禁牧對荒漠草原群落特征的影響

石麗艷

摘要：草地禁牧對草地植被的恢復有明顯的作用，草地的生態(tài)環(huán)境也會因此而得到改善。本文主要對荒漠草原群落主要植物種群重要值和物種多樣性對不同試驗處理的影響進行了比較研究。研究通過對圍欄內外的主要種群進行植株高度、蓋度、密度等的對比分析，結果表明：禁牧對荒漠草原群落增加植株高度，提高群落密度，增大群落蓋度等均有很好的效果；對β-多樣性的分析說明禁牧有利于環(huán)境的穩(wěn)定。

關鍵詞：荒漠草原；禁牧；群落特征

1前言

我國擁有4億hm2的草地，占世界草地面積的12.5%，為世界第二（僅次于澳大利亞），亞洲第一。我國草地面積占國土面積的41.7%，是我國農田面積的3倍多[1]，其中荒漠性草原占11.47%[2]。但到目前為止，我國天然草地中已有90%以上的草地出現了不同程度的沙化、退化、鹽堿化等情況，而且仍以每年200萬hm2的速度發(fā)展[3]。除自然因素外，造成草地加速退化的主要原因是超載過牧、亂采亂挖、亂開亂墾等人為因素。由于草地的退化，造成草地生態(tài)環(huán)境惡化，優(yōu)質牧草減少，劣質牧草、有毒有害牧草增加，草地的利用價值大幅度下降，禁牧就是在這樣的情況下產生的。國家農業(yè)綜合開發(fā)辦和農業(yè)部將禁牧定義為：在一定區(qū)域內一年以上不予放牧利用[4]。同時，在早春季節(jié)，牧草剛剛萌發(fā)返青，此時的草地是一個十分脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，如果幼苗在這個時期受到啃食的話，草地的光合營養(yǎng)面積迅速減少，嚴重影響到牧草以后的生長發(fā)育。春季禁牧可以免于牲畜在返青期對草場的踐踏，使牧草的早期生長受到保護，大大提高了牧草的生長潛力，恢復草地的生產力。趙剛等通過禁牧與自由放牧的對比得出：春季禁牧對草地植被的群落特征具有十分顯著的影響[5]。趙哈林也指出，連續(xù)5年過牧使草地生物多樣性、植被蓋度、總密度、平均高度分別較禁牧區(qū)低87.9%、82.1%、94.0%[6]。高娃等通過對錫林郭勒天然草原春季休牧效果監(jiān)測分析得知：禁牧3年比禁牧前多年生牧草種類增加5～8種，蓋度增加1.5倍，優(yōu)勢種增加3倍多[7]。劉國榮等對禁牧條件下典型草地植被的變化得到禁牧區(qū)比放牧區(qū)月平均高度高9.6㎝，月平均蓋度高8.5%[8]。

2 研究區(qū)的自然狀況

2.1研究區(qū)概況

研究區(qū)葛根塔拉位于內蒙古中部的四子王旗，地處東經112°01'58"，北緯41°46′35"。平均海拔1450m，整個地形東南高西北低，略呈長方形，全境丘陵起伏，平原相間，南部多為山地丘陵，北部有沙丘、盆地分布。地勢平坦，是較大的天然牧場，為荒漠草原。

2.2 研究區(qū)的氣候

葛根塔拉屬于典型的中溫帶大陸性干旱氣候兼有山地氣候的若干特點，寒暑變化劇烈，晝夜溫差大，年平均氣溫在3℃左右。全年降水稀少，歷年平均降水量為310.2㎜，多集中在7 ～ 9月，年蒸發(fā)量大于降水量的8～10倍，無霜期為175d。土壤為暗栗鈣土，地凍期約180天，深度為2.25m。氣候干燥，風沙較多，冬季酷寒，素有十年九旱之稱[9]。

2.3 研究區(qū)的植被組成

研究區(qū)屬于荒漠草原，植被草層低矮，一般為10～25㎝，且植被較稀疏，蓋度為17%～20%，植物種類組成較少，植物群落由20多種植物組成，主要植物種類組成見表1。

研究區(qū)的群落主要是以短花針茅、冷蒿、無芒隱子草為主要植物種群的短花針茅+無芒隱子草+冷蒿荒漠化草原。建群種為短花針茅，它在決定群落環(huán)境方面起著主要作用。優(yōu)勢種為無芒隱子草、冷蒿、它們的時空變化會引起群落的變化。主要伴生種有阿爾泰狗娃花、木地膚、蓖齒蒿、狹葉錦雞兒、克氏針茅、銀灰旋花、星毛萎陵菜、高二裂萎陵菜、鶴虱、小葉錦雞兒、羊草、冰草、條葉車前、堿韭等。

