武功山退化草甸不同植被恢復(fù)措施生長(zhǎng)效果及適應(yīng)性研究

李 志 ，袁穎丹 ，張學(xué)玲 ，郭曉敏 ，張文元 ，胡冬南 ，潛偉平 ，彭輝武 ，牛德奎

(1. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西省森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045；3.江西特色林木資源培育與利用2011協(xié)同創(chuàng)新中心，江西 南昌 330045；4.萍鄉(xiāng)市林業(yè)科學(xué)研究所，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

江西武功山草甸是亞熱帶山地草甸的典型代表，當(dāng)前人為干擾和過(guò)度旅游開(kāi)發(fā)使該區(qū)域脆弱的草甸生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重退化和破碎化態(tài)勢(shì)，急需進(jìn)行合理的植被修復(fù)，以免生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化[1]。白降麗[2]對(duì)早期退化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)及重建的理論與實(shí)踐工作進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為植物措施是修復(fù)措施中的首要步驟和首選方案。楊云貴[3]以黑麥草Lolium perenne、早熟禾Poa annua、匍匐紫羊茅Festuca rubra為撒播草種，以植生紙和無(wú)紡布為輔助物料，同時(shí)進(jìn)行了施肥處理試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)無(wú)紡布和植生紙對(duì)植被生長(zhǎng)有相似的輔助效果，且施肥量的增加反而會(huì)降低出苗率。葛慶征[4]通過(guò)施肥、補(bǔ)播、翻耕土壤等措施對(duì)甘肅瑪曲縣的高寒草甸退化區(qū)域進(jìn)行修復(fù)，認(rèn)為幾種措施效果可行。楊陽(yáng)[5]對(duì)皖西地區(qū)岳武高速公路的邊坡植被恢復(fù)情況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)運(yùn)用植物纖維毯作為輔助物料具有更好的效果。所以，目前針對(duì)草地或草甸生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)研究主要在西北和青藏高原地區(qū)，以及一些道路或礦區(qū)修復(fù)，而針對(duì)于南方亞熱帶山地草甸的植被修復(fù)研究還較少。

作者所在的研究團(tuán)隊(duì)目前對(duì)武功山山地草甸的土壤養(yǎng)分分布[6-7]、植被高光譜特征[8]、山地草甸旅游營(yíng)銷[9]等內(nèi)容進(jìn)行了研究，豐富了該區(qū)域植被生態(tài)系統(tǒng)的科研成果，但是針對(duì)區(qū)域內(nèi)嚴(yán)重退化草地的具體修復(fù)工作，還未有相關(guān)報(bào)道。草地或草甸的退化一般可以歸結(jié)為自然和人為兩大因素[10]，武功山草甸主要是因?yàn)槁糜伍_(kāi)發(fā)及人為踩踏而引起的植被退化，如何既能適應(yīng)該地區(qū)的環(huán)境要求，又能對(duì)游人的踩踏行為有較好的耐受性，同時(shí)對(duì)當(dāng)前的生態(tài)退化情況進(jìn)行較為快速修復(fù)，是科研及經(jīng)營(yíng)規(guī)劃人員面臨的重要問(wèn)題。因此，本研究以武功山草甸嚴(yán)重退化區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)撒播不同草種、覆蓋不同輔助物料、進(jìn)行草皮移植及封育等方案，分析不同處理方式下植被生長(zhǎng)效果及適應(yīng)性特征，探討適合該在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行植被修復(fù)的優(yōu)良措施，對(duì)退化草甸生態(tài)修復(fù)工作提供理論指導(dǎo)，為亞熱帶山地草甸的經(jīng)營(yíng)規(guī)劃與可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

