封育對(duì)滇西北亞高山草甸群落及土壤的影響

王 猛，袁福錦，吳文榮，黃梅芬，謝 勇，陳 功

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，云南 昆明 650201； 2.云南省草地動(dòng)物科學(xué)研究院，云南 昆明 650212；3.云南省昌寧縣畜牧工作站，云南 昌寧 678100)

封育對(duì)滇西北亞高山草甸群落及土壤的影響

王 猛1,3，袁福錦2，吳文榮2，黃梅芬2，謝 勇1，陳 功1

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，云南 昆明 650201； 2.云南省草地動(dòng)物科學(xué)研究院，云南 昆明 650212；3.云南省昌寧縣畜牧工作站，云南 昌寧 678100)

2012年4月到2015年9月，在滇西北香格里拉縣小中甸鎮(zhèn)，以退化亞高山草甸為研究對(duì)象，測(cè)定封育條件下草地地上生物量、地下生物量、土壤容重、土壤水分和土壤有機(jī)質(zhì)含量。結(jié)果表明：封育1～2年可顯著提高草地地上現(xiàn)存量；連續(xù)封育4年后，草地地下生物量無(wú)顯著變化，草地地上生物量增加了11.67倍，總生物量增加了0.74倍，有毒有害植物在地上現(xiàn)存量中所占比例仍然達(dá)到13.3%，對(duì)退化草地實(shí)施封育的同時(shí)應(yīng)該結(jié)合除雜、補(bǔ)播等措施，可更有效地改善草地質(zhì)量和提高草地生產(chǎn)力。對(duì)退化草地連續(xù)封育4年后，0～10 cm土壤容重顯著降低而土壤含水量顯著增加，10～40 cm土壤有機(jī)質(zhì)顯著增加。

亞高山草甸；封育；草地生物量；植物功能群；土壤理化性狀

亞高山草甸是滇西北地區(qū)主要的天然草地類型和生產(chǎn)資料，在當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)生產(chǎn)中具有不可替代的地位和作用。然而，由于過(guò)度放牧等不合理的管理利用，草地基況日趨惡化，草地在植物學(xué)組成、地上生物量以及土壤理化性狀等方面均表現(xiàn)出明顯的退化。草地退化不僅嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也制約當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)持續(xù)發(fā)展。試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，封育能夠引起退化草地的植物[1-4 ]、地上和地下生物量[5-7 ]、土壤理化性狀[8-13 ]發(fā)生明顯改變，但由于草地類型、退化程度、生境條件以及利用方式的不同，草地恢復(fù)演替存在明顯的時(shí)間序列差異性和空間異質(zhì)性[14-15 ]。選擇云南香格里拉縣小中甸鎮(zhèn)退化亞高山草甸為研究對(duì)象，通過(guò)連續(xù)4年的圍欄封育，觀測(cè)草地生物量、植物功能群、土壤理化性狀的變化及其趨勢(shì)，分析草地恢復(fù)程度和適宜的封育年限，以期為試驗(yàn)區(qū)退化亞高山草甸植被恢復(fù)及合理利用提供一定的技術(shù)參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于云南省迪慶州香格里拉縣小中甸鎮(zhèn)和平村，地處N 27°28′35″ ，E 99°51′23″，海拔3 237 m，年平均氣溫5.8℃，年平均降水量646.9 mm，年蒸發(fā)量1 162.1 mm，年日照時(shí)數(shù)2 167.9 h，≥10℃年積溫2 006.9℃，無(wú)霜期131～146 d，屬半農(nóng)半牧高寒壩區(qū)，土壤為亞高山草甸土。2012～2015年，年平均降水量527.9 mm，低于試驗(yàn)區(qū)30年年均降水量，各月平均降水量也低于30年平均觀測(cè)值(表1)。

1.2 試驗(yàn)樣地

2012年4月中旬，圍欄樣地80 m×150 m，連續(xù)封育期間不進(jìn)行放牧或刈割利用，在封育樣地周?chē)褂媚緲稑?biāo)記同樣面積的退化草地作為對(duì)照試驗(yàn)區(qū)樣地。試驗(yàn)區(qū)草地屬亞高山草甸，全年放牧牦牛(Bosgrunniens)。過(guò)度放牧、撿拾動(dòng)物糞便、缺乏基礎(chǔ)設(shè)施投入等不合理的管理利用方式，導(dǎo)致草地退化現(xiàn)象明顯，草層低矮、有毒有害植物大量出現(xiàn)、草地生產(chǎn)力低下。主要牧草種類包括發(fā)草(Deschampsiacaespitosa)、草地早熟禾(Poapratensis)、疏花翦股穎(Agrostisperlaxa)、云霧苔草(Carexnubigena)、百脈根(Lotuscorniculatus)、洱源米口袋(Gueldenstaedtiaverna)等，主