3 研究方法

3.1 研究設計

樣地選擇在四子王旗葛根塔拉荒漠草原，共設2個處理：即禁牧區(qū)（BG）、自由放牧區(qū)（CG）。禁牧區(qū)為全年禁牧，而自由放牧區(qū)為全年全天連續(xù)放牧。在禁牧區(qū)圍欄內隨機布設5個1×1㎡ 的固定描述樣方，同樣在圍欄外的自由放牧區(qū)也隨機布設5個1×1㎡ 的固定描述樣方，試驗從7月份開始，到9月底結束，試驗期間每個樣方每個月測定三次。

3.2 測定方法

3.2.1 植物群落的數量特征

測定數據是按不同的處理對草地主要種群進行定期的觀察，分別測定不同時間的自由放牧草地與禁牧草地的主要種群的高度、蓋度以及密度。

3.2.2 植物群落的重要值

植物群落重要值采用以下公式進行計算[10]：

重要值=（相對高度+相對密度+相對蓋度）/3

其中：

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/全部植物種的個體數×100

相對蓋度=某一植物種的蓋度/各植物種的分蓋度之和×100

3.2.3 植物群落物種多樣性

本研究采用β-多樣性來測定。通常β-多樣性表示群落間相似性指數或是同一地理區(qū)域內不同生境中生物物種的周轉率。不同生境間或某一生境梯度上不同地段間生物組成的相似性越差，β-多樣性越高[11-12]。本試驗采用4m×4m的巢式樣方，樣方內含有1/16㎡、1/4㎡、1㎡和4㎡ 的樣方各四個，樣方合并后又產生1/8㎡、1/2㎡、2㎡、8㎡的樣方共四個，16㎡的樣方一個，每個樣方含各級樣方33個。每個樣地設3個巢式樣方，先統(tǒng)計各級樣方內的植物名稱，然后再統(tǒng)計整個樣方。群落β-多樣性采用以下3種指數來計算：

（1）Whittacker指數（βw）

βw=S/（ma-1）

式中，S為所研究系統(tǒng)記錄的物種總數，ma為各樣方的平均物種數。

（2）Cody指數（βc）

βc=[g（H）+I（H）]/2

式中，g（H）是沿生境梯度H增加的物種數目，I（H）是沿生境梯度H而減小的物種數目，即在上一個梯度中存在而在下一個梯度中沒有的物種數目。

（3）經Wolda改進的Morista-Horn指數

CMH=2∑（ani·bni）/（da+db）aN·bN

式中，ani和bni為A（禁牧區(qū)）和B（自由放牧區(qū)）樣地中第i種的個體數目，aN為樣地A的物種數，bN為樣地B的物種數。

3.3 數據分析

本文數據應用EXCEL和SAS9.0進行統(tǒng)計分析。

4 結果與分析

4.1 主要植物種群的數量特征

4.1.1 主要植物種群高度

兩種不同處理的主要種群的高度見表2。從表中可以看出禁牧區(qū)的短花針茅的高度始終低于自由放牧區(qū)（P<0.05）。無芒隱子草7月份差異顯著（P<0.05），

自由放牧區(qū)高于禁牧區(qū)，8月份兩者差異不顯著，9月份禁牧區(qū)明顯高于自由放牧區(qū)（P<0.05）。而銀灰旋花只在7月份禁牧區(qū)高于自由放牧區(qū)外，8月和9月差異不顯著。試驗期內，禁牧區(qū)的木地膚的高度明顯高于自由放牧區(qū)植株的高度，這說明木地膚是家畜較喜食的一種牧草，由于家畜的采食而導致自由放牧區(qū)的木地膚高度下降。

4.1.2 主要植物種群蓋度

不同試驗處理區(qū)的主要植物種群的蓋度見表3。從表中我們可以看出禁牧區(qū)的建群種短花針茅和優(yōu)勢種無芒隱子草的蓋度均大于自由放牧區(qū)，二者差異性顯著（P<0.05），說明禁牧對草地生態(tài)環(huán)境的恢復和牧草的生長發(fā)育有很好的效果。兩個處理區(qū)中的銀灰旋花的差異性不顯著（P<0.05）。

4.1.3 主要植物種群密度

兩種不同試驗處理區(qū)的主要植物群落的密度見表4。7月份到9月份禁牧區(qū)的

短花針茅的密度明顯大于自由放牧區(qū)（P<0.05）；同樣禁牧區(qū)無芒隱子草的密度顯著高于自由放牧區(qū)（P<0.05）；而銀灰旋花是自由放牧區(qū)大于禁牧區(qū)，但兩個處理的差異并不顯著。

