不同利用方式下山地高草草甸群落结构的变化

2010-07-25锡文林安沙舟靳发兰孙宗玖

草业科学 2010年5期

锡文林,安沙舟,靳发兰,,陶梦,,孙宗玖

（1.新疆维吾尔自治区草原总站,新疆乌鲁木齐 830000；2.新疆农业大学草业与环境科学学院新疆草地资源与生态重点实验室,新疆乌鲁木齐 830052）

①天然草地是人类赖以生存的重要环境条件和生产的物质基础,是全国最大的可更新资源,是形成生物多样性的重要组成部分,是维护国家生态安全的绿色屏障。在天然草地中,山地高草草甸类草地是重要组成部分,由于其资源丰富,牧草质地柔软,营养丰富且具有“高蛋白、高脂肪、高热量、低纤维”等特性,所以是发展草地畜牧业的重要物质基础,同时为国民经济和畜牧业的发展奠定了重要基础[1-2]。但是随着人口迅速增加,养殖业扩增,鼠虫害危害,尤其是人们对草地利用方式的不合理,草甸类草地快速退化,生产力不断下降,生物多样性逐渐消失,水土流失现象不断扩大。群落结构和植物多样性是衡量草地发展最主要的指标,在畜牧业生产中也有很大作用。一方面直接反映植物与环境的关系,另一方面,在放牧管理中,可以根据牧草的产量与高度合理安排放牧与刈割时间[3-9]。研究主要通过野外调查的方法探讨放牧、刈割+放牧、刈割3种不同利用方式对高草草甸植物群落物种组成、植物多样性变化的影响,为高草草甸生态系统生物多样性的保护和草地资源的管理利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况研究区位于新疆乌鲁木齐市天山北坡中段,放牧、刈割+放牧、刈割3个处理区分别位于：43°27′48″N,87°09′37″E,海拔 2 186 m；43°28′19″N,87°10′42″E,海拔 2 059 m；43°28′18″N,87°10′39″E,海拔 2 066 m 。以纯放牧利用方式的草地由于利用过度,草层低矮,主要以杂类草为主,禾草为辅。主要的杂类草成分有草原老鹳草Geranium pratense、新疆党参Codonopsisclematidea、千叶蓍Achilleamillef olium、聚花风铃草Campanula glomerata、黄芪Astragalussp.、白三叶Tri folium repens、高山唐松草Thalictrum alpinum、新疆远志Polygala hybrida、天山羽衣草Alchemilla tianschanica、草原糙苏Phlomis pratensis、火绒草Leontopodium leontopodioides；禾草有偃麦草Elytrigia repens、细叶早熟禾Poa angusti folia。以刈割+放牧利用的草地草层较高,主要以禾草为主,杂类草为辅。禾草有偃麦草、细叶早熟禾、无芒雀麦Bromus inermis、小糠草Agrostis alba；杂类草有草原老鹳草、千叶蓍、聚花风铃草、黄芪、白三叶、蓬子菜Galium verum、天山羽衣草和羊角芹Aegopodium podagraria。以刈割利用的草地草层较高,以杂类草为主,禾草为辅。主要的杂类草有新疆党参、草原老鹳草、千叶蓍、聚花风铃草、黄芪、白三叶、草原糙苏和黄花苜蓿Medicago f alcata；禾草有小糠草、细叶早熟禾、披碱草Elymus dahuricu和无芒雀麦。

1.2 样地设置研究所选样地均设在新疆乌鲁木齐市南山菊花台附近的高草草甸天然草地上,其中,放牧利用的草地以牧民在其内长期放牧为主；刈割+放牧利用的草地在围栏内于2006年5月1日开始放牧1月,8月中旬刈割；刈割利用的草地设在一个长期围栏内,不放牧,只在8月中旬刈割。

1.3 植被取样于2006年8月中旬在每种利用方式样地内随机取5个1 m×1 m的样方。调查并记录每个样方内的植物种类、各物种在样方中的频度、高度和盖度,将其植物齐地面剪下带回实验室,自然风干,称量。