表1 試驗(yàn)點(diǎn)30年及2012～2015年月平均降水量Table 1 The mean annual precipitation of 30-years from 1970 to 2010 and from 2012 to 2015 at research site mm

要有毒有害植物包括西南鳶尾(Irisbulleyana)、西南委陵菜(Potentillafulgens)、大狼毒(Euphorbianewatocypha)等。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 植物功能群 2012～2015年每年9月中旬，在封育區(qū)和對(duì)照區(qū)分別測(cè)定。按對(duì)角線法隨機(jī)選取0.5 m2樣方，5次重復(fù)。各樣方齊地面刈割，將植物現(xiàn)存量(活植物體)分揀為：可飼用植物、不可飼用植物和有毒有害植物3類，分別裝入自封帶，帶回室內(nèi)，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中于65℃恒溫下烘干至恒重，稱量記錄。草地中可飼用植物包括禾本科類、豆科類、莎草科類植物以及車(chē)前(Semenplantaginis)、蒲公英(Taraxacummongolicum)、尼泊爾蓼(Polygonumnepalense)、白蒿(Artimisiaesieversianae)、小龍膽(Gentianaparvula)等雜類草。不可飼用植物主要有夏枯草(Prunellavulgaris)、火絨草(Leontopodiumalpinum)、娃兒藤(Tylophorafloribunda)、香青(Anaphalissinica)、沼生柳葉菜(Epilobiumpalustre)、獐牙菜(Swertiabimaculata)、花錨(Haleniacorniculata)、高原香薷(Elsholtziafeddei)、金絲梅(Hypericumpatulum)等。有毒有害植物有西南鳶尾、西南委陵菜、大狼毒和云南毛茛(Ranunculusyunnanensis)等。

1.3.2 地上生物量 2012～2015年每年9月中旬，在封育區(qū)和對(duì)照區(qū)分別測(cè)定。 按對(duì)角線法隨機(jī)選取0.5 m2樣方，5次重復(fù)。按順序采集各樣方內(nèi)的立枯物、植物現(xiàn)存量(活植物體)、凋落物，分別裝入自封袋帶回室內(nèi)，置于鼓風(fēng)干燥箱中于65℃恒溫下烘干至恒重，稱量記錄，三者之和記為各樣方地上生物量風(fēng)干重。2015年9月的草樣，測(cè)定風(fēng)干重和干物質(zhì)重(105℃恒溫下烘干至恒重)。

1.3.3 地下生物量 在對(duì)照區(qū)和連續(xù)封育區(qū)分別于0～10，10～20和20～40 cm采用土鉆法分層取樣，根鉆內(nèi)直徑5 cm。每區(qū)3個(gè)取樣點(diǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)的各層土樣由2鉆樣品混合形成。將取好的土壤—根系樣品各自裝入雙層尼龍網(wǎng)袋，置于流動(dòng)的河水中沖洗掉大部分的土壤，并揀除石子砂礫，然后倒入大小適中并裝有清水的容器中，用0.2 mm篩孔的網(wǎng)篩過(guò)濾，去除非根物質(zhì)，清洗干凈的根系放在吸水紙上去除部分水分后，裝入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室。在烘箱中65℃條件下烘干至恒重，得到風(fēng)干重，然后在105℃恒溫下烘干至恒重，折算單位土壤體積內(nèi)的植物根系干物質(zhì)重。

1.3.4 土壤容重 2015年9月中旬，在對(duì)照區(qū)和連續(xù)封育區(qū)選擇3個(gè)取樣點(diǎn)，挖土壤剖面，用100 cm3環(huán)刀分層取樣(0～10 cm，10～20 cm和20～40 cm)，樣品在實(shí)驗(yàn)室稱重，然后在105℃溫度下烘干至恒重，記錄測(cè)定數(shù)據(jù)，計(jì)算土壤容重。

1.3.5 土壤含水量 2015年9月中旬，在測(cè)定土壤容重的每個(gè)土壤剖面處，分層取樣(0～10 cm，10～20 cm和20～40 cm)，土壤樣品裝入鋁盒，樣品在實(shí)驗(yàn)室稱重，然后105℃烘干至恒重，記錄測(cè)定數(shù)據(jù)，計(jì)算土壤含水量。

1.3.6 土壤有機(jī)質(zhì) 2015年9月，在對(duì)照區(qū)和連續(xù)封育區(qū)分別于0～10，10～20和20～40 cm采用土鉆法分層取樣，每區(qū)3個(gè)取樣點(diǎn)。去除樣品中植物根系和石礫等非土壤物質(zhì)，帶回實(shí)驗(yàn)室采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，使用SPSS 13.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 地上生物量

