不同封育年限下伊犁绢蒿荒漠草地动态变化

成湘，夏小伟，安沙舟

(1.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，乌鲁木齐 830052；2.新疆自治区草原总站，乌鲁木齐 830049)



不同封育年限下伊犁绢蒿荒漠草地动态变化

成湘1，2，夏小伟1，安沙舟1

(1.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，乌鲁木齐 830052；2.新疆自治区草原总站，乌鲁木齐 830049)

【目的】以围栏封育的伊犁绢蒿荒漠草地为对象，探讨群落多样性对封育年限的响应，提出蒿属荒漠草地合理的封育年限。【方法】选择未封育(W0)、封育3年(W1)、封育8年(W2)、封育11年(W3)4个梯度，测定与分析5月伊犁绢蒿群落的高度、盖度、密度及生物量。【结果】随着封育年限的增加，群落的平均高度呈明显增高(P<0.05)，群落向高丛化方向发展；封育8年及11年的群落盖度显著高于封育3年及未封育群落(P<0.05)；封育3年群落密度明显高于其他3个处理(P<0.05)，生物量随封育年限的增加并没有显著差异(P>0.05)。群落中竞争力强的种群优势度得到提高，而竞争力弱的种群优势度先提高后降低。封育3年群落的多样性及丰富度显著高于其他群落，而群落均匀度间没有明显差异(P>0.05)。【结论】封育5～8年后进行放牧有利于维持草地多样性并获得较大生产力。

伊犁绢蒿；封育；生物量；重要值

0 引 言

【研究意义】伊犁绢蒿(Seriphidiumtransiliense)荒漠草地主要分布于北疆低山及平原区，生产上主要作为春秋场使用，部分地区用作冬场，利用时间长，具有春季产羔育幼、秋季抓膘收获畜产品等重要功能。该类荒漠草地建群种为超旱生半灌木伊犁绢蒿，由于放牧压力大、无序利用及利用时间长等，草地发生不同程度退化，部分地区已经演变为一年生为主的草地或彻底被破坏，导致其生产及生态功能下降，严重影响畜牧业生产、威胁生态安全。针对该类草地的退化，已实施大面积围栏封育，但受该区域畜牧业生产的需求，需要同时发挥其生产和生态功能。为此实现该类草地资源可持续发展是亟需解决的问题。在围栏封育改良草地过程中，需要动态监测该类草地的恢复状况，建立围栏封育下草地的合理放牧制度，依据草地植物的生长发育规律及生态、生物学特性进行合理放牧。【前人研究进展】当前，有关绢蒿荒漠草地的研究多集中在探讨不同的刈割强度、利用时间及刈割高度对伊犁绢蒿的再生生态及生物学特性[1，2]，不同退化梯度下种群点格局的变化[3]，草地退化过程中草地群落的演变趋势、经济性状的变化及序列的划分[4-7]及草地恢复过程中植被、土壤和草场质量的变化[8，9]与种子库输入特征[10]等方面。【本研究切入点】相对而言在封育解封年限方面研究较少，仅见杨合龙等[7]有过报道。为了合理利用围栏封育恢复的伊犁绢蒿荒漠草地，确定草地封育的合理年限显得十分重要。【拟解决的关键问题】以伊犁绢蒿荒漠草地为研究对象，通过春季对不同处理草地进行测量，探究不同封育年限伊犁绢蒿群落的数量特征及多样性的变化，寻找适宜的放牧年限，为荒漠草地的可持续发展提供一定基础资料及理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于乌鲁木齐市米东区芦草沟乡，43°50′～43°53′N，87°45′～87°46′E，此区为低山丘陵，起伏不大，海拔920～930 m，属大陆性中温带干旱气候区，光照充足，蒸发量大，年内、昼夜温差大，年平均降水量212 mm，降水年内分配不均，主要以冬季降雪为主，年均温7.3℃，无霜期165 d，全年多西北风。生产上作为春秋场使用，利用时期长。

该区蒿属荒漠以伊犁绢蒿半灌木为建群种，伴生叉毛蓬(Petrosimoniasibirica)、角果藜(Ceratocarpusarenarius)、葶苈(Drabanemorosa)等一年生植物，春季涩荠(Malcolmiamaritima)、弯果胡卢巴(Trigonellaarcuata)短生植物发育显著。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验设置未围栏封育(W0)，围栏封育3年(W1)，围栏封育8年(W2)，围栏封育11年(W3)4个处理，以空间序列代替时间序列，于2015年5月11日进行测量。样方面积1 m×1 m，重复5次。

