短花針茅草原群落特征對全年放牧和春季休牧的響應(yīng)

王 敏，衛(wèi)智軍，孫世賢，劉文亭

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019)

短花針茅草原群落特征對全年放牧和春季休牧的響應(yīng)

王 敏，衛(wèi)智軍，孫世賢，劉文亭

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019)

本文以內(nèi)蒙古高原短花針茅草原為研究對象，研究全年放牧和春季休牧下草地植被在蓋度、重要值，植物功能群生物量、多樣性等的響應(yīng)。結(jié)果表明，春季休牧下草地主要植物種蓋度較高，其中春季零放牧+夏季適度放牧+秋季適度放牧效果最好。春季休牧+夏季適牧+秋季適牧處理下短花針茅的重要值較低，但是無芒隱子草重要值高于春季休牧+夏季重牧+秋季重牧處理，堿韭重要值低于春季休牧+夏季重牧+秋季重牧處理，銀灰旋花則相反。春季休牧處理下植被群落的地上生物量和Shannon多樣性指數(shù)顯著高于其他放牧處理(P<0.05)，其中春季休牧+夏季適牧+秋季適牧處理最為明顯。

短花針茅草原；春季休牧；群落

1 引言

廣泛分布在內(nèi)蒙古高原中西部的荒漠草原(desert steppe)，屬亞洲中部草原區(qū)向荒漠區(qū)過度的且有顯著生態(tài)獨特性的草原生態(tài)系統(tǒng)。它是中國北疆的綠色生態(tài)屏障，又是極其重要的養(yǎng)羊業(yè)基地〔1〕。近年來為了發(fā)展地區(qū)經(jīng)濟，草原上的家畜數(shù)量不斷增加,牲畜對草地的踩踏和采食程度越來越大，退化速度大大超越了其再生速度，使得草地植被的生長受到了嚴(yán)重威脅，草地植被的地上現(xiàn)存量大幅減少〔2〕，多樣性降低。

草原休牧制度是國家進行草原管理的重要政策，通過休牧，草地植被得到自然更新與恢復(fù)，草地生態(tài)系統(tǒng)得到恢復(fù)，從而恢復(fù)草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能〔3〕。春季是牧草貯藏營養(yǎng)物質(zhì)和生長的關(guān)鍵時期，對放牧的時間、強度十分敏感。許多研究表明春季休牧可以有效保護草地生態(tài)環(huán)境，平衡畜牧業(yè)發(fā)展和草地生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系〔4-6〕,有利于草地植被的可持續(xù)利用。另外有研究指出，在春季休牧條件下，放牧強度對草地群落特征也會產(chǎn)生影響〔7〕。

本試驗研究了全年放牧和春季休牧對短花針茅草原植物群落和功能群的影響及作用，研究何種放牧方式適合草地永續(xù)利用與可持續(xù)發(fā)展，為當(dāng)?shù)夭莸氐暮侠砝锰峁┛茖W(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

試驗地位于錫林郭勒盟蘇尼特右旗朱日和鎮(zhèn)以西，內(nèi)蒙古高原荒漠草原亞帶南側(cè)呈條狀分布的短花針茅草原的東南部，北緯42°16′26″，東經(jīng)112°47′16″，海拔1100～1150m。地勢呈南高北低的階梯狀，土壤為較貧瘠的淡栗鈣土，腐殖質(zhì)層厚5～10cm，有明顯的鈣積層，分布在10～35cm。試驗區(qū)的植被在植物區(qū)系組成中以亞洲中部荒漠草原種占主導(dǎo)地位。以短花針茅(Stipabreviflora)為建群種，它在決定群落外貌和建造群落環(huán)境方面起著主導(dǎo)作用。優(yōu)勢種為堿韭(Alliumpolyrhizum)和無芒隱子草(Cleistogenessongorica)。主要伴生種還有銀灰旋花(Convolvulusammannii)、細葉韭(Alliumtenuissimum)、木地膚(Kochiaprostrata)、 糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)、阿爾泰狗哇花(Heteropappusaltaicus)、寸草苔(Carexduriuscula)、狹葉錦雞兒(Caraganastenophylla)等。

