垂直切根可以改善松嫩草地羊草生長

張佳良，曹 杰，鄧 波，陳積山，張月學(xué)

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，吉林 長春 130118; 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，北京 100193；3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院草業(yè)所，黑龍江 哈爾濱 150086)

垂直切根可以改善松嫩草地羊草生長

張佳良1,2，曹 杰2，鄧 波1,2，陳積山3，張月學(xué)3

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，吉林 長春 130118; 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，北京 100193；3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院草業(yè)所，黑龍江 哈爾濱 150086)

為了改善松嫩平原羊草(Leymuschinensis)草地日益退化及生產(chǎn)力急速降低的問題，本研究依據(jù)羊草克隆生長能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在羊草草地分別設(shè)計了刀片間距為20與30 cm，深度為5、10、15 cm共6種組合的切根處理，并在羊草的生長周期內(nèi)對其高度、密度以及生物多樣性等特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明，不同的切根處理均對羊草的生長狀況產(chǎn)生了一定影響，切根深度為5和10 cm時均能顯著提高羊草的高度和密度，顯著降低了群落多樣性指數(shù)(P<0.05)，其中以5 cm切根深度對羊草的生長最有利。因此得出結(jié)論：適宜的切根處理能夠改善羊草的生長狀況，對羊草草地的管理具有一定價值。

切根；羊草草地；松嫩平原；生長

羊草(Leymuschinensis)又稱堿草，為多年生根莖型禾本科牧草，因其營養(yǎng)價值高、適口性好、抗旱、耐鹽堿、耐貧瘠等優(yōu)點(diǎn)倍受人們青睞[1-2]，廣泛分布在我國的松嫩平原、西遼河平原及內(nèi)蒙古呼倫貝爾和錫林郭勒等地[3]。然而，由于人類長時間以來對自然資源的不合理利用以及氣候、環(huán)境條件的改變[4]，草地退化問題日益加重，目前松嫩地區(qū)已成為我國土地鹽堿化的重災(zāi)區(qū)之一[5]，該地區(qū)羊草草地退化問題隨之也成為研究熱點(diǎn)之一。

根據(jù)草地資源退化的原因[6]，人們探究了多種改良草地的方法，例如刈割管理[7]、淺耕翻、火燒、施肥、生物改良[8]以及禁牧[9]等一系列措施。切根是依據(jù)羊草根莖發(fā)生的特點(diǎn)，對羊草草地實(shí)施垂直向切根，可促進(jìn)羊草的無性繁殖[10]，通過根莖斷裂的方式增加分株。切根深度為4 cm時能夠使呼倫貝爾退化羊草草地植物群落總蓋度和群落密度顯著提高，切根深度為7 cm時群落高度及現(xiàn)存量同樣有所提高，但效果不顯著[11]。另外，12 cm深度切根提高了退化草地土壤硝化率與群落多樣性[12]。切根寬度方面，奇立敏[13]通過不同切根寬度與不同施肥量的組合研究了其對退化羊草草地的影響。切根不僅能夠增強(qiáng)羊草的競爭能力，提高羊草的群落優(yōu)勢度，而且還能起到疏松土壤的作用[14]，松土+施肥耕作一次，半干旱草原區(qū)當(dāng)年鮮草產(chǎn)量比無處理(對照)高142.5%，4年內(nèi)可保持持續(xù)增產(chǎn)，同時還可起到防治草地沙化的作用[15]。

但是目前所見報道均集中在切根深度的有效性上，切根的深度與間距、時間等因素綜合效應(yīng)鮮見報道。本研究依據(jù)克隆植物的整合特性，在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計了切根深度、間距的不同處理組合，尋求適于松嫩平原羊草草地的最佳切根物理改良方法，以促進(jìn)松嫩平原羊草草地產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的改善，為當(dāng)?shù)匕l(fā)展草牧業(yè)提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于松嫩平原西部的黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院草業(yè)研究所試驗(yàn)站(46°32′17″ N，125°28′24″ E)，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年降水量469.7 mm，全年降水分布不均，70%以上的降水集中于6月-8月，春季降水較少；年平均氣溫2.9 ℃；≥10 ℃年積溫約2 760 ℃·d，年平均日照時數(shù)2 713 h；年平均無霜期130 d，凍結(jié)期183 d。土壤呈現(xiàn)輕、中、重三級鹽堿化，其土壤含鹽量為0.157%～0.318%，土壤pH變化范圍為8.12～10.08。試驗(yàn)區(qū)植被組成主要為羊草(Leymuschinensis)、星星草(Puccinelliatenuiflora)、冷蒿(Artemisiafrigida)、虎尾草(Chlorisvirgata)、委陵菜(Potentillachinensis)、苣荬菜(Sonchusbrachyotus)、刺菜(Cirsiumsetosum)、灰綠藜(Chenopodiumglaucum)等。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計 試驗(yàn)地為圍欄封育的嚴(yán)重退化天然羊草草地，于2013年5月10日選擇生長均勻，地勢平坦的地塊劃分小區(qū)，并實(shí)施切根。試驗(yàn)設(shè)定切根深度和切根間距兩個因素，不切根為對照(CK)，其中切根處理深度分別為5、10和15 cm，即D5、D10及D15，切根間距分別為20和30 cm，即L20和L30。兩因素組合共計6個處理(表1)，每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為3 m×5 m。小區(qū)布設(shè)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。切根采用人工自制切根刀片(刀片長度為25 cm，寬度分為5、10、15 cm，厚度0.5 cm)，沿垂直向切入草地進(jìn)行方格式切根處理。

