长期围栏封育对中天山草地植物群落特征及多样性的影响

2012-04-25朱新萍贾宏涛蒋平安赵成义胡玉昆曹叶飞苏建红

草业科学 2012年6期

朱新萍，贾宏涛，蒋平安,赵成义，胡玉昆，曹叶飞，苏建红

(1.新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830052；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆乌鲁木齐 830011)

新疆是我国重要的牧区之一，天然草地面积5.7×107hm2，其中可利用草地面积达4.8×107hm2，占全国可利用草地的14.5%，仅次于西藏和内蒙古,居全国第3位，占新疆土地面积的34.4%[1]。近几年，由于河道上游筑坝引(截)水、开荒造田等,地下水位降低,优良草地大量消失,物种减少[2-3]，同时草畜不平衡，致使草地环境恶化和退化加剧。为使退化了的草地植被得以恢复，必须采取相应的措施。其中，围栏封育就是草地植被恢复与重建的一项重要措施。目前，国内有关围栏封育措施对不同退化草地影响的研究已有较多的开展。研究内容主要涉及退化草地植被生物量、密度[4-5]、土壤种子库[6]、物种多样性[7-8]以及土壤质量[9-11]等，研究结果证明围栏有利于草地植被的恢复，有利于改善土壤的生物学环境，对增加土壤肥力有积极的作用。然而，受草地退化程度、类型、地理位置等影响，有关围栏时间长短的研究结果不尽相同。

新疆巴音布鲁克草原位于天山中部，面积2.20×106hm2，仅次于呼伦贝尔草原，位居全国第2位，是开都河的源头，对南疆水资源有着战略意义，拥有天鹅湖国家级自然保护区，是我国最早的湿地自然保护区之一。巴音布鲁克的高寒草原类型是世界草原类型中具有代表性的草原[12]，但是由于过度放牧和人为破坏等原因，约有50%的草地出现退化现象，20%的草地出现不同程度的沙化和盐碱化[13-14]。早在20世纪80年代就开始对草地进行围栏封育，近年来国家投入巨资，全面启动巴音布鲁克退牧还草项目，从2005年开始实施1 010万亩(约合67.3万hm2)天然草原退牧还草项目，对退化草地实施禁牧、休牧、轮牧。目前，已安装围栏4 500多km，围栏草地近600万亩(合40万hm2)，围栏区内草原植被覆盖率明显提高[15]。同时，对于围栏封育措施对草地恢复效果的相关研究也大力开展，然而如此较长时间的围栏和相对薄弱的草地管理体系对草地的影响是否有利而无弊呢，这尚需科学试验作证。因此，巴音布鲁克草原是开展新疆退化草地恢复重建的理想研究地之一。本研究以中科院巴音布鲁克草原生态站围栏封育时间长达25年的3种类型草地为研究对象，对其植被物种组成、群落结构特征、物种多样性等进行研究，旨在为制定科学合理的退化草地管理体系提供参考。

1 材料与方法

1.1研究区域概况本试验选取了中科院巴音布鲁克草原生态观测站的3种草地类型的长期围栏封育样地(25年)为研究对象，其海拔为2 473～2 584 m(表1)，草地群落分为亚高山草原、亚高山草甸化草原和亚高山草原化草甸，位于中天山山脉南坡中部。年平均气温-4.8 ℃，1月最低气温可达-48 ℃，年降水量276.2 mm，年蒸发量高达1 247.5 mm，全年积雪日150～180 d，无绝对无霜期，属典型的高寒气候，研究区域围栏建立于1984年。

表1 观测样地基本情况

1.2研究方法

1.2.1植被调查在围栏内外分别设置大样地，每个样地选取5～9个1 m×1 m的样方，记录草地植物群落组成，分种测定植物的高度、盖度、密度、频度、地上生物量、生态条件及人为干扰情况等。

植物多样性采用丰富度指数(Richness Index)、多样性指数(Diversity Index)和均匀度指数(Evenness Index)来反映，具体计算参考文献[16]。

1.2.2数据处理采用Excel、SPSS 17.0软件对数据进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1围封对植物群落生态特征的影响

