利用方式對山地草甸植物多樣性的影響

侯鈺榮，李 超，楊淑君，魏 鵬，李學(xué)森，阿斯婭·曼力克

（新疆畜牧科學(xué)院草業(yè)研究所，烏魯木齊 830000）

引 言

草地群落是許多植物種聚集在一起形成的集合體[1-3]。利用方式不同，導(dǎo)致這個集合體呈現(xiàn)出不同狀態(tài)[4]，也間接地影響了草地群落的組成、結(jié)構(gòu)和功能[5]，最終反應(yīng)在草地群落的植物多樣性方面[6-7]。對植物多樣性的研究，有助于深入探索草地群落的功能穩(wěn)定性，同時方便采取維持穩(wěn)定功能性的措施[8-10]。本文借助刈割、放牧和圍封三種利用方式展開對山地草甸群落多樣性的研究，為謝家溝試驗站的植物保護(hù)和群落穩(wěn)定提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)簡況

試驗地位于新疆烏魯木齊市烏魯木齊縣謝家溝，分布著典型的山地草甸草地類型，植物種類豐富，生長茂盛，群落主要由禾本科牧草、各種雜類草組成，多年來一直作為放牧利用；當(dāng)?shù)啬翂捍螅撩駥Σ莸氐谋Ｗo(hù)意識薄弱，草地出現(xiàn)不同程度的退化現(xiàn)象。山區(qū)氣溫低，所以植物生長季節(jié)短。土壤為黑色的草甸土，0～30 cm土層松軟、根系含量多，草地植被退化程度差異較大。

1.2 試驗設(shè)計及測定方法

樣地的設(shè)置采用典型樣方法，以烏魯木齊南山謝家溝試驗基地的山地草甸的不同利用方式（割草、放牧、圍封）為研究對象，應(yīng)用GPS定位，按季節(jié)順序在2017年4-9月每月在固定樣地內(nèi)隨機(jī)選取50 cm×50 cm的樣方6個，按植物群落學(xué)方法分種記載與監(jiān)測樣方的物種組成、物候期、地上生物量、高度、蓋度、密度（20 m×20 m樣地）。調(diào)查方法如下：

高度：以植物種為依據(jù)，每個樣方中選取6株，測其自然高度；

密度：以樣方中每種植物株數(shù)計算；

蓋度：以針刺法為依據(jù)，每個樣方100針；

頻度：以樣圓法為依據(jù)，拋甩20次，記錄樣圓內(nèi)出現(xiàn)的所有植物種類及出現(xiàn)次數(shù)；

地上生物量：以樣方為單位，分種齊地面剪下，分種稱鮮重和風(fēng)干重。

物種豐富度指數(shù)采用物種數(shù)S和Margalef指數(shù)（Ma）；

多樣性指數(shù)采用Simpson指數(shù)（D）和Shannon-Wiener指數(shù)（H）；均勻度指數(shù)（J）采用Pielou均勻度指數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel2010進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 三種利用方式草地植物分布情況

由表1可知，三種利用方式的山地草甸群落植物名錄有所區(qū)別，刈割群落包括25種植物，放牧群落包括23種植物，圍封群落包括31種植物。從植物多樣性角度看，圍封＞刈割＞放牧。

表1 三種利用方式草地植物分布情況

續(xù)上表

2.2 不同利用方式草地植物群落高度的動態(tài)變化

由圖1可知，三種利用方式的山地草甸群落高度的變化趨勢基本相似，均為“低-升高-持續(xù)升高-降低-持續(xù)降低（或持平）”。5月和9月的群落高度相似，在整個生長季內(nèi)處于最低水平，6月群落高度達(dá)到生長季內(nèi)最高峰。結(jié)合三種利用方式來看，刈割對群落高度的影響最大，群落高度在刈割前后起落幅度較大，而放牧和圍封的群落高度影響較小，群落高度變化比較平緩。秋季時，僅有圍封群落的高度較高，群落平均高度達(dá)到29.44 cm。結(jié)合利用方式分析，春季植物返青時群落高度相似，隨著利用方式的改變，對群落高度的影響顯而易見。

圖1 不同利用方式草地植物群落高度動態(tài)變化

圖2 不同利用方式草地植物群落高度動態(tài)變化

2.3 不同利用方式草地植物群落蓋度的動態(tài)變化

由圖2可知，不同利用方式群落蓋度差距較大。圍封利用的群落蓋度從6月19日達(dá)到100%時，后期均保持在此水平，刈割利用的群落蓋度6月19日至7月19日（刈割前）都保持在100%，刈割之后，蓋度大幅度下降，而放牧利用的群落蓋度變化最大，僅在7月19日蓋度達(dá)到達(dá)到100%，其他時間段均變化較大。

2.4 不同利用方式草地植物群落密度的動態(tài)變化

由圖3可知，刈割和放牧利用方式群落密度隨著生長周期的延續(xù)，依次減少，而在6月19日時，刈割群落的密度達(dá)到生長期內(nèi)的峰值，這與圍封群落相同；與之相反的是，圍封群落的密度一直處于上升趨勢，三種利用方式對群落密度的影響很大，從草地利用角度考慮，刈割較放牧更有利于草地生態(tài)恢復(fù)。