2.2試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個處理，每一試驗處理分春、夏、秋3個放牧季試驗設(shè)5個處理，每個處理設(shè)3次重復(fù)，共15個試驗小區(qū)(表1)。五個放牧處理分別為全年重度放牧(S1)、春季禁牧+夏季重牧+秋季重牧(S2)、全年適牧(S3)、春季禁牧+夏季適牧+秋季適牧(S5)及對照處理(CK)。重度放牧和適度放牧區(qū)分別放牧蘇尼特羊6只和9只，載畜率為0.87 hm-2/羊·a和0.58hm-2/羊·a。

表1 試驗設(shè)計

2.3試驗研究方法

本文選取2012年6月、8月、10月在各個處理小區(qū)內(nèi)進行樣方測定，樣方大小為1m×1m，重復(fù)3次，測定樣方內(nèi)植被的密度、蓋度和高度，蓋度測定采用目估法,高度測定采用自然高度。采用收獲法齊地面刈割，自然風(fēng)干后測定干重，計算植物地上生物量。

2.3.1 植物功能群的劃分

以生活型為依據(jù)把功能群劃分為4類〔8〕。

1)灌木、半灌木、小半灌木(SH)；

2)多年生禾草(PB)；

3)多年生雜類草(FB)；

4)一、二年生草本植物(AB)。

2.3.2 重要值

物種的重要值即研究某個種在群落中的地位和作用的綜合數(shù)量指標(biāo)。具體計算方法如下：

重要值=(相對高度+相對密度+相對蓋度)/3

相對高度=某一植物種的高度/各植物種高度之和×100

相對密度=某一植物種的個體數(shù)/全部植物種的個體數(shù)×100

相對蓋度=某一植物種的蓋度/各植物種的分蓋度之和×100

2.3.3 α多樣性分析

α多樣性主要關(guān)注局域均勻生境下的物種數(shù)目，因此也被稱為生境內(nèi)的多樣性(within-habitatdiversity)〔9-10〕。綜合各類草地研究成果〔10-14〕，本實驗選取Margarlef豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)，公式如下：

Margarlef豐富度指數(shù)：Ma=(S-1)/Ln(N)

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：H`=-ΣPiLn(Pi)

Simpson優(yōu)勢度指數(shù)：1-ΣPiLn(Pi)

Pielou均勻度指數(shù)：Jp=-ΣPiLn(Pi)/Ln(S)

式中，S為種i所在樣方的物種總數(shù) N為所有物種個體數(shù)目Pi為IV/ΣIV(IV：重要值)

2.3.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和制作圖表。統(tǒng)計分析采用SAS 9.0軟件，對植物和功能群蓋度、重要值、群落和功能群生物量和Shannon多樣性指數(shù)進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，用相關(guān)分析檢驗群落生物量的Pearson相關(guān)系數(shù)和相關(guān)顯著性，顯著性水平為p < 0.05，極顯著水平為p < 0.001。

3 結(jié)果與分析

3.1 春季休牧對主要植物蓋度的影響

表2顯示，6月份針茅蓋度在S1和S3處理區(qū)顯著低于CK，8月份針茅在各個處理區(qū)無顯著差異，10月份S1處理區(qū)針茅顯著高于其他各處理區(qū)。6月份堿韭S1顯著高于S2，S2低于其它處理區(qū)，S3、S4和CK處理區(qū)差異不顯著，8月份堿韭在各處理區(qū)無顯著差異，10月堿韭S1顯著高于S2，S2低于其它處理區(qū)，S3、S4和CK處理區(qū)差異不顯著。6月和8月無芒隱子草在各處理區(qū)無顯著差異，10月無芒隱子草在S1、S2和S3間無顯著差異，S4和CK無顯著差異，S1、S2和S3低于S4和CK。銀灰旋花在各個月各個處理均無顯著差異。

表2 主要植物種蓋度

同一列中同一月份不同字母表示相對應(yīng)的植物蓋度間差異顯著，P<0.05。

3.2春季休牧對功能群內(nèi)植物重要值的影響

8月份，多年生禾草功能群中，針茅在S1處理下的重要值高于其他處理和CK，S4處理的重要值低于各處理區(qū)和CK。灌木、半灌木功能群中狹葉錦雞兒在S1、S2和S3處理下的重要值高于CK和S4；木地膚在S3重要值高于CK，其他處理區(qū)都較CK有所降低。多年生雜類草功能群中堿韭在S1、S2和S3處理下的重要值較CK有所提高，S4低于CK；銀灰旋花在S1、S3和S4處理下的重要值高于CK，S2低于CK。一、二年生草本功能群植物重要值在各處理低于CK(表3)。

