四種草本植物混播處理在西藏措那湖沙害區(qū)植被恢復(fù)中的表現(xiàn)

任 康,郭 坤,鄭景明,*,周金星

1 北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,北京 100083 2 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,北京 100083

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,對(duì)生態(tài)環(huán)境安全起著極其重要的作用,如防風(fēng)固沙、保持水土等[1]。然而由于氣候變化、過度放牧及工程建設(shè)等,青藏高原地區(qū)的高寒草甸出現(xiàn)了沙化、退化的問題,需要進(jìn)行恢復(fù)與重建。植被恢復(fù)的過程受氣候、土壤理化性質(zhì)、物種多樣性現(xiàn)狀及恢復(fù)區(qū)域的地理特征等因素的綜合影響[2],青藏高原高寒風(fēng)沙化土地植被恢復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是篩選能夠適應(yīng)特殊生境條件的植物種及采用正確的建植方式[3]。豆科植物具有較高的生物量和較強(qiáng)的固氮能力,可以有效替代無機(jī)氮肥,為草地生態(tài)系統(tǒng)輸送氮素,因此被廣泛用于植被恢復(fù)的草場建植中[4- 5]?，F(xiàn)有研究表明：紅豆草(Onobrychisviciifolia)、紫花苜蓿(三得利)(Medicagosativa)、披堿草(Elymusdahuricus)、高羊茅(Festucaelata)都是適宜在高寒地區(qū)引種的優(yōu)質(zhì)草種[6- 8]。草種播種方式包括單播種植和混播種植兩種,混播種植是運(yùn)用兩種或兩種以上草種進(jìn)行播種的種植方式,相比于單播種植,混播種植運(yùn)用不同草種間各自的優(yōu)勢,不僅能提高種植的成功率,還能通過合理的混播配置提高整體的抗性,并以此來增強(qiáng)人工草地的生態(tài)適應(yīng)性[8]。研究表明：植物混播比單播可獲得較高產(chǎn)量、較好植物質(zhì)量及較強(qiáng)的防除雜草能力,并且豆禾混播可以提高群體的產(chǎn)量和水分利用效率,例如苜蓿與禾草混播效果好于單播,混播越冬率超過90%[9- 12]。另外,草種組合方式、播種量也是影響植物混播效果的重要因素[3, 13-14]。

青藏鐵路所經(jīng)之地—措那湖,湖面海拔4650 m,該地區(qū)具有高寒旱的特點(diǎn),近年來由于氣候變化、放牧等人為因素的影響,湖周地區(qū)的沙漠化進(jìn)度加快[15]。目前措那湖段鐵路沿線設(shè)有包括高立式柵欄沙障、PE網(wǎng)沙障、石方格沙障、PE網(wǎng)格沙障等阻固隔工程措施[7,15],然而工程措施在維護(hù)和防沙期限等方面有一定缺陷,使得植被恢復(fù)和工程措施相結(jié)合更加必要。植被恢復(fù)不僅具有多種生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益,還可以有效改良土壤理化特性,使植被恢復(fù)良性循環(huán),植物也成為流沙地上重建人工生態(tài)系統(tǒng)最主要的角色[16]。本文以適宜高寒地區(qū)種植的4種草本植物為研究對(duì)象,通過對(duì)這4種草本植物不同播種處理后生長特性的觀察與分析,試圖找到適合在措那湖沙區(qū)植被恢復(fù)中可運(yùn)用的適宜草種及最佳的種植方式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

研究地鐵路所經(jīng)過的措那湖地段海拔4600 m以上,處在高原亞寒帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū),年平均氣溫-1.3℃,最冷月平均氣溫-12.9℃,最熱月平均氣溫8.0℃,極端最高氣溫24.2℃,極端最低氣溫-41.2℃,相對(duì)濕度50%,年平均降水量411 mm,年最大降水量583.9 mm,年平均蒸發(fā)量1690.7 mm,年最大蒸發(fā)量2116. 8 mm,年平均降雪日數(shù)317 d,最大積雪深度21.0 cm,最大季節(jié)凍土深度281 cm,年日照時(shí)數(shù)2847 h。措那湖地段年平均風(fēng)速4.12 m/s,月平均風(fēng)速≥4.5 m/s的月份集中在2—4月,大風(fēng)(≥8級(jí))多集中在10月至次年4月間,年平均大風(fēng)(≥8級(jí))日數(shù)157 d,冬季和春季大風(fēng)日數(shù)較多,月大風(fēng)日數(shù)最多可達(dá)21 d,并且日最大風(fēng)速較大,瞬時(shí)風(fēng)速最大可達(dá)38 m/s,這為流沙輸送提供了有利的風(fēng)力條件。

