玛曲人工草地群落特征及多样性分析研究

2014-10-10许涛蒲小鹏崔莹等

草原与草坪 2013年6期

许涛　蒲小鹏　崔莹　等

摘要：通过对玛曲人工草地（一年生燕麦地、两年披碱草地）、天然草地和撂荒地的群落特征分析比较，结果表明：天然草地的群落中优势种为早熟禾（Poa pretensis）、披碱草（Elymus dahuricus），优势度分别为0.798、0.627；一年生燕麦地的杂草主要有香薷（Elsholtzia ciliate）、蓬子菜（Galium verum）、微孔草（Microula sikkimensis），优势度从大到小依次为：0.204，0.142和0.082；两年生披碱草地中，披碱草也处于优势地位，但杂草产量占群落总产量的6%以上，必须进行适当的除杂；撂荒地地上生物量从839 gm2降为62 gm2，生产能力降低，因此必须进行封育；分析表明，物种的多样性指数与物种均匀度指数呈极显著正相关（P<0.01），与丰富度指数呈显著正相关（P<0.05），丰富度指数与均匀度指数呈极显著正相关（P<0.01）。

关键词：高寒草地；人工草地；生物多样性；玛曲

中图分类号：文献标识码：A文章编号：10095500（2013）06001906

甘肃省玛曲县有“黄河首曲”之称，是黄河上游重要的水源补充区和调蓄区。近年来由于自然因素和人为因素的影响，玛曲草地生态环境在持续恶化，据统计，玛曲县90%的天然草原不同程度出现退化，沙化草地面积达5.3 hm2，其中沙丘面积0.7 hm2，草原退化已成为限制我国草地生态功能发挥、生产力提高的重要因素[1]。同时近乎“掠夺式”的利用方式使草原退化严重，湿地萎缩[2]。草地退化又导致优质牧草减少、而杂草和毒草却呈指数型增加，生物的生产力严重下降。部分草原由于过牧严重，产生大面积“黑土滩”次生裸地，草地群落结构发生变化、生物多样性丧失[3，4]。而草地的恢复，首先是植被的恢复，植被恢复通过改善“土壤—植物”系统的局部生态环境，带动物种多样性的形成，最后使草地的土壤结构及其理化性质得以恢复[5，6]。由于退化草地受到当地高寒严酷自然条件的限制，植被恢复较慢，只有在退化草地建植人工草地，以加快退化草地植被恢复。

人工草地不仅能提供牧草，同时也是退化草地植被恢复和重建的重要措施之一。在一些退化草地运用老芒麦（Elymus sibiricus）、垂穗披碱草（E.nutans）、冷地早熟禾（Poa cryrnophila）、中华羊茅（Festuca sinensis）等多年生牧草建植高效人工草地，取得了明显的经济效益和生态效益[7]。但是，采用多年生禾本科牧草建植的人工草地，利用3～5年后因管理和利用不当、毒杂草侵入以及土壤有效养分不足等因素而出现逆向演替[8]，为人工草地的持续利用提出了挑战。因此，了解黄河源区人工草地的群落结构和功能，对实现人工草地的高效培育和合理利用，全面发挥其生产和生态功能具有重要的指导意义。通过分析退化草地、建植人工草地群落的群落特征及多样性变化，以期为研究区草地的恢复和重建提供科学依据。

1材料和方法

1.1试验地概况

试验地选定在玛曲县大水种畜场，东南与四川省若尔盖县相连，地理位置E 102°16′，N 34°00′，海拔3 430 m，拥有可利用天然草地面积6 000 hm2，主要草地类型为高寒草甸，平均海拔3 300 m，气候以高寒湿润为主要特征，无绝对无霜期[9]；年均温1.2 ℃，平均风速2.5 ms，最大风速36 ms，全年大风日数为77.1 d，年均降水量615.5 mm，年蒸发量1 353.4 mm，年均日照时数2 583.9 h[10]。当地天然草地的冬春草地有围栏保护，优势种是早熟禾（Poa pratensis）、嵩草（Kobresia spp.）、垂穗披碱草、扁蓄豆（Pococokia ruthenica）等，放牧利用时间在每年12月～翌年5月。

