冬季火烧对青藏高原亚高山草甸草地地上生产力和植物群落的影响

赵　忠，赵　燕，荣良燕，3

(1.甘肃省草原监督管理局，甘肃 兰州　730000； 2.甘肃省草原技术推广总站，甘肃 兰州　730046；3.甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州　730070)



冬季火烧对青藏高原亚高山草甸草地地上生产力和植物群落的影响

赵忠1，赵燕2，荣良燕2，3

(1.甘肃省草原监督管理局，甘肃 兰州730000； 2.甘肃省草原技术推广总站，甘肃 兰州730046；3.甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州730070)

摘要：以2010年1月21日发生于青藏高原亚高山草甸草地火灾的过火草地为对象，通过对比2010年生长季火烧与未火烧草地生产力及植物群落的变化，发现火烧后第1年草地生产力有不同程度提高，以高寒灌丛草甸线叶嵩草+发草+苔草草地增产影响最大(P<0.05)。火烧对植物群落中的种类成分没有明显影响，但在各火烧草地牧草经济类群中，以占优势的莎草科植物呈现出明显的增产效果(P<0.05)，说明火烧对根茎型莎草科植物起着刺激生长的作用。群落中禾本科植物产草量均有较大幅度下降(P<0.05)，表明火烧对根茎型禾本科高草的叶层高度有明显的抑制。火烧对各类草地植物生长期产生不同的影响，牧草返青期提前15～25 d，生长期延长。

关键词：冬季火烧；青藏高原；亚高山草地；生产力和植物群落

火烧是青藏高原草原区冬春枯草季节时有发生的一种自然生态现象，牧区群众20世纪初还有采用放火烧荒的方法改善草原的习惯。关于火烧对草原植被和土壤的影响，国外做的研究工作，涉及到地上植物量动态到地下物理、化学及微生物调节等一系列生态过程[1-4]。虽然焚烧草地可以促进牧草的返青和生长，也可有效提高草地种群密度和地上生物量，并且焚烧后的草木灰可增加土壤肥力及提高植物的矿物质营养，对控制草原病虫害及杂草也有一定效果[5-6]。但火烧天然草原，由于外力和环境等不确定因素，易引起草原火灾，此外，国家对草原火烧实行严格的防控制度，所以这方面的研究在国内相对较少。青藏高原作为世界屋脊，有独特的地理位置和生态环境，该地火烧发生的次数较低，火对草地的影响案例也无资料，火烧对该地区的植被、土壤及环境的效应没有报道，2010年1月21日，甘肃省碌曲县发生草原火灾，研究基于这次火灾发生后对该地典型草地类型的影响，提出冬季火烧可一定程度改善翌年草地植物生长的土壤环境，通过对比火烧与未火烧草地植物群落的演替，探索冬季火烧对亚高山草甸草地地上生产力及植物群落的影响，旨在为青藏高原地区草地火生态学研究及草原保护改良技术积累基础数据并提供参考依据。

1材料和方法

1.1研究区概况

研究区位于甘肃省甘南藏族自治州碌曲县尕海乡，地理位置E 102°10′，N34°11′，。海拔3 630 m，属高原性气候，具有气候寒冷、日温差大、四季不清、雨热同季、日照充足和降水集中的特点。年均温1.3℃，最热月(7月)均温10.8℃，最冷月(1月)均温-9.7℃，年平均日较差13.7℃，≥0℃的年积温为1 452℃，无绝对无霜期。年均降水量768 mm，主要集中在7～9月，年均蒸发量1 205.6 mm，年均日照时数2 351 h。牧草生长期140 d。由于冬季气候干燥、植物枯落物多，放牧干扰，极易发生草原火灾，最近一次火灾发生在2010年1月21日，是放牧人员点火取暖引起的草原火灾，过火面积87 hm2。

研究区土壤为亚高山草甸土，砂壤质，有深厚的腐殖质层。草地类型为高寒灌丛草甸草地和沼泽草甸草地。地上植物群落种类繁多，常见草原植物106种，以莎草科和禾本科植物为优势，还有毛莨科、菊科、蔷薇科、胡颓子科、瑞香科、唇形科、蓼科及龙胆科等[7-8]。