退化草地在連續(xù)4年封育期間，地上生物量表現(xiàn)出先增長(zhǎng)后平穩(wěn)的變化趨勢(shì)。封育第1年即可顯著提高草地地上生物量，從62.6 g/m2上升到224.0 g/m2；封育第2年能夠進(jìn)一步顯著提高地上生物量，達(dá)到532.7 g/m2；封育第3～4年與封育第2年相比較，地上生物量無(wú)顯著變化(表2)。

魯迅生平展覽廳中，陳列了很多魯迅的名言。比如：“當(dāng)我沉默著的時(shí)候，我覺(jué)得充實(shí)；我將開(kāi)口，同時(shí)感到空虛。——但我坦然，欣然。我將大笑，我將歌唱?！痹偃纾骸拔矣纸?jīng)驗(yàn)了一回同一戰(zhàn)陣中的伙伴還是會(huì)這么變化，并且落得一個(gè)作家的頭銜，依然在沙漠中走來(lái)走去?！灰?yàn)槌闪擞斡?，布不成陣了，所以技術(shù)雖然比先前好一些，思路也似乎較無(wú)拘束，而戰(zhàn)斗的意氣卻冷得不少。新的戰(zhàn)友在哪里呢？我想，這是很不好的?！?/p>

表2 不同年份草地地上生物量Table 2 Analysis of variance for standing crop of degraded and enclosed pastures g/m2

注：不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)，不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)

2.2 地下生物量

植物根系主要分布在0～10 cm土層，對(duì)照區(qū)和封

育區(qū)0～40 cm土層根系占總量的85.2%和79.0%；在0～10，10～20和20～40 cm土層，對(duì)照區(qū)與封育區(qū)根系重量均無(wú)顯著性差異；在0～40 cm每785 cm3土壤中，對(duì)照區(qū)、封育區(qū)根系重量分別為5.42 g和7.15 g，兩者無(wú)顯著性差異(表3)。

2.3 地上生物量與總生物量之比

草地地下生物量包括死根和活根，地上生物量包括現(xiàn)存量、立枯物和枯枝落葉，分析結(jié)果表明，對(duì)退化草地經(jīng)過(guò)連續(xù)4年的封育，地下生物量、地上生物量分別增長(zhǎng)了0.32倍和11.67倍，總生物量增長(zhǎng)了0.74倍；對(duì)照區(qū)、封育區(qū)地上生物量在總生物量中所占比例分別為3.7%和27.1%；封育增加了草地地上部分所占比例(表4)。

表3 草地不同土壤深度地下生物量Table 3 The underground biomass of degraded pasture and enclosed pasture DM，g/785cm3

注：同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)

表4 草地地上生物量和地下生物量Table 4 The aboveground biomass and underground biomass of degraded and enclosed pastures (DM，g/m2)

2.4 草地植物功能群

2.5 土壤的容重、水分和有機(jī)質(zhì)

對(duì)照區(qū)和第4年封育區(qū)土壤的容重、水分含量和有機(jī)質(zhì)含量，在0～10 cm土層，封育區(qū)土壤容重顯著低于對(duì)照區(qū)(P<0.01)，土壤水分顯著高于對(duì)照區(qū)(P<0.01)，在10～40 cm土層無(wú)差異；在0～10 cm土層，封育區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與對(duì)照區(qū)無(wú)差異，在10～20 cm、20～40 cm土層封育區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)顯著高于對(duì)照區(qū)(P<0.05)(表6)。

表5 對(duì)照區(qū)和封育區(qū)草地植物功能群現(xiàn)存量Table 5 The standing crop of plant functional groups of degraded and enclosed pastures

3 討論

對(duì)退化草地實(shí)施封育，消除了動(dòng)物踐踏和放牧采食等作用，地上生物量出現(xiàn)顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，但適宜封育年限因生境條件、草地類型、草地退化程度等因素的差異而不同[16-17]。已報(bào)道的研究結(jié)果表明，退化草地經(jīng)過(guò)5～8年的封育，可以重新放牧或割草利用；經(jīng)過(guò)11年的恢復(fù)，群落生產(chǎn)力已接近于原生群落[18]；地上生物量在圍封2年后群落生物量達(dá)到峰值[19]；隨著封育年限的增加，草地地上生物量有逐漸下降的趨勢(shì)，長(zhǎng)期圍欄封育并不能提高草地生產(chǎn)力[20-22]。試驗(yàn)表明，封育1～2年草地地上現(xiàn)存量表現(xiàn)出逐年顯著增長(zhǎng)的趨勢(shì)，而第3～4年地上現(xiàn)存量無(wú)進(jìn)一步顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此，就地上現(xiàn)存生物量而言，試驗(yàn)區(qū)亞高山退化草甸恢復(fù)適宜的封育年限為1～2年。試驗(yàn)結(jié)果表明，連續(xù)封育4年，對(duì)草地根系重量無(wú)顯著影響，根系主要集中在土壤表層，這與康博文等[23]和孫宗玖等[24]報(bào)道的結(jié)果相一致。