1.2调查方法

根据草地生产劳动措施对草地干扰程度的不同，选择分析玛曲地区天然草地、撂荒地、一年生人工草地（燕麦地）、多年生人工草地（披碱草地）4个样地的群落多样性的变化，希望能对草地退化的恢复起到一定的指导作用。各样地间主要特征见表1。测定时间为2012年8月下旬，测定指标为样方中主要植物的盖度、密度、频度、高度、产量，计算其优势度[11]，并通过优势度进一步分析其丰富度指数（R）、群落多样性指数（H`）和均匀度指数（J）。各指标测量方法：

（1）高度：在每小区随机选取10株燕麦，用钢卷尺测其自然高度，并计算平均值。

（2）盖度：或称覆盖度，指草地植物地上部覆盖地面的程度，用针刺法测定。

（3）密度：单位面积（样地）上某个种的全部个体数，以每平方米多少株计，对密丛型的禾草、莎草则可以每平方米多少丛计。

（4）频度：某种植物出现的样方的百分率（不论在样方内个体数量多少），以20次频度框的结果进行计算。

2结果与分析

2.1群落结构特征

2.1.1天然草地

大水种畜场附近的天然草地由于有围栏保护，其植被完好，没有明显裸地，该群落中盖度和产量最大的为禾草，主要是早熟禾、披碱草，高度最大为处于抽穗期的披碱草，分布于群落最上层。对表2中数据进行极大值标准化后，计算优势度SDR5，则该群落中主要植物依SDR由大到小的顺序为：早熟禾>披碱草>嵩草>委陵菜>蒲公英>香青>防风>扁蓄豆等，由此可见该群落优势种为禾草和嵩草，是适口性最好的牧草；其次是菊科植物，在空间垂直位置上分布于群落中层；扁蓄豆虽然营养价值高，但由于生长矮小，饲用价值不大。同时，主要毒杂草为龙胆、毛茛、唐松草、乳浆大戟、甘肃马先蒿、棘豆、狼毒、内蒙黄芪、微孔草，占到主要物种数的39%，产量之和（126.2 gm2）占到总地上植物量（839 gm2）的15%，说明群落中毒杂草较多，这也进一步说明如果适口性好的禾草、嵩草退化后，有可能造成毒杂草泛滥，草地经济价值下降。

2.1.2一年生燕麦人工草地

在该群落中燕麦处于绝对优势地位，它在生长后期通过其产量和高度完全抑制了杂草生长。该样地的杂草主要有香薷、蓬子菜、微孔草，优势度从大到小依次为：0.204、0.142、

2.1.3多年生人工草地

在两年生披碱草人工草地中，披碱草处于群落的绝对优势地位，但在该群落中杂草的种类增多，达到8种；产量占群落总产量的6%以上。杂草中优势种为灰绿藜、香薷、微孔草，优势度为0.237，0.193和0.143；次优势种为黄花蒿、刺儿菜、拉拉藤等，优势度依次为0.077、0.069和0.062。由于灰绿藜、微孔草等杂草频度、高度均较高，因此，该草地要进行必要的杂草控制，否则影响牧草产量。

2.4撂荒地

撂荒地的草地群落特征各项指标数据相比天然草地群落各项指标均明显降低，群落种类组成发生了根本性变化。天然群落中的优势种消失，杂毒草正以很强的势头侵入。相比天然草地，牧草种类减少，盖度和高度均明显降低，优势种已从天然草地的早熟禾、披碱草变为甘肃马先蒿、乌头、黄花蒿等。地上生物量也从原来的839 gm2降为现在的62 gm2，生产