武功山分布于羅霄山脈北部，吉安、宜春和萍鄉(xiāng)三個(gè)地級(jí)市行政區(qū)劃的接壤區(qū)域（114°10′～114°17′ E，27°25′～ 27°35′ N），是湘江水系及贛江水系的分水嶺，綿延大約120 km，總面積大約970 km2，年均溫為14～16℃，夏季的最高溫為23℃，年均日照時(shí)長(zhǎng)為1 580～1 700 h，年均蒸發(fā)量為1 360～1 700 mm，年均濕度值為70～80%，年均降水量為1 350～1 570 mm，武功山山體巖石類型主要為花崗巖和片麻巖，主峰白鶴峰（金頂）海拔1 918.3 m[11]。武功山草甸分布區(qū)的土壤主要是亞熱帶山地草甸土，其山體陡峻，植被的垂直地帶性分異明顯，在江西境內(nèi)，除武功山外，其它山體（廬山、井岡山等）均不具典型的山地草甸植被類型。主要植被有芒Miscanthus sinensis Anderss.、中華薹草 Carex chinensis Retz.、武功山飄拂草Fimbristylis wukungshanensis Tang et Wang、 野 古 草 Arundinella anomala Steud.、茅根Perotisindica (L.) Kuntze等，還有少量蓼科Polygonaceae、薔薇科Rosaceae、唇形科Labiatae和十字花科Cruciferae植物，其中，芒是分布最廣泛的建群種[12-14]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及材料

1.2.1 試驗(yàn)材料

（1）草種 在武功山金頂?shù)湫椭囟嚷糜胃蓴_區(qū)域周圍，因?yàn)橛稳碎L(zhǎng)期踩踏，地表已經(jīng)沒(méi)有植被生長(zhǎng)，土壤或巖石裸露在外，急需開(kāi)展植被修復(fù)工作。結(jié)合山地氣象特點(diǎn)，以及游人踩踏較多的環(huán)境特征，選取狗牙根Cynodon dactylon(Linn.)Pers.、高羊茅 Festuca elata Keng ex E. Alexeev、多年生黑麥草Lolium perenne、畫眉草Eragrostis pilosa (L.) Beauv.等耐踐踏的草種，及本地草種芒，共5種草種進(jìn)行恢復(fù)試驗(yàn)，其中，芒草種由萍鄉(xiāng)市林業(yè)科學(xué)研究所（項(xiàng)目共同實(shí)施單位）在武功山進(jìn)行采集，狗牙根、高羊茅、黑麥草、畫眉草等草種由廣州田野風(fēng)園林綠化有限公司提供。

（2）輔助物料 因?yàn)樵囼?yàn)區(qū)風(fēng)力較大，雨水較多，晝夜溫差較大，同時(shí)考慮環(huán)境保護(hù)的前提，分別選取無(wú)紡布和草簾子作為防風(fēng)、保溫、防雨水沖刷的2種試驗(yàn)物料，覆蓋在播種后的樣方之上，與其它植被恢復(fù)方式進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)，其中，無(wú)紡布為萍鄉(xiāng)市林業(yè)科學(xué)研究所采購(gòu)的聚丙烯類環(huán)保材料，草簾子則是采集生長(zhǎng)良好、株高為40 cm以上，且沒(méi)有長(zhǎng)出種子的當(dāng)?shù)刂脖?，如芒、中華薹草、武功山飄拂草等。