1.4 物种多样性分析重要值（Important Value,IV）是评价植物种群在群落中作用的一项综合性数量指标[10],其计算公式为：

IV=（相对频度+相对高度+相对盖度+相对生物量）/4

采用α多样性指数分析物种多样性。其包括两个概念：一个是群落中物种的多少,另一个指各种之间的相对丰富度[11]。以植物种优势度作为参数来进行多样性分析。

1）物种丰富度指数采用物种数S和Margalef指数（Ma）：Ma=（S-1）lgN

式中：S为物种数目；N为所有物种个体数之总和。

2）多样性指数采用 Simpson指数（D）和Shannon-Wiener指数（H′）：

式中：Pi为样方中第i种的个体数占全部物种个体数的比例。

3）均匀度指数（J）：

Pielou均匀度指数：J p=H′/lnS。

2 结果与分析

2.1 不同利用方式对群落地上生物量的影响从图1可知刈割+放牧、刈割样地内的地上生物量明显高于长年放牧的样地。放牧样地由于家畜长年在此采食,牧草的更新及营养都不能及时补充,而且在牧草的2个不宜利用时期（4月牧草刚萌发不宜利用,在9月牧草停止生长不宜利用）家畜仍然在利用。刈割+放牧样地内禾草的数量明显高于其他2种利用方式。其中刈割+放牧样地的禾草生物量是刈割地的4.43倍,是放牧的5.48倍。而杂类草的生物量+刈割放牧地比刈割地高1.38倍,刈割地比放牧地高1.56倍。

图1 不同利用方式的地上生物量

2.2 不同利用方式对植物高度和盖度的影响不同利用方式下植物高度变化比较明显（平均值为9.77～63.4 cm）,长期放牧的草地不管是禾草还是杂类草的高度都远远低于其他2种方式。其中刈割+放牧样地的禾草高度是放牧地的7.49倍,刈割地禾草高度是放牧地的8.41倍。而对于杂类草的高度,刈割+放牧地是放牧地的4.86倍,刈割地的杂类草高度是放牧地的3.9倍（图 2）。

图2 不同利用方式的植物高度

图1、图2说明刈割+放牧地和刈割地、放牧地之间的禾草产量存在极显著差异（P＜0.01）,刈割地与放牧地之间禾草产量无差异。刈割+放牧地与刈割地之间的杂类草产量无显著差异,放牧地与其他2种利用方式之间的杂类草产量之间存在显著差异（P＜0.05）。刈割+放牧地与刈割地之间的禾草高度无差异性,放牧地与其它2种利用方式之间的禾草和杂类草高度存在显著差异（P＜0.05）。

2.3 不同利用方式对植物频度和盖度的影响从表1可以看出刈割+放牧地禾草与杂类草的盖度相当,分别为45%和55%；刈割地和放牧地杂类草盖度均高于禾草,刈割地为30%和70%,放牧地为15%和85%。放牧地大部分优良禾本科牧草被家畜频繁采食,导致禾草的盖度下降,杂类草增多。

表1 不同利用方式下群落的频度与盖度 %

2.4 不同利用方式对优势植物重要值的影响植物种类的重要值是由Curtis和Mcintosh在森林群落分析中提出的,其数值大小可作为群落中植物种的一个度量标志,重要值可指示群落中每种植物的相对重要性及植物的最适生境[11]。植物重要值的变化关系到群落结构,重要值越高,植物在群落中所占比重越大,优势地位越明显[12]。由表2可以看出,不同利用方式对植物重要值影响不同,刈割+放牧方式的草地提高了禾草在草群中的比例,降低了杂类草的比例,而刈割和放牧样地的禾草、杂类草的比例表现不明显。其中在刈割+放牧地中禾草的重要值比刈割地高1.61倍,比放牧地高2.1倍,而杂类草在刈割+放牧地与放牧地之间的重要值相差不大,为68.399 2和 65.151 7。

从表2和表3中可以看出以刈割+放牧为利用方式的样方主要以禾草为主；刈割的样方主要以杂类草为主；而长期放牧的样方由于禾草的适口性较好,家畜利用的也较过度,禾草、杂类草产量均低。

2.5 不同利用方式对群落多样性的影响由表4看出,在不同的利用方式下群落丰富度指数放牧地（4.230 8）高于刈割+放牧地（3.145 0）和刈割地（3.938 6）,说明在草原生态系统中,食草动物的采食使一些物种的生物量或盖度下降,其他物种有了生存的空间,从而提高了草原生态系统的生物多样性。另一方面,群落优势度指数（Simpson指数、Shannon-Wiener指数）刈割地（0.871 7、2.118 9）的高于放牧地（0.870 2、2.114 6）和刈割+放牧地（0.825 8、1.890 0）；群落均匀性指数（Pielou指数）刈割地（0.650 3）高于放牧地（0.634 6）和刈割+放牧地（0.594 7）,由于刈割地是无选择性刈割,导致物种成分的重要值差距很小,使刈割地的均匀度高于其他2种利用方式。