2.2群落数量特征

物种多样性是衡量植物群落结构的重要参数，能反映群落内物种分布的均匀程度和数量及各物种对资源的利用能力和对生境条件的适应能力，它能客观地反映群落内物种组成的变化[11]。物种多样性指数包括物种丰富度和均匀度指数[12]，而丰富度即某一群落所含的植物物种总数，它是群落多样性的最基本特征。天然草地的群落丰富度指数最高。而且天然草地如果严重退化以后，不论经过自然修复还是人工建植，短期内还是很难提高群落的丰富度，这与周华坤等[13]认为的退化草地群落比人工草地群落具有较高的丰富度相一致。从均匀度指数分析，天然草地和撂荒地的均匀度指数（2.18和1.48）高于人工草地，人工草地的均匀度指数为两年生披碱草地（0.99）高于一年生燕麦草地（0.86）；而天然草地的多样性指数也处于

最高的水平。由于人工群落中优势种的优势度明显，在群落中远远高于其他草种，占有主导地位，这是导致人工草地均匀度、多样性指数下降的原因。经相关分析表明，物种的多样性指数与丰富度指数呈显著正相关（P<0.05），与物种均匀度指数呈极显著正相关（P<0.01），丰富度指数与均匀度指数呈极显著正相关（P<0.01）。

3讨论

不同土地利用条件下群落多样性变化明显。人工草地中由于优势种占有绝对优势，从而抑制了其他植物的生长，导致人工草地多样性较低。这符合植物生态学中一个重要的理论，即在生物量最高的群落中，种多样性指数却表现出较低的趋势[14]。相关研究表明，物种多样性的变化可以间接反映草地的退化状况，同时与群落的稳定性也存在紧密的联系[15]，物种多样性、丰富度和均匀度指数三者综合反映生物群落的结构特征和生产力水平。我国学者也从不同的角度对物种的多样性进行研究和分析[16]。随着群落重要值的降低，群落的物种多样性与均匀度降低，丰富度降低或呈波动性变化不明显。草地生态系统的可持续性和草地生产力的维持在很大程度上依赖于草地群落的生物多样性，而群落内物种组成和多样性的变化可使生物群落的功能特征发生变化，从而改变植被生态系统结构和功能，影响整个区域的生态状况[17-19]。

为了保护黄河源区玛曲生态系统的稳定、群落的生物多样性，治理黑土滩退化草地，需运用生态学的原理和方法，在退化程度较轻的区域采取封育禁牧的措施使天然草地得到恢复；在一些严重退化区域通过建植人工草地，建立高寒草地促进生态经济复合系统的可持续发展[20]，使畜牧业生产和草地保护有机地结合，形成既保护黄河源区生态系统，又能促进地方经济社会的可持续发展的两全机制，使其产生较好的生态效益、经济效益和社会效益[21]。

4小结

（1）从草地的群落特征分析：天然草地的植被量大，物种丰富，群落结构合理，优势种为早熟禾、披碱草，优势度分别为0.798、0.627，毒杂草较多，占到主要物种数的39%，产量之和（126.2 gm2）占到总地上植物量（839 gm2）的15%；一年生燕麦草地中，燕麦处于绝对优势地位，产量和高度都较高，该样地的杂草主要有香薷、蓬子菜、微孔草，优势度从大到小依次为：0.204，0.142和0.082，地上生物量占群落总生物量的比例很低；两年生披碱草地中，披碱草也处于优势地位，但杂草种类和比例较多：达到8种，产量占群落总产量的6%以上，必须进行适当的除杂，否则影响草地产量；撂荒地由于退化严重，群落结构与特征均出现了变化，地上生物量也从原来的839 gm2降为62 gm2，生产能力降低，因此必须进行封育。

（2）4类群落中天然草地的丰富度指数最高，为23种，一年生燕麦草地的最低，为7种；多样性指数天然草地最高，为6.84，一年生燕麦地最低，为1.68；分析表明，物种的多样性指数与丰富度指数呈显著正相关（P<0.05），与物种均匀度指数呈极显著正相关（P<0.01），丰富度指数与均匀度指数呈极显著正相关（P<0.01）。

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