措那湖地區(qū)原生植被類型主要為高寒草原和高寒草甸,以草本植物和墊狀植物為主。草甸以小嵩草(Kobresiapygmaea)為主,伴生種有矮嵩草(K.humilis)、粗壯嵩草(K.robusta)、羊茅(Festucaovina)、冰川棘豆(Oxytropisglacialis)、叢生黃耆(Astragalusconfertus)、紫花點(diǎn)地梅(Androsaceselago)、紫花針茅(Stipapurpurea)等。由于氣候變化和過度放牧等人為原因,高寒草原退化十分明顯,沙化嚴(yán)重。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

豆科植物：紅豆草(O.viciifolia)、紫花苜蓿(三得利)(M.sativa)

禾本科植物：披堿草(E.dahuricus)、高羊茅(F.elata)

實(shí)驗(yàn)所用草種購買自臨夏永安草業(yè)公司,4種植物均有質(zhì)量檢測報(bào)告,且符合實(shí)驗(yàn)要求。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地處理和播種于2017年6月下旬進(jìn)行。播種前先在室內(nèi)對(duì)草種進(jìn)行千粒重檢測,并根據(jù)播種樣方大小準(zhǔn)確稱取相應(yīng)質(zhì)量的種子裝入自封袋,以保證每個(gè)播種樣方內(nèi)種子數(shù)量基本一致,因環(huán)境條件限制,本實(shí)驗(yàn)中采用超量播種的方式,種子總量約為1000粒/m2；混播處理中各草種用量根據(jù)其單播播種量及混播比例進(jìn)行計(jì)算。最后將四類草種按比例進(jìn)行單播與混播,共形成紅豆草、披堿草、紫花苜蓿、高羊茅、紅豆草+披堿草、紅豆草+高羊茅、紫花苜蓿+披堿草、紫花苜蓿+高羊茅、披堿草+高羊茅、紅豆草+披堿草+高羊茅、紫花苜蓿+披堿草+高羊茅25種播種方式(表1),并將提前稱取好的草種在沙害區(qū)已有的防沙石方格內(nèi)進(jìn)行播種。每個(gè)石方格面積為1.5 m×1.5 m,每個(gè)處理5個(gè)方格,總面積為11.25 m2,播種前對(duì)試驗(yàn)地內(nèi)的沙土進(jìn)行翻耕并施肥,播種后將地面踩實(shí)以增加土壤保肥保墑能力。

表1 草種搭配及播種比例

1.4 調(diào)查及取樣方法

分別于播種當(dāng)年和次年生長季結(jié)束后,2017年8月25日、2018年8月24日,在每個(gè)處理的試驗(yàn)區(qū)內(nèi)隨機(jī)抽取3個(gè)0.2 m×0.2 m的小樣方,對(duì)每種植物株高、多度和蓋度進(jìn)行測定。其中高度是用鋼尺將小樣方內(nèi)半數(shù)以上的植株進(jìn)行絕對(duì)高度的測量,取每種草的高度平均值作為該處理下的株高；計(jì)算每個(gè)樣方內(nèi)每種草的所有株數(shù)并取平均值作為該處理下的多度；蓋度測定采用網(wǎng)格目測估算法：由三人對(duì)每個(gè)樣方中所放置網(wǎng)格內(nèi)的蓋度進(jìn)行估計(jì),取3個(gè)估值的平均值作為每個(gè)小樣方的蓋度,3個(gè)樣方蓋度的平均值作為該處理下的蓋度。植物樣品的采集包括地上和地下兩部分,將整個(gè)小樣方內(nèi)植株連同根系一塊用鐵鍬完整鏟出,逐步去除泥土后小心取出整個(gè)植株并裝入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室,室內(nèi)將各處理下的不同植株通過地上部分葉片形態(tài)特征按種類區(qū)分,并將區(qū)分后的植株根系剪下洗凈后放入根盤,由于根系較濕,會(huì)聚集成綹導(dǎo)致軟件無法準(zhǔn)確分辨,因此掃描前需在根盤內(nèi)加入適量水,用玻璃棒將根系充分分散開,然后采用Epson Perfection V750掃描儀進(jìn)行掃描,掃描完成后生成的根系圖用WinRHIZO根系分析軟件進(jìn)行分析；并將掃描結(jié)束后每個(gè)處理內(nèi)的植物根系和地上部分分開裝入信封,烘干測其地上地下部分生物量。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析方法