1.2样地选择

2010年2月，在发生草原火灾的碌曲县尕海乡秀哇村3组承包经营的同一区域范围内草原火烧和未火烧地段交界线两侧分别选择3个最具代表性的草地群落类型：高寒灌丛草甸垂穗披碱草(Elymusnutans)+细裂毛莨(Ranunculusaffinis)+苔草(Carexsp)草地、高寒灌丛草甸线叶嵩草(Kobresiacapillifolia)+发草(Deschampsiacaespitosa)+苔草草地、高寒沼泽化草甸线叶嵩草+苔草草地作为固定样地，样地面积10 m×10 m，共6个样地，分别设置网围栏围封，防止人、畜和啮齿动物干扰。

1.3观测方法

从2010年4月15～9月15日，每隔15 d对火烧恢复演替样方和未火烧对照样方进行定期观测。每个样地分别设置3个记名样方和3个重复测产样方，样方面积1 m×1 m，共36个样方。对记名样方，计数其中的植物种类成分、群落结构、多度、盖度、高度及各个种的生活力与物候相的变化；测量样方总产草量、各经济类群的产草量和各优势种的产草量，草产量均为分类后经室内风干称重的干草重量。

1.4数据处理与分析

使用Excel 2010统计分析软件计算平均值和标准差，各处理间的方差分析利用SPSS 19.0统计分析软件计算，使用T检验法进行处理。

2结果与分析

2.1火烧对3种群落草地植物盖度和高度的影响

2.1.1火烧对高寒灌丛草甸垂穗披碱草+细裂毛莨+苔草草地盖度和高度的影响对火烧前后草地盖度、高度进行观测，结果表明(表1)，火烧后群落的总盖度有较大幅度提高(P<0.05)，达41.7%，但叶层高度明显降低(P<0.05)。作为群落建群植物种的根茎型高大禾本科垂穗披碱草，火烧后分盖度有一定提高，但差异不显著(P>0.05)，而株丛与叶层变矮(P<0.05)，从29 cm降低到13 cm，表现为近根营养苗短而密生。另外，高大根茎型的垂穗鹅观草(Roegneriauntans)，分盖度却反而下降(P>0.05)，叶层高度也下降明显(P<0.05)，可能火烧后对后者的更新与生长较为不利。群落中下层占优势的轴根地面芽小杂类草，细裂毛茛(Ranunculusaffinis)，火烧后分盖度明显提高(P<0.05)，但叶层高度下降显著(P<0.05)。

表1　火烧后高寒灌丛草甸垂穗披碱草+细裂毛莨+苔草草地的盖度、高度

注：同列不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同

2.1.2火烧对高寒灌丛草甸线叶嵩草+发草+苔草草地盖度、高度的影响草地冬季火烧前后的观测结果表明，火烧后群落的总盖度提高了33.3%(P<0.05)，但叶层高度没有明显变化(P>0.05)。作为群落建群植物种的根茎型线叶嵩草在火烧后其分盖度显著下降(P<0.05)，叶层高度也呈下降趋势，但差异不显著(P>0.05)。火烧对群落中的密丛禾本科牧草羊茅(Festucaovina)和细柄茅(Ptilagrostismongholica)分盖度有较大幅度提高(P<0.05)，但叶层高度两者都没有明显变化(P>0.05)。火烧后群落中的代表灌丛金露梅(Potentillafruticosa)和沙棘(Hippophaethibetana)的生长明显受到抑制(表2)。

2.1.3火烧对高寒沼泽化草甸线叶嵩草+苔草草地盖度、高度的影响火烧后高寒沼泽草甸嵩草+苔草草地的总盖度提高了90%(P<0.05)(表3)，叶层高度从12 cm下降至8.3 cm (P>0.05)。观测的3种禾本科牧草中线叶嵩草分盖度增加显著，达50.0%，密丛禾本科牧草异针茅和根茎型禾本科牧草垂穗鹅观草分盖度均较未烧草地低(P<0.05)，焚烧后3种草叶层高度都呈下降趋势，除垂穗鹅观草外均差异不显著(P>0.05)。