2.1.1围封对植物群落地上生物量的影响地上生物量是衡量草地生产能力强弱的重要指标之一，也是进行合理载畜量计算的主要依据。3种草地类型围栏内地上生物量均高于围栏外(图1)。围栏内地上生物量为亚高山草原化草甸>亚高山草甸化草原>亚高山草原，生物量随着海拔的升高依次升高。原因一方面来自于海拔对土壤水分有影响，另一方面与观测样地植物群落构成有关。围栏外地上生物量为亚高山草原>亚高山草甸化草原>亚高山草原化草甸，经统计分析得出，3种草地类型围栏内外生物量差异极显著(P<0.01)，这可能与围栏外放牧的食草动物采食程度及植物资源种类不同有关。草地围栏封育后，围栏内的地上生物量明显高于围栏外，单从牲畜轮牧食物资源量的角度看，建立围栏对于当地畜牧业的发展无疑是有益的[17]。

图1 不同草地类型地上生物量变化特征

2.1.2围封对植物高度和盖度的影响高度是植物群落主要特征之一，也可作为植物健康生长的一种标识。围封后植株不受外界扰动，能够保持正常生长状态，围栏对各种草地类型中植物的高度有显著的影响。围栏内的植物高度高于围栏外(图2)。在不同的草地类型中，所在外界环境对物种生长的影响和外来动物的采食程度等会造成草地植物高度的不同。从草地类型来看，围栏内植物高度为亚高山草原化草甸>亚高山草甸化草原>亚高山草原。围栏外植物高度趋势与围栏内相反。3种草地类型围栏内外经方差分析得出，亚高山草原化草甸和亚高山草甸化草原围栏内外植物高度呈极显著差异(P<0.01)，从而说明围栏有助于植物生长，利于植物群落的恢复。

图2 不同草地类型围栏内外的植物高度

盖度可以间接反映植物生长的繁茂程度、绿色植物光合能力的强弱以及群落经济性状的大小，它是衡量草地植被的重要指标之一。3种草地生态环境条件以及动物采食强度有显著差异，导致围栏外植被盖度为亚高山草原化草甸>亚高山草甸化草原>亚高山草原。经统计分析，3种草地类型围栏内外植物盖度差异极显著(P<0.01)。从草地类型来看(图3)，经过长达25年的围栏封育后，3种类型草地围栏内的植被盖度差异不明显，但都高于围栏外。说明围栏后，植株得到了充分生长空间，能完成正常的生育周期，加上围封有利于植物分蘖、分枝，促使其丛幅增大，在一定意义上也增加了植物盖度。

图3 不同草地类型围栏内外的植物盖度

2.2围封对植物群落多样性的影响 3种草地类型群落丰富度指数(Margalef指数)、多样性指数(Shannon-Wiener指数)和均匀度指数均表现为随海拔的增高呈下降趋势(表2)，即亚高山草原>亚高山草甸化草原>亚高山草原化草甸。围栏外的群落丰富度指数和优势度指数均高于围栏内，这与李慧[18]的研究结果一致，说明长期食草动物采食选择下，有利于草地生态系统的生物多样性的增加。围栏还影响了各草地类型围栏内外的均匀度指数，长期围封后，围栏内动物采食频率显著降低，导致优势种增加，压迫弱势物种生长，从而物种均匀度增加，丰富度减少。

表2 围栏内外植物的生物多样性指数

3 结论

1)长期围封对3种类型草地植物群落生态特征具有显著的影响，草地植被盖度、平均高度和地上生物量均有了不同程度的提高，有利于提高草地牧草品质。3种类型草地经过长期围栏后，亚高山草地在各指标上均低于其他两个类型的草地，其结果受亚高山草地所处海拔低和其植物群落构成种类影响。

2)草地围封25年后，在3种类型草地中均可得出，围栏外的群落丰富度指数和优势度指数均高于围栏内，而长期围封后，均匀度指数围栏内均高于围栏外。因此草地围封不应是无限期的。长期围封，枯草会抑制植物的再生和幼苗的形成，不利于草地的繁殖更新，同时由于围栏内，动物采食压力降低，优势物种始终处于优势地位，从而使草地物种均匀度增加，植物多样性减弱。因而围封年限的确定应从增加植物生物量、提高牧草品质和维护草地正常生态系统平衡与安全的多角度出发，在围封过程中，适当开展刈割及放牧利用，从而兼顾草地各项功能的作用。

致谢：李赟硕士参加了部分室内分析和野外采样工作，在此表示感谢。

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