對(duì)4種植物株高、根長、生物量和根冠比等生長特性進(jìn)行方差分析,之后進(jìn)行Duncan多重檢驗(yàn),并用R(3.4.2)、Excel軟件完成統(tǒng)計(jì)分析及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理中植物株高與根長

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,播種當(dāng)年紅豆草株高在紅豆草+披堿草+高羊茅(3∶3.5∶3.5)的處理中達(dá)到了最高的6.00 cm,且比單播時(shí)高將近4 cm,另外,紅豆草+披堿草+高羊茅(7∶1.5∶1.5)、紅豆草+披堿草+高羊茅(3∶3.5∶3.5)的處理中株高都顯著高于單播處理(P<0.05)；紅豆草根長則在單播中表現(xiàn)為最長,且明顯長于混播處理紅豆草+披堿草+高羊茅(7∶1.5∶1.5)、紅豆草+披堿草+高羊茅(5∶2.5∶2.5)中的根長(P<0.05),而其余各混播處理中根長較單播減小但無明顯差異(P>0.05),總體而言,混播處理中紅豆草根長趨于減小(圖1)。播種第二年,紅豆草越冬失敗,未發(fā)現(xiàn)紅豆草的生長跡象。

圖1 播種當(dāng)年4種植物在不同處理中的株高、根長Fig.1 Plant height and root length of four species for different treatments in the first yearHD：紅豆草O. viciifolia；PJ：披肩草E. dahuricus；MX：紫花苜蓿M. sativa；GYM：高羊茅F. elata；HP：紅豆草+披肩草O. viciifolia + E. dahuricus；HG：紅豆草+高羊茅O. viciifolia + F. elata；HPG：紅豆草+披肩草+高羊茅O. viciifolia + E. dahuricus + F. elata；MP：紫花苜蓿+披肩草M. sativa + E. dahuricus；PG：披肩草+高羊茅E. dahuricus + F. elata；MPG：紫花苜蓿+披肩草+高羊茅M. sativa + E. dahuricus + F. elata；MG：紫花苜蓿+高羊茅：M. sativa + F. elata

由圖可看出,播種當(dāng)年混播處理苜蓿+披堿草+高羊茅(5∶2.5∶2.5)、苜蓿+披堿草+高羊茅(3∶3.5∶3.5)中披堿草株高達(dá)到了8 cm以上,與其他多組混播處理中披堿草株高之間有顯著性差異(P<0.05),而與披堿草單播無顯著差異(P>0.05)；披堿草根長也同樣表現(xiàn)為單播時(shí)最長,多數(shù)混播中根長減小但均值都在16—20 cm之間,各處理間根長差異不顯著(P>0.05)。第二年各處理中披堿草株高均值在16—20 cm之間,較第一年極顯著增加(P<0.05),但各處理間披堿草株高無明顯差異,根長與第一年相比差異不顯著(P>0.05)。

紫花苜蓿在苜蓿+高羊茅(5∶5)、苜蓿+披堿草+高羊茅(5∶2.5∶2.5)的處理中株高較高均在2.8 cm左右,且顯著高于單播處理；各處理中根長均值都在7—8 cm,根長間無顯著差異(P>0.05)。第二年未發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿的生長跡象,越冬失敗。