（3）草皮 在不對(duì)原生態(tài)環(huán)境造成影響的前提下，在試驗(yàn)區(qū)選擇周圍未受旅游干擾、長(zhǎng)勢(shì)良好的芒、中華薹草、武功山飄拂草三種草甸生長(zhǎng)區(qū)域，間隔性的鏟取地表以下約8～10 cm深的根系和土壤，連同地上植被一起，作為3種原生草皮移植的植被恢復(fù)材料。另外，由萍鄉(xiāng)市林業(yè)科學(xué)研究所購(gòu)買人工培育的狗牙根草皮，作為1種引進(jìn)草皮移植的植被恢復(fù)材料。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，于2015年5月上旬，在武功山金頂周圍，依據(jù)地形特點(diǎn)，選擇三個(gè)（1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)）面積均為1 600 m2的樣地，其中，1號(hào)和2號(hào)樣地為50 m×32 m的長(zhǎng)方形，3號(hào)樣地為40 m×40 m的正方形，作為觀測(cè)樣地，在每一個(gè)樣地內(nèi)分別隨機(jī)布設(shè)20個(gè)2 m×2 m的小樣方，共60個(gè)觀測(cè)樣方，用鐵耙對(duì)每一個(gè)小樣方表層土壤（約10 cm）進(jìn)行翻耕。在每一個(gè)樣地內(nèi)，隨機(jī)選擇5個(gè)樣方分別直接撒播芒、狗牙根、高羊茅、黑麥草、畫眉草等5個(gè)草種；隨機(jī)選擇5個(gè)樣方分別播撒5個(gè)草種，之后表面覆蓋無(wú)紡布，在無(wú)紡布上面均勻的撒上少許泥土，防止風(fēng)力過(guò)大而將無(wú)紡布吹走；隨機(jī)選擇5個(gè)樣方并分別撒播5個(gè)草種，之后表面散蓋上采集的草簾子，覆蓋度約為60%左右；隨機(jī)選擇4個(gè)樣方，分別移植3種原生草皮和1種引進(jìn)草皮；最后1個(gè)樣方作為自然封育處理。根據(jù)廣州田野風(fēng)園林綠化有限公司的推薦，結(jié)合相關(guān)資料，5種草種的播種量分別是：五節(jié)芒為 30 ～ 40 g·m-2，狗牙根為 15 g·m-2，高羊茅為 30 ～ 40 g·m-2，畫眉草為 0.1 ～ 0.3 g·m-2，黑麥草為30～40 g·m-2。另外，為使試驗(yàn)有效開(kāi)展，在每一個(gè)樣地周圍進(jìn)行鐵絲網(wǎng)圍欄，并掛指示牌，對(duì)游人進(jìn)行提示、引導(dǎo)。在所有處理布設(shè)完畢30 d后，種子萌芽并開(kāi)始初期的生長(zhǎng)，于當(dāng)年的6月上旬，觀測(cè)3個(gè)重復(fù)樣地各個(gè)樣方的植被長(zhǎng)勢(shì)，分別記錄植被蓋度和株高，通對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，探討不同措施植被生長(zhǎng)效果及對(duì)試驗(yàn)區(qū)環(huán)境的適應(yīng)性。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

用SPSS21.0對(duì)不同試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，當(dāng)差異性顯著時(shí)，采用Turkey法進(jìn)行多重比較。用Microsoft Excel 2016進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同草種撒播生長(zhǎng)效果及適應(yīng)性

因?yàn)樵囼?yàn)區(qū)位于武功山山地草甸核心景觀區(qū)域，且海拔較高，地勢(shì)復(fù)雜，實(shí)際工作中不方便攜帶過(guò)多物料上來(lái)進(jìn)行大規(guī)?；謴?fù)試驗(yàn)工作，另外，這里游客眾多，干擾較大，也不適合較多的輔助工作措施來(lái)開(kāi)展大面積的植被恢復(fù)工作。所以，首先采用直接撒播的方式進(jìn)行植被恢復(fù)試驗(yàn)。由圖1可知，從幾種草種撒播后的長(zhǎng)勢(shì)來(lái)看，芒的蓋度最大，平均達(dá)到46.67%，其次為狗牙根覆蓋度達(dá)到15.33%，覆蓋度最小的是黑麥草，僅為2.5%，和無(wú)任何草種撒施的封禁處理相同，說(shuō)明該草種在武功山退化草甸土壤中發(fā)芽率較低，各草種蓋度大小為：芒＞狗牙根＞高羊茅＞畫眉草＞黑麥草＞封育。狗牙根的株高長(zhǎng)勢(shì)最好，不同草種恢復(fù)方式的樣方內(nèi)植被株高存在極顯著差異（P＜0.01），其他草種之間及與封育措施對(duì)比差異不顯著（P＞0.05），各草種處理株高大小為：狗牙根＞畫眉草＞高羊茅＞芒＞黑麥草＞封育。所以，在直接撒播的方式下，芒和狗牙根的綜合長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)較好，高羊茅、畫眉草、黑麥草及封育措施的植被長(zhǎng)勢(shì)效果較差，說(shuō)明在無(wú)其它輔助措施下，芒及狗牙根草種在武功山退化土壤環(huán)境中發(fā)芽率最高，適應(yīng)性較好。

