duì)圍封羊草草地群落特征及生物量的影響.草業(yè)科學(xué),2016,33(11)：2319-2325.

Liu M L,Liang X M,Wurenqiqige.The effects of different mowing system on plant community characteristics and biomass in fencedLeymuschinensisgrassland.Pratacultural Science，2016,33(11)：2319-2325.