表6 封育第4年土壤的容重、水分含量和有機(jī)質(zhì)Table 6 Analysis of variance for soil bulk,soil moisture and soil organic matter content at research site in Jun 2015

注：同行不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)，同行不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)

封育能夠引起退化草地植物功能群發(fā)生變化，因過(guò)度放牧而受到抑制和削弱的種群得以恢復(fù)和發(fā)展，使得植物功能群漸趨穩(wěn)定，但是單純的封育措施對(duì)退化草地植物學(xué)組成的影響十分有限。試驗(yàn)表明，封育區(qū)有毒有害植物在草群中所占比例有所下降，但仍然占到地上現(xiàn)存量的13.3%，因此，對(duì)試驗(yàn)區(qū)退化草地實(shí)施封育的同時(shí)，應(yīng)結(jié)合除雜、補(bǔ)播等措施，有利于更好地改善草地飼用價(jià)值。

草地土壤緊實(shí)度、水分含量以及土壤微生物對(duì)封育反應(yīng)敏感[25-27]，圍封消除了家畜對(duì)草地植被的采食與踐踏，植被的恢復(fù)減小了地表土壤風(fēng)蝕及養(yǎng)分的流失，同時(shí)較多的根量和地表凋落物的輸入與分解以及植被對(duì)風(fēng)蝕物的塵降與截獲促使土壤養(yǎng)分含量增加[28]。試驗(yàn)表明，對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)退化草地封育4年后，0～10 cm土壤容重和水含量發(fā)生顯著變化，與諸多已報(bào)道的研究結(jié)果相一致；0～10 cm表層土壤有機(jī)質(zhì)與對(duì)照區(qū)無(wú)顯著差異，而10～40 cm土壤有機(jī)質(zhì)顯著增加，導(dǎo)致該結(jié)果的原因可能是放牧區(qū)植物避食適應(yīng)使根系從表層向深層生長(zhǎng)，死亡分解后致該層有機(jī)質(zhì)含量升高，也可能是牲畜的糞便和尿液由于雨水的淋溶下滲所致[11，29]，對(duì)試驗(yàn)的推測(cè)有待于進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

封育能夠顯著增加試驗(yàn)區(qū)退化亞高山草甸地上現(xiàn)存量，但草群中有毒有害植物所占比例變化不明顯。連續(xù)封育4年，0～10 cm土壤的容重顯著降低而水分含量顯著提高，10～40 cm土壤有機(jī)質(zhì)顯著提高。

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Primary study on effects of enclosing on community and soil of degraded sub-alpine meadow in northwestern Yunnan Province

WANG Meng1,3,YUAN Fu-jin2,WU Wen-rong2,HUANG Mei-fen2,XIE Yong1,CHEN Gong1

(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China;2.AcademyofGrasslandandAnimalScience,Kunming650212,China;3.AnimalHusbandryBureauofChangningCounty,Changning678100,China)

In April 2012，the degraded sub-alpine meadow was enclosed to test the aboveground biomass，underground biomass，plant functional groups，soil bulk，soil moisture and soil organic matter content were measured from 2012 to 2015 in Xiaozhongdian Town of Shangri-la County in northwestern Yunnan.The results showed that the standing crop of enclosed pasture significantly increased in the first two years compared with the degraded area,but no more increase occurred during the third and fourth years.After four years,enclosure did not show effect on underground biomass,but could increase the aboveground biomass by as much as 11.67 times，and increase the total biomass by 0.74 times compared with degraded pasture.The proportion of biomass of poisonous and harmful species was still as high as from 13.2% to 63.5%.So,the reseeding and weeds control were necessary.After three to four years enclosing，the soil bulk density decreased and soil moisture increased significantly in 10 cm layer,and the soil organic matter content increased significantly in 10 cm to 40 cm layer.

sub-alpine meadow;pasture enclosing;pasture biomass;plant functional groups;soil physical and chemical properties

2016-08-25；

2016-12-19

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)“青藏高原社區(qū)天然草地保護(hù)與合理利用技術(shù)研究與示范-云南迪慶香格里拉(201203006)”資助

王猛(1981-)，男，云南保山市人，畜牧師。 E-mail：47313876@qq.com

S 812

A

1009-5500(2017)02-0069-06

陳功為通訊作者。