1.2.2 测定指标

在4个处理下选取典型的位置布样，对样方内的群落及植物的盖度、株高、密度和地上生物量进行测定。盖度采用针刺法，50针；株高为自然高度，样方内随机选5株测其株高后取均值；密度为直接计数所得植株数；地上生物量采用刈割法(对于半灌木伊犁绢蒿及木地肤只剪取可食部分)，鲜重。

1.2.3 群落多样性的分析

采用丰富度指数(Patrick)、物种多样性指数(Shannon-Wiener指数)和均匀度指数(Pielou)三类普遍使用的α多样性指数[10，11]进行群落物种多样性的测定。

重要值(IV)=(相对高度+相对盖度+相对密度+相对生物量)/4；

Patrick丰富度指数(P)：Pσ=S；

Shannon-Wiener多样性指数(H)：H=-∑PιlnPι；

Pielou均匀度指数(E)：E=H/lnS。

2 结果与分析

2.1 封育对伊犁绢蒿荒漠草地群落的影响

研究表明，在不同封育年限下，4个处理平均高度间具有显著差异(P<0.05)，随着封育年限的增加，群落的平均高度呈递增趋势，W1、W2、W3分别较W0提高17.17%、36.07%、119.58%。4个处理中，盖度间W0、W1与W2、W3具有明显差异(P<0.05)，但W0与W1间、W2与W3间没有明显差异，W2、W3差异相对于W0、W1约提高130%。在密度上W1明显高于其他3个处理。而在生物量上4个处理间并没有显著差异。群落的平均高度、盖度及生物量呈升高趋势，受植被恢复影响，而群落的密度呈先升高后降低的趋势，主要受群落中类短命植物的影响。表1

表1 不同封育年限伊犁绢蒿荒漠草地群落特征变化Table 1 Effects of different fencing times on the vegetation characteristics ofS. transiliense desert grassland

注：不同小写字母表示差异性显著(P<0.05)。下同

Note: Different lower case letters show significant difference at 0.05 level. The same as below

2.2 封育对伊犁绢蒿相对指标的影响

相对数量指标反映了植被在群落中的状况，伊犁绢蒿荒漠草地建群种为伊犁绢蒿，研究草地的恢复状况，直接体现在伊犁绢蒿的恢复状况。研究表明，伊犁绢蒿相对高度及生物量在W2处明显(P<0.05)大于其他3个处理，伊犁绢蒿的相对高度在W2处达到最大值，较W0提高12.60%；相对生物量先降低然后在W2再次达到最大相对生物量，其中在W3伊犁绢蒿出现最小相对高度，表明群落植被高度均明显增加，用于获得更大的生存空间；相对密度在W0及W1间有显著差异(P<0.05)，在W1出现最低相对密度，可能由于封育初期竞争较小，物种均得到良好发育；相对盖度间并没有显著差异。表2

表2 不同封育年限伊犁绢蒿相对特征变化Table 2 Effects of different fencing times on the relative characteristics of S. transiliense

2.3 封育对伊犁绢蒿荒漠草地主要物种的影响

研究表明，伊犁绢蒿荒漠草地群落主要植被重要值随封育年限的增加呈不同的变化趋势。半灌木中，伊犁绢蒿随封育年限增加呈先降低后升高再降低的趋势，可能与群落中其他物种的密度变化有关；木地肤的重要值随着封育年限的增加，总体呈增加趋势，可能由于围栏排除了采食干扰，提高了其进行营养繁殖与生殖繁殖的可能性，故其竞争力大，木地肤一直升高，在W0中并没有木地肤的存在，在W1中开始出现少量的木地肤，W2、W3较W0及W1重要值有很大提高，在W3达到最大。

一年生草本叉毛蓬与角果藜的重要值随着封育年限的增加先升高后降低，都在W2处达到最大值，其中叉毛蓬作为W0、W1、W2处理群落的优势种，而在W3基本从群落中退出。短命草本涩芥，其重要值变化趋势与伊犁绢蒿基本一致，呈波动状态，可能由于其生长发育主要受水分控制。图1