播種當(dāng)年各處理中高羊茅株高均值都在4—6 cm之間,僅高羊茅+披堿草(3∶7)、苜蓿+披堿草+高羊茅(5∶2.5∶2.5)的處理中高羊茅株高顯著低于高羊茅+苜蓿(3∶7)的處理,其余各處理間株高無明顯差異(P>0.05)；高羊茅則在混播時(shí)具有最長的根長17.4 cm,混播處理使根長略有增加,但變化不大,根長均值都處于15 cm左右,各處理間均無顯著性差異(P>0.05),說明不同處理方式對(duì)于高羊茅的生長情況影響并不顯著(圖1)。第二年,高羊茅株高較第一年增加了一倍,根長也較第一年有增加。

2.2 不同處理中的生物量及其分配

生物量反映了光合產(chǎn)物的大小,準(zhǔn)確測定草地單位面積生物量大小,能表征草地群落的生產(chǎn)力和恢復(fù)效果[17- 18]。雖然本次引種的兩種豆科植物第二年均未成功越冬,但植株死亡后的殘?bào)w會(huì)分解進(jìn)入土壤,今后應(yīng)進(jìn)一步引種更適合的豆科植物,尤其是本地已有分布的物種,并采用合理措施保證其越冬,以期改善沙化土壤的養(yǎng)分條件。

2.2.1總生物量

由表2看出,播種當(dāng)年單播處理中,披堿草、高羊茅的總生物量較大,分別為(756.33±96.29) g/m2和(371.23±52.66) g/m2,第二年披堿草單播總生物量繼續(xù)增加達(dá)到了(832.13±124.71) g/m2,而高羊茅總生物量較第一年有所下降。播種當(dāng)年紅豆草和紫花苜蓿總生物量較小,為(41.75±4.27) g/m2和(199.33±19.65) g/m2,顯著低于單播處理中兩種禾本科植物(P<0.05)；且單播處理中紅豆草和紫花苜蓿之間無顯著差異(P>0.05)。播種當(dāng)年混播處理中,披堿草+高羊茅(5∶5)的總生物量最大,為(720.25±35.63) g/m2,總生物量比高羊茅單播的生物量高出了94%,但與披堿草單播相比生物量要低,且與其他混播組合之間差異性顯著(P<0.05)。總生物量第二高的為紅豆草+披堿草+高羊茅(3∶3.5∶3.5)、紫花苜蓿+披堿草(3∶7),分別為(689.08±35.43) g/m2和(566.20±61.45) g/m2,且兩者差異不顯著(P>0.05)?？偵锪孔钚〉氖亲匣ㄜ俎?披堿草(5∶5)、紅豆草+披堿草(5∶5)的處理,分別為(224.11±124.75) g/m2和(183.83±2.11) g/m2,第二年混播處理總生物量在披堿草+高羊茅(7∶3)中達(dá)到最大的723.83 g/m2。此外,從播種當(dāng)年2種禾本科和2種豆科植物的單、混播總生物量比較看,紫花苜蓿+披堿草(5∶5)的處理中總生物量雖低于披堿草單播但要高于紫花苜蓿單播的生物量；紅豆草+披堿草(5∶5)的混播處理也是如此。

2.2.2地上、地下生物量

由表2可知播種當(dāng)年各草種地上、地下生物量在單播和混播中差異較大,單播處理中地上生物量由大到小依次為披堿草>高羊茅>紫花苜蓿>紅豆草,紅豆草和紫花苜蓿的地上生物量分別為(19.50±2.46)、(65.13±11.45) g/m2,明顯小于禾本科兩種植物(P<0.05)；而地下生物量與地上生物量的分配規(guī)律則不完全相同,其中紫花苜蓿的地下生物量要高于高羊茅,第二年豆科植物越冬失敗,披堿草和高羊茅生長良好且披堿草地上生物量增加明顯?；觳ヌ幚碇卸急憩F(xiàn)為地上生物量大于地下生物量,其中播種當(dāng)年苜蓿+披堿草(3∶7),披堿草+高羊茅(5∶5),紅豆草+披堿草+高羊茅(3∶3.5∶3.5)這3種方式的地上生物量較大,而地下生物量則在紅豆草+高羊茅(3∶7),披堿草+高羊茅(5∶5)的處理中表現(xiàn)較好,地下生物量均值都在250 g/m2左右。