表1 切根處理設(shè)置

1.2.2 采樣方法及測定指標(biāo) 分別于2013年6月8日、7月9日、8月6日羊草生長的拔節(jié)期、乳熟期、蠟熟期測定羊草群落的密度及株高；于8月31日果后營養(yǎng)期測定羊草群落的密度、株高、地上生物量等指標(biāo)。每個時期在除去小區(qū)邊界10 cm部分內(nèi)隨機(jī)選取20株測定羊草高度(自然高度)；小區(qū)內(nèi)選取50 cm×50 cm樣方，沿對角線方向取3個樣方作為重復(fù)，測定樣方內(nèi)羊草及其它植物的株叢數(shù)，并齊地刈割，測定群落的地上、地下生物量。地上生物量于刈割后稱鮮重，而后在室內(nèi)用烘箱105 ℃殺青30 min，之后65 ℃烘干至恒重。

1.2.3 計算及分析方法 選用物種多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)表示群落多樣性，根據(jù)松嫩草地的群落特征，多樣性指數(shù)采用香農(nóng)-威納指數(shù)(Shannon-Wiener index)[16]，均勻度指數(shù)采用Pielou指數(shù)，各自計算公式如下：

物種重要值IV=(相對生物量+相對蓋度)/2；

相對生物量=某物種生物量/地上總生物量；

相對蓋度方=某物種蓋度/所有物種的蓋度之和；

物種豐富度=一定面積內(nèi)的物種數(shù)；

Shannon-Wiener指數(shù)(H′)：

Pielou指數(shù):

E=H′/lnS.

式中:Pi為第i個物種的重要值，S為物種數(shù)目，N為所有物種的個體數(shù)之和，ni為第i個物種個體數(shù)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)采用Excel2003制作圖表，用SPSS軟件分別對株高、密度、地上生物量以及群落特征進(jìn)行方差分析與差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 切根處理對羊草種群特征的影響

2.1.1 羊草高度 切根間距20cm時，5和10cm深兩種切根處理在拔節(jié)期的羊草高度(自然高度)均顯著高于15cm深切根處理(P<0.05)，在蠟熟期顯著高于15cm深切根處理和CK，而5和10cm深切根處理間差異不顯著(P>0.05)(圖1)。從整體上看，15cm深切根處理的羊草高度略低于CK，高度差在8cm左右。羊草高度增長趨勢顯示，拔節(jié)期到蠟熟期高度變化趨勢類似，從乳熟期到蠟熟期5和10cm深切根處理的高度增加量要高于L20D15與CK，而從蠟熟期到果后營養(yǎng)期，3種切根深度處理(D5、D10、D15)及CK的羊草高度增長基本保持穩(wěn)定(圖1)。

切根間距30cm時，5cm切根深度在乳熟期顯著高于10cm深切根與CK，并且5、10cm切根深度在蠟熟期的羊草高度顯著高于CK(P<0.05)。從株高變化趨勢上看，同樣是拔節(jié)期到乳熟期變化最大，各處理的株高增長速率均較高。從乳熟期到蠟熟期只有5、10cm保持較高增長趨勢，而蠟熟期到果后營養(yǎng)期各處理株高已基本保持穩(wěn)定，切根深度為5與10cm處理的株高優(yōu)勢也一直保持到最后，最終收獲時株高基本穩(wěn)定在75～80cm。

通過對相同切根深度下不同切根間距的比較發(fā)現(xiàn)，僅在乳熟期15cm切根深度下30cm間距的株高顯著高于20cm切根間距(P<0.05)，不同時期其它處理間差異不顯著(P>0.05)(圖1)。

2.1.2 羊草密度 切根間距20cm時 ，3種切根深度處理下群落中羊草的密度隨物候期的變化呈緩慢增長的趨勢(圖2)。其中，10cm深切根處理處理的羊草密度增加比較明顯。拔節(jié)期、乳熟期、蠟熟期，各切根處理與CK無顯著差異(P>0.05)。果后營養(yǎng)期，5 cm深切根處理顯著高于10 cm深切根處理及CK(P<0.05)，15 cm深切根處理也顯著高于CK(P<0.05)。