2.4 封育对伊犁绢蒿荒漠草地群落多样性的影响

研究表明，Patrick丰富度指数及Shannon-Wiener多样性指数在W1较其他3个有明显差异，并且都呈现先增加后降低再升高的趋势，结合表1、表2可以发现W2群落物种数及群落多样性明显增加(P<0.05)；而Pielou均匀度指数在4个封育梯度间没有明显变化，且随着封育年限的增加呈降低趋势。Patrick丰富度指数及Shannon-Wiener多样性指数低-高-低-高变化趋势可能与群落演替过程中各植被的相对密度有关，而Pielou均匀度指数降低的趋势则受群落物种数量与植被相对密度共同控制。图2

图1 不同封育年限主要植被重要值动态变化Fig.1 Important values of different main plants at different times

图2 不同封育年限伊犁绢蒿荒漠草地植被多样性变化Fig.2 Effect of different fencing times on the diversity of S. transiliense desert grassland

2.5 封育年限与生物量、植被重要值回归分析

封育年限与伊犁绢蒿重要值、叉毛蓬重要值、角果藜重要值的回归分析表明生物量、角果藜重要值和叉毛蓬重要值随封育年限的增加呈先升高后降低的趋势，R2依次为0.964、0.998、0.864。角果藜和叉毛蓬植被重要值达到最大值的年限依次为5.86 a、4.63 a，即在5 a左右群落中一年生植被的重要值均达到最大值，此时群落种间竞争压力最大，5 a左右群落多样性最大，随后在封育8 a时群落多样性由于种间竞争已降至封育前水平。从群落多样性角度，在5 a左右群落的多样性达到最大值，此时群落各层片均得到较好发育，随后群落开始向伊犁绢蒿为主的单一群落发展。从地上生物量角度，生物量达到最大值的年限为14.72 a，但在8 a左右地上生物量就已经接近最大值。图3

图3 生物量、植被重要值与封育时间的回归模型及相关分析Fig.3 Regression models and correlation analyses between the biomass and important value of plants and fenced time

3 讨 论

围栏封育通过排除干扰使草地植被得以自然修复，使得草地生产功能得以提高[12]。研究表明，随着封育年限的增加，伊犁绢蒿荒漠草地群落的高度、盖度及生物量呈增加趋势，与王恋恋[13]、李强等[14]研究结果一致。群落的高度在11 a达到最大，盖度与生物量在8 a、11 a基本没有变化，而群落的密度呈先增加后降低的趋势，在3 a达到最大。这可能与群落中植被的生长规律及空间、水分条件有关，在封育初期水分条件相对充足，所以一年生植被及短命植被发育，这显著的提高了群落的密度，而随着封育年限的增加，植被生长发育受水分及空间的限制，相对于多年生植被，一年生植被竞争力弱，逐渐退出群落。这与靳瑰丽[4]、刘洪来等[6]所描述的伊犁绢蒿荒漠草地退化序列相反，是其逆向演替的过程，符合群落建群种竞争力逐渐增强，竞争力弱的一年生物种逐渐退出群落的论述[15]。

建群种的相对指标反映建群种在群落中优势地位变化情况。研究中伊犁绢蒿相对高度在封育11 a达到最低值，表明随着封育年限的增加群落呈现高丛化，相对盖度、相对密度及相对生物量均在3 a出现最低值，这主要是由于一年生及短命植被的显著发育所导致，表明短期围栏封育能显著提高群落的多样性。

重要值反映群落中各植被的优势情况，优势种重要值的变动表明群落演替方向及物种间竞争状况。李俊琴[16]对宁夏半干旱草场研究发现，封育降低了群落中原优势种黑沙蒿(Artemisiaordosica)的重要值，改变了群落的组成结构。研究中发现伊犁绢蒿始终是第一优势种，可能由于返青期伊犁绢蒿在高度及生物量的优势有关，随封育年限的增加呈高-低-高-低的趋势，可能由于短期封育下，群落中一年生及短命植被发育，密度的显著增加所导致的，而在11 a降低可能是由于伊犁绢蒿的半灌木化降低了其生物量所致。木地肤随封育年限的增加，竞争力增强，逐渐呈为群落优势种。叉毛蓬与角果藜随封育年限的呈先增加后降低的趋势，表明随着封育年限的增加，一年生植被竞争优势逐渐丧失，被群落中竞争力强的群落所替代，与上述群落数量指标的变化相一致。叉毛蓬与角果藜重要值最大值均在5 a左右，表明5 a左右群落种间竞争最大，且群落各层片均得到良好发育，而群落最大生物量出现在8 a以后，在封育5～8 a草地产量已有明显改善。结合群落多样性及草地产量认为在5～8 a时期内进行放牧较为适宜，有利于提高群落多样性，降低种间竞争压力，同时获取较高草地生物量，与杨合龙的研究结果有些差异，主要是由于杨合龙等[7]研究的9月群落的变化情况，没有短命植被的干扰，而靳瑰丽等[17]对该类退化草地的逐月监测表明4～6月群落间差异更容易反映出来。