2.2.3根冠比

植物的生長和生物量積累是地下地上共同作用完成的[19],根冠比(地下生物量/地上生物量)反映了植物地上和地下生長之間的關(guān)系以及分配給地下部分的光合產(chǎn)物比例。由表2結(jié)果可以看出：播種當(dāng)年單播處理中的兩種豆科植物根冠比大于1,分別為(1.15±0.06)、(2.09±0.31),而兩種禾本科植物的根冠比小于1,分別為(0.56±0.03)、(0.39±0.03)；所有混播處理中總體根冠比都小于1,生長第二年豆科植物死亡,各處理的根冠比都在0.5左右且較第一年有減小的趨勢。結(jié)果也表明豆科植物擁有更大的地下生物量。

表2 4種植物單播、混播生物量分配

2.3 不同處理中樣方總蓋度

圖2 不同處理中植物總蓋度Fig.2 Plant coverage for different treatments

如圖2所示,播種當(dāng)年各處理的草地樣方總蓋度中,紅豆草+高羊茅(5∶5)、紅豆草+披堿草+高羊茅(3∶3.5∶3.5)以及披堿草+高羊茅3個(gè)不同比例的處理中蓋度都超過了70%,尤其是披堿草+高羊茅7∶3和5∶5的處理草地中蓋度都在80%以上,而豆科植物單播的蓋度則比較低,僅在20%以下。第二年各處理的蓋度均有所下降,僅披堿草+高羊茅3個(gè)比例的處理草地蓋度在60%以上,披堿草單播蓋度也較高為53%。整體而言,單播處理中,禾本科的兩種植物蓋度要高于豆科兩種植物,混播處理較單播有更高的總蓋度。

2.4 不同混播比例對(duì)植物生長狀況的影響

2.4.1地上、地下生物量

圖3 相同草種不同播種比例的生物量分配Fig.3 Biomass allocation for different seeding ratio of the same species不同大寫字母表示同一年份不同處理間差異顯著,不同小寫字母表示同一處理不同年份之間差異顯著(P<0.05)

本實(shí)驗(yàn)的7種混播組合各包括3個(gè)播種量比例,各混播方式的地上、地下生物量受播種量影響比較明顯,不同混播方式對(duì)播種量的響應(yīng)有所不同(圖3)。其中,紅豆草和披堿草的混播處理中,與播種當(dāng)年相比,第二年草地的地上地下生物量在紅豆草比例為50%和30%時(shí)均有增加,播種當(dāng)年紅豆草比例為50%時(shí)樣方內(nèi)地上地下及總生物量均顯著低于其他兩種比例的混播處理(P<0.05),第二年紅豆草死亡,生物量隨著披堿草比例的增加而增加；苜蓿和披堿草的混播處理中,播種第二年苜蓿70%+披堿草30%的處理中草地生物量有減小,且播種當(dāng)年同樣表現(xiàn)為在苜蓿播種比例為50%時(shí),總生物量及地下生物量顯著低于其余兩種比例的混播處理(P<0.05),地上生物量則表現(xiàn)為：苜蓿比例為70%和50%時(shí)顯著低于比例為30%的混播處理(P<0.05),且生長第二年地上生物量也隨著苜蓿比例最少而增加；紅豆草與高羊茅的混播處理中,和第一年相比地上地下生物量都有減小的趨勢,且地下生物量下降更明顯；苜蓿和高羊茅的混播處理中,地上地下生物量也同樣表現(xiàn)出下降的趨勢并且下降程度較大；披堿草與高羊茅的混播處理中,播種當(dāng)年表現(xiàn)為播種比例5∶5時(shí)地上地下生物量均要高于另外兩種比例的混播處理(P<0.05),且總生物量達(dá)到了720.25 g/m2,第二年生物量則在披堿草+高羊茅(7∶3)的處理中達(dá)到最大,且地上地下生物量均較第一年顯著增高(P<0.05)；紅豆草、披堿草和高羊茅3種植物的混播處理中,生物量變化幅度較小,但兩年中都表現(xiàn)有相同的趨勢即：隨著紅豆草比例的減小生物量在不斷增加；苜蓿、披堿草和高羊茅的混播處理中,在播種當(dāng)年豆禾比5∶5時(shí)生物量低于另外兩個(gè)比例,第二年在苜蓿比例最小的處理中地上生物量增加明顯,地下生物量在3個(gè)處理中變化較小。