表3 功能群內(nèi)植物重要值及組成的影響

同一行不同字母表示同一功能群不同處理差異顯著，P<0.05。

3.3春季休牧對植物群落及功能群生物量的影響

表4顯示，6月S1和S3群落生物量高于其他處理區(qū)，S1和S3之間無顯著差異，S2、S4和CK之間沒有顯著差異。8月CK顯著高于其它處理區(qū)，S1和S3之間無顯著差異，S2和S4之間沒有顯著差異。10月S1和S3之間無顯著差異，S2、S4和CK之間沒有顯著差異，S1和S3低于其它處理區(qū)。

從功能群方面來看，多年生禾草生物量在10月份S3處理下顯著低于其他處理和CK，其他處理之間無顯著差異。灌木、半灌木生物量在各個月各處理之間無顯著差異。多年生雜類草在10月S1和S2之間無顯著差異但低于其它各處理，其他月份各處理間無顯著差異。多年生草本S4和CK顯著高于S1、S2和S3處理。

表4 植物群落及功能群的生物量(g·m-2)

同一列中同一月份不同字母表示相對應(yīng)的功能群放牧處理間差異顯著，P<0.05。

3.4春季休牧對植物群落及功能群Shannon-Wiener多樣性指數(shù)

表5顯示，6月份，灌木、半灌木和一、二年生草本的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)在各處理之間無顯著差異；多年生禾草的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)S2顯著低于其他處理，S4和CK顯著高于其他處理；多年生雜草的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)S1顯著低于其他處理，S4顯著高于其他處理；群落Shannon-Wiener多樣性指數(shù)S4和CK顯著高于其他處理，S2和S3顯著低于其他處理。8月，灌木、半灌木和多一、二年生草本的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)在各處理之間無顯著差異；多年生禾草的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)S3顯著低于其他處理，S4顯著高于其他處理；多年生雜草的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)S1顯著低于其他處理，S4顯著高于其他處理；群落Shannon-Wiener多樣性指數(shù)S1顯著低于其他處理，S4顯著高于其他處理。10月份，各功能群和群落的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)在各個處理間均無顯著差異。

表5 春季休牧功能群Shannon-Wiener多樣性指數(shù)

同一行不同字母表示同一功能群不同處理差異顯著，P<0.05。

3.5春季休牧下群落生物量的Pearson相關(guān)性分析

從表6可以看出，Margarlef豐富度指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)具有極顯著相關(guān)性，Margarlef豐富度指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)具有極顯著相關(guān)性。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)具有極顯著相關(guān)性，Shannon -Wiener 多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)具有極顯著相關(guān)性。Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)具有極顯著相關(guān)性。Pielou均勻度指數(shù)與生物量和Margarlef豐富度指數(shù)有負相關(guān)關(guān)系，但彼此之間都不顯著。

表6 群落生物量的Pearson相關(guān)性分析

*P <0.05;** P <0.01。

4 討論與結(jié)論

春季休牧能夠減小家畜在選擇性采食中對植物群落蓋度的干擾〔15〕，有效提高草地植被蓋度的穩(wěn)定性〔16〕。本研究中，春季休牧處理區(qū)的主要植物蓋度在植被生長的過程中與連續(xù)放牧區(qū)有著明顯差異，采取春季休牧處理區(qū)中的主要植被蓋度都有較高值，且在月份變化中保持穩(wěn)定。表明春季休牧能改善草地植被的生長情況，提高草地的生產(chǎn)與恢復(fù)能力。而全年重牧區(qū)植被蓋度較大，則是由于家畜為了滿足自身營養(yǎng)和能量需求，采取了連續(xù)的較為均勻的采食和踐踏行為，使得草地植物植株倒伏狀況嚴(yán)重、叢生禾草的株叢破碎化程度加大〔17〕。