物种多样性反应了草地的生产稳定状况，已有大量关于封育草地群落多样性的研究，结果不一，孙涛等[18]研究认为封育对于山地灌丛草地群落多样性、丰富度及均匀度具有改善作用；宝音陶格涛等[19]对锡林郭勒退化羊草(Leymuschinensis)草地研究表明植被群落的多样性及均匀度总体保持稳定；李璠等[20]对于青海湖流域高寒草甸、高寒草原及温性草原群落多样性及稳定性进行研究，发现不同草地类型在封育干扰下呈不同的变化趋势。研究中群落丰富度与群落多样性均呈低-高-低-高的趋势，其中3 a群落多样性显著升高可能与一年生及短命植被显著发育有关。而群落的均匀度则呈微弱降低，基本不随封育年限的增加而变化。

4 结 论

从群落数量指标上看，随着封育年限的增加群落的平均高度呈明显增高(P<0.05)，群落向高丛化方向发展；封育8及11 a的群落在盖度上显著高于封育3 a及对照群落(P<0.05)；在密度上封育3 a明显高于其他3个群落(P<0.05)，而在生物量随封育年限的增加并没有显著差异。从伊犁绢蒿相对指标及植被重要值上看，竞争力强的种群优势度得到提高，而竞争力弱的种群的优势度先提高后降低。从群落多样性看，群落的多样性及丰富度呈先增高后降低再升高的趋势。结合群落多样性与群落生物量认为，在5～8 a时期内进行合理利用，有利于保持群落多样性并收获较高生物量。

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Fund project:Supported by the national natural science foundation of China (31360571).

Dynamic Changes of Seriphidium transiliensein Desert Grassland under Different Durations of Closure

CHENG Xiang1,2, XIA Xiao-wei1, AN Sha-zhou1

(1.College of Pratacultural and Environmental Sciences, Xinjiang Agricultural University / Key LaboratoryofGrasslandResourcesandEcologyofXinjiang,Urumqi830052,China; 2.GeneralGrasslandStationofXinjiang,Urumqi830049,China)

【Objective】 To study the impacts of different durations of grassland closure on community diversity ofSeriphidiumtransiliensein desert grassland in order to explore appropriate duration for grassland closure for restoration.【Method】Field experiments with four closure durations respectively of 0 year (W0), three years (W1), eight years (W2) and eleven years (W3) were measured on average height, coverage, density and biomass of the community ofS.transiliense.【Result】With the increase of closure duration, the average height of the community was significantly increased (P<0.05), the community tended to develop into high bushes; the coverage of community with 8 and 11 years of closure was significantly higher than those of the community with 3 years of closure and the control (P<0.05). The density of the community with 3 years of closure was significantly higher than those of the other three durations (P<0.05), while the biomass had no significant differences among the four communities (P>0.05). The dominances of high competitive species were improved and those of less competitive species were reduced. Community diversity and richness with 3 years of closure was significantly higher than those of the other communities, and there were no significant differences among community evenness (P>0.05).【Conclusion】Grassland closed for restoration for 5-8 years was favorable to maintain the diversity of grassland and gain a greater productivity.

Seriphidiumtransiliense; closure for restoration; biomass; importance value

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.08.020

2016-04-19

国家自然科学基金项目(31360571)

成湘(1975-)，女，湖南娄底人，硕士研究生，研究方向为草地资源与生态，(E-mail)xjcxiang@126.com

安沙舟(1956-)，陕西富平人，教授，博士，博士生导师，研究方向为草地资源与生态，(E-mai)xjasz@126.com

S812

A

1001-4330(2016)08-1507-07