圖1 垂直切根深度和寬度對羊草自然高度的影響

圖2 不同切根深度處理下羊草密度的變化

切根間距30 cm時，不同切根深度處理下羊草的密度隨物候期的變化也呈緩慢增長趨勢，其中切根深度5 cm處理的密度高于其它處理(圖2)。通過不同物候期的比較發(fā)現(xiàn)：拔節(jié)期5 cm深切根處理的羊草密度顯著高于其它處理(P<0.05)；拔節(jié)期到乳熟期，5 cm深切根處理處理的密度增加量要高于其它處理，而10、15 cm深切根處理與CK的變化相似，基本保持在每平方米140株左右。

相同切根深度下，果后營養(yǎng)期L30D5處理的密度顯著高于L20D5(P<0.05)，L20D15的密度顯著高于L30D15(P<0.05)(圖2)。

2.1.3 羊草地上生物量 L30D5處理的羊草地上生物量(干重)最高，L30D15處理最低(圖3)。L20D5處理的羊草地上生物量顯著高于L20D10、L20D15和CK(P<0.05)，L30D5處理的羊草地上生物量顯著高于L30D10、L30D15和CK(P<0.05)，但L20D10、L20D15、L30D10與L30D15處理之間均無顯著差異(P>0.05)。

2.2 切根處理對羊草群落生物多樣性的影響

除處理L30D10之外各處理的豐富度指數(shù)(S)均顯著低于CK(P<0.05)(表2)，說明切根處理可降低羊草群落的豐富度，提高優(yōu)勢種群羊草在群落中所占的比例。

處理L20D5、L20D10、L30D5、L30D10的Shannon-Wiener指數(shù)均顯著低于CK(P>0.05)；處理L20D15、L30D15略低于CK(表2)。15 cm深度的切根處理多樣性指數(shù)較高，且在切根間距20和30 cm下的多樣性指數(shù)與CK相近(P>0.05)。

圖3 切根處理?xiàng)l件下羊草地上生物量的變化

均勻度指數(shù)表明，除L20D15外，不同切根處理均降低了群落的均勻度指數(shù)，其中處理L30D5顯著低于CK(P<0.05)；同時，L30D5的優(yōu)勢度指數(shù)最高，顯著高于CK。表明切根處理增強(qiáng)了羊草種群在群落中的重要性，有效降低了種群中其它物種所占的比例。處理L30D5最有利于羊草種群的生長，提高了羊草種群在群落中所占的比例。

3 討論與結(jié)論

表2 切根處理?xiàng)l件下羊草群落生物多樣性的比較

注：同列不同小寫字母表示不同處理間顯著差異(P<0.05)。

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

破土切根的改良方式可以增強(qiáng)草地土壤的通透性，打破土壤的板結(jié)層，促進(jìn)植被的生長[17]，羊草作為根莖型牧草，切根起到了促進(jìn)其繁殖生長的作用。本研究表明，不同的切根處理均可促進(jìn)羊草高度的增長，在切根處理初期的一個月內(nèi)，各處理的生長效果與CK相比無顯著差異，其中切根15 cm深度略低于CK。不同處理間，5和10 cm深度切根均可顯著提高羊草的高度。不同切根處理對羊草密度的影響不同，切根L30D5最大程度地提高了羊草的密度。原因在于切根處理一定程度上破壞了羊草的原有生長環(huán)境，改善了羊草草地的土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)了羊草的生長；除此之外，結(jié)合羊草高度和密度的變化來看，密度的增加可能是由于新分株的產(chǎn)生導(dǎo)致，而產(chǎn)生新分株之后急需能量的補(bǔ)充，此時羊草植株的株高增長能夠增強(qiáng)其光合作用，從而有利于分株從母株體內(nèi)獲取能量。生物量方面，5 cm切根深度最能提高羊草種群的生長能力。這與Crowley等[18]提出克隆植物斷裂具有促進(jìn)植物生長繁殖的意義相符，說明合理利用羊草的生長特性，并結(jié)合克隆植物獨(dú)有的適應(yīng)環(huán)境的方式[19]進(jìn)行草地改良可以作為草地管理的一種有效方式。切根在抑制羊草以外的物種生長的同時，羊草根莖的斷裂促進(jìn)了自身種群的再生能力，避免了根莖的相互纏結(jié)，并改善了其生存環(huán)境[20-21]，因此，切根能有效地提高羊草在種群中的競爭力，促進(jìn)羊草的自我繁殖。本研究表明，并非切根深度越深越有利于生物量的增加，5 cm的切根深度在兩種切根間距條件下均顯著提高了羊草地上生物量，說明該切根深度能更加有效地改善羊草地下生長環(huán)境，有利于羊草的生長。