圖3 不同利用方式草地植物群落密度動態(tài)變化

圖4 不同利用方式草地植物群落地上生物量動態(tài)變化

2.5 不同利用方式草地植物群落地上生物量的動態(tài)變化

由圖4可知，刈割利用的群落地上生物量在生長期內(nèi)變化幅度較大，6月19日達(dá)到最高峰，可達(dá)2 380.3 g/m2，這與平常認(rèn)為的開花期是生物量最大時期不符，原因可能是因為6月19日植物體內(nèi)水分含量高，粗纖維含量少，鮮重達(dá)到最大值；一般的刈割期是8月初（開花期），此時植物粗纖維含量略高，植物的干鮮比重較大，因此，收干草一般選擇8月刈割晾曬。圍封利用的群落地上生物量自6月19日起至9月28日，發(fā)展較平緩，而放牧利用的群落地上生物量一直都處于最低，尤其是8月26日-9月28日（秋季），地上生物量很低，僅為19.8 g/m2。

從三種利用方式來看，圍封較其他兩種利用方式地上生物量發(fā)展較平緩，有利于生態(tài)良性循環(huán)。

2.6 物種豐富度變化

根據(jù)測定和計算（圖5），刈割和放牧利用方式的草地植物種類隨著生長周期的推移，物種數(shù)均在增加，至6-7月時物種數(shù)趨于穩(wěn)定，最高可達(dá)20種，而放牧草地在6月-8月植物種類僅為8種，與刈割和放牧相比，差距較遠(yuǎn)。三種利用方式對山地草甸草地物種豐富度的影響較大。圍封草地的物種豐富度指數(shù)一直處于較高水平，且變化幅度相對較小，且與放牧利用的草地物種豐富度指數(shù)變化略呈相反趨勢，刈割利用草地的物種豐富度指數(shù)處于放牧和圍封之間，受刈割影響，刈割前后物種豐富度指數(shù)變化幅度較大。三種利用方式的物種豐富度的最高值出現(xiàn)時間不同：刈割出現(xiàn)在7月19日，放牧出現(xiàn)在5月16日，圍封出現(xiàn)在6月19日，可以看出，利用方式不同，對草地物種豐富度最高值出現(xiàn)的時間有一定影響。

圖5 不同利用方式草地物種豐富度的變化

圖6 不同利用方式草地物種均勻度的變化

2.7 物種均勻度變化

一般來說，適度利用會增加群落均勻度。適當(dāng)?shù)母蓴_可以促進(jìn)植物分蘗或分枝，增加草叢密度，群落均勻度穩(wěn)定。由圖6可知，三種利用方式下的群落均勻度變化呈現(xiàn)不同趨勢，圍封草地的均勻度呈現(xiàn)先升高，再逐漸降低的趨勢，最高峰值出現(xiàn)在6月19日；刈割草地的均勻度與圍封草地的均勻度變化趨勢相同，也呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢，不同的是，刈割草地的最高峰值出現(xiàn)在7月19日，出現(xiàn)最高峰值的時間不同，但峰值數(shù)值相同，都為0.18，且刈割草地在刈割后，均勻度呈現(xiàn)大幅度下降；放牧草地的群落均勻度變化趨勢較為復(fù)雜，呈現(xiàn)先降低，再有小幅回升，再下降的趨勢，分析原因，可能與放牧干擾關(guān)系較大，5月16日草地植物群落返青正常生長，優(yōu)良牧草被啃食后，草地均勻度開始下降，再加之氣溫逐漸升高、降雨增多，氣候因素給草地輸入的能量大于啃食造成的輸出能量，草地均勻度又開始慢慢回升，到8月26日，氣溫下降，降雨減少，再加上家畜的啃食，牧草再生性減退，可食牧草大量減少，群落均勻度再次降低，到9月28日，氣候變涼，牧草停止生長，生長周期結(jié)束，群落均勻度達(dá)到年內(nèi)最低。

2.8 物種多樣性變化

群落物種多樣性是Shannon-Wiener和Simpson多樣性指數(shù)。由圖7和圖8可知，放牧草地和圍封草地的變化趨勢截然相反，而刈割草地多樣性指數(shù)在5月16日時低于放牧和圍封草地，而在6月19日時快速升高，與圍封草地處于同一水平，之后的發(fā)展趨勢與圍封草地相同。

圖7 不同利用方式草地物種多樣性(Simpson)的變化

圖8 不同利用方式草地物種多樣性（Shannon-Wiener）的變化

3 討論與結(jié)論

三種利用方式對草地群落多樣性影響均有不同。根據(jù)測定和數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)將刈割、放牧、圍封三種利用方式對草地的影響總結(jié)如下：

（1）春季植物返青時群落高度相似，隨著利用方式的改變，對群落高度的影響顯而易見。三者的最高峰值均出現(xiàn)在7月19日，但高度懸殊較大，刈割＞圍封＞放牧；從草地群落蓋度來看，7月19日，三者群落蓋度均達(dá)到100%，隨之，圍封的群落蓋度一直保持在100%，而放牧和刈割的群落蓋度都有大幅下降；從草地群落密度來看，圍封方式的密度一直處于上升趨勢，至8月26日達(dá)到穩(wěn)定，刈割和放牧方式一直處于下滑狀態(tài)，但刈割的群落蓋度高于放牧的群落蓋度；從草地群落地上生物量來看，8月26日之前，刈割處理的地上生物量遠(yuǎn)高于其他兩者，圍封方式處于緩慢上升趨勢，放牧方式的地上生物量變化不規(guī)律，7月19日有個小幅回升，可能原因是草群中不食牧草數(shù)量增多，造成地上生物量增大。

（2）從物種豐富度和均勻度來看，圍封方式一直處于最高水平，刈割方式其次，放牧方式最低；從多樣性來看，圍封和刈割方式的發(fā)展趨勢相似，而與放牧的發(fā)展趨勢截然相反。