表2　火烧后高寒灌丛草甸线叶嵩草+发草+苔草草地盖度、高度

表3　火烧后高寒沼泽草甸嵩草+苔草草地盖度、高度

2.2火烧对3种群落草地地上生物量的影响

火烧对垂穗披碱草+细裂毛莨+苔草草地总产草量的提高没有显著影响(P>0.05)。占优势的莎草科植物有一定的增产效果(P>0.05)，干草产量较火烧发生前增加25.7%。禾本科植物干草产量有所下降(P<0.05)，杂类草产量无变化。火烧显著提高了线叶嵩草+发草+苔草草地干草总产量(P<0.05)，达19.0%。其中，以莎草科植物增产效果最显著(P<0.05)，禾本科植物产量下降(P>0.05)，杂类草产量变化不明显，而毒害草产量增长明显(P<0.05)。火烧对高寒沼泽草甸嵩草+苔草草地总产草量的提高有影响，但差异不显著(P>0.05)。占优势的莎草科植物呈现出显著的增产效果(P<0.05)。禾本科植物产量下降明显(P<0.05)，杂类草产量无显著变化(表4)。

火烧后第1年，3种群落中的种类成分没有出现显著变化，但牧草返青期分别提前21，25和15 d。

表4　火烧后3种群落的草地地上生物量

3讨论

冬季火烧对3类不同草地研究发现，第1年草地总产量有不同程度提高，但以高寒灌丛草甸线叶嵩草+发草+苔草草地增产影响最大(P<0.05)，其它2类草地增产效果不明显(P>0.05)，这与周道玮，李政海等的研究相似[9-11]。在各火烧草地经济类群中，以占优势的莎草科植物呈现出明显的增产效果，尤以高寒灌丛草甸线叶嵩草+发草+苔草草地和高寒沼泽化草甸嵩草+苔草草地增产效果显著(P<0.05)，说明火烧对根茎型莎草科植物起着刺激生长的作用。群落中禾本科植物产草量3个草地均有较大幅度下降(P<0.05)，杂类草产量变化不明显(P>0.05)，而高寒灌丛草甸线叶嵩草+发草+苔草草地毒害草产量增长明显(P<0.05)。由此可见，火烧后草地产量的提高，伴随着草地质量的变劣[12]。

火烧对植物群落中的种类成分没有产生明显影响，但对不同生活型牧草的生长产生了不同的影响，对根茎型莎草科的苔属植物，起着明显的促进生长的作用[9]；对嵩草属植物，则视分布地段土壤的水分条件而异[13-15]，对高寒灌丛草甸草地起不良反应，金露梅和砂棘的生长受到抑制[16]，对高寒沼泽化草甸草地反而能起到促进生长的良好反应；对根茎型禾本科高草的高生长，火烧后受到明显的抑制[17]，而密丛型禾草则因种而有不同，对异针茅起不良影响，对羊茅和细柄茅起良好作用。这与李子勇等[18]对羊草草地进行烧荒的研究相似。

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Effect of fire disaster on production and vegetation community of sub-alpine meadow in Qinghai-Tibet Plateau

ZHAO Zhong1,ZHAO Yan2,RONG Liang-yan2,3

(1.GansuProvincialGrasslandSupervisionStation,Lanzhou730046,China； 2.GansuProvincialExtensionSationofGrasslandTechniques； 3.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

Abstract：This study was conducted on the sub-alpine meadow with fire disaster on 21st January,2010 in Qinghai-Tibetan Plateau.Measured the meadow production and vegetation community on burnt and unburnt grassland,We found that the meadow production increased in the first years after burning,in prarticular on the meadow with Kobresia capillifolia + Deschampsia caespitosa + Carex sp (P<0.05).The fire had no influence in the plant community composition,however,the yeild of sedge (Cyperaceae ) as the dominant species signficantly increased (P<0.05),which meaned that burning stimulated the growth of rhizome sedge.The yield of grass (Poaceae) decreased significantly after burning(P<0.05),indicating that burning retarded the grass' growth in length.Burning also affected the meadow plants during its growing season.The re-greening date was 15-25 days ahead of time in the early spring.

Key words：burning;Qinghai-Tibetan Plateau;Sub-alpine grassland;production and plant community

中图分类号：S 812

文献标识码：A

文章编号：1009-5500(2016)02-0082-05

作者简介：赵忠(1961-)，男，甘肃高台人，研究员，从事草原生态保护和管理工作。

收稿日期：2015-11-17； 修回日期：2016-03-31

E-mail：zhaozhong03@163.com