2.2 不同草種覆蓋無(wú)紡布生長(zhǎng)效果及適應(yīng)性

由圖2可知，在覆蓋無(wú)紡布措施下，芒的蓋度最高，達(dá)到了58.33%，與狗牙根、畫眉草、黑麥草及封育措施差異顯著（P＜0.05）,其次為高羊茅，蓋度達(dá)到28.33%，但與其它草種及封育措施的蓋度無(wú)顯著差異（P＞0.05），各草種處理蓋度大小為：芒＞高羊茅＞狗牙根=畫眉草＞黑麥草＞封育。在該措施下，狗牙根的株高仍然最高，其次為芒，各草種及封育措施株高差異不顯著（P＞0.05），各草種處理株高大小為：狗牙根＞芒＞黑麥草＞封育＞畫眉草＞高羊茅。所以，在覆蓋了無(wú)紡布的保護(hù)措施下，芒的覆蓋度增大，發(fā)芽率最高，狗牙根在覆蓋作用下，蓋度沒(méi)有明顯提升，但是株高依舊最高，說(shuō)明芒和狗牙根草種在覆蓋無(wú)紡布方式下適合該區(qū)域環(huán)境特征。

2.3 不同草種覆蓋草簾子生長(zhǎng)效果及適應(yīng)性

本研究因地制宜，從方便取材角度出發(fā)，間隔性的采集其它長(zhǎng)勢(shì)良好草甸區(qū)域的植被替代傳統(tǒng)稻草制品的草簾子，散鋪在撒播草種的樣方上面，作為草種生長(zhǎng)輔助防護(hù)工具。由圖3可知，在覆蓋草簾子的情況下，高羊茅樣方的覆蓋度達(dá)到了26.67%，長(zhǎng)勢(shì)較好，各草種蓋度大小順序?yàn)椋焊哐蛎久ⅲ竟费栏竞邴湶荩井嬅疾荩痉庥?，但幾種草種之間及封育措施蓋度差異不顯著（P＞0.05）。幾種草種及封育措施株高大小依次為：狗牙根＞封育＞芒＞畫眉草＞黑麥草＞高羊茅，但是之間差異不顯著（P＞0.05）。各草種的蓋度及株高和封育措施的均無(wú)明顯差異，說(shuō)明覆蓋草簾子對(duì)草種的保護(hù)效果不明顯。

圖1 不同草種撒播及封育措施植被生長(zhǎng)效果Fig.1 Growth effects of sowing with different grass seeds and enclosure

圖2 不同草種覆蓋無(wú)紡布及封育措施植被生長(zhǎng)效果Fig.2 Growth effects of sowing with different grass seeds while covered with non-woven fabrics and enclosure

2.4 不同草種草皮移植生長(zhǎng)效果及適應(yīng)性

由圖4可知，幾種草皮移植處理中，芒、中華薹草、武功山飄拂草蓋度均為90%以上，狗牙根也達(dá)到了80.67%，蓋度大小為：中華薹草＞ 武功山飄拂草＞芒＞狗牙根＞封育，幾種草皮移植處理植被蓋度差異不顯著（P＞0.05），但與封育措施均有極顯著差異（P＜0.01）。從蓋度來(lái)看，本土植物的草皮移植能較好的適應(yīng)區(qū)域環(huán)境，成活率高，而外來(lái)草皮狗牙根草皮存在一定的死株現(xiàn)象。對(duì)比封育措施，草皮移植處理的效果明顯，能快速的修復(fù)草甸退化情況。幾種處理樣方內(nèi)植株高度差異明顯，大小為：中華薹草＞武功山飄拂草＞芒＞狗牙根＞封育，中華薹草、武功山飄拂草及芒株高差異不顯著（P＞0.05），但與狗牙根及封育措施差異顯著（P＜0.05）。所以，在草皮移植的方案作用下，幾種植被處理均能較好的恢復(fù)退化地表的嚴(yán)重裸露狀況，對(duì)比封育措施亦有明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其是本土草種草皮的移植，效果更為明顯，該方案可以作為武功山山地草甸修復(fù)措施中的優(yōu)先措施。