總體上看,當(dāng)豆科植物的播種比例較小時(shí),其所在的處理生物量總體要高于其他比例混播處理中的生物量,而披堿草+高羊茅的混播處理播種當(dāng)年為生物量在5∶5時(shí)達(dá)到最大,次年在7∶3時(shí)最大,且生物量高于所有其他混播處理,因而禾本科對(duì)混播草地的相對(duì)總產(chǎn)草量具有更重要的貢獻(xiàn)。

2.4.2蓋度

播種當(dāng)年紅豆草和披堿草的混播處理中(圖4),混播比例為5∶5時(shí),蓋度達(dá)到最大為55%,顯著高于另外兩種比例的混播處理(P<0.05)；第二年蓋度有減小但和第一年表現(xiàn)出相同的趨勢。苜蓿和披堿草的混播處理中(圖4),播種當(dāng)年苜蓿和披堿草比例為5∶5時(shí)蓋度僅為17%,顯著低于另外兩種比例混播處理的草地蓋度(P<0.05)；第二年3種比例的草地蓋度基本相同無較大差異。紅豆草與高羊茅的混播處理中(圖4),隨紅豆草比例的變化各處理間蓋度也顯著不同(P<0.05),且當(dāng)紅豆草比例為50%時(shí)蓋度達(dá)到最大接近73%,而紅豆草比例最高時(shí)蓋度則最小,第二年蓋度比第一年略有增加且隨紅豆草比例的減少蓋度逐漸增加。播種當(dāng)年苜蓿與高羊茅的混播處理中(圖4),隨著高羊茅比例的增加蓋度也在逐漸增加,且當(dāng)高羊茅比例最大時(shí)蓋度顯著高于另外兩種比例的混播(P<0.05),第二年3種比例的蓋度間差異性消失且蓋度都在30%左右；兩年間披堿草與高羊茅的混播處理(圖4)均表現(xiàn)出較大的蓋度,播種當(dāng)年隨著披堿草比例的下降蓋度有一定的降低,但蓋度最低也達(dá)到了75%,次年3種比例的蓋度都較第一年下降但也都在60%以上。紅豆草、披堿草和高羊茅的混播處理中(圖4),兩年都表現(xiàn)為當(dāng)紅豆草比例最小時(shí)蓋度達(dá)到最大且第一年蓋度達(dá)到了76%,明顯高于另外兩種比例混播的蓋度(P<0.05)。苜蓿、披堿草和高羊茅的混播處理(圖4)結(jié)果則與紅豆草略有不同,播種當(dāng)年豆禾比為5∶5時(shí)蓋度最大,苜蓿比例最高時(shí)蓋度最小且明顯小于另外兩種混播的蓋度(P<0.05),第二年蓋度則隨著苜蓿比例的減小而增加。

圖4 相同草種不同播種比例的植物蓋度Fig.4 Plant coverage of the same species with different seed amount ratio during sowing不同大寫字母表示同一年份不同處理間差異顯著,不同小寫字母表示同一處理不同年份之間差異顯著(P<0.05)

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

混播方式對(duì)植物的地上高度和地下根系長度都有影響,但豆科和禾本科植物的響應(yīng)方式不同。植株高度決定了植物能否獲得足夠的光照,并直接影響光合作用和產(chǎn)量[20],根長則是根系形態(tài)的重要指標(biāo),其影響到根系養(yǎng)分和水分的吸收,是根系生長發(fā)育的重要特征[21- 22]。一方面,禾本科和豆科植物混播時(shí),混播中的豆科植物高度高于單播豆科植物高度,而混播處理對(duì)禾本科植物的高度以及植物根長影響較小,混播促使紅豆草、紫花苜蓿植株長高,這與陳積山等人的研究結(jié)果一致[23]。產(chǎn)生此現(xiàn)象可能是因?yàn)楹瘫究频呐麎A草和高羊茅都具有發(fā)達(dá)的地下根莖且根莖上具有潛伏芽,有很強(qiáng)的無性更新能力,并能很好地適應(yīng)當(dāng)?shù)馗吆L季水分充足的氣候條件[24- 27]。另一方面,豆科的紅豆草和紫花苜蓿在混播處理中株高都呈增高趨勢,原因可能是紅豆草和紫花苜蓿都僅具直根系,在混播中兩種植物主要通過增加植株高度來獲取光資源,以此來彌補(bǔ)根系對(duì)資源競爭力弱的劣勢[28]；而禾本科的植物高度則受單混播影響不大,這與寶音陶格濤在研究無芒雀麥(BromusinermisLeyss.)與苜?；觳ピ囼?yàn)中得出的結(jié)論相似[29]。