4.2 主要植物種群的重要值

兩種不同處理的主要植物種群的重要值見表5。從表中我們可以看出禁牧區(qū)的短花針茅的重要值大于自由放牧區(qū)，禁牧區(qū)短花針茅在群落結構組成上的優(yōu)勢地位非常明顯，同時銀灰旋花，木地膚，無芒隱子草在群落中的作用僅次于短花針茅，也是禁牧區(qū)的主要植物種群。而在放牧區(qū)重要值最大的是無芒隱子草，其次是銀灰旋花，說明在自由放牧區(qū)這些耐踐踏的牧草比較容易生存。

4.3 植物群落β-多樣性指數

β-多樣性可用于分析不同生境間的梯度變化，對于存在明顯的生態(tài)梯度的地區(qū)更為有效。通過對主要植物群落的β-多樣性的測定，可以揭示生境被物種分割的程度或不同地段的生境多樣性[11]。

4.3.1 植物群落內β-多樣性

Whittacker指數βw能夠直觀地反映βw-多樣性與物種豐富度之間的關系，群落內物種替代程度與取樣面積的大小有關，計算結果（表6）表明，βw隨樣方面積的增加而減少，因為在面積較小的樣方內，微環(huán)境相對一致，單位樣方內平均物種數較少，樣方間物種替代速率較高。隨著樣方面積的增加，物種周轉速率也隨之降低，當樣方面積>1㎡時，βw隨取樣面積的變化差異不再顯著，趨于穩(wěn)定，βw是群落物種豐富度與樣方平均物種數的比值，它獨立于α- 多樣性。因此，α-多樣性較高的群落，不一定β-多樣性就較高。在取樣面積相同時，禁牧區(qū)的βw略高于自由放牧區(qū)。

Cody指數（βc）通過對新增加和失去的物種數目進行比較，從而得到有關物種替代的信息。由于該指數以增加與減少的物種的數目來反映群落多樣性沿環(huán)境梯度的變化格局[13]，計算結果（表7）表明，各處理內部Cody指數變化均依賴于樣方的大小。最初，Cody指數隨樣方面積的增大而增加，當樣方面積增大到一定程度時，Cody指數趨于穩(wěn)定。在面積相同的情況下，禁牧區(qū)的Cody指數大于自由放牧區(qū)?？梢姡劣欣诃h(huán)境的穩(wěn)定。

4.3.2植物群落間β-多樣性

群落的差異性不僅體現在群落組成成分的變化上，還體現在不同群落間共有種的作用上，群落間共有種的作用不同，同樣也會導致群落結構和功能的差異性，本試驗采用Morista-Horn指數計算了禁牧處理和自由放牧處理的相似系數，通過計算（表8）得到，自由放牧區(qū)和禁牧區(qū)的相似系數較小，這說明了禁牧區(qū)和自由放牧區(qū)在群落結構和功能上有很大的不同。

5 討論

植物種群的數量特征包括高度、蓋度、密度和重量等指標，這些指標可以反映草地的使用價值及草地的質量，同時還可以反映草地的動態(tài)規(guī)律，因此它可以作為定性分析群落特征的指標。通過對本次試驗的兩組處理的分析可以看出：禁牧區(qū)的群落數量特征明顯優(yōu)于放牧區(qū)，禁牧區(qū)內的植物群落的穩(wěn)定性要強于放牧區(qū)，并且各項指標都有提高。事實上，禁牧的效果一開始并不明顯，它是隨著時間的推移逐漸表現出來的。

β-多樣性可以用于測定兩個不同生境間的物種的多樣性，通過對Whittacker指數、Cody指數、Morista-Horn指數三種指數的測定可以得出：禁牧區(qū)的β-多樣性值高于自由放牧區(qū)，禁牧區(qū)在群落組成上優(yōu)于自由放牧區(qū)，且禁牧區(qū)與自由放牧區(qū)在群落結構和功能上差異性很大。

6 結論

1、禁牧可以提高植株的高度、蓋度、密度等植物群落的數量特征，表明禁牧可以提高草地的質量。

2、禁牧與自由放牧兩種不同處理不僅影響了主要植物種群重要值的大小，還影響了主要植物種群重要值的排序。

3、經Hittacker指數分析，相同面積時，禁牧區(qū)βw的值略高于自由放牧區(qū)。對Cody指數的分析，禁牧有利與環(huán)境的穩(wěn)定。經Morista-Horn指數的分析，禁牧區(qū)略高于自由放牧區(qū)，二者相似系數較小。

4、禁牧不僅可以提高草地的生態(tài)效益，還可以增加草地的經濟效益。因此禁牧可以作為一項恢復草原植被的制度來推廣。

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