圖3 不同草種覆蓋草簾子及封育措施植被生長(zhǎng)效果Fig.3 Growth effects of sowing with different grass seeds while covered with straw curtain and enclosure

圖4 不同草種草皮移植及封育措施植被生長(zhǎng)效果Fig.4 Growth effects of different turf transplantations and enclosure

2.5 不同恢復(fù)措施各草種生長(zhǎng)效果及適應(yīng)性

不同修復(fù)措施對(duì)各處理植被生長(zhǎng)效果影響不同。由表1可知，撒播、覆蓋無(wú)紡布、覆蓋草簾子3種措施下，芒在覆蓋無(wú)紡布的措施中效果最好，與覆蓋草簾子差異顯著（P＜0.05），比直接撒播的蓋度也高出12.66%。狗牙根、高羊茅、畫眉草、黑麥草在撒播、覆蓋無(wú)紡布、覆蓋草簾子三種措施之間，植被蓋度雖無(wú)顯著差異（P＞0.05），但是覆蓋無(wú)紡布是三種措施中各植被蓋度最大的。芒、武功山飄拂草、中華薹草草皮移植后的蓋度較高，與其它草種撒播或覆蓋物料的處理具有顯著差異（P＜0.05），狗牙根草皮移植后的蓋度除了與芒在覆蓋無(wú)紡布措施的差異不顯著（P＞0.05），與其它非草皮移植處理蓋度差異顯著（P＜0.05）。從株高生長(zhǎng)情況來(lái)看，武功山飄拂草和中華薹草草皮移植與其它草種撒播及覆蓋物料植被株高差異顯著（P＜0.05）。芒草皮移植除與狗牙根直接撒播植被株高差異不顯著外（P＞0.05），與其它草種撒播及覆蓋物料植被株高差異顯著（P＜0.05）。說(shuō)明草皮移植的方式下，植株生長(zhǎng)及適應(yīng)性明顯優(yōu)于其它處理方式。覆蓋無(wú)紡布措施比較適合草種的前期生長(zhǎng)情況。

表 1 不同修復(fù)措施植被生長(zhǎng)效果?Table 1 Growth effects of different vegetation repair treatments