春季休牧影響著家畜的選擇性采食行為，也使得植被的重要值發(fā)生變化。研究中春季休牧+夏季適牧+秋季適牧處理下短花針茅的重要值較低，但是無芒隱子草重要值高于春季休牧+夏季重牧+秋季重牧處理，堿韭重要值低于春季休牧+夏季重牧+秋季重牧處理，銀灰旋花則相反。當(dāng)可利用牧草充足時，家畜的選擇性采食表現(xiàn)得最強；如果草地可利用牧草不足時，家畜可能只有輕微的選擇性采食，使得植被的重要值隨之發(fā)生變化〔7〕。

春季休牧處理中植被群落的生物量在春季、夏季和秋季均與對照區(qū)沒有明顯差異，但是顯著高于全年放牧區(qū)，其中春季休牧+夏季適牧+秋季適牧處理的生物量又高于春季休牧+夏季重牧+秋季重牧處理。有研究表明，春季休牧促進了牧草返青初期的生長發(fā)育和分蘗芽的形成,有利于其盡快恢復(fù)貯藏性營養(yǎng)物質(zhì)的積累,并為牧草在生長季中后期的生長發(fā)育奠定了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)，使得春季休牧區(qū)與連續(xù)放牧區(qū)的產(chǎn)量差異隨著生長季的延續(xù)逐步加大〔5〕。從功能群角度來看，春季休牧處理下6月份多年生禾草、多年生雜類草和一、二年生草本生物量較其他處理高；8月份春季休牧處理區(qū)生物量與其他處理差異不明顯，但較上一月份變化不大，比較穩(wěn)定；10月份時春季休牧處理區(qū)的多年生禾草生物量高于其它處理。表明春季休牧較好的保證了草地的良好組成，使優(yōu)良牧草所占比重穩(wěn)定，有利于草地休養(yǎng)生息和良性演替〔15〕。

研究中，春季休牧區(qū)的植被群落及功能群多樣性指數(shù)在各個月份均高于其它處理區(qū)，說明春季休牧措施有利于草地群落種類組成的良性發(fā)展和優(yōu)良牧草物種競爭力的提高。其中春季休牧+夏季適牧+秋季適牧處理的生物量又高于春季休牧+夏季重牧+秋季重牧處理。說明適當(dāng)?shù)姆拍翉姸仁谷鮿菸锓N得以出現(xiàn)，提高了群落內(nèi)物種的多樣性，這與趙哈林所得結(jié)果〔18〕相一致。

綜上所述，春季休牧比全年放牧對草地植被蓋度、物種組成、生產(chǎn)力、多樣性的影響顯著；其中春季休牧+夏季適牧+秋季適牧的調(diào)控方式較為合理。

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TheCommunityCharacteristicsofStipaBrevifloraGrisb.DesertResponsetoAnnualGrazingandSpringBreakPastoralF

WANGMin,WEIZhi-jun,SUNShi-xian,LIUWen-ting

(CollegeofEcologyandEnvironmentalScience,AgriculturalUniversityofInnerMongolia,Huhhot,InnerMongoliaAutonomousRegion010019)

The article, takingStipabrevifloraGrisb.desert of Inner Mongolia as the research object, studies the effect of annual grazing and spring break-pastoral on grassland vegetation about coverage, the important value, the biomass of plant functional group, the diversity and so on. The result shows that the main plants in the grassland have higher coverage under the condition of spring break-pastoral. Break-pastoral in spring+moderate grazing in summer+moderate grazing in autumn has the best effects. Under the deal with break-pastoral in spring+moderate grazing in summer+moderate grazing in autumn, the important value ofStipabrevifloraGrisb. is lower. But the important value ofCleistogenessongoricaRoshev. and Convolvulus ammannii is higher than break-pastoral in spring+heavy grazing in summer+ heavy grazing in autumn, and the important value of AlliumpolyrhizumTurcz.is lower at the same time. Under the deal with spring break-pastoral, the aboveground biomass of plant community and Shannon diversity index is significantly higher than other grazing treatment(P<0.05), break-pastoral in spring+moderate grazing in summer+moderate grazing in autumn is the most obvious.

Stipa breviflora Grisb.desert; Spring break-pastoral; Community

S812.8

A

2095—5952(2014)03—0051—06

2014-03-24

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項經(jīng)費項目(201003019)

王 敏(1987-)，女，內(nèi)蒙古包頭人，碩士研究生，主要從事草地資源管理與生態(tài)方面研究。

衛(wèi)智軍，nmndwzj@163.com