除此之外，本研究亦證明了不同的切根處理會改變羊草草地的群落多樣性，一般而言生物多樣性包括兩個方面：一是指一定區(qū)域內(nèi)物種的豐富程度；二是指生態(tài)學(xué)方面的物種分布的均勻程度[22]，目前常用的生物多樣性測度指數(shù)為物種豐富度指數(shù)、物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)等。物種豐富度指數(shù)是指測定一定時間或者空間范圍內(nèi)的物種數(shù)目[23]。Shannon-Wiener指數(shù)是指將物種豐富度與種的多度結(jié)合起來的函數(shù)，可表征由生物群落等級特征引起的多樣性程度[24]。均勻度指數(shù)是指把物種均勻度與豐富度結(jié)合起來的一個統(tǒng)計量，可表征群落的多樣性與最大多樣性之間比率[25]。本研究表明，切根處理降低了物種的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)，可提高優(yōu)勢種群羊草的競爭能力和排他能力，提高羊草種群在草地群落中所占的比例，促進(jìn)羊草的生長，究其原因可能是切根處理破壞了其它植株的根系結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致植物體營養(yǎng)供應(yīng)不足，而羊草因其根莖的存在使得植株間能夠進(jìn)行營養(yǎng)物質(zhì)的共享，達(dá)到了資源共享的效果，從而使其優(yōu)于其它物種。

綜上所述，無論是從羊草高度、密度還是地上生物量或者是群落多樣性，切根深度為5 cm時以上各指標(biāo)均達(dá)到了最優(yōu)結(jié)果，因?yàn)檠虿莸母o主要集中在地面以下5 cm左右，并且此時的深度對于羊草根系其它部分的破壞較小，如果繼續(xù)增加切根深度可能會對根莖以外的根部產(chǎn)生傷害，阻礙植株對土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的利用，當(dāng)然此種說法是否正確還有待驗(yàn)證。而關(guān)于切根間距，30 cm寬的間距在各指標(biāo)上略高于20 cm，并不存在顯著差異，原因可能是這兩個間距本身已經(jīng)超過了影響羊草生長有最大閾值，如果想要找到最優(yōu)組合還需要進(jìn)一步探究，而不同切根組合對羊草生長的影響，例如光合指數(shù)、呼吸指數(shù)、葉面積以及土壤特征的變化還有待以后更加具體的研究。

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(責(zé)任編輯 武艷培)

Root cutting can improve the growth ofLeymuschinensisin Songnen Plain

Zhang Jia-liang1,2, Cao Jie2, Deng Bo1,2, Chen Ji-shan3, Zhang Yue-xue3

(1.College of Animal Science and Technology, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China;2.College of Animal Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193;3.Institute of Forage and Grassland Science, Heilongjiang Academy of Agricultural Science, Harbin 150086, China)

To addressLeymuschinensisgrassland degradation and dramatic productivity decline in Songnen Plain, we designed experiments with 20 and 30 cm spacing with 5, 10, and 15 cm deep root cuttings based on theL.chinensisclone growth ability characteristics. We analysed the height, density, biological diversity, quantity, and quality characteristics ofL.chinensiscommunity. The result showed that all root cutting treatments had different influences on the growth ofL.chinensis. The root cutting depths of 5 and 10 cm significantly improved the height and density ofL.chinensisand reduced the community diversity index (P<0.05); the 5 cm deep root cutting also showed the best growth improvement ofL.chinensis. From these results, we concluded that suitable root cutting treatments can improve the growth ofL.chinensisand add value to the management ofL.chinensisgrassland.

root cutting;Leymuschinensisgrassland; Songnen Plain; growth

Deng Bo E-mail:dengbo67@cau.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0451

張佳良,曹杰,鄧波,陳積山,張月學(xué).垂直切根可以改善松嫩草地羊草生長.草業(yè)科學(xué),2017,34(5)：1057-1063.

Zhang J L,Cao J,Deng B,Chen J S,Zhang Y X.Root cutting can improve the growth ofLeymuschinensisin Songnen Plain.Pratacultural Science，2017,34(5)：1057-1063.

2016-08-29 接受日期：2017-02-24

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科技專項(xiàng)(201303060)；國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-35)；“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計劃課題(2012BA13B07)

張佳良(1991-)，男，河北唐山人，在讀碩士生，主要從事草地管理研究。E-mail：845570700@qq.com

鄧波(1961-)，男，吉林長春人，副教授，博士，主要從事草地生產(chǎn)與管理研究。E-mail:dengbo67@cau.edu.cn

S816;S543+.904

A

1001-0629(2017)05-1057-07