混播比例等因素也對(duì)混播草地產(chǎn)量、質(zhì)量和群落穩(wěn)定性有一定影響[30]。本實(shí)驗(yàn)中,隨著植物播種比例的變化,相同物種不同混播比例的實(shí)驗(yàn)單元其單位面積生物量、蓋度等也有不同程度的差異,說明混播組合中植物的播種比例對(duì)草地的生長特性影響較大。從本試驗(yàn)看,當(dāng)豆科植物的播種比例較小時(shí),其所在的處理生物量總體要高于其他比例的混播處理中草地樣方內(nèi)生物量(圖3),因而禾本科對(duì)混播草地的相對(duì)總產(chǎn)草量具有更重要的貢獻(xiàn)。這與王平等[31]對(duì)禾豆混播的研究、舒思敏等[32]關(guān)于扁穗牛鞭草(Hemarthriacompressa)與紫花苜蓿不同混播比例的研究、馬海天才和周壽榮[33]對(duì)豆科禾本科植物混播比例的研究以及包桂榮[14]關(guān)于不同混播比例對(duì)豆科與禾本科植物生長發(fā)育的影響研究結(jié)果相似：都是禾本科植物對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)大于豆科,當(dāng)豆科在混播中比例較小時(shí),草地生長狀況更好。這可能是因?yàn)樵囼?yàn)地在生長期降水充足造成的,因?yàn)槎箍浦参锵鄬?duì)而言更喜好相對(duì)干燥的環(huán)境,而本試驗(yàn)生長季在該地區(qū)是降水較多的雨季,這對(duì)豆科植物的生長可能有較大影響。

植物生長過程中,地下根系除了具有固定支持植物軀體,調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育,儲(chǔ)存營養(yǎng)物質(zhì),供給地上部分水分需求等基本功能外,對(duì)于地上生物量的形成和植物生長發(fā)育也起著重要的作用,其生長發(fā)育狀況直接影響著地上生物量[34- 37]。草地地下生物量與地上生物量的比值(根冠比)反映了分配給地下部的光合產(chǎn)物比例,是群落或生態(tài)系統(tǒng)的重要參數(shù)之一[38]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：播種當(dāng)年除單播處理中的紅豆草和紫花苜蓿兩種豆科植物根冠比大于1以外,其余處理中植物的根冠比都小于1(表2),說明豆科的紅豆草和紫花苜蓿在生長過程中將更多的能量分配給地下部分,其他處理中地上部分分配的干物質(zhì)量則更多一些。這可能是因?yàn)槎箍浦参锵鄬?duì)生長緩慢,更多的物質(zhì)存儲(chǔ)于根部,而禾本科在進(jìn)入生長期后地上部分快速生長,更多的光合產(chǎn)物向地上部分轉(zhuǎn)移；第二年豆科植物越冬失敗,而披堿草與高羊茅各處理根冠比都較第一年有減小,說明禾本科在第二年地上部分分配的生物量更多,可能是因?yàn)榕麎A草和高羊茅在第二年已經(jīng)抽穗結(jié)實(shí)進(jìn)入了繁殖期,植物體本身將更多的能量用于枝干和果實(shí)的生長。

3.2 結(jié)論

措那湖沙區(qū)進(jìn)行的草地重建試驗(yàn)表明：(1)豆禾植物混播有利于提高豆科植物高度及草地生物量；(2)豆科植物在高寒地區(qū)引種和建植的方式需進(jìn)一步研究以提高豆科越冬率,本實(shí)驗(yàn)中采用的三得利紫花苜蓿和紅豆草未能正常越冬；(3)植被恢復(fù)中混播方式會(huì)影響地上、地下生物量的分配；(4)本實(shí)驗(yàn)選取的4種牧草中披堿草和高羊茅更適宜措那湖沙害區(qū)的氣候條件。