3 討 論

本研究通過(guò)撒播不同草種、覆蓋輔助物料、移植草皮及封育等措施，開(kāi)展不同植被類型草甸修復(fù)試驗(yàn)，從綜合效果來(lái)看，草皮移植是實(shí)現(xiàn)草甸恢復(fù)中最快的，也是效果最好的，且本地草種芒、中華薹草、武功山飄拂草草皮的適應(yīng)更好。覆蓋輔助物料措施中，覆蓋無(wú)紡布的效果更好。直接撒播草種芒和狗牙根的長(zhǎng)勢(shì)較好。李昌龍[15]在對(duì)瑪曲地區(qū)高寒草甸的沙化修復(fù)研究中，發(fā)現(xiàn)草皮移植、施肥及補(bǔ)播等措施對(duì)生態(tài)修復(fù)的效果顯著；余璐璐[16]通過(guò)室內(nèi)盆栽試驗(yàn)證明了覆蓋無(wú)紡布能夠提高植被對(duì)土壤水分的利用率，進(jìn)而促進(jìn)生長(zhǎng)；Shearman[17]及黃曉露[18]的研究與綜述結(jié)果表明狗牙根屬（Cynodon）、黑麥草屬（Lolium）和羊茅屬（Festuea）等屬的草種耐踐踏性較強(qiáng)，這些研究結(jié)果與本文的結(jié)論相似，但是可能因?yàn)閬啛釒降靥厥獾臍夂蛟?，高羊茅、畫眉草和黑麥草在該地區(qū)的初期生長(zhǎng)效果及適應(yīng)性不如狗牙根和芒。在研究中發(fā)現(xiàn)，覆蓋了無(wú)紡布的保護(hù)措施下，芒的覆蓋度增大，發(fā)芽率最高，但是芒及其它各草種植株生長(zhǎng)高度有所降低，這可能是因?yàn)樯缴巷L(fēng)力較大，吹在無(wú)紡布上面產(chǎn)生了一種壓迫效應(yīng)所致。草皮移植的植被生長(zhǎng)及適應(yīng)性效果雖然最好，但是其劣勢(shì)也是顯而易見(jiàn)的，一方面，因?yàn)樵谏絽^(qū)，地形復(fù)雜，在鏟取草皮的過(guò)程中，需要投入的勞動(dòng)成本較大，另一方面，直接鏟取草甸修復(fù)裸地的同時(shí)，很容易又造成了新的裸地的產(chǎn)生，所以，該方案在實(shí)施過(guò)程中需要嚴(yán)格把關(guān)，應(yīng)盡量避免在修復(fù)過(guò)程中，造成新的破壞。因?yàn)槊⑹潜镜胤植甲顝V泛的植被類型，相對(duì)于武功山飄拂草、中華薹草、野古草等其它植被更容易采集草種，基于植被恢復(fù)的時(shí)效性及易操作性，故本研究選擇芒為本地草種修復(fù)方案。另外，基于武功山氣候多變的特點(diǎn)，本研究選擇了植被恢復(fù)工作中常用的不同冷、暖特性草種與當(dāng)?shù)卦鷥?yōu)勢(shì)草種進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)；因?yàn)樵囼?yàn)地在旅游區(qū)，如果試驗(yàn)周期跨度過(guò)長(zhǎng)，容易受到游人的干擾與破壞，同時(shí)，也基于在該區(qū)域進(jìn)行生態(tài)修復(fù)需要選擇速生型植被的要求，結(jié)合幾種草種的生長(zhǎng)規(guī)律，本研究選取了在試驗(yàn)開(kāi)展30天后的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，以幾種修復(fù)措施的草種發(fā)芽率或存活率及輔助措施的適用性為考察對(duì)象，選擇了以蓋度和株高兩個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究不同植被恢復(fù)措施生長(zhǎng)效果及適應(yīng)性特征，研究結(jié)果對(duì)該區(qū)域植被修復(fù)工作和未來(lái)的科研工作提供一定的參考。有研究表明肥料用量或施用過(guò)程操作不當(dāng)會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面的影響[19]，考慮環(huán)境保護(hù)的需要，結(jié)合武功山山地草甸土壤養(yǎng)分含量較高的特點(diǎn)，本研究中沒(méi)有開(kāi)展施肥對(duì)草甸修復(fù)的影響研究。

4 結(jié) 論

在幾種植被修復(fù)措施中，直接撒播芒的生長(zhǎng)效果最好，其次為狗牙根，高羊茅、黑麥草、畫眉草及封育植被生長(zhǎng)效果較差。覆蓋無(wú)紡布作為輔助措施比覆蓋草簾子及無(wú)覆蓋措施的植被生長(zhǎng)效果好。草皮移植是所有植被修復(fù)措施中的生長(zhǎng)效果最好，且本地草種芒、中華薹草、武功山飄拂草的草皮移植效果優(yōu)于引進(jìn)草種狗牙根草皮。在開(kāi)展植被恢復(fù)過(guò)程中，基于對(duì)原來(lái)的植被環(huán)境不產(chǎn)生顯著破壞的情況下，推薦使用草皮移植的措施；另外，推薦芒作為主要修復(fù)草種，狗牙根作為輔助草種，并搭配覆蓋無(wú)紡布進(jìn)行